Experimentos indicam que a biomassa \(Q(t)\) de uma espécie de peixe em uma determinada área do oceano muda na taxa
\[
\dfrac{dQ}{dt} = rQ\left(1 - \dfrac{Q}{a}\right)
\]
em que \(r\) é a taxa de crescimento
natural da espécie e \(a\) é uma
constante.
Qual é a expressão correta para a taxa de variação relativa percentual
da biomassa?
Linda Grant, uma bióloga que estuda os efeitos de uma toxina em uma
cultura bacteriana, determina que \(t\)
horas após a introdução da toxina, a população de bactérias na cultura é
de \(P\) milhões onde:
\[
P(t) = \dfrac{t+1}{t^2 + t + 4}
\]
Qual é a taxa de variação da população no instante \(t = 0\) e quanto a população aumenta até começar a diminuir?
Um estudo ambiental realizado num bairro sugere que a concentração média diária de monóxido de carbono no ar é \(c(p)=\sqrt{p^2/2+17}\) partes por milhão quando a população é \(p\) milhares de residentes. Estima-se que daqui a \(t\) anos a população do bairro será \(p(t) = 3.1 + 0.1 t^2\) mil residentes.
Qual é a taxa de variação da concentração de monóxido de carbono em relação ao tempo, em partes por milhão por ano, daqui a 3 anos?
Durante um procedimento médico, o tamanho de um tumor aproximadamente esférico é estimado medindo seu diâmetro e usando a fórmula \(V = \dfrac{4}{3} \pi R^3\) para calcular seu volume. Se o diâmetro for medido como 2.5 cm com um erro máximo de 2%, qual é a variação relativa do volume?
Daniela administra uma fábrica de produto hospitalar cuja produção diária é de \(Q = 2x^3 + x^2y + y^3\) unidades, em que \(x\) é o número de horas de trabalho especializado usadas e \(y\) é o número de horas de trabalho não especializado. A força de trabalho atual consiste em 30 horas de trabalho especializado e 20 horas de trabalho não especializado. Daniela quer aumentar o nível de mão-de-obra especializada em 1 hora sem afetar a produção diária.
Qual deve ser a variação aproximada na mão-de-obra não especializada para manter a produção constante?
Uma tempestade no mar danificou uma plataforma de petróleo, produzindo um vazamento constante de 60 ft3/min. A mancha de óleo formada tem espessura constante de 3 polegadas e forma aproximadamente circular.
Com que rapidez o raio da mancha está aumentando no instante em que o raio é de 70 ft?
Suponha que a ruptura seja reparada de forma que o vazamento seja interrompido instantaneamente. Se o raio da mancha está aumentando a uma taxa de 0.2 ft/min quando o vazamento cessa, qual é o volume total de petróleo derramado no mar?
Um lago está poluído por resíduos de uma usina localizada em sua
margem. Os ecologistas determinam que, quando o nível de poluente é
\(x\) partes por milhão (ppm), haverá
\(F\) peixes de uma determinada espécie
no lago, em que
\[
F = \dfrac{32000}{3 + \sqrt{x}}
\]
No instante em que restam 4000 peixes no lago, a poluição está
aumentando à taxa de 1.4 ppm/ano.
Qual é a taxa de variação da população de peixes nesse instante?
Durante uma tosse, o raio \(r\) da traqueia diminui. A velocidade do ar na traqueia é dada por \(S(r) = ar^2(r_0 - r)\), sendo que \(r_0\) é o raio normal da traqueia e \(a\) é uma constante positiva.
Qual é o valor de \(r\) que maximiza a velocidade do ar?
Elasticidade-Preço da Demanda:
Se \(q = D(p)\) unidades de um bem são demandadas pelo mercado a um preço unitário \(p\), em que \(D\) é uma função diferenciável, então a elasticidade-preço da demanda pelo bem é dada por
\[ \eta(p)=-\dfrac{p\;dq}{q\; dp} \]
e tem a interpretação \(\eta(p)\) é aproximadamente igual à porcentagem de diminuição da demanda \(q\) produzida por um aumento de 1% no preço \(p\).
Você pode se perguntar por que o sinal negativo faz parte da definição de \(\eta(p)\). Como a demanda geralmente diminui com o aumento do preço, a porcentagem de variação da quantidade demandada em relação ao preço será negativa. Ao introduzir um sinal de menos na fórmula para \(\eta(p)\), garantimos que a elasticidade da demanda é uma quantidade positiva, o que é mais conveniente de se lidar, principalmente ao fazer comparações.
