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Aula 224 — Aplicações da função quadrática

50 min

Objetivo geral

Resolver problemas de otimização com função quadrática, verificando se o vértice matemático está dentro do domínio válido do problema.

Objetivos específicos

  • Modelar uma situação de máximo ou mínimo com função quadrática.
  • Calcular o vértice para encontrar o valor ótimo matemático.
  • Verificar se o x do vértice pertence ao domínio válido do problema (restrições do contexto).
  • Ajustar a resposta para o valor de fronteira do domínio, quando o vértice cai fora dele.

Conhecimentos prévios

  • Máximo e mínimo da função quadrática, Módulo 13, Aula 222.
  • Vértice da parábola, Módulo 13, Aula 221.

Recursos didáticos

  • Apresentação de slides — Possor_MatAula224_Apresentacao.pptx.
  • Quadro/lousa e material de escrita.
  • Desmos Graphing Calculator, para visualizar a restrição de domínio num problema de otimização.

Desenvolvimento da aula

Acolhida e Sondagem de Conhecimentos Prévios

5 min · Ausubel — ativação de subsunçores

O professor pergunta: numa função de lucro L(x)=−x2+20x−51, o vértice sempre dá a resposta certa do problema, sem checar mais nada?

Problematização Inicial

5 min · Bachelard — obstáculo epistemológico antecipado

Escrever no quadro "o vértice de L(x) dá x=10 como quantidade ótima, então essa é sempre a resposta" e perguntar: essa conclusão está sempre certa? Obstáculo a nomear (sem resolver ainda): o vértice matemático pode cair FORA do domínio válido do problema (por exemplo, se a produção é limitada) — nesse caso, a resposta real é o valor de fronteira permitido, não o vértice.

Desenvolvimento Conceitual

20 min · Exposição dialogada

Apresentação dos slides 2 a 9: primeiro calcula-se o vértice matematicamente; depois verifica-se se o x do vértice respeita as restrições do problema (não-negatividade, capacidade máxima, etc.) — se não respeitar, a resposta é o valor de fronteira mais próximo. Resolvendo a pergunta do Momento 2: para L(x)=−x2+20x−51, o vértice é xv=10, L(10)=49 — SE a produção não tiver limite, x=10 é a resposta; mas se a capacidade máxima for 8 unidades, o máximo dentro do domínio [0,8] é em x=8 (fronteira), com L(8)=45, MENOR que 49.

Resolução Guiada

10 min · Vygotsky — Zona de Desenvolvimento Proximal

Resolução guiada: verificar coletivamente que L(x)=−x2+20x−51 é crescente até x=10 (Módulo 12, Aula 205), confirmando que, restrito a [0,8], o máximo dentro do domínio é na fronteira x=8. Em duplas: calcular L(10) e L(8) e comparar os dois valores.

Exercícios de Fixação

7 min · Prática independente

Aplicação individual (ou em duplas) da lista de exercícios de fixação (seção 8 deste plano).

Síntese e Fechamento

3 min · Consolidação (fechamento circular)

Retomar a pergunta do Momento 1: o vértice matemático nem sempre é a resposta válida — é preciso checar se ele respeita as restrições reais do problema.

Avaliação formativa

Ao longo da aula: perguntas rápidas de verificação (Momento 3) e observação direta durante a resolução guiada (Momento 4). Ao final: correção coletiva dos exercícios.

Lista de exercícios

1. Calcule o vértice de L(x)=−x2+20x−51.

Gabarito: xv=−20/(2×−1)=10. L(10)=−100+200−51=49.

2. Se a produção é limitada a no máximo 8 unidades, x=10 é uma resposta válida?

Gabarito: Não — está fora do domínio válido [0,8].

3. Calcule L(8) para L(x)=−x2+20x−51.

Gabarito: L(8)=−64+160−51=45.

4. Com a restrição de no máximo 8 unidades, qual é o lucro máximo válido?

Gabarito: 45 (em x=8, a fronteira do domínio, pois o vértice x=10 está fora).

5. Por que sempre é preciso checar o domínio antes de aceitar o vértice como resposta final?

Gabarito: Porque o vértice matemático pode cair fora dos valores válidos no contexto do problema (como quantidade negativa ou acima da capacidade máxima).