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Funções Crescentes e Decrescentes: 20 Exercícios Resolvidos Passo a Passo

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By Pimath, 19 Junho, 2026

Nesta coletânea apresentamos 20 exercícios resolvidos sobre funções crescentes, funções decrescentes, funções monótonas e funções estritamente monótonas. Cada exercício é resolvido passo a passo, com particular atenção à comparação entre os valores da função em dois pontos \(x_1\) e \(x_2\) do domínio.

Para determinar se uma função é crescente ou decrescente num conjunto \(X\), não basta observar alguns pontos do gráfico: é necessário verificar uma propriedade válida para todo par de pontos \(x_1,x_2\in X\) com \(x_1<x_2\).

Recordemos que uma função \(f:X\to\mathbb R\) é crescente em \(X\) se

\[ x_1<x_2 \implies f(x_1)\le f(x_2), \]

ao passo que é decrescente em \(X\) se

\[ x_1<x_2 \implies f(x_1)\ge f(x_2). \]

Se as desigualdades forem estritas, fala-se em função estritamente crescente ou estritamente decrescente. Os exercícios seguintes mostram como aplicar estas definições, como reconhecer funções monótonas em intervalos e como distinguir a monotonia não estrita da monotonia estrita.


Exercício 1 — nível ★☆☆☆☆

Determinar se a função

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

é crescente, decrescente, estritamente crescente ou estritamente decrescente em \(\mathbb R\).

Resultado

A função é estritamente crescente em \(\mathbb R\). Consequentemente, é também crescente em \(\mathbb R\).

Resolução

Para estudar a monotonia através da definição, tomemos dois pontos quaisquer \(x_1,x_2\in\mathbb R\) tais que

\[ x_1<x_2. \]

Devemos comparar \(f(x_1)\) e \(f(x_2)\). Como

\[ f(x)=2x+1, \]

temos

\[ f(x_1)=2x_1+1 \]

e

\[ f(x_2)=2x_2+1. \]

Da desigualdade \(x_1<x_2\), multiplicando ambos os membros por \(2\), que é um número positivo, obtemos

\[ 2x_1<2x_2. \]

Somando \(1\) a ambos os membros, obtém-se

\[ 2x_1+1<2x_2+1. \]

Ou seja,

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

Fica assim demonstrado que, para todo \(x_1,x_2\in\mathbb R\),

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

Por definição, a função é estritamente crescente em \(\mathbb R\).

Visto que toda função estritamente crescente é também crescente, concluímos que \(f\) é também crescente em \(\mathbb R\).


Exercício 2 — nível ★☆☆☆☆

Determinar se a função

\[ f:\mathbb R\to\mathbb R,\qquad f(x)=-3x+4 \]

é crescente, decrescente, estritamente crescente ou estritamente decrescente em \(\mathbb R\).

Resultado

A função é estritamente decrescente em \(\mathbb R\). Consequentemente, é também decrescente em \(\mathbb R\).

Resolução

Tomemos dois pontos quaisquer \(x_1,x_2\in\mathbb R\) tais que

\[ x_1<x_2. \]

Devemos comparar os valores \(f(x_1)\) e \(f(x_2)\). Como

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

tem-se

\[ f(x_1)=-3x_1+4 \]

e

\[ f(x_2)=-3x_2+4. \]

Da desigualdade

\[ x_1<x_2 \]

multiplicando ambos os membros por \(-3\), que é um número negativo, inverte-se o sentido da desigualdade:

\[ -3x_1>-3x_2. \]

Somando \(4\) a ambos os membros, obtemos

\[ -3x_1+4>-3x_2+4. \]

Ou seja,

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

Fica assim demonstrado que, para todo \(x_1,x_2\in\mathbb R\),

\[ x_1<x_2 \implies f(x_1)>f(x_2). \]

Por definição, \(f\) é estritamente decrescente em \(\mathbb R\).

Visto que toda função estritamente decrescente é também decrescente, a função é também decrescente em \(\mathbb R\).


Exercício 3 — nível ★☆☆☆☆

Determinar se a função constante

\[ f:\mathbb R\to\mathbb R,\qquad f(x)=5 \]

é crescente, decrescente, estritamente crescente ou estritamente decrescente em \(\mathbb R\).

Resultado

A função é crescente e decrescente em \(\mathbb R\), mas não é nem estritamente crescente nem estritamente decrescente.

Resolução

Consideremos dois pontos quaisquer \(x_1,x_2\in\mathbb R\) tais que

\[ x_1<x_2. \]

Como a função é constante, o seu valor é sempre igual a \(5\). Portanto,

\[ f(x_1)=5 \]

e

\[ f(x_2)=5. \]

Em particular,

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

Desta igualdade resulta tanto

\[ f(x_1)\le f(x_2) \]

como

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

Portanto, para todo \(x_1,x_2\in\mathbb R\) com \(x_1<x_2\), verificam-se ambas as condições:

\[ f(x_1)\le f(x_2) \]

e

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

Por definição, a função é, portanto, simultaneamente crescente e decrescente em \(\mathbb R\).

No entanto, não é estritamente crescente. Com efeito, para ser estritamente crescente deveria verificar-se

\[ f(x_1)<f(x_2) \]

para todo \(x_1<x_2\), mas, neste caso, os dois valores são sempre iguais.

