INSPER Tarde 2012/2

O professor de Matemática de Artur e Bia pediu aos alunos que colocassem suas calculadoras científicas no modo “radianos”e calculassem o valor de sen \(\frac{\pi}{2}\). Tomando um valor aproximado, Artur digitou em sua calculadora o número 1,6 e, em seguida, calculou o seu seno, encontrando o valor A. Já Bia calculou o seno de 1,5, obtendo o valor B. Considerando que \(\frac{\pi}{2}\) vale aproximadamente 1,5708, assinale a alternativa que traz a correta ordenação dos valores A, B e sen \(\frac{\pi}{2}\).

a

b

c

d

e

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Resposta
E

Resolução

O problema pede para ordenar os valores \(A = \text{sen}(1,6)\), \(B = \text{sen}(1,5)\) e \(\text{sen}(\frac{\pi}{2})\), sabendo que os ângulos estão em radianos e que \(\frac{\pi}{2} \approx 1,5708\).

Primeiro, vamos identificar os três ângulos que estamos comparando os senos: \(1,5\), \(1,6\) e \(\frac{\pi}{2} \approx 1,5708\).

Ordenando esses ângulos, temos: \(1,5 < \frac{\pi}{2} < 1,6\).

Agora, precisamos analisar o comportamento da função seno (\(f(x) = \text{sen}(x)\)) para ângulos em radianos.

1. No intervalo \([0, \frac{\pi}{2}]\) (aproximadamente \([0, 1,5708]\)), a função seno é estritamente crescente. Isso significa que, se \(x_1 < x_2\) nesse intervalo, então \(\text{sen}(x_1) < \text{sen}(x_2)\). 2. A função seno atinge seu valor máximo em \(x = \frac{\pi}{2}\), onde \(\text{sen}(\frac{\pi}{2}) = 1\). 3. No intervalo \([\frac{\pi}{2}, \pi]\) (aproximadamente \([1,5708, 3,1416]\)), a função seno é estritamente decrescente. Isso significa que, se \(x_1 < x_2\) nesse intervalo, então \(\text{sen}(x_1) > \text{sen}(x_2)\).

Vamos comparar os valores:

  • Comparando \(B = \text{sen}(1,5)\) e \(\text{sen}(\frac{\pi}{2})\): Ambos os ângulos \(1,5\) e \(\frac{\pi}{2}\) estão no intervalo \([0, \frac{\pi}{2}]\), onde a função seno é crescente. Como \(1,5 < \frac{\pi}{2}\), temos que \(\text{sen}(1,5) < \text{sen}(\frac{\pi}{2})\). Portanto, \(B < \text{sen}(\frac{\pi}{2})\).
  • Comparando \(A = \text{sen}(1,6)\) e \(\text{sen}(\frac{\pi}{2})\): O ângulo \(\frac{\pi}{2}\) marca o início do intervalo onde o seno decresce, e \(1,6\) está nesse intervalo (pois \(\frac{\pi}{2} \approx 1,5708 < 1,6 < \pi \approx 3,1416\)). Como \(\frac{\pi}{2} < 1,6\) e a função seno é decrescente em \([\frac{\pi}{2}, \pi]\), temos que \(\text{sen}(\frac{\pi}{2}) > \text{sen}(1,6)\). Portanto, \(\text{sen}(\frac{\pi}{2}) > A\), ou \(A < \text{sen}(\frac{\pi}{2})\).
  • Comparando \(A = \text{sen}(1,6)\) e \(B = \text{sen}(1,5)\): Sabemos que \(A < \text{sen}(\frac{\pi}{2})\) e \(B < \text{sen}(\frac{\pi}{2})\). Para comparar A e B, precisamos analisar quão próximos os ângulos \(1,5\) e \(1,6\) estão de \(\frac{\pi}{2} \approx 1,5708\). A função seno atinge seu máximo em \(\frac{\pi}{2}\). A distância de \(1,5\) até \(\frac{\pi}{2}\) é \(\approx |1,5 - 1,5708| = 0,0708\). A distância de \(1,6\) até \(\frac{\pi}{2}\) é \(\approx |1,6 - 1,5708| = 0,0292\). Como \(1,6\) está mais próximo de \(\frac{\pi}{2}\) do que \(1,5\), e a função seno é simétrica em termos de forma (embora não em valor exato para distâncias iguais) em torno de seu pico e decresce após \(\frac{\pi}{2}\), o valor de \(\text{sen}(1,6)\) será maior que \(\text{sen}(1,5)\). Ou seja, \(A > B\). (Visualizar o gráfico do seno perto do seu máximo confirma isso: a curva é mais alta em \(x=1,6\) do que em \(x=1,5\) porque \(1,6\) está mais perto do pico em \(\pi/2\)).

