Função exponencial

Guia de estudo · Revisado em 15/09/2026

BNCC · EM13MAT304BNCC · EM13MAT403

Uma dívida a 12% ao mês, uma colônia de bactérias que dobra a cada hora e o carbono-14 de um osso antigo: por que a mesma curva descreve os três, e como prever quanto haverá, ou quanto restará, depois de n passos?

O que você vai aprender

  • Operar potências com expoente inteiro, negativo e fracionário e traduzir um percentual em fator multiplicativo (aumentar i% é multiplicar por 1 + i; perder i% é multiplicar por 1 − i).
  • Reconhecer uma função exponencial f(x) = a·bˣ, identificar o valor inicial a = f(0) e o fator b, e classificar crescimento (b > 1) e decaimento (0 < b < 1), justificando por que b > 0 e b ≠ 1.
  • Distinguir crescer somando (função afim, diferença constante) de crescer multiplicando (função exponencial, razão constante) numa tabela, num gráfico e num enunciado, e montar a fórmula a partir de dois valores, inclusive quando os passos não são unitários.
  • Descrever o gráfico da exponencial (intercepto, assíntota horizontal, imagem, monotonia, efeito da base) e o efeito de translações verticais e reflexões simples, sem confundir b^(x+1) = b·bˣ com bˣ + 1.
  • Resolver equações exponenciais por igualdade de bases, com fatoração da potência comum quando houver soma, e reconhecer quando a resposta exige um logaritmo ou apenas um sanduíche entre potências vizinhas.
  • Usar tempo de duplicação e meia-vida para prever quanto haverá ou restará após n intervalos, converter fatores entre períodos e ler modelos de população, epidemia, decaimento radioativo, depreciação e juros compostos como exponenciais, decidindo itens de limiar pelo cálculo exato.

Três coisas que crescem, ou encolhem, do mesmo jeito. Uma colônia de bactérias que dobra a cada hora: em cada hora nasce mais gente do que em todas as horas anteriores juntas. Um osso antigo cujo carbono-14 perde, a cada 5 730 anos, metade do que ainda tem, sem jamais chegar a zero. E uma dívida de R$ 500 largada no rotativo do cartão, a 12% ao mês: o primeiro mês acrescenta R$ 60, o segundo R$ 67,20, o terceiro R$ 75,26, porque o juro de cada mês é calculado sobre um saldo que os juros anteriores já engordaram. O que as três têm em comum não é a quantia acrescentada, que muda o tempo todo, e sim o fator pelo qual a grandeza é multiplicada a cada passo: 2, 1/2 e 1,12. A intuição, treinada na reta da função afim, espera acréscimos iguais, e por isso se engana duas vezes com a curva: subestima o que vem depois quando ela sobe e espera um zero que nunca chega quando ela desce.

Esta página constrói a função exponencial por inteiro: as potências que ela usa, a fórmula f(x)=a⋅bxf(x) = a \cdot b^x e o que cada letra faz, a diferença entre crescer somando e crescer multiplicando, o gráfico com sua assíntota e seu intercepto, as equações que se resolvem igualando bases, o tempo de duplicação e a meia-vida, os modelos em que ela se veste de fenômeno e os erros que o PAS/UnB e o ENEM já transformaram em item. As bactérias e o carbono-14 voltam ao longo das seções, sempre com os mesmos números; o dinheiro reaparece na forma de um aluguel reajustado.

Antes de tudo: as potências que a exponencial usa sem parar

Uma potência abrevia um produto de fatores iguais. Em 34=3⋅3⋅3⋅3=813^4 = 3 \cdot 3 \cdot 3 \cdot 3 = 81, o expoente 4 diz quantos fatores há e a base 3 diz qual é o fator. Nas potências de 10 a leitura é imediata: 10610^6 é um 1 seguido de seis zeros, um milhão. Dois valores que costumam confundir: b1=bb^1 = b (um único fator) e b0=1b^0 = 1 para toda base não nula (nenhum fator; o produto “vazio” vale 1, e é esse 1 que fará toda exponencial cortar o eixo yy no valor inicial).

Expoente negativo inverte. 2−3=1/23=1/82^{-3} = 1/2^3 = 1/8; (1/2)−1=2(1/2)^{-1} = 2. Em geral, b−n=1/bnb^{-n} = 1/b^n. É por isso que (1/2)x(1/2)^x e 2−x2^{-x} são a mesma função.