Do mesmo modo, não é estritamente decrescente, porque não se verifica

\[ f(x_1)>f(x_2) \]

para todo \(x_1<x_2\).

Concluímos que a função constante é crescente e decrescente, mas não é nem estritamente crescente nem estritamente decrescente.


Exercício 4 — nível ★★☆☆☆

Determinar se a função

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

é crescente, decrescente ou não monótona em \(\mathbb R\).

Resultado

A função não é monótona em \(\mathbb R\): não é nem crescente nem decrescente em todo o seu domínio.

Resolução

Para determinar se \(f(x)=x^2\) é crescente em \(\mathbb R\), deveríamos verificar que, para todo \(x_1,x_2\in\mathbb R\),

\[ x_1<x_2 \implies f(x_1)\le f(x_2). \]

Basta, porém, encontrar um único par de pontos que contradiga esta condição para demonstrar que a função não é crescente.

Escolhamos

\[ x_1=-1,\qquad x_2=0. \]

Tem-se claramente

\[ -1<0, \]

ou seja, \(x_1<x_2\). No entanto,

\[ f(-1)=(-1)^2=1 \]

enquanto que

\[ f(0)=0^2=0. \]

Logo,

\[ f(-1)>f(0). \]

Encontramos assim dois pontos \(x_1<x_2\) tais que \(f(x_1)>f(x_2)\). Isto contradiz a definição de função crescente. Logo, \(f\) não é crescente em \(\mathbb R\).

Verifiquemos agora se a função é decrescente em \(\mathbb R\). Para ser decrescente, deveria verificar-se, para todo \(x_1,x_2\in\mathbb R\),

\[ x_1<x_2 \implies f(x_1)\ge f(x_2). \]

Também neste caso basta encontrar um par que contradiga a condição.

Escolhamos

\[ x_1=0,\qquad x_2=1. \]

Tem-se

\[ 0<1, \]

mas

\[ f(0)=0 \]

e

\[ f(1)=1. \]

Logo,

\[ f(0)<f(1). \]

Encontramos assim dois pontos \(x_1<x_2\) tais que \(f(x_1)<f(x_2)\). Isto contradiz a definição de função decrescente. Logo, \(f\) não é decrescente em \(\mathbb R\).

Visto que a função não é nem crescente nem decrescente em \(\mathbb R\), concluímos que \(f(x)=x^2\) é não monótona em \(\mathbb R\).


Exercício 5 — nível ★★☆☆☆

Determinar se a função

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

é crescente, decrescente, estritamente crescente ou estritamente decrescente em \([0,+\infty)\).

Resultado

A função é estritamente crescente em \([0,+\infty)\). Consequentemente, é também crescente em \([0,+\infty)\).

Resolução

Para estudar a monotonia em \([0,+\infty)\), tomemos dois pontos quaisquer

\[ x_1,x_2\in[0,+\infty) \]

tais que

\[ x_1<x_2. \]

Como \(x_1\) e \(x_2\) pertencem a \([0,+\infty)\), são ambos não negativos. Em particular,

\[ 0\le x_1<x_2. \]

Queremos comparar \(f(x_1)\) e \(f(x_2)\). Como

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

temos

\[ f(x_1)=x_1^2 \]

e

\[ f(x_2)=x_2^2. \]

Da desigualdade

\[ 0\le x_1<x_2 \]

resulta que

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

Com efeito, podemos escrever

\[ x_2^2-x_1^2=(x_2-x_1)(x_2+x_1). \]

Como \(x_2>x_1\), tem-se

\[ x_2-x_1>0. \]

Além disso, sendo \(x_1\ge 0\) e \(x_2>x_1\), tem-se também

\[ x_2+x_1>0. \]

Logo,

\[ (x_2-x_1)(x_2+x_1)>0, \]

ou seja,

\[ x_2^2-x_1^2>0. \]

Daí resulta

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

Portanto,

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

Fica demonstrado que, para todo \(x_1,x_2\in[0,+\infty)\),

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

Por definição, \(f\) é estritamente crescente em \([0,+\infty)\).

Consequentemente, \(f\) é também crescente em \([0,+\infty)\).


Exercício 6 — nível ★★☆☆☆

Determinar se a função

\[ f:(-\infty,0]\to\mathbb R,\qquad f(x)=x^2 \]

é crescente, decrescente, estritamente crescente ou estritamente decrescente em \((-\infty,0]\).

Resultado

A função é estritamente decrescente em \((-\infty,0]\). Consequentemente, é também decrescente em \((-\infty,0]\).

Resolução

Tomemos dois pontos quaisquer

\[ x_1,x_2\in(-\infty,0] \]

tais que

\[ x_1<x_2. \]

Como ambos os pontos pertencem a \((-\infty,0]\), temos

\[ x_1<x_2\le 0. \]

Devemos comparar

\[ f(x_1)=x_1^2 \]

e

\[ f(x_2)=x_2^2. \]

Consideremos a diferença

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

Decompomos como diferença de quadrados:

\[ x_1^2-x_2^2=(x_1-x_2)(x_1+x_2). \]

Como \(x_1<x_2\), tem-se

\[ x_1-x_2<0. \]

Além disso, sendo \(x_1<x_2\le 0\), ambos os números são não positivos e, pelo menos, \(x_1\) é estritamente negativo. Logo,

\[ x_1+x_2<0. \]

O produto de dois números negativos é positivo, logo

\[ (x_1-x_2)(x_1+x_2)>0. \]

Portanto,

\[ x_1^2-x_2^2>0. \]

Desta desigualdade resulta

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

Ou seja,

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

Fica assim demonstrado que, para todo \(x_1,x_2\in(-\infty,0]\),

\[ x_1<x_2 \implies f(x_1)>f(x_2). \]

Por definição, \(f\) é estritamente decrescente em \((-\infty,0]\).

