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Definição de Função: 20 Exercícios Resolvidos Passo a Passo

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By Pimath, 23 Maio, 2026

Nesta secção apresentamos uma colecção de 20 exercícios resolvidos sobre funções, concebidos para uma compreensão rigorosa e progressiva dos conceitos fundamentais relacionados com a definição de função, o domínio, o contradomínio e a imagem de uma função.

Os exercícios estão ordenados por dificuldade crescente e acompanhados de uma resolução completa passo a passo, com explicações detalhadas e particular atenção aos raciocínios teóricos fundamentais.

Em particular, aprenderemos a:

  • reconhecer quando uma correspondência define efectivamente uma função;
  • determinar o domínio de uma função;
  • distinguir correctamente contradomínio e imagem;
  • estudar os valores efectivamente assumidos por uma função.

Recordemos que uma função é uma correspondência que associa a cada elemento do domínio um e um só elemento do contradomínio.

Será ainda fundamental distinguir correctamente:

  • o domínio, isto é, o conjunto dos elementos para os quais a função está definida;
  • o contradomínio, isto é, o conjunto no qual a função toma valores;
  • a imagem, isto é, o conjunto dos valores efectivamente assumidos pela função.

Exercício 1 — nível ★☆☆☆☆

Consideremos a função:

\[ f:\mathbb{R}\to\mathbb{R} \qquad,\qquad f(x)=2x-1. \]

Determine:

  • o domínio;
  • o contradomínio;
  • a imagem da função.
Resultado

\[ \mathrm{Dom}(f)=\mathbb{R} \]

\[ \mathrm{Cd}(f)=\mathbb{R} \]

\[ \mathrm{Im}(f)=\mathbb{R} \]

Resolução

A função dada é:

\[ f(x)=2x-1. \]

Trata-se de uma função polinomial de grau um. As funções polinomiais estão definidas para todo o número real, uma vez que não surgem denominadores, radicais ou logaritmos que possam impor restrições.

Por conseguinte:

\[ \mathrm{Dom}(f)=\mathbb{R}. \]

Da notação:

\[ f:\mathbb{R}\to\mathbb{R} \]

deduzimos que o contradomínio escolhido é:

\[ \mathrm{Cd}(f)=\mathbb{R}. \]

Estudemos agora a imagem da função.

Pondo:

\[ y=2x-1, \]

e resolvendo em ordem a \(x\), obtemos:

\[ x=\frac{y+1}{2}. \]

Este valor existe para todo o \(y\in\mathbb{R}\). Isto significa que todo o número real é assumido pela função.

Portanto:

\[ \mathrm{Im}(f)=\mathbb{R}. \]


Exercício 2 — nível ★☆☆☆☆

Consideremos a função:

\[ f:\mathbb{R}\to\mathbb{R} \qquad,\qquad f(x)=x^2. \]

Determine:

  • o domínio;
  • o contradomínio;
  • a imagem da função.
Resultado

\[ \mathrm{Dom}(f)=\mathbb{R} \]

\[ \mathrm{Cd}(f)=\mathbb{R} \]

\[ \mathrm{Im}(f)=[0,+\infty) \]

Resolução

A função:

\[ f(x)=x^2 \]

é uma função polinomial, pelo que está definida para todo o número real.

Portanto:

\[ \mathrm{Dom}(f)=\mathbb{R}. \]

Da notação:

\[ f:\mathbb{R}\to\mathbb{R} \]

deduzimos que o contradomínio é:

\[ \mathrm{Cd}(f)=\mathbb{R}. \]

Determinemos agora a imagem da função.

Como o quadrado de um número real é sempre não negativo, temos:

\[ x^2\ge0 \qquad \forall x\in\mathbb{R}. \]

Além disso:

  • o valor \(0\) é atingido para \(x=0\);
  • todo o número positivo \(y>0\) pode escrever-se na forma: \[ y=x^2 \] escolhendo: \[ x=\sqrt{y}. \]

A função assume assim todos e apenas os valores não negativos.

