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Aula 496 — Teorema do Valor Intermediário

50 min

Objetivo geral

Aplicar o Teorema do Valor Intermediário para garantir a existência de raízes de uma função contínua num intervalo.

Objetivos específicos

  • Enunciar o Teorema do Valor Intermediário (TVI): se f é contínua em [a,b] e f(a) e f(b) têm sinais opostos, existe c em (a,b) com f(c)=0.
  • Aplicar o TVI para garantir a existência de uma raiz, sem precisar calculá-la exatamente.
  • Reconhecer que a hipótese de continuidade no intervalo é indispensável para o teorema valer.

Conhecimentos prévios

  • Tipos de descontinuidade, Aula 495 deste módulo.
  • Continuidade de funções, Aula 494 deste módulo.

Recursos didáticos

  • Apresentação de slides — Possor_MatAula496_Apresentacao.pptx.
  • Quadro/lousa e material de escrita.
  • Desmos Graphing Calculator e Wolfram Alpha, para explorar gráficos e verificar resultados algébricos.

Desenvolvimento da aula

Acolhida e Sondagem de Conhecimentos Prévios

5 min · Ausubel — ativação de subsunçores

O professor pergunta: para f(x)=x3-x-1, sabendo que f(1)=-1 e f(2)=5, dá pra garantir que existe uma raiz entre 1 e 2, sem resolver a equação?

Problematização Inicial

5 min · Bachelard — obstáculo epistemológico antecipado

Escrever f(1)=-1 e f(2)=5 no quadro e perguntar se essa informação já garante uma raiz no intervalo, mesmo sem calcular a equação cúbica. Obstáculo a nomear (sem resolver ainda): achar que é preciso resolver a equação explicitamente para garantir a existência de uma raiz — o Teorema do Valor Intermediário garante a EXISTÊNCIA de uma raiz só pela continuidade da função e pela troca de sinal entre os extremos do intervalo, sem exigir o cálculo exato do valor.

Desenvolvimento Conceitual

20 min · Exposição dialogada

Apresentação dos slides 2 a 9: o Teorema do Valor Intermediário (TVI) diz: se f é contínua em [a,b] e f(a) e f(b) têm sinais opostos, então existe pelo menos um c em (a,b) tal que f(c)=0. Intuitivamente, uma função contínua não pode "pular" de um valor negativo para um positivo sem passar por zero em algum ponto do caminho (é preciso a continuidade para essa garantia — uma função descontínua PODE pular sem passar por zero). Para f(x)=x3-x-1: f(1)=1-1-1=-1 (negativo), f(2)=8-2-1=5 (positivo), e f é contínua em [1,2] (é polinomial) — pelo TVI, existe uma raiz em (1,2) (de fato, aproximadamente x≈1,3247). Resolvendo a pergunta do Momento 2: sim — como f é contínua (polinomial) em [1,2] e f(1) e f(2) têm sinais opostos, o TVI garante a existência de uma raiz nesse intervalo, sem precisar calculá-la.

Resolução Guiada

10 min · Vygotsky — Zona de Desenvolvimento Proximal

Resolução guiada: verificar coletivamente que f(x)=x2-2 tem uma raiz em (1,2) usando o TVI (f(1)=-1, f(2)=2, sinais opostos). Em duplas: verificar que g(x)=cos(x)-x tem uma raiz em (0,1) usando o TVI (g(0)=1>0, g(1)=cos(1)-1≈-0,46<0).

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: sim — o TVI garante a existência de uma raiz em (1,2) apenas pela continuidade de f (polinomial, sempre contínua) e pela troca de sinal entre f(1)=-1 e f(2)=5, sem precisar resolver a equação cúbica explicitamente.

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. Enuncie o Teorema do Valor Intermediário.

Gabarito: Se f é contínua em [a,b] e f(a) e f(b) têm sinais opostos, existe c em (a,b) com f(c)=0.

2. Use o TVI para garantir uma raiz de f(x)=x3-x-1 em (1,2).

Gabarito: f(1)=-1, f(2)=5, sinais opostos, f contínua (polinomial) — existe raiz em (1,2).

3. Use o TVI para garantir uma raiz de f(x)=x2-2 em (1,2).

Gabarito: f(1)=-1, f(2)=2, sinais opostos — existe raiz em (1,2).

4. Por que a continuidade de f no intervalo é indispensável para o TVI?

Gabarito: Porque uma função descontínua pode "pular" de um valor negativo para um positivo sem nunca passar por zero.

5. Encontre o erro: "para garantir uma raiz num intervalo, basta ver que f(a) e f(b) têm sinais opostos, não importa se f é contínua".

Gabarito: Errado: a continuidade de f no intervalo é uma hipótese indispensável do TVI; sem ela, a função pode pular o zero.