Juntando as desigualdades, temos: \(B < A\) e \(A < \text{sen}(\frac{\pi}{2})\). Portanto, a ordem correta é \(B < A < \text{sen}(\frac{\pi}{2})\).

A alternativa que representa esta ordenação é a E.

Dicas

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Lembre-se do gráfico da função \(y = \text{sen}(x)\) para \(x\) em radianos.
Identifique em que quadrante ou intervalo chave (como \([0, \frac{\pi}{2}]\) ou \([\frac{\pi}{2}, \pi]\)) cada ângulo (1,5, 1,6 e \(\frac{\pi}{2}\)) se encontra.
Analise se a função seno é crescente ou decrescente nos intervalos onde os ângulos estão localizados, especialmente em relação ao ponto de máximo \(x = \frac{\pi}{2}\).

Erros Comuns

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Confundir graus com radianos.
Assumir que a função seno é sempre crescente e concluir que \(\text{sen}(1,5) < \text{sen}(1,5708) < \text{sen}(1,6)\).
Esquecer que a função seno começa a decrescer após \(x = \frac{\pi}{2}\).
Comparar \(A\) e \(B\) incorretamente, talvez pensando que por \(1,5 < 1,6\), então \(\text{sen}(1,5) < \text{sen}(1,6)\) (o que é verdade neste caso, mas não pela razão de \(1,5 < 1,6\) apenas, e sim pela proximidade a \(\pi/2\)). Ou, inversamente, pensar que por \(1,6\) estar após o pico, seu seno deve ser menor que \(\text{sen}(1,5)\) (incorreto, pois \(1,6\) está mais perto do pico).
Erro ao ordenar os ângulos \(1,5\), \(1,6\) e \(\frac{\pi}{2}\).
Revisão

Para resolver esta questão, é crucial entender os seguintes conceitos de trigonometria:

  • Radianos: Uma unidade de medida para ângulos, onde \(\pi\) radianos equivalem a 180 graus. No ciclo trigonométrico (círculo de raio 1), um ângulo de \(x\) radianos subtende um arco de comprimento \(x\).
  • Função Seno (\(\text{sen}(x)\)): No ciclo trigonométrico, o seno de um ângulo \(x\) (em radianos) é a coordenada y do ponto onde o lado terminal do ângulo intercepta o círculo.
  • Gráfico da Função Seno: A função \(y = \text{sen}(x)\) é periódica com período \(2\pi\). Ela começa em 0 para \(x=0\), aumenta até atingir o máximo de 1 em \(x=\frac{\pi}{2}\), decresce passando por 0 em \(x=\pi\), atinge o mínimo de -1 em \(x=\frac{3\pi}{2}\), e volta a 0 em \(x=2\pi\).
  • Monotonicidade do Seno:
    • É estritamente crescente no intervalo \([0, \frac{\pi}{2}]\).
    • É estritamente decrescente no intervalo \([\frac{\pi}{2}, \frac{3\pi}{2}]\) (incluindo o subintervalo \([\frac{\pi}{2}, \pi]\) relevante para esta questão).
  • Valor de \(\pi\): É importante saber a aproximação \(\pi \approx 3,14159\), o que implica \(\frac{\pi}{2} \approx 1,5708\).
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