Por conseguinte:

\[ \mathrm{Im}(f)=[0,+\infty). \]

Observemos ainda que:

\[ \mathrm{Im}(f)\subsetneq\mathrm{Cd}(f), \]

pois a função nunca assume valores negativos.


Exercício 3 — nível ★☆☆☆☆

Determine se a seguinte correspondência define uma função:

\[ f:\mathbb{R}\to\mathbb{R} \qquad,\qquad f(x)=\pm\sqrt{x}. \]

Resultado

A correspondência dada não define uma função.

Resolução

Para ser uma função, uma correspondência deve associar a cada elemento do domínio um e um só elemento do contradomínio.

No nosso caso:

\[ f(x)=\pm\sqrt{x}. \]

O símbolo \(\pm\) indica dois valores possíveis:

\[ +\sqrt{x} \qquad \text{e} \qquad -\sqrt{x}. \]

Por exemplo, tomando \(x=4\), obtemos:

\[ f(4)=\pm2. \]

Assim, ao mesmo elemento \(4\) ficam associados dois valores distintos:

\[ 2 \qquad \text{e} \qquad -2. \]

Além disso, como o domínio é \(\mathbb{R}\), a expressão \(\sqrt{x}\) não está definida nos números reais para valores negativos de \(x\). Portanto, a correspondência também não associa um valor real a cada elemento do domínio indicado.

Isto viola a definição de função, pois um elemento do domínio não pode ter duas imagens distintas.

Portanto, a correspondência dada não é uma função.


Exercício 4 — nível ★★☆☆☆

Consideremos a função:

\[ f:[0,+\infty)\to\mathbb{R} \qquad,\qquad f(x)=\sqrt{x}. \]

Determine:

  • o domínio;
  • o contradomínio;
  • a imagem da função.
Resultado

\[ \mathrm{Dom}(f)=[0,+\infty) \]

\[ \mathrm{Cd}(f)=\mathbb{R} \]

\[ \mathrm{Im}(f)=[0,+\infty) \]

Resolução

A função dada é:

\[ f(x)=\sqrt{x}. \]

Para que uma raiz quadrada esteja definida nos números reais, o radicando deve ser maior ou igual a zero.

É necessário, portanto, impor:

\[ x\ge0. \]

Por conseguinte:

\[ \mathrm{Dom}(f)=[0,+\infty). \]

Da notação:

\[ f:[0,+\infty)\to\mathbb{R} \]

observamos que o contradomínio escolhido é:

\[ \mathrm{Cd}(f)=\mathbb{R}. \]

Determinemos agora a imagem da função.

Como a raiz quadrada aritmética é sempre não negativa, temos:

\[ \sqrt{x}\ge0 \qquad \forall x\ge0. \]

A função assume assim apenas valores não negativos.

Além disso, todo o número real não negativo é efectivamente atingido.

De facto, dado:

\[ y\ge0, \]

basta escolher:

\[ x=y^2. \]

Obtemos assim:

\[ f(y^2)=\sqrt{y^2}=y. \]

A função assume portanto todos e apenas os valores não negativos.

Portanto:

\[ \mathrm{Im}(f)=[0,+\infty). \]


Exercício 5 — nível ★★☆☆☆

Consideremos a função:

\[ f:\mathbb{R}\setminus\{0\}\to\mathbb{R} \qquad,\qquad f(x)=\frac{1}{x}. \]

Determine:

  • o domínio;
  • o contradomínio;
  • a imagem da função.
Resultado

\[ \mathrm{Dom}(f)=\mathbb{R}\setminus\{0\} \]

\[ \mathrm{Cd}(f)=\mathbb{R} \]

\[ \mathrm{Im}(f)=\mathbb{R}\setminus\{0\} \]

Resolução

A função dada é:

\[ f(x)=\frac{1}{x}. \]

Numa fracção, o denominador não pode ser igual a zero.

É necessário, portanto, impor:

\[ x\neq0. \]

Portanto:

\[ \mathrm{Dom}(f)=\mathbb{R}\setminus\{0\}. \]

Da notação:

\[ f:\mathbb{R}\setminus\{0\}\to\mathbb{R} \]

observamos que o contradomínio escolhido é:

\[ \mathrm{Cd}(f)=\mathbb{R}. \]

Estudemos agora a imagem.