Expoente fracionário é raiz. b1/2=bb^{1/2} = \sqrt{b}, b1/3=b3b^{1/3} = \sqrt[3]{b} e, em geral, bm/n=bmnb^{m/n} = \sqrt[n]{b^m}. Assim 43/2=(4)3=84^{3/2} = (\sqrt{4})^3 = 8 e 8−1/3=1/83=1/28^{-1/3} = 1/\sqrt[3]{8} = 1/2. Com base positiva, isso funciona para qualquer fração; e o expoente pode até ser um número irracional como 2\sqrt{2}, definido por aproximações (21,42^{1{,}4}, 21,412^{1{,}41}, 21,4142^{1{,}414}, …). É o que permite falar de bxb^x para todo xx real.

As quatro propriedades que resolvem quase tudo, sempre com a mesma base b>0b > 0:

bm⋅bn=bm+n,bmbn=bm−n,(bm)n=bmn,(ab)n=anbn.b^m \cdot b^n = b^{m+n}, \qquad \frac{b^m}{b^n} = b^{m-n}, \qquad (b^m)^n = b^{mn}, \qquad (ab)^n = a^n b^n.

Leia-as pelos exemplos: 32⋅35=373^2 \cdot 3^5 = 3^7 (dois fatores 3 seguidos de outros cinco); (52)3=56(5^2)^3 = 5^6; 9x=(32)x=32x9^x = (3^2)^x = 3^{2x}; e, a identidade mais usada da página, 2x+1=2x⋅21=2⋅2x2^{x+1} = 2^x \cdot 2^1 = 2 \cdot 2^x.

Todo percentual se converte num fator. Subir 25% é multiplicar por 1,251{,}25; perder 30% é multiplicar por 0,700{,}70; triplicar é multiplicar por 3; “cair à metade” é multiplicar por 0,50{,}5. A regra: escreva a taxa como decimal e some-a a 1 quando a grandeza cresce, ou subtraia-a de 1 quando ela encolhe. Uma camisa de R$ 80 com desconto de 30% custa 80⋅0,7=5680 \cdot 0{,}7 = 56 reais, e não é preciso calcular os 24 reais de desconto para chegar lá.

Vale saber de cor as potências de 2 até 2102^{10} e as de 3 até 363^6. As de 10 não precisam de tabela: 10n10^n é o 1 seguido de nn zeros. A ponte entre as duas famílias, usada o tempo todo nas estimativas, é 210=1 024≈1 000=1032^{10} = 1\,024 \approx 1\,000 = 10^3.

nn 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
2n2^n 2 4 8 16 32 64 128 256 512 1 024
3n3^n 3 9 27 81 243 729

Confira você mesmo: 2−42^{-4}? (1/161/16) 271/3\quad 27^{1/3}? (3) 7x⋅73=78\quad 7^x \cdot 7^3 = 7^8, então xx? (5) \quad R$ 120 com desconto de 25%? (R$ 90) \quad Entre quais potências de 2 está o número 50? (25=322^5 = 32 e 26=642^6 = 64)

Crescer somando, crescer multiplicando

Um inquilino paga R$ 2 000 de aluguel e recebe duas propostas de contrato. A cláusula A reajusta o aluguel em R$ 100 a cada ano. A cláusula B reajusta em 5% a cada ano. Qual delas é melhor para quem paga? No primeiro reajuste, nenhuma: 5% de 2 000 são exatamente 100, e os dois contratos marcam 2 100. A partir daí os caminhos se separam. Em A, o aluguel segue 2 200, 2 300, 2 400, sempre 100 a mais. Em B, os 5% passam a incidir sobre 2 100, depois sobre 2 205, depois sobre 2 315,25: a parcela acrescentada cresce junto com o aluguel. Dez anos adiante, A cobra 3 000 e B cobra cerca de 3 258; aos vinte anos, 4 000 contra 5 307. A distância entre as duas cláusulas nunca para de aumentar.