Enunciado da questão:
A demanda \(q\) por um certo bem hospitalar e seu preço unitário \(p\) estão relacionados pela equação linear \(q = 240 - 2p\), com \(0 \le p \le 120\).
Qual é a elasticidade-preço da demanda quando \(p = 100\)? E para qual valor de \(p\) a elasticidade é unitária (\(\eta = 1\))?
O gerente de uma fábrica de produto hospitalar determina que, quando um certo produto novo custa \(p\) reais por unidade, a demanda diária será de \(q = 300 - p^2\) exemplares, em que \(0\le p \le \sqrt{300}\).
Se \(q = D(p)\) unidades de um bem são demandadas pelo mercado a um preço unitário \(p\), em que \(D\) é uma função diferenciável, então a elasticidade-preço da demanda pelo bem é dada por
\[ \eta(p)=-\dfrac{p\;dq}{q\; dp} \]
e tem a interpretação \(\eta(p)\) é aproximadamente igual à porcentagem de diminuição da demanda \(q\) produzida por um aumento de 1% no preço \(p\).
Você pode se perguntar por que o sinal negativo faz parte da definição de \(\eta(p)\). Como a demanda geralmente diminui com o aumento do preço, a porcentagem de variação da quantidade demandada em relação ao preço será negativa. Ao introduzir um sinal de menos na fórmula para \(\eta(p)\), garantimos que a elasticidade da demanda é uma quantidade positiva, o que é mais conveniente de se lidar, principalmente ao fazer comparações.
Para qual valor de \(p\) a elasticidade-preço da demanda é igual a 1? E como se comporta a receita total em função de \(p\) abaixo e acima desse ponto?
A resposta do corpo a uma droga é modelada pela função
\[
R = D^2\left(\dfrac{C}{2} - \dfrac{D}{3}\right)
\]
em que \(D\) é a dosagem administrada e
\(C\) é a dosagem máxima permitida.
Para qual valor de \(D\) a sensibilidade (derivada de \(R\) em relação a \(D\)) é máxima? E qual é o valor da reação do corpo à droga nesse ponto?
A demanda por um bem é dada por \(q = b - ap\), sendo que \(a\) e \(b\) são constantes positivas, e \(0 \le p \le \dfrac{b}{a}\).
Se \(q = D(p)\) unidades de um bem são demandadas pelo mercado a um preço unitário \(p\), em que \(D\) é uma função diferenciável, então a elasticidade-preço da demanda pelo bem é dada por
\[ \eta(p)=-\dfrac{p\;dq}{q\; dp} \]
e tem a interpretação \(\eta(p)\) é aproximadamente igual à porcentagem de diminuição da demanda \(q\) produzida por um aumento de 1% no preço \(p\).
Você pode se perguntar por que o sinal negativo faz parte da definição de \(\eta(p)\). Como a demanda geralmente diminui com o aumento do preço, a porcentagem de variação da quantidade demandada em relação ao preço será negativa. Ao introduzir um sinal de menos na fórmula para \(\eta(p)\), garantimos que a elasticidade da demanda é uma quantidade positiva, o que é mais conveniente de se lidar, principalmente ao fazer comparações.
Qual é a expressão da elasticidade-preço da demanda? Para qual valor de \(p\) a demanda é isoelástica? E em quais intervalos a demanda é elástica ou inelástica?
A equação de demanda por um bem é dada por \(q = \dfrac{a}{p^m}\), onde \(a\) e \(m\) são constantes positivas.
Se \(q = D(p)\) unidades de um bem são demandadas pelo mercado a um preço unitário \(p\), em que \(D\) é uma função diferenciável, então a elasticidade-preço da demanda pelo bem é dada por
\[ \eta(p)=-\dfrac{p\;dq}{q\; dp} \]
e tem a interpretação \(\eta(p)\) é aproximadamente igual à porcentagem de diminuição da demanda \(q\) produzida por um aumento de 1% no preço \(p\).
Você pode se perguntar por que o sinal negativo faz parte da definição de \(\eta(p)\). Como a demanda geralmente diminui com o aumento do preço, a porcentagem de variação da quantidade demandada em relação ao preço será negativa. Ao introduzir um sinal de menos na fórmula para \(\eta(p)\), garantimos que a elasticidade da demanda é uma quantidade positiva, o que é mais conveniente de se lidar, principalmente ao fazer comparações.
Qual é a elasticidade-preço da demanda? E como ela se comporta em função do valor de \(m\)?