A função:

\[ f(x)=\frac{1}{x} \]

nunca pode assumir o valor \(0\).

De facto, a equação:

\[ \frac{1}{x}=0 \]

não tem soluções reais, pois uma fracção com numerador diferente de zero não pode ser igual a zero.

Mostremos agora que todo o número real diferente de zero é efectivamente atingido pela função.

Seja:

\[ y\in\mathbb{R}\setminus\{0\}. \]

Procuremos um número real \(x\neq0\) tal que:

\[ \frac{1}{x}=y. \]

Resolvendo em ordem a \(x\), obtemos:

\[ x=\frac{1}{y}. \]

Como \(y\neq0\), o valor:

\[ \frac{1}{y} \]

está bem definido e pertence ao domínio.

Assim, todo o número real diferente de zero pertence à imagem da função.

Portanto:

\[ \mathrm{Im}(f)=\mathbb{R}\setminus\{0\}. \]


Exercício 6 — nível ★★☆☆☆

Consideremos a função:

\[ f:\mathbb{R}\to\mathbb{R} \qquad,\qquad f(x)=x^3. \]

Determine se a função é injectiva.

Resultado

A função é injectiva.

Resolução

Uma função é injectiva se elementos distintos do domínio têm imagens distintas.

De forma equivalente, podemos verificar que:

\[ f(x_1)=f(x_2) \implies x_1=x_2. \]

Suponhamos, pois, que:

\[ f(x_1)=f(x_2). \]

Como:

\[ f(x)=x^3, \]

obtemos:

\[ x_1^3=x_2^3. \]

Extraindo a raiz cúbica de ambos os membros:

\[ x_1=x_2. \]

Demonstrámos assim que:

\[ f(x_1)=f(x_2) \implies x_1=x_2. \]

Portanto, a função é injectiva.


Exercício 7 — nível ★★☆☆☆

Consideremos a função:

\[ f:\mathbb{R}\to\mathbb{R} \qquad,\qquad f(x)=x^2. \]

Determine se a função é injectiva.

Resultado

A função não é injectiva.

Resolução

Para mostrar que uma função não é injectiva, basta encontrar dois elementos distintos do domínio com a mesma imagem.

Consideremos:

\[ x_1=2 \qquad \text{e} \qquad x_2=-2. \]

É claro que:

\[ 2\neq-2. \]

Contudo:

\[ f(2)=2^2=4 \]

e:

\[ f(-2)=(-2)^2=4. \]

Logo:

\[ f(2)=f(-2), \]

apesar de:

\[ 2\neq-2. \]

Encontrámos dois valores distintos do domínio com a mesma imagem.

Portanto, a função não é injectiva.


Exercício 8 — nível ★★☆☆☆

Consideremos a função:

\[ f:[0,+\infty)\to\mathbb{R} \qquad,\qquad f(x)=x^2. \]

Determine se a função é injectiva.

Resultado

A função é injectiva.

Resolução

A lei da função é a mesma do exercício anterior:

\[ f(x)=x^2. \]

Contudo, o domínio foi alterado.

A função está agora definida apenas em:

\[ [0,+\infty). \]

Verifiquemos a injectividade.

Suponhamos que:

\[ f(x_1)=f(x_2). \]

Obtemos:

\[ x_1^2=x_2^2. \]

Desta igualdade resulta:

\[ x_1=x_2 \qquad \text{ou} \qquad x_1=-x_2. \]

Contudo, \(x_1\) e \(x_2\) pertencem ambos ao intervalo:

\[ [0,+\infty), \]

pelo que são ambos não negativos.

Dois números não negativos com o mesmo quadrado têm necessariamente de coincidir.

Por conseguinte:

\[ x_1=x_2. \]

Demonstrámos portanto que:

\[ f(x_1)=f(x_2) \implies x_1=x_2. \]

Portanto, a função é injectiva.


Exercício 9 — nível ★★☆☆☆

Consideremos a função:

\[ f:\mathbb{R}\to\mathbb{R} \qquad,\qquad f(x)=x^2+1. \]

Determine se a função é sobrejectiva.