Consequentemente, \(f\) é também decrescente em \((-\infty,0]\).


Exercício 7 — nível ★★☆☆☆

Determinar se a função

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

é decrescente em todo o seu domínio.

Resultado

A função não é decrescente em todo o domínio \(\mathbb R\setminus\{0\}\).

Resolução

O domínio da função é

\[ \mathbb R\setminus\{0\}=(-\infty,0)\cup(0,+\infty). \]

Para ser decrescente em todo o domínio, a função deveria satisfazer a seguinte condição: para todo \(x_1,x_2\in\mathbb R\setminus\{0\}\),

\[ x_1<x_2 \implies f(x_1)\ge f(x_2). \]

Para demonstrar que a função não é decrescente em todo o domínio, basta encontrar um par de pontos do domínio que contradiga esta condição.

Escolhamos

\[ x_1=-1,\qquad x_2=1. \]

Ambos pertencem ao domínio, pois são diferentes de \(0\), e tem-se

\[ -1<1. \]

Calculemos os valores da função:

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

e

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

Logo,

\[ f(-1)<f(1). \]

Mas uma função decrescente deveria satisfazer

\[ f(-1)\ge f(1), \]

porque \(-1<1\).

O par \(x_1=-1\), \(x_2=1\) contradiz, portanto, a definição de função decrescente.

Portanto, a função

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

não é decrescente em todo o seu domínio \(\mathbb R\setminus\{0\}\).

Isto não contradiz que \(f\) seja estritamente decrescente, separadamente, em \((-\infty,0)\) e em \((0,+\infty)\). A monotonia deve sempre referir-se ao conjunto sobre o qual é estudada.


Exercício 8 — nível ★★☆☆☆

Determinar se a função

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

é crescente, decrescente, estritamente crescente ou estritamente decrescente em \((0,+\infty)\).

Resultado

A função é estritamente decrescente em \((0,+\infty)\). Consequentemente, é também decrescente em \((0,+\infty)\).

Resolução

Tomemos dois pontos quaisquer

\[ x_1,x_2\in(0,+\infty) \]

tais que

\[ x_1<x_2. \]

Como \(x_1\) e \(x_2\) pertencem a \((0,+\infty)\), são ambos positivos:

\[ 0<x_1<x_2. \]

Queremos comparar

\[ f(x_1)=\frac{1}{x_1} \]

e

\[ f(x_2)=\frac{1}{x_2}. \]

Como

\[ 0<x_1<x_2, \]

ao dividir \(1\) por um número positivo maior obtém-se um valor menor. De modo algébrico, comparemos as duas frações:

\[ \frac{1}{x_1}-\frac{1}{x_2} = \frac{x_2-x_1}{x_1x_2}. \]

O numerador é positivo, porque

\[ x_2-x_1>0. \]

O denominador também é positivo, porque \(x_1>0\) e \(x_2>0\). Logo,

\[ x_1x_2>0. \]

Resulta que

\[ \frac{x_2-x_1}{x_1x_2}>0. \]

Portanto,

\[ \frac{1}{x_1}-\frac{1}{x_2}>0, \]

ou seja,

\[ \frac{1}{x_1}>\frac{1}{x_2}. \]

Portanto,

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

Fica demonstrado que, para todo \(x_1,x_2\in(0,+\infty)\),

\[ x_1<x_2 \implies f(x_1)>f(x_2). \]

Por definição, \(f\) é estritamente decrescente em \((0,+\infty)\).

Consequentemente, \(f\) é também decrescente em \((0,+\infty)\).


Exercício 9 — nível ★★☆☆☆

Determinar se a função

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

é crescente, decrescente, estritamente crescente ou estritamente decrescente em \((-\infty,0)\).

Resultado

A função é estritamente decrescente em \((-\infty,0)\). Consequentemente, é também decrescente em \((-\infty,0)\).

Resolução

Tomemos dois pontos quaisquer

\[ x_1,x_2\in(-\infty,0) \]

tais que

\[ x_1<x_2. \]

Como \(x_1\) e \(x_2\) pertencem a \((-\infty,0)\), são ambos negativos. Logo,

\[ x_1<x_2<0. \]

Queremos comparar

\[ f(x_1)=\frac{1}{x_1} \]

e

\[ f(x_2)=\frac{1}{x_2}. \]

Consideremos a diferença:

\[ \frac{1}{x_1}-\frac{1}{x_2} = \frac{x_2-x_1}{x_1x_2}. \]

Como \(x_1<x_2\), tem-se

\[ x_2-x_1>0. \]

Além disso, \(x_1\) e \(x_2\) são ambos negativos, pelo que o seu produto é positivo:

\[ x_1x_2>0. \]

Portanto,

\[ \frac{x_2-x_1}{x_1x_2}>0. \]

Logo,

\[ \frac{1}{x_1}-\frac{1}{x_2}>0, \]

ou seja,

\[ \frac{1}{x_1}>\frac{1}{x_2}. \]

Obtemos assim

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

Isto verifica-se para todo par \(x_1,x_2\in(-\infty,0)\) com \(x_1<x_2\). Por definição, a função é estritamente decrescente em \((-\infty,0)\).