Duas plantas industriais, A e B, estão localizadas a 15 milhas uma da outra e emitem 75 ppm (partes por milhão) e 300 ppm de material particulado, respectivamente. Cada planta é circundada por uma área restrita de raio de 1 milha na qual nenhum alojamento é permitido, e a concentração de poluente que chega a qualquer outro ponto Q de cada planta diminui com o recíproco da distância entre essa planta e Q.
A que distância em milhas da planta A uma casa deve ser construída, ao longo da estrada entre as duas plantas, para minimizar a poluição total?
Uma empresa de ônibus freta um ônibus com capacidade para 50 pessoas para grupos de 35 ou mais. Se um grupo contém exatamente 35 pessoas, cada pessoa paga R$60. Em grupos grandes, a tarifa de todos é reduzida em R$1 para cada pessoa acima de 35. Determine o tamanho do grupo para o qual a receita da empresa de ônibus será máxima.
Qual é o tamanho do grupo em número de pessoas que maximiza a receita da empresa?
Um organismo como o salmão do Pacífico ou o bambu, que se reproduz apenas uma vez durante sua vida, é considerado semelparo. Os biólogos medem a taxa de reprodução per capita de tal organismo pela função
\[
R(x) = \dfrac{\ln(p(x)f(x))}{x}
\]
em que \(p(x)\) é a probabilidade de um
organismo individual sobreviver até a idade \(x\) e \(f(x)\) é o número de nascimentos femininos
de um indivíduo que se reproduz na idade \(x\). Quanto maior o valor de \(R(x)\), mais descendentes serão produzidos.
Portanto, a idade em que \(R(x)\) é
maximizado é considerada a idade ótima para reprodução.
Suponha que, para um determinado organismo semelparo, a probabilidade
de um indivíduo sobreviver até a idade \(x\) (ano) seja dada por \(p(x)=e^{-0.15x}\) e que o número de
nascimentos de fêmeas na idade \(x\) é
\(f(x) = 3x^{0.85}\).
Qual é a idade ideal em anos para que um indivíduo se reproduza?
Em um artigo clássico sobre a teoria do conflito, L. F. Richardson (1939) afirmou que a proporção \(p\) de uma população que defende a guerra ou outra ação agressiva em um momento \(t\) satisfaz
\[
p(t) = \dfrac{1}{1 + \dfrac{e^{-kt}}{C}}
\]
em que \(k\) e \(C\) são constantes positivas. O
day-trading especulativo no mercado de ações (a compra e venda
de ações no mesmo dia, muitas vezes online, com base em pequenas
flutuações de preço de curto prazo) pode ser considerado uma ação
agressiva. Suponha que, inicialmente, 1/200 do volume diário total do
mercado seja atribuído ao day-trading e que 4 semanas depois, a
proporção seja 1/100.
Quando a proporção aumentará mais rapidamente?
Um modelo de produção de células sanguíneas desenvolvido por A. Lasota (1990) envolve a função de produção
\[
p(x) = Ax^s e^{-sx/r}
\]
em que \(A\), \(s\) e \(r\) são constantes positivas e \(x\) é o número de granulócitos (um tipo de
glóbulo branco) presentes.
Qual é o nível \(x\) de células sanguíneas que maximiza a função de produção \(p(x)\)?
Uma proteína com massa \(m\) (grama) se desintegra em aminoácidos a uma taxa dada por
\[
\dfrac{dm}{dt} = -\dfrac{30}{(3 + t)^2} \;\text{g/h}
\]
Qual é a variação líquida na massa da proteína em gramas durante as
primeiras 2 horas?
A área também desempenha um papel importante no estudo das curvas de Lorenz, um dispositivo usado por economistas, sociólogos e biólogos para medir a porcentagem da riqueza de uma sociedade que é possuída por uma determinada porcentagem de sua população. Para ser mais específico, a curva de Lorenz para a economia de uma determinada sociedade é o gráfico da função \(L(x)\), que denota a fração da renda nacional anual total auferida pelos \(100x\%\) dos assalariados mais mal pagos da sociedade, para \(0 \le x \le 1\). Por exemplo, se os 30% mais mal pagos de todos os assalariados recebem 25% da renda total da sociedade, então \(L(0.3)= 0.25\).
