PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS
Questão 47 do ITA 2023
Texto-base das questões 37 a 48 · 1ª fase
Convenções: Considere o sistema de coordenadas cartesiano, a menos que haja indicação contrária.
\mathbb{N} = \{1, 2, 3, \dots\} : denota o conjunto dos números naturais.
\mathbb{R} : denota o conjunto dos números reais.
\mathbb{C} : denota o conjunto dos números complexos.
i : denota a unidade imaginária, i^2 = -1.
M_n(\mathbb{R}) : denota o conjunto das matrizes n \times n de entradas reais.
\overline{AB} : denota o segmento de reta de extremidades nos pontos A e B.
AB : denota a reta que passa pelos pontos A e B.
A\hat{O}B : denota o ângulo formado pelas semi-retas \overrightarrow{OA} e \overrightarrow{OB}, com vértice no ponto O.
m(\overline{AB}) : denota o comprimento do segmento \overline{AB}.
\det A : denota o determinante da matriz A.
Considere a função real
definida no intervalo I = {]-4\pi, 4\pi[}. Sobre a equação f(x) = 0, podemos afirmar que
- Anão admite soluções em I.
- Badmite uma única solução em I.
- Cadmite exatamente duas soluções em I.
- Dadmite exatamente três soluções em I.
- Eadmite exatamente quatro soluções em I.
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Resolução comentada
Reorganize a expressão para reconhecer uma identidade de soma de arcos:
Os dois primeiros termos formam \cos\left(x+\frac{x}{3}\right)=\cos\frac{4x}{3}, e 2\sen x\cos x=\sen 2x. Então:
Como \cos\frac{4x}{3}\le 1 e \sen 2x\le 1, temos f(x)\le 0, e a igualdade f(x)=0 só ocorre quando os dois termos valem 1 ao mesmo tempo:
- \cos\frac{4x}{3}=1 \Rightarrow \frac{4x}{3}=2k\pi \Rightarrow x=\frac{3k\pi}{2}, com k\in\mathbb{Z}.
- \sen 2x=1 \Rightarrow 2x=\frac{\pi}{2}+2m\pi \Rightarrow x=\frac{\pi}{4}+m\pi, com m\in\mathbb{Z}.
Igualando: \frac{3k\pi}{2}=\frac{\pi}{4}+m\pi. Multiplicando por \frac{4}{\pi}:
O lado esquerdo é par e o direito é ímpar, então não há inteiros k e m que satisfaçam. Logo os dois termos nunca valem 1 simultaneamente, f(x)<0 para todo x e a equação não tem solução em I (nem em \mathbb{R}).
Alternativa A.
Por que as outras alternativas estão erradas
- Bsupõe que as condições de máximo coincidem em algum ponto, mas 6k=1+4m é impossível por paridade.
- Cconta soluções de cada condição separadamente, sem exigir que ocorram juntas.
- Dconta soluções de uma das condições no intervalo, sem exigir as duas ao mesmo tempo.
- Econta soluções de uma das condições no intervalo, sem exigir as duas ao mesmo tempo.
Assuntos: identidades trigonométricas, equação trigonométrica, valores máximos de seno e cosseno.
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Fonte: ITA 2023 · 1ª fase. Prova oficial ↗