Consequentemente, \(f\) é também decrescente em \((-\infty,0)\).


Exercício 10 — nível ★★★☆☆

Determinar se a função

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

é crescente, decrescente, estritamente crescente ou estritamente decrescente em \(\mathbb R\).

Resultado

A função é estritamente crescente em \(\mathbb R\). Consequentemente, é também crescente em \(\mathbb R\).

Resolução

Usemos diretamente a definição. Tomemos dois pontos quaisquer \(x_1,x_2\in\mathbb R\) tais que

\[ x_1<x_2. \]

Devemos demonstrar que

\[ f(x_1)<f(x_2), \]

ou seja,

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

Consideremos a diferença

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

Decompomos a diferença de cubos:

\[ x_2^3-x_1^3=(x_2-x_1)(x_2^2+x_1x_2+x_1^2). \]

Como \(x_1<x_2\), tem-se

\[ x_2-x_1>0. \]

Resta observar que

\[ x_2^2+x_1x_2+x_1^2>0. \]

Com efeito, podemos escrever

\[ x_2^2+x_1x_2+x_1^2 = \left(x_2+\frac{x_1}{2}\right)^2+\frac{3}{4}x_1^2. \]

Esta quantidade é sempre não negativa e, no nosso caso, não pode anular-se em simultâneo com \(x_1<x_2\). Logo, é positiva.

Logo, o produto

\[ (x_2-x_1)(x_2^2+x_1x_2+x_1^2) \]

é positivo. Portanto,

\[ x_2^3-x_1^3>0. \]

Daí resulta

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

Ou seja,

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

Fica demonstrado que, para todo \(x_1,x_2\in\mathbb R\),

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

Por definição, \(f(x)=x^3\) é estritamente crescente em \(\mathbb R\).

Este exemplo é importante porque mostra que o crescimento estrito pode ser demonstrado diretamente a partir da definição, comparando os valores assumidos pela função em dois pontos quaisquer do domínio.


Exercício 11 — nível ★★★☆☆

Determinar se a função

\[ f:\mathbb R\to\mathbb R,\qquad f(x)=x^2-4x+1 \]

é crescente, decrescente ou não monótona em \(\mathbb R\).

Resultado

A função não é monótona em \(\mathbb R\). É estritamente decrescente em \((-\infty,2]\) e estritamente crescente em \([2,+\infty)\).

Resolução

Reescrevamos a função completando o quadrado:

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

Esta forma mostra que o valor da função depende do quadrado da distância de \(x\) ao número \(2\).

Estudemos primeiro a função no intervalo \([2,+\infty)\). Tomemos dois pontos quaisquer

\[ x_1,x_2\in[2,+\infty) \]

tais que

\[ x_1<x_2. \]

Como \(x_1\ge 2\) e \(x_2\ge 2\), tem-se

\[ 0\le x_1-2<x_2-2. \]

Elevando ao quadrado, dado que os dois membros são não negativos, obtemos

\[ (x_1-2)^2<(x_2-2)^2. \]

Subtraindo \(3\) a ambos os membros:

\[ (x_1-2)^2-3<(x_2-2)^2-3. \]

Ou seja,

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

Logo, \(f\) é estritamente crescente em \([2,+\infty)\).

Estudemos agora a função no intervalo \((-\infty,2]\). Tomemos dois pontos quaisquer

\[ x_1,x_2\in(-\infty,2] \]

tais que

\[ x_1<x_2. \]

Então,

\[ x_1-2<x_2-2\le 0. \]

Multiplicando por \(-1\), inverte-se o sentido da desigualdade:

\[ 2-x_1>2-x_2\ge 0. \]

Como ambos os membros são não negativos, elevando ao quadrado obtém-se

\[ (2-x_1)^2>(2-x_2)^2. \]

Mas

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

Logo,

\[ (x_1-2)^2>(x_2-2)^2. \]

Subtraindo \(3\) a ambos os membros:

\[ (x_1-2)^2-3>(x_2-2)^2-3. \]

Ou seja,

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

Logo, \(f\) é estritamente decrescente em \((-\infty,2]\).

Por fim, a função não é monótona em todo \(\mathbb R\), porque primeiro decresce e depois cresce. Podemos verificá-lo também com dois contraexemplos.

Com efeito,

\[ f(1)=1-4+1=-2 \]

enquanto que

\[ f(2)=4-8+1=-3. \]

Como \(1<2\) mas \(f(1)>f(2)\), a função não é crescente em \(\mathbb R\).

Além disso,

\[ f(2)=-3 \]

e

\[ f(3)=9-12+1=-2. \]

Como \(2<3\) mas \(f(2)<f(3)\), a função não é decrescente em \(\mathbb R\).

Concluímos que \(f\) não é monótona em \(\mathbb R\), mas é estritamente decrescente em \((-\infty,2]\) e estritamente crescente em \([2,+\infty)\).