Resultado

A função não é sobrejectiva.

Resolução

Uma função é sobrejectiva quando cada elemento do contradomínio é imagem de pelo menos um elemento do domínio.

Neste caso o contradomínio é:

\[ \mathbb{R}. \]

Estudemos os valores assumidos pela função:

\[ f(x)=x^2+1. \]

Como:

\[ x^2\ge0 \qquad \forall x\in\mathbb{R}, \]

então:

\[ x^2+1\ge1. \]

A função assume portanto apenas valores maiores ou iguais a \(1\).

Por exemplo, o número \(0\) pertence ao contradomínio \(\mathbb{R}\), mas nunca é assumido pela função.

De facto, a equação:

\[ x^2+1=0 \]

é equivalente a:

\[ x^2=-1, \]

que não tem soluções reais.

Existe, pois, pelo menos um elemento do contradomínio que não é imagem de nenhum elemento do domínio.

Portanto, a função não é sobrejectiva.


Exercício 10 — nível ★★☆☆☆

Consideremos a função:

\[ f:\mathbb{R}\to[1,+\infty) \qquad,\qquad f(x)=x^2+1. \]

Determine se a função é sobrejectiva.

Resultado

A função é sobrejectiva.

Resolução

A lei da função é:

\[ f(x)=x^2+1. \]

Em relação ao exercício anterior, o contradomínio foi alterado.

Temos agora:

\[ f:\mathbb{R}\to[1,+\infty). \]

Para verificar a sobrejectividade, devemos mostrar que todo o elemento do contradomínio \([1,+\infty)\) é atingido pela função.

Seja, pois:

\[ y\in[1,+\infty). \]

Procuremos um número real \(x\) tal que:

\[ f(x)=y, \]

ou seja:

\[ x^2+1=y. \]

Subtraindo \(1\) a ambos os membros:

\[ x^2=y-1. \]

Como \(y\in[1,+\infty)\), temos:

\[ y-1\ge0. \]

Podemos portanto escolher:

\[ x=\sqrt{y-1}. \]

Este número pertence a \(\mathbb{R}\), ou seja, ao domínio da função.

Além disso:

\[ f(\sqrt{y-1}) = (\sqrt{y-1})^2+1 = y-1+1 = y. \]

Demonstrámos que todo o elemento do contradomínio é imagem de pelo menos um elemento do domínio.

Portanto, a função é sobrejectiva.


Exercício 11 — nível ★★★☆☆

Consideremos a função:

\[ f:\mathbb{R}\to\mathbb{R} \qquad,\qquad f(x)=2x+3. \]

Determine se a função é bijectiva.

Resultado

A função é bijectiva.

Resolução

Uma função é bijectiva se for simultaneamente injectiva e sobrejectiva.

Verifiquemos primeiro a injectividade.

Suponhamos que:

\[ f(x_1)=f(x_2). \]

Então:

\[ 2x_1+3=2x_2+3. \]

Subtraindo \(3\) a ambos os membros:

\[ 2x_1=2x_2. \]

Dividindo por \(2\):

\[ x_1=x_2. \]

A função é, portanto, injectiva.

Verifiquemos agora a sobrejectividade.

Seja:

\[ y\in\mathbb{R}. \]

Procuremos um \(x\in\mathbb{R}\) tal que:

\[ 2x+3=y. \]

Resolvendo:

\[ x=\frac{y-3}{2}. \]

Este valor é real para todo o \(y\in\mathbb{R}\).

A função é, portanto, sobrejectiva.

Sendo simultaneamente injectiva e sobrejectiva, a função é bijectiva.


Exercício 12 — nível ★★★☆☆

Consideremos a função:

\[ f:\mathbb{R}\to\mathbb{R} \qquad,\qquad f(x)=x^3. \]

Determine se a função é bijectiva.

Resultado

A função é bijectiva.

Resolução

Uma função é bijectiva se for simultaneamente:

  • injectiva;
  • sobrejectiva.

Verifiquemos antes de mais a injectividade.