Tabela e gráfico comparando um aluguel de 2000 reais reajustado em 100 reais por ano (reta tracejada vermelha, função afim 2000 + 100t) e reajustado em 5% ao ano (curva azul, função exponencial 2000 vezes 1,05 elevado a t). Na tabela, a coluna da afim tem diferença constante 100 e a coluna da exponencial tem razão constante 1,05. No gráfico, as duas empatam em t igual a 1 (2100), a exponencial vale 3258 contra 3000 em t igual a 10 e 5307 contra 4000 em t igual a 20.
Duas cláusulas de reajuste para o mesmo aluguel: a soma fixa de 100 por ano gera a reta A(t)=2000+100tA(t) = 2000 + 100t; o fator fixo 1,05 por ano gera a curva E(t)=2000⋅1,05tE(t) = 2000 \cdot 1{,}05^t. A tabela já entrega o diagnóstico: diferenças iguais na afim, razões iguais na exponencial.

Repare no que permanece igual na cláusula B. Não é a quantia somada, que vai de 100 a 105, a 110,25 e assim por diante. O que se repete é a operação: a cada ano o aluguel vigente é multiplicado por 1,05. Uma grandeza que evolui assim, por multiplicações sucessivas pelo mesmo número, é descrita por uma função exponencial.

Função exponencial: valor inicial e fator

Chama-se função exponencial toda função que pode ser escrita como

f(x)=a⋅bx,a≠0,  b>0,  b≠1.f(x) = a \cdot b^{x}, \qquad a \neq 0,\; b > 0,\; b \neq 1.

As duas letras têm papéis bem separados. O número bb, a base ou fator, é o multiplicador aplicado a cada unidade de xx: andar de xx para x+1x + 1 troca f(x)f(x) por b⋅f(x)b \cdot f(x). O número aa é o valor inicial, porque f(0)=a⋅b0=af(0) = a \cdot b^0 = a. Em voz alta: “ff de xx é igual a aa vezes bb elevado a xx”. Supondo a>0a > 0, o tamanho da base decide o rumo da função:

  • com b>1b > 1, cada passo multiplica por um número maior que 1 e a função cresce;
  • com 0<b<10 < b < 1, cada passo multiplica por um número menor que 1 e a função decresce.

Para traduzir uma taxa em base: uma grandeza que ganha ii (em decimal) por período tem b=1+ib = 1 + i; uma que perde ii por período tem b=1−ib = 1 - i. Como cada novo percentual é calculado sobre um valor que o percentual anterior já alterou, dois reajustes de 5% não totalizam 10%: 1,052=1,10251{,}05^2 = 1{,}1025, ou seja, 10,25%. A diferença parece pequena, mas é ela que, repetida ano após ano, separa a curva da reta.

Compare com a função afim g(x)=a+rxg(x) = a + rx: lá, o passo de xx para x+1x + 1 soma sempre a mesma quantia rr; aqui, multiplica sempre pelo mesmo fator bb. Acréscimo fixo de um lado, multiplicador fixo do outro.

Por que b>0b > 0 e b≠1b \neq 1? Com b=1b = 1 a função vale aa para sempre: é constante, não há crescimento a estudar. Com bb negativo, a expressão nem faz sentido para todo xx real: (−2)1/2=−2(-2)^{1/2} = \sqrt{-2} não existe nos reais, e nos inteiros o sinal alterna (−2-2, 44, −8-8, 1616, …), o que não descreve nenhum crescimento. Base negativa está fora da definição, e é um dos distratores prediletos em itens de “qual das funções é exponencial”. Já o valor inicial aa pode ser qualquer número não nulo; com a<0a < 0 o gráfico vira de cabeça para baixo, mas isso é raro nas provas.

Exemplo resolvido 1 (a cláusula B em fórmula). Com tt em anos, o aluguel da cláusula B é E(t)=2000⋅1,05 tE(t) = 2000 \cdot 1{,}05^{\,t}: valor inicial a=2000a = 2000, fator b=1,05b = 1{,}05. Depois de 3 anos, 1,053=1,1576251{,}05^3 = 1{,}157625 e o aluguel vale 2000⋅1,157625=2 315,252000 \cdot 1{,}157625 = 2\,315{,}25 reais. Depois de 10 anos, com 1,0510≈1,631{,}05^{10} \approx 1{,}63, chega a cerca de R$ 3 258, enquanto dez acréscimos somados de R$ 100 levariam a R$ 3 000. Conferência: do 2.º para o 3.º ano o aluguel subiu 2315,25−2205=110,252315{,}25 - 2205 = 110{,}25, que é exatamente 5% de 2 205, como a cláusula determina. Os R$ 258 que separam as duas cláusulas no décimo ano são juro calculado sobre juro; quando esse mecanismo se aplica a dinheiro emprestado ou investido, recebe o nome de juros compostos.