Exercício 12 — nível ★★★☆☆

Determinar se a função

\[ f:\mathbb R\to\mathbb R,\qquad f(x)=-x^2+6x-5 \]

é crescente, decrescente ou não monótona em \(\mathbb R\).

Resultado

A função não é monótona em \(\mathbb R\). É estritamente crescente em \((-\infty,3]\) e estritamente decrescente em \([3,+\infty)\).

Resolução

Reescrevamos a função completando o quadrado:

\[ f(x)=-x^2+6x-5=-(x-3)^2+4. \]

Esta forma mostra que a função atinge o valor máximo quando \(x=3\), porque o termo \((x-3)^2\) é sempre não negativo.

Estudemos primeiro a função em \((-\infty,3]\). Tomemos dois pontos quaisquer

\[ x_1,x_2\in(-\infty,3] \]

tais que

\[ x_1<x_2. \]

Então,

\[ x_1-3<x_2-3\le 0. \]

Multiplicando por \(-1\), obtemos

\[ 3-x_1>3-x_2\ge 0. \]

Como os dois membros são não negativos, elevando ao quadrado tem-se

\[ (3-x_1)^2>(3-x_2)^2. \]

Como

\[ (3-x)^2=(x-3)^2, \]

obtemos

\[ (x_1-3)^2>(x_2-3)^2. \]

Multiplicando por \(-1\), inverte-se o sentido da desigualdade:

\[ -(x_1-3)^2<-(x_2-3)^2. \]

Somando \(4\) a ambos os membros:

\[ -(x_1-3)^2+4<-(x_2-3)^2+4. \]

Ou seja,

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

Logo, \(f\) é estritamente crescente em \((-\infty,3]\).

Estudemos agora a função em \([3,+\infty)\). Tomemos dois pontos quaisquer

\[ x_1,x_2\in[3,+\infty) \]

tais que

\[ x_1<x_2. \]

Então,

\[ 0\le x_1-3<x_2-3. \]

Elevando ao quadrado:

\[ (x_1-3)^2<(x_2-3)^2. \]

Multiplicando por \(-1\), obtemos

\[ -(x_1-3)^2>-(x_2-3)^2. \]

Somando \(4\):

\[ -(x_1-3)^2+4>-(x_2-3)^2+4. \]

Ou seja,

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

Logo, \(f\) é estritamente decrescente em \([3,+\infty)\).

A função não é monótona em todo \(\mathbb R\), porque cresce até \(x=3\) e depois decresce.

Com efeito, escolhendo \(x_1=2\) e \(x_2=3\), tem-se \(2<3\), mas

\[ f(2)=-4+12-5=3 \]

e

\[ f(3)=-9+18-5=4. \]

Logo, \(f(2)<f(3)\), o que exclui que a função seja decrescente em \(\mathbb R\).

Além disso, escolhendo \(x_1=3\) e \(x_2=4\), tem-se \(3<4\), mas

\[ f(3)=4 \]

e

\[ f(4)=-16+24-5=3. \]

Logo, \(f(3)>f(4)\), o que exclui que a função seja crescente em \(\mathbb R\).

Concluímos que \(f\) não é monótona em \(\mathbb R\), mas é estritamente crescente em \((-\infty,3]\) e estritamente decrescente em \([3,+\infty)\).


Exercício 13 — nível ★★★☆☆

Determinar se a função

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

é crescente, decrescente ou não monótona em \(\mathbb R\). Determinar depois os intervalos em que é monótona.

Resultado

A função não é monótona em \(\mathbb R\). É estritamente decrescente em \((-\infty,0]\) e estritamente crescente em \([0,+\infty)\).

Resolução

A função valor absoluto é definida por

\[ |x|= \begin{cases} -x & \text{se } x<0,\\ x & \text{se } x\ge 0. \end{cases} \]

Estudemos primeiro a função em \([0,+\infty)\). Se \(x\ge 0\), então

\[ |x|=x. \]

Tomemos, então, dois pontos quaisquer

\[ x_1,x_2\in[0,+\infty) \]

tais que

\[ x_1<x_2. \]

Como em \([0,+\infty)\) se tem \(f(x)=x\), obtemos

\[ f(x_1)=x_1 \]

e

\[ f(x_2)=x_2. \]

Da desigualdade \(x_1<x_2\) resulta diretamente

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

Logo, \(f\) é estritamente crescente em \([0,+\infty)\).

Estudemos agora a função em \((-\infty,0]\). Se \(x\le 0\), então

\[ |x|=-x. \]

Tomemos dois pontos quaisquer

\[ x_1,x_2\in(-\infty,0] \]

tais que

\[ x_1<x_2. \]

Como em \((-\infty,0]\) se tem \(f(x)=-x\), obtemos

\[ f(x_1)=-x_1 \]

e

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

Da desigualdade

\[ x_1<x_2 \]

multiplicando por \(-1\), inverte-se o sentido da desigualdade:

\[ -x_1>-x_2. \]

Logo,

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

Logo, \(f\) é estritamente decrescente em \((-\infty,0]\).

A função não é monótona em todo \(\mathbb R\). Com efeito, escolhendo

\[ x_1=-1,\qquad x_2=0, \]

tem-se \(x_1<x_2\), mas

\[ f(-1)=1>0=f(0). \]

Isto exclui que \(f\) seja crescente em \(\mathbb R\).