Suponhamos que:

\[ f(x_1)=f(x_2). \]

Obtemos:

\[ x_1^3=x_2^3. \]

Extraindo a raiz cúbica de ambos os membros:

\[ x_1=x_2. \]

A função é, portanto, injectiva.

Verifiquemos agora a sobrejectividade.

Seja:

\[ y\in\mathbb{R}. \]

Procuremos um número real \(x\) tal que:

\[ x^3=y. \]

Basta escolher:

\[ x=\sqrt[3]{y}. \]

De facto:

\[ \left(\sqrt[3]{y}\right)^3=y. \]

Todo o número real é assim atingido pela função.

A função é sobrejectiva.

Sendo simultaneamente injectiva e sobrejectiva, a função é bijectiva.


Exercício 13 — nível ★★★☆☆

Consideremos a função:

\[ f:\mathbb{R}\to\mathbb{R} \qquad,\qquad f(x)=x^2. \]

Determine se a função é bijectiva.

Resultado

A função não é bijectiva.

Resolução

Uma função é bijectiva se for simultaneamente injectiva e sobrejectiva.

Estudemos separadamente as duas propriedades.

A função:

\[ f(x)=x^2 \]

não é injectiva.

De facto:

\[ f(2)=4 \]

e:

\[ f(-2)=4. \]

Logo:

\[ f(2)=f(-2), \]

apesar de:

\[ 2\neq-2. \]

A função não é, portanto, injectiva.

Além disso, não é sobrejectiva em \(\mathbb{R}\).

De facto:

\[ x^2\ge0 \qquad \forall x\in\mathbb{R}, \]

pelo que a função nunca assume valores negativos.

Por exemplo, o número:

\[ -1\in\mathbb{R} \]

não é imagem de nenhum elemento do domínio.

A função não é, portanto, sobrejectiva.

Como não é nem injectiva nem sobrejectiva, a função não é bijectiva.


Exercício 14 — nível ★★★☆☆

Consideremos a função:

\[ f:(0,+\infty)\to\mathbb{R} \qquad,\qquad f(x)=\ln(x). \]

Determine se a função é bijectiva.

Resultado

A função é bijectiva.

Resolução

Estudemos antes de mais a injectividade.

A função logaritmo natural é estritamente crescente no intervalo:

\[ (0,+\infty). \]

Uma função estritamente crescente associa sempre imagens distintas a elementos distintos do domínio.

A função é, portanto, injectiva.

Verifiquemos agora a sobrejectividade.

Seja:

\[ y\in\mathbb{R}. \]

Procuremos um número real positivo \(x\) tal que:

\[ \ln(x)=y. \]

Aplicando a exponencial a ambos os membros:

\[ x=e^y. \]

Como:

\[ e^y>0 \qquad \forall y\in\mathbb{R}, \]

o valor encontrado pertence ao domínio:

\[ (0,+\infty). \]

Além disso:

\[ \ln(e^y)=y. \]

Todo o número real pertence assim à imagem da função.

A função é sobrejectiva.

Sendo simultaneamente injectiva e sobrejectiva, a função é bijectiva.


Exercício 15 — nível ★★★★☆

Consideremos a função:

\[ f:\mathbb{R}\to\mathbb{R} \qquad,\qquad f(x)=2x-5. \]

Determine a função inversa.

Resultado

\[ f^{-1}(x)=\frac{x+5}{2}. \]

Resolução

Para determinar a função inversa, pondo:

\[ y=2x-5, \]

o objectivo é exprimir \(x\) em função de \(y\).

Somando \(5\) a ambos os membros:

\[ y+5=2x. \]

Dividindo agora por \(2\):

\[ x=\frac{y+5}{2}. \]

De seguida, trocamos o papel das variáveis e obtemos:

\[ f^{-1}(x)=\frac{x+5}{2}. \]

Verifiquemos o resultado calculando \(f(f^{-1}(x))\):

\[ f\left(\frac{x+5}{2}\right) = 2\cdot\frac{x+5}{2}-5. \]

Simplificando:

\[ x+5-5=x. \]

Logo:

\[ f(f^{-1}(x))=x. \]

A função inversa encontrada está, portanto, correcta.


