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Questão de Matemática — Funções reais de variável real (cálculo diferencial e integral) — CESPE / CEBRASPE 2024

MatemáticaFunções reais de variável real (cálculo diferencial e integral)
Código
ce402804
Banca
CESPE / CEBRASPE
Órgão
ANATEL
Ano
2024
Cargo
ERSPT ( )

Uma empresa de telecomunicação oferece dois produtos, alfa e delta, para utilização online, por meio da venda de horas de acesso ao consumidor. O lucro L obtido com a venda de x horas de acesso semanal do produto alfa e y horas de acesso semanal do produto delta é obtido pelo modelo matemático a seguir, levando em conta os custos operacionais e a capacidade computacional do sistema.

 

L(x,y)=1.600x+2.000y−xy2−x24−y22L(x,y) =1.600 x + 2.000 y - \frac{xy}{2} -\frac{x^2}{4} - \frac{y^2}{2}   

A partir dessas informações, julgue o item, de acordo com o modelo apresentado.


O valor do lucro será máximo quando o produto alfa for acessado durante 2.400 horas semanais e o produto delta, durante 800 horas semanais.

  1. CCerto
  2. EErrado
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GabaritoC — Certo

Comentário gerado por IA. É um apoio ao estudo, ancorado em fontes, mas pode conter imprecisões — confira sempre na fonte oficial (lei, súmula, edital e gabarito da banca). Encontrou um erro? Use “Reportar”.

Maximização de lucro com função de duas variáveis

Gabarito: letra C (CERTO). O ponto de máximo da função L(x,y)=1600x+2000y−xy2−x24−y22L(x,y) = 1600x + 2000y - \frac{xy}{2} - \frac{x^2}{4} - \frac{y^2}{2} ocorre quando as derivadas parciais de primeira ordem são nulas. Resolvendo o sistema ∂L∂x=0\frac{\partial L}{\partial x} = 0 e ∂L∂y=0\frac{\partial L}{\partial y} = 0, obtemos exatamente x=2400x = 2400 e y=800y = 800, confirmando a afirmação do enunciado.

A questão trata de um problema clássico de otimização em cálculo diferencial de funções de duas variáveis. O objetivo é encontrar os valores de xx (horas do produto alfa) e yy (horas do produto delta) que maximizam o lucro L(x,y)L(x,y). Para isso, utilizamos o teste da primeira derivada (condição necessária): no ponto de máximo, as derivadas parciais de primeira ordem devem ser iguais a zero. Isso porque, em um ponto de máximo (ou mínimo), a função não cresce nem decresce em nenhuma direção — a taxa de variação instantânea é nula em todas as direções.

Vamos calcular as derivadas parciais:

  • Derivada parcial em relação a xx (tratando yy como constante):

    ∂L∂x=1600−y2−2x4=1600−y2−x2\frac{\partial L}{\partial x} = 1600 - \frac{y}{2} - \frac{2x}{4} = 1600 - \frac{y}{2} - \frac{x}{2}

  • Derivada parcial em relação a yy (tratando xx como constante):

    ∂L∂y=2000−x2−2y2=2000−x2−y\frac{\partial L}{\partial y} = 2000 - \frac{x}{2} - \frac{2y}{2} = 2000 - \frac{x}{2} - y

Igualando ambas a zero, montamos o sistema:

{1600−y2−x2=02000−x2−y=0\begin{cases} 1600 - \frac{y}{2} - \frac{x}{2} = 0 \\ 2000 - \frac{x}{2} - y = 0 \end{cases}

Multiplicando a primeira equação por 2: 3200−y−x=0⇒x+y=32003200 - y - x = 0 \Rightarrow x + y = 3200.

Multiplicando a segunda equação por 2: 4000−x−2y=0⇒x+2y=40004000 - x - 2y = 0 \Rightarrow x + 2y = 4000.

Subtraindo a primeira equação da segunda: (x+2y)−(x+y)=4000−3200⇒y=800(x + 2y) - (x + y) = 4000 - 3200 \Rightarrow y = 800.

Substituindo y=800y = 800 em x+y=3200x + y = 3200: x+800=3200⇒x=2400x + 800 = 3200 \Rightarrow x = 2400.

Portanto, o ponto crítico é (x,y)=(2400,800)(x, y) = (2400, 800).

Para garantir que esse ponto é um máximo (e não um mínimo ou ponto de sela), aplicamos o teste da segunda derivada (condição suficiente). Calculamos as derivadas parciais de segunda ordem:

  • ∂2L∂x2=−12\frac{\partial^2 L}{\partial x^2} = -\frac{1}{2}

  • ∂2L∂y2=−1\frac{\partial^2 L}{\partial y^2} = -1

  • ∂2L∂x∂y=−12\frac{\partial^2 L}{\partial x \partial y} = -\frac{1}{2}

O determinante da matriz hessiana é:

H=(∂2L∂x2)(∂2L∂y2)−(∂2L∂x∂y)2=(−12)(−1)−(−12)2=12−14=14>0H = \left(\frac{\partial^2 L}{\partial x^2}\right)\left(\frac{\partial^2 L}{\partial y^2}\right) - \left(\frac{\partial^2 L}{\partial x \partial y}\right)^2 = \left(-\frac{1}{2}\right)(-1) - \left(-\frac{1}{2}\right)^2 = \frac{1}{2} - \frac{1}{4} = \frac{1}{4} > 0

Como H>0H > 0 e ∂2L∂x2=−12<0\frac{\partial^2 L}{\partial x^2} = -\frac{1}{2} < 0, o ponto crítico é um máximo local. Como a função é uma forma quadrática côncava (os coeficientes dos termos quadráticos são negativos), esse máximo local é também o máximo global da função. Portanto, o lucro é máximo quando x=2400x = 2400 horas e y=800y = 800 horas, exatamente como afirma o enunciado.

A pegadinha desta questão é que muitos candidatos tentam resolver por tentativa e erro, substituindo os valores na função, ou confundem o método de otimização com o de funções de uma variável (derivada simples). O caminho correto é sempre montar e resolver o sistema de derivadas parciais.

Item — ✅ CERTO ⟵ GABARITO

A afirmação está correta. Conforme demonstrado, o ponto de máximo da função L(x,y)L(x,y) é obtido resolvendo o sistema de equações formado pelas derivadas parciais de primeira ordem igualadas a zero. O resultado é x=2400x = 2400 e y=800y = 800, que corresponde exatamente aos valores citados no enunciado. Além disso, a verificação pela segunda derivada confirma que se trata de um ponto de máximo.

Gabarito: letra C (CERTO).

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