Além disso, escolhendo

\[ x_1=0,\qquad x_2=1, \]

tem-se \(x_1<x_2\), mas

\[ f(0)=0<1=f(1). \]

Isto exclui que \(f\) seja decrescente em \(\mathbb R\).

Portanto, \(f(x)=|x|\) não é monótona em \(\mathbb R\), mas é estritamente decrescente em \((-\infty,0]\) e estritamente crescente em \([0,+\infty)\).


Exercício 14 — nível ★★★☆☆

Determinar se a função

\[ f:\mathbb R\to\mathbb R,\qquad f(x)=-|x| \]

é crescente, decrescente ou não monótona em \(\mathbb R\). Determinar depois os intervalos em que é monótona.

Resultado

A função não é monótona em \(\mathbb R\). É estritamente crescente em \((-\infty,0]\) e estritamente decrescente em \([0,+\infty)\).

Resolução

A função é

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

Como

\[ |x|= \begin{cases} -x & \text{se } x<0,\\ x & \text{se } x\ge 0, \end{cases} \]

obtemos

\[ -|x|= \begin{cases} x & \text{se } x<0,\\ -x & \text{se } x\ge 0. \end{cases} \]

Estudemos primeiro a função em \((-\infty,0]\). Neste intervalo, a função comporta-se como

\[ f(x)=x. \]

Se \(x_1,x_2\in(-\infty,0]\) e

\[ x_1<x_2, \]

então

\[ f(x_1)=x_1 \]

e

\[ f(x_2)=x_2. \]

Logo, da desigualdade \(x_1<x_2\) resulta

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

Logo, \(f\) é estritamente crescente em \((-\infty,0]\).

Estudemos agora a função em \([0,+\infty)\). Neste intervalo, a função comporta-se como

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

Se \(x_1,x_2\in[0,+\infty)\) e

\[ x_1<x_2, \]

então, multiplicando por \(-1\), obtemos

\[ -x_1>-x_2. \]

Ou seja,

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

Logo, \(f\) é estritamente decrescente em \([0,+\infty)\).

A função não é monótona em todo \(\mathbb R\). Com efeito, cresce até \(x=0\) e depois decresce.

Para ver que não é crescente em todo \(\mathbb R\), escolhamos

\[ x_1=0,\qquad x_2=1. \]

Tem-se \(0<1\), mas

\[ f(0)=0>-1=f(1). \]

Isto contradiz o crescimento.

Para ver que não é decrescente em todo \(\mathbb R\), escolhamos

\[ x_1=-1,\qquad x_2=0. \]

Tem-se \(-1<0\), mas

\[ f(-1)=-1<0=f(0). \]

Isto contradiz o decrescimento.

Portanto, \(f(x)=-|x|\) não é monótona em \(\mathbb R\), mas é estritamente crescente em \((-\infty,0]\) e estritamente decrescente em \([0,+\infty)\).


Exercício 15 — nível ★★★★☆

Determinar se a função

\[ f:\mathbb R\to\mathbb R,\qquad f(x)= \begin{cases} x & \text{se } x<0,\\ 0 & \text{se } x\ge 0 \end{cases} \]

é crescente, decrescente, estritamente crescente ou estritamente decrescente em \(\mathbb R\).

Resultado

A função é crescente em \(\mathbb R\), mas não é estritamente crescente.

Resolução

A função é definida por ramos:

\[ f(x)= \begin{cases} x & \text{se } x<0,\\ 0 & \text{se } x\ge 0. \end{cases} \]

Devemos verificar que, para todo \(x_1,x_2\in\mathbb R\) com

\[ x_1<x_2, \]

se tem

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

Consideremos os casos possíveis.

Primeiro caso: \(x_1<x_2<0\). Neste caso, ambos os pontos são negativos, logo

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

Como \(x_1<x_2\), resulta

\[ f(x_1)<f(x_2), \]

e, portanto, em particular,

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

Segundo caso: \(x_1<0\le x_2\). Neste caso,

\[ f(x_1)=x_1 \]

e

\[ f(x_2)=0. \]

Como \(x_1<0\), tem-se

\[ f(x_1)=x_1<0=f(x_2). \]

Logo, também neste caso \(f(x_1)\le f(x_2)\).

Terceiro caso: \(0\le x_1<x_2\). Neste caso, ambos os pontos são não negativos, logo

\[ f(x_1)=0,\qquad f(x_2)=0. \]

Consequentemente,

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

e, portanto,

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

Em todos os casos possíveis, obtemos

\[ x_1<x_2 \implies f(x_1)\le f(x_2). \]

Por definição, a função é crescente em \(\mathbb R\).

A função não é, porém, estritamente crescente. Com efeito, escolhendo

\[ x_1=1,\qquad x_2=2, \]

tem-se \(x_1<x_2\), mas

\[ f(1)=0=f(2). \]

Logo, não se verifica \(f(x_1)<f(x_2)\) para todo par \(x_1<x_2\). Portanto, a função é crescente, mas não estritamente crescente.


Exercício 16 — nível ★★★★☆

Determinar se a função

\[ f:\mathbb R\to\mathbb R,\qquad f(x)= \begin{cases} 1 & \text{se } x<0,\\ -x & \text{se } x\ge 0 \end{cases} \]

é crescente, decrescente, estritamente crescente ou estritamente decrescente em \(\mathbb R\).