Exercício 16 — nível ★★★★☆

Consideremos a função:

\[ f:[0,+\infty)\to[0,+\infty) \qquad,\qquad f(x)=x^2. \]

Determine a função inversa.

Resultado

\[ f^{-1}(x)=\sqrt{x}. \]

Resolução

A função:

\[ f(x)=x^2 \]

é considerada com domínio:

\[ [0,+\infty) \]

e contradomínio:

\[ [0,+\infty). \]

Esta escolha é fundamental: em todo o \(\mathbb{R}\), a função \(x^2\) não seria injectiva; restrita a \([0,+\infty)\), torna-se injectiva.

Para determinar a inversa, pondo:

\[ y=x^2 \]

e resolvendo em ordem a \(x\), obtemos formalmente:

\[ x=\pm\sqrt{y}. \]

Contudo, como o domínio da função original é \([0,+\infty)\), devemos escolher apenas o valor não negativo.

Portanto:

\[ x=\sqrt{y}. \]

Trocando o papel das variáveis, obtemos:

\[ f^{-1}(x)=\sqrt{x}. \]

Verifiquemos:

\[ f(f^{-1}(x))=f(\sqrt{x})=(\sqrt{x})^2=x, \qquad x\in[0,+\infty). \]

A função inversa está, portanto, correcta.


Exercício 17 — nível ★★★★☆

Consideremos a função:

\[ f:\mathbb{R}\to\mathbb{R} \qquad,\qquad f(x)=|x|. \]

Determine se a função é injectiva e, em caso negativo, encontre uma restrição do domínio que a torne injectiva.

Resultado

A função não é injectiva em \(\mathbb{R}\).

Uma possível restrição do domínio é:

\[ [0,+\infty). \]

Resolução

A função valor absoluto é:

\[ f(x)=|x|. \]

Para verificar se é injectiva em \(\mathbb{R}\), procuremos dois valores distintos do domínio com a mesma imagem.

Consideremos:

\[ x_1=2 \qquad \text{e} \qquad x_2=-2. \]

Temos:

\[ 2\neq-2. \]

Contudo:

\[ f(2)=|2|=2 \]

e:

\[ f(-2)=|-2|=2. \]

Logo:

\[ f(2)=f(-2), \]

apesar de \(2\neq-2\).

A função não é, portanto, injectiva em todo o \(\mathbb{R}\).

Para a tornar injectiva, podemos restringir o domínio a:

\[ [0,+\infty). \]

Neste intervalo, com efeito, vale:

\[ |x|=x. \]

A função torna-se assim:

\[ f(x)=x, \]

que é claramente injectiva.


Exercício 18 — nível ★★★★☆

Consideremos a função:

\[ f:\left(-\frac{\pi}{2},\frac{\pi}{2}\right)\to\mathbb{R} \qquad,\qquad f(x)=\tan(x). \]

Determine se a função é bijectiva.

Resultado

A função é bijectiva.

Resolução

Para determinar se a função é bijectiva, devemos verificar que é simultaneamente injectiva e sobrejectiva.

Estudemos primeiro a injectividade.

No intervalo:

\[ \left(-\frac{\pi}{2},\frac{\pi}{2}\right) \]

a função tangente é estritamente crescente.

Uma função estritamente crescente é injectiva, pois a valores distintos do domínio correspondem imagens distintas.

Portanto, \(f\) é injectiva.

Verifiquemos agora a sobrejectividade.

O contradomínio da função é \(\mathbb{R}\). Devemos portanto mostrar que todo o número real é atingido pela função.

É sabido que:

\[ \lim_{x\to-\frac{\pi}{2}^{+}}\tan(x)=-\infty \]

e:

\[ \lim_{x\to\frac{\pi}{2}^{-}}\tan(x)=+\infty. \]

Além disso, a função tangente é contínua no intervalo:

\[ \left(-\frac{\pi}{2},\frac{\pi}{2}\right). \]

Assim, enquanto \(x\) percorre o intervalo \(\left(-\frac{\pi}{2},\frac{\pi}{2}\right)\), a função \(\tan(x)\) assume todos os valores reais.

