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Questão de Matemática — Limite — CESPE / CEBRASPE 2023

MatemáticaLimite
Código
ce153896
Banca
CESPE / CEBRASPE
Órgão
DATAPREV
Ano
2023
Nível
Médio
Cargo
Analista de Tecnologia da Informação - Perfil: Inteligência da informação

Com respeito à função


Imagem associada para resolução da questão



na qual ai ∈ ℝ e x ∈ ℝ, julgue o próximo item.


O valor mínimo global da função S (x)  é S (b), em que Imagem associada para resolução da questão

  1. CCerto
  2. EErrado
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GabaritoC — Certo

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Otimização: valor mínimo da função quadrática

Gabarito: ✅ CERTO. O valor mínimo global da função S(x)=∑i=1n(ai−x)2S(x) = \sum_{i=1}^{n} (a_i - x)^2 ocorre exatamente na média aritmética dos valores aia_i, ou seja, em x=b=1n∑i=1naix = b = \frac{1}{n} \sum_{i=1}^{n} a_i.

Para encontrar o ponto de mínimo de uma função diferenciável, calculamos sua derivada em relação à variável xx e igualamos a zero. A função dada é uma soma de quadrados:

S(x)=∑i=1n(ai−x)2S(x) = \sum_{i=1}^{n} (a_i - x)^2

Derivando S(x)S(x) em relação a xx pela regra da cadeia:

S′(x)=∑i=1n2(ai−x)⋅(−1)=−2∑i=1n(ai−x)S'(x) = \sum_{i=1}^{n} 2(a_i - x) \cdot (-1) = -2 \sum_{i=1}^{n} (a_i - x)

Igualando a derivada a zero para encontrar o ponto crítico:

−2∑i=1n(ai−x)=0  ⟹  ∑i=1nai−∑i=1nx=0-2 \sum_{i=1}^{n} (a_i - x) = 0 \implies \sum_{i=1}^{n} a_i - \sum_{i=1}^{n} x = 0

Como ∑i=1nx=n⋅x\sum_{i=1}^{n} x = n \cdot x, temos:

∑i=1nai−nx=0  ⟹  nx=∑i=1nai  ⟹  x=1n∑i=1nai\sum_{i=1}^{n} a_i - nx = 0 \implies nx = \sum_{i=1}^{n} a_i \implies x = \frac{1}{n} \sum_{i=1}^{n} a_i

Este valor é, por definição, a média aritmética dos elementos aia_i, representada no enunciado pela variável bb. Como a segunda derivada S′′(x)=2nS''(x) = 2n é positiva para n>0n > 0, o ponto encontrado é um mínimo global.

PEGA ESSA DICA!

Este resultado é a base teórica do método dos mínimos quadrados, onde buscamos o valor que minimiza a soma dos desvios quadráticos em relação a um conjunto de dados. Lembre-se: a média aritmética é sempre o valor que minimiza a soma dos quadrados das distâncias.

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