Resultado

A função é decrescente em \(\mathbb R\), mas não é estritamente decrescente.

Resolução

A função é definida por ramos:

\[ f(x)= \begin{cases} 1 & \text{se } x<0,\\ -x & \text{se } x\ge 0. \end{cases} \]

Para demonstrar que \(f\) é decrescente em \(\mathbb R\), devemos verificar que, para todo \(x_1,x_2\in\mathbb R\),

\[ x_1<x_2 \implies f(x_1)\ge f(x_2). \]

Consideremos todos os casos possíveis.

Primeiro caso: \(x_1<x_2<0\).

Neste caso, ambos os pontos são negativos. Logo, pela definição da função,

\[ f(x_1)=1 \qquad \text{e} \qquad f(x_2)=1. \]

Portanto,

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

e, portanto, em particular,

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

Segundo caso: \(x_1<0\le x_2\).

Neste caso, \(x_1\) é negativo, enquanto \(x_2\) é não negativo. Logo,

\[ f(x_1)=1 \]

e

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

Como \(x_2\ge 0\), tem-se

\[ -x_2\le 0. \]

Logo,

\[ f(x_2)\le 0. \]

Mas

\[ f(x_1)=1, \]

pelo que, certamente,

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

Terceiro caso: \(0\le x_1<x_2\).

Neste caso, ambos os pontos são não negativos. Logo, a função é dada por

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

Portanto,

\[ f(x_1)=-x_1 \qquad \text{e} \qquad f(x_2)=-x_2. \]

Da desigualdade

\[ x_1<x_2 \]

multiplicando por \(-1\), inverte-se o sentido da desigualdade:

\[ -x_1>-x_2. \]

Ou seja,

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

Em particular, também neste caso se verifica

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

Em todos os casos possíveis, fica demonstrado que, se \(x_1<x_2\), então

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

Por definição, \(f\) é, portanto, decrescente em \(\mathbb R\).

A função não é, porém, estritamente decrescente. Com efeito, escolhendo

\[ x_1=-2,\qquad x_2=-1, \]

tem-se

\[ -2<-1, \]

mas, como ambos os pontos são negativos,

\[ f(-2)=1 \qquad \text{e} \qquad f(-1)=1. \]

Logo,

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

Para ser estritamente decrescente, deveria, pelo contrário, verificar-se

\[ f(-2)>f(-1). \]

Esta condição não se verifica. Portanto, a função é decrescente em \(\mathbb R\), mas não é estritamente decrescente.


Exercício 17 — nível ★★★★☆

Determinar se a função

\[ f:\mathbb R\to\mathbb R,\qquad f(x)= \begin{cases} x & \text{se } x\le 0,\\ x+1 & \text{se } x>0 \end{cases} \]

é crescente, decrescente, estritamente crescente ou estritamente decrescente em \(\mathbb R\).

Resultado

A função é estritamente crescente em \(\mathbb R\). Consequentemente, é também crescente em \(\mathbb R\).

Resolução

A função é definida por ramos:

\[ f(x)= \begin{cases} x & \text{se } x\le 0,\\ x+1 & \text{se } x>0. \end{cases} \]

Para demonstrar que \(f\) é estritamente crescente em \(\mathbb R\), devemos verificar que, para todo \(x_1,x_2\in\mathbb R\),

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

Consideremos todos os casos possíveis.

Primeiro caso: \(x_1<x_2\le 0\).

Neste caso, ambos os pontos pertencem ao primeiro ramo da função. Logo,

\[ f(x_1)=x_1 \]

e

\[ f(x_2)=x_2. \]

Como \(x_1<x_2\), obtemos diretamente

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

Segundo caso: \(0<x_1<x_2\).

Neste caso, ambos os pontos pertencem ao segundo ramo da função. Logo,

\[ f(x_1)=x_1+1 \]

e

\[ f(x_2)=x_2+1. \]

Da desigualdade \(x_1<x_2\), somando \(1\) a ambos os membros, resulta

\[ x_1+1<x_2+1. \]

Ou seja,

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

Terceiro caso: \(x_1\le 0<x_2\).

Neste caso, \(x_1\) pertence ao primeiro ramo, enquanto \(x_2\) pertence ao segundo. Logo,

\[ f(x_1)=x_1 \]

e

\[ f(x_2)=x_2+1. \]

Como \(x_1\le 0\) e \(x_2>0\), tem-se

\[ x_1\le 0<x_2<x_2+1. \]

Em particular,

\[ x_1<x_2+1. \]

Ou seja,

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

Em todos os casos possíveis, fica demonstrado que

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

Por definição, a função é estritamente crescente em \(\mathbb R\).

Consequentemente, é também crescente em \(\mathbb R\).


Exercício 18 — nível ★★★★☆

Determinar se a função

\[ f:\mathbb R\to\mathbb R,\qquad f(x)= \begin{cases} x & \text{se } x<0,\\ x-1 & \text{se } x\ge 0 \end{cases} \]

é crescente, decrescente ou não monótona em \(\mathbb R\).

Resultado

A função é não monótona em \(\mathbb R\): não é nem crescente nem decrescente.

Resolução

A função é definida por ramos:

\[ f(x)= \begin{cases} x & \text{se } x<0,\\ x-1 & \text{se } x\ge 0. \end{cases} \]

Observemos que a função cresce em cada um dos dois ramos considerados separadamente. Com efeito, para \(x<0\) tem-se \(f(x)=x\), enquanto para \(x\ge 0\) se tem \(f(x)=x-1\).