Por conseguinte:

\[ \mathrm{Im}(f)=\mathbb{R}. \]

Como a imagem coincide com o contradomínio, a função é sobrejectiva.

Sendo simultaneamente injectiva e sobrejectiva, a função é bijectiva.


Exercício 19 — nível ★★★★★

Consideremos a função:

\[ f:\mathbb{R}\to\mathbb{R} \qquad,\qquad f(x)=x^3-1. \]

Determine se a função é invertível e, em caso afirmativo, encontre a sua inversa.

Resultado

A função é invertível.

A sua inversa é:

\[ f^{-1}(x)=\sqrt[3]{x+1}. \]

Resolução

Uma função é invertível se for bijectiva, ou seja, se for simultaneamente injectiva e sobrejectiva.

Estudemos a função:

\[ f(x)=x^3-1. \]

A função \(x^3\) é estritamente crescente em todo o \(\mathbb{R}\). Subtrair \(1\) translada o gráfico para baixo, mas não altera a monotonicidade.

Portanto, \(f(x)=x^3-1\) é estritamente crescente em \(\mathbb{R}\).

Por conseguinte, é injectiva.

Verifiquemos agora a sobrejectividade.

Seja:

\[ y\in\mathbb{R}. \]

Procuremos um número real \(x\) tal que:

\[ x^3-1=y. \]

Somando \(1\) a ambos os membros:

\[ x^3=y+1. \]

Extraindo a raiz cúbica:

\[ x=\sqrt[3]{y+1}. \]

Este valor existe e é real para todo o \(y\in\mathbb{R}\).

Todo o número real \(y\) é assim imagem de pelo menos um elemento do domínio.

A função é, portanto, sobrejectiva.

Sendo simultaneamente injectiva e sobrejectiva, a função é bijectiva e portanto invertível.

Determinemos agora a inversa.

Partindo de:

\[ y=x^3-1, \]

resolvemos em ordem a \(x\):

\[ y+1=x^3 \]

\[ x=\sqrt[3]{y+1}. \]

Trocando o papel das variáveis, obtemos:

\[ f^{-1}(x)=\sqrt[3]{x+1}. \]


Exercício 20 — nível ★★★★★

Consideremos a função:

\[ f:\mathbb{R}\to\mathbb{R} \qquad,\qquad f(x)=x^2-4x+3. \]

Determine se a função é invertível em \(\mathbb{R}\). Em caso negativo, encontre uma restrição do domínio que a torne invertível.

Resultado

A função não é invertível em \(\mathbb{R}\).

Uma possível restrição do domínio que a torna invertível é:

\[ [2,+\infty). \]

Resolução

A função dada é:

\[ f(x)=x^2-4x+3. \]

Trata-se de uma função quadrática. As funções quadráticas, consideradas em todo o \(\mathbb{R}\), não são injectivas, pois o seu gráfico é uma parábola.

Verifiquemos explicitamente que esta função não é injectiva.

Calculemos:

\[ f(1)=1^2-4\cdot1+3=1-4+3=0. \]

Além disso:

\[ f(3)=3^2-4\cdot3+3=9-12+3=0. \]

Logo:

\[ f(1)=f(3), \]

mas:

\[ 1\neq3. \]

Encontrámos dois elementos distintos do domínio com a mesma imagem.

Portanto, a função não é injectiva e, por conseguinte, não é invertível em todo o \(\mathbb{R}\).

Procuremos agora uma restrição do domínio que a torne invertível.

Completemos o quadrado:

\[ x^2-4x+3=(x-2)^2-1. \]

Desta forma, observamos que o vértice da parábola tem abcissa:

\[ x=2. \]

A função é decrescente para:

\[ x\le2 \]

e crescente para:

\[ x\ge2. \]

Restringindo o domínio a:

\[ [2,+\infty), \]

a função torna-se estritamente crescente e, portanto, injectiva.

Além disso, nesse intervalo, a imagem é:

\[ [-1,+\infty). \]

A função:

\[ f:[2,+\infty)\to[-1,+\infty) \]

definida por:

\[ f(x)=x^2-4x+3 \]

é portanto bijectiva e consequentemente invertível.


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