Se \(y = L(x)\) é a equação de uma curva de Lorenz, então a desigualdade na distribuição correspondente da riqueza é medida pelo índice de Gini, que é dado pela fórmula
\[
\text{Gini} = 2\int_{0}^{1}{(x - L(x))\,dx}
\]
O índice de Gini situa-se sempre entre 0 e 1. Um índice de 0 corresponde
à equidade total na distribuição do rendimento, enquanto um índice de 1
corresponde à iniquidade total (todo o rendimento pertence a 0% da
população). Quanto menor o índice, mais equitativa a distribuição de
renda, e quanto maior o índice, mais a riqueza está concentrada em
apenas algumas mãos. Pelo WolframAlpha, observa-se que a concentração de
riqueza do Brasil (Gini = 0.489) ocupa a posição 159 entre 174 países
(percentil 91).
Uma agência governamental determina que as curvas de Lorenz para a distribuição de renda para dentistas e médicos em um determinado estado sejam dadas pelas funções, respectivamente:
\[ L_D(x) = x^{1.7}, \quad L_M(x) = 0.8x^2 + 0.2x \]
Usando o índice de Gini, qual das duas profissões apresenta uma distribuição de renda mais equitativa?
Como parte de sua pesquisa, a pesquisadora modela a temperatura \(T\) (grau Celsius) em uma certa cidade do norte durante o período de tempo das 6h às 18h pela função
\[
T(t) = 3 - \dfrac{(t - 4)^2}{3}, \quad 0 \le t \le 12
\]
em que \(t\) é o número de horas depois
das 6h.
Qual é a temperatura média em grau Celsius na cidade durante a jornada de trabalho, das 8h às 17h?
Um modelo de Defares et al. (1963) do sistema cardiovascular relaciona o volume sistólico \(V(t)\) de sangue na aorta no tempo \(t\) durante a sístole (a fase de contração) com a pressão \(P(t)\) na aorta ao mesmo tempo pela equação
\[ V(t)=(C_1+C_2P(t))\left(3\left(\dfrac{t}{T}\right)^2-2\left(\dfrac{t}{T}\right)^3\right) \]
em que \(C_1\) e \(C_2\) são constantes positivas e \(T\) é o período da fase sistólica (um tempo fixo).
Suponha que a pressão aórtica \(P(t)\) aumenta a uma taxa constante de \(P_0\) quando \(t = 0\) para \(P_1\) quando \(t = T\).
Qual é o volume médio de sangue na aorta durante a fase sistólica?
Suponha que uma população inicialmente tenha \(P_0\) membros e que novos membros sejam adicionados à taxa (renovação) de \(R(t)\) indivíduos por unidade de tempo. Suponha ainda que a fração da população que permanece por pelo menos \(t\) unidades de tempo após a chegada seja dada pela função (sobrevivência) \(S(t)\). Então, ao final de um prazo de \(T\) unidades de tempo, a população será
\[ P(T) = P_0 S(T) + \int_{0}^{T}{R(t)\, S(T - t)\, dt} \]
Uma nova clínica de saúde mental do município acaba de ser inaugurada. Estatísticas de clínicas semelhantes sugerem que a fração de pacientes que ainda receberão tratamento na clínica \(t\) meses após a visita inicial é dada pela função \(S(t) = e^{-t/20}\). A clínica inicialmente aceita 300 pessoas para tratamento e planeja aceitar novos pacientes a uma taxa constante de \(R(t) = 10\) pacientes por mês.
Aproximadamente quantas pessoas estarão recebendo tratamento na clínica daqui a 15 meses?
Se uma concentração de indivíduos tem densidade populacional \(p(r)\) indivíduos por unidade quadrada a uma distância \(r\) do centro de concentração, então a população total \(P(R)\) localizada dentro da distância \(R\) do centro é dada por
\[
P(R) = \int_{0}^{R}{2\pi r\, p(r)\, dr}
\]
A fórmula também se aplica a concentrações populacionais mais gerais,
como colônias bacterianas ou mesmo a população de gotas de água de um
sistema de aspersão.
Uma cidade tem densidade populacional \(p(r) = 3e^{-0.01r^2}\), em que \(p(r)\) é o número de pessoas (em milhares) por milha quadrada a uma distância de \(r\) milhas do centro da cidade.
Qual é a população total (em milhares) dentro dos limites da cidade, definidos como o raio onde a densidade é de 1 milhar de pessoas por milha quadrada?
Lei de Boyle-Mariotte (1662–1676): o volume de uma massa gasosa é inversamente proporcional à pressão a que ele está submetido, i.e., o produto da pressão pelo volume é constante, quando sua temperatura permanece constante.
Suponha que, para um determinado gás, \(p \times v = 21\), sendo \(p\) a pressão (atm) e \(v\) o volume (cm3).
Qual é a elasticidade da função que expressa a pressão em função do volume, e da função que expressa o volume em função da pressão?