No entanto, isto não basta para concluir que a função seja crescente em todo \(\mathbb R\). É necessário verificar também o que acontece na passagem de valores negativos para valores não negativos.

Para demonstrar que \(f\) não é crescente em \(\mathbb R\), procuremos dois pontos \(x_1,x_2\in\mathbb R\) tais que

\[ x_1<x_2 \]

mas

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

Escolhamos

\[ x_1=-\frac12,\qquad x_2=0. \]

Tem-se

\[ -\frac12<0. \]

Calculemos os valores da função:

\[ f\left(-\frac12\right)=-\frac12, \]

porque \(-\frac12<0\), enquanto que

\[ f(0)=0-1=-1, \]

porque \(0\ge 0\).

Logo,

\[ f\left(-\frac12\right)=-\frac12>-1=f(0). \]

Encontramos assim dois pontos \(x_1<x_2\) tais que \(f(x_1)>f(x_2)\). Isto contradiz a definição de função crescente. Logo, \(f\) não é crescente em \(\mathbb R\).

Para demonstrar que \(f\) não é decrescente em \(\mathbb R\), procuremos dois pontos \(x_1,x_2\in\mathbb R\) tais que

\[ x_1<x_2 \]

mas

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

Escolhamos

\[ x_1=1,\qquad x_2=2. \]

Tem-se

\[ 1<2. \]

Como ambos os pontos são não negativos, obtemos

\[ f(1)=1-1=0 \]

e

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

Logo,

\[ f(1)<f(2). \]

Este par contradiz a definição de função decrescente. Logo, \(f\) não é decrescente em \(\mathbb R\).

Visto que a função não é nem crescente nem decrescente em \(\mathbb R\), concluímos que é não monótona em \(\mathbb R\).


Exercício 19 — nível ★★★★☆

Demonstrar que toda função estritamente crescente é injetiva.

Resultado

Toda função estritamente crescente é injetiva.

Resolução

Seja

\[ f:X\to\mathbb R \]

uma função estritamente crescente num conjunto \(X\subseteq\mathbb R\).

Queremos demonstrar que \(f\) é injetiva. Por definição, devemos provar que elementos distintos do domínio têm imagens distintas.

Tomemos, então, dois pontos quaisquer

\[ x_1,x_2\in X \]

tais que

\[ x_1\ne x_2. \]

Visto que \(x_1\) e \(x_2\) são dois números reais distintos, verifica-se necessariamente uma das duas possibilidades:

\[ x_1<x_2 \]

ou

\[ x_2<x_1. \]

Se \(x_1<x_2\), como \(f\) é estritamente crescente, obtemos

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

Em particular,

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

Se, pelo contrário, \(x_2<x_1\), então, novamente porque \(f\) é estritamente crescente, obtemos

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

Também neste caso resulta

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

Em ambos os casos, de \(x_1\ne x_2\) resulta

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

Por definição, \(f\) é injetiva.

Concluímos, então, que toda função estritamente crescente é injetiva.


Exercício 20 — nível ★★★★★

Determinar se a seguinte afirmação é verdadeira ou falsa:

\[ \text{Se uma função é injetiva, então é monótona.} \]

Caso seja falsa, apresentar um contraexemplo.

Resultado

A afirmação é falsa. Existem funções injetivas que não são monótonas.

Resolução

A afirmação a examinar é:

\[ \text{se uma função é injetiva, então é monótona.} \]

Esta afirmação é falsa. Para demonstrá-lo, basta construir uma função injetiva que não seja nem crescente nem decrescente.

Consideremos a função

\[ f:\{1,2,3\}\to\mathbb R \]

definida por

\[ f(1)=1,\qquad f(2)=3,\qquad f(3)=2. \]

Primeiro, verifiquemos que \(f\) é injetiva. Os valores assumidos pela função são

\[ 1,\qquad 3,\qquad 2. \]

Estes três valores são todos distintos. Logo, elementos distintos do domínio têm imagens distintas. Por definição, \(f\) é injetiva.

Verifiquemos agora que \(f\) não é crescente.

Se \(f\) fosse crescente, para todo par \(x_1,x_2\in\{1,2,3\}\) com \(x_1<x_2\) deveria verificar-se

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

Escolhamos

\[ x_1=2,\qquad x_2=3. \]

Tem-se

\[ 2<3, \]

mas

\[ f(2)=3>2=f(3). \]

Este par contradiz a definição de função crescente. Logo, \(f\) não é crescente.

Verifiquemos agora que \(f\) não é decrescente.

Se \(f\) fosse decrescente, para todo par \(x_1,x_2\in\{1,2,3\}\) com \(x_1<x_2\) deveria verificar-se

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

Escolhamos

\[ x_1=1,\qquad x_2=2. \]

Tem-se

\[ 1<2, \]

mas

\[ f(1)=1<3=f(2). \]

Este par contradiz a definição de função decrescente. Logo, \(f\) não é decrescente.

A função é, portanto, injetiva, mas não é monótona.

Este contraexemplo mostra que a injetividade não implica a monotonia. A monotonia estrita implica a injetividade, mas o recíproco não é verdadeiro.


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  • Análise Matemática 1

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