Da tabela à fórmula: a razão constante denuncia a exponencial

Uma tabela não vem com a fórmula escrita. Como saber se ela esconde uma afim ou uma exponencial? Calcule as diferenças entre valores consecutivos e as razões entre eles. Diferença constante: afim. Razão constante: exponencial.

Tabela com x igual a 0, 1, 2, 3, 4 e f(x) igual a 5, 15, 45, 135, 405. Abaixo, as diferenças +10, +30, +90, +270 marcadas em vermelho como não constantes, e as razões ×3, ×3, ×3, ×3 marcadas em azul como constantes. À direita, um quadro monta a fórmula: valor inicial a igual a 5, fator b igual a 15 dividido por 5 igual a 3, f(x) igual a 5 vezes 3 elevado a x, conferindo f(4) igual a 5 vezes 81 igual a 405.
Os valores 5, 15, 45, 135, 405 têm diferenças que mudam e razão constante 3: é uma exponencial, com a=f(0)=5a = f(0) = 5 e b=3b = 3. Se os passos de xx não forem de 1 em 1, a razão da tabela é bb elevado ao tamanho do passo.

Montar a fórmula leva dois gestos: ler aa na linha x=0x = 0 e ler bb como a razão entre dois valores consecutivos. Na figura, f(x)=5⋅3xf(x) = 5 \cdot 3^x; conferindo em x=4x = 4: 5⋅81=4055 \cdot 81 = 405.

Exemplo resolvido 2 (passos de 2 em 2). A massa de um remédio no sangue foi medida a cada 2 horas: em t=0t = 0, 80 mg; em t=2t = 2, 20 mg; em t=4t = 4, 5 mg. As razões são 20/80=1/420/80 = 1/4 e 5/20=1/45/20 = 1/4: constantes, é exponencial. Mas 1/41/4 é o fator de duas horas. Se M(t)=80⋅btM(t) = 80 \cdot b^t, então b2=1/4b^2 = 1/4 e b=1/2b = 1/2: a massa cai pela metade a cada hora, M(t)=80⋅(1/2)tM(t) = 80 \cdot (1/2)^t. Conferência: M(4)=80/16=5M(4) = 80/16 = 5. Quem escreve M(t)=80⋅(1/4)tM(t) = 80 \cdot (1/4)^t acerta as três medidas da tabela por acaso? Não: M(2)M(2) daria 80/16=580/16 = 5, e a tabela diz 20. O tamanho do passo faz parte da leitura.

Quando x=0x = 0 não está na tabela, use dois pontos quaisquer: de (2,20)(2, 20) e (3,10)(3, 10) vem b=10/20=1/2b = 10/20 = 1/2, e então aa sai de 20=a⋅(1/2)220 = a \cdot (1/2)^2, logo a=80a = 80. É o mesmo raciocínio da afim, trocando “diferença dividida pelo passo” por “razão com raiz do tamanho do passo”.

O gráfico: assíntota, intercepto e monotonia

Monte uma tabela de f(x)=2xf(x) = 2^x começando pela direita: f(3)=8f(3) = 8, f(2)=4f(2) = 4, f(1)=2f(1) = 2, f(0)=1f(0) = 1; continuando para os negativos, f(−1)=1/2f(-1) = 1/2, f(−2)=1/4f(-2) = 1/4, f(−3)=1/8f(-3) = 1/8. Cada passo para a esquerda divide o valor por 2, e é por isso que a curva se achata sobre o eixo xx sem encostar nele: 2−10=1/10242^{-10} = 1/1024 é minúsculo, mas não é zero, e nenhuma potência de base positiva produz zero ou número negativo. Para a direita, o mesmo mecanismo ao contrário faz a curva disparar.

Plano cartesiano com duas curvas espelhadas em relação ao eixo y: f(x) = 2 elevado a x, azul, crescente, passando por (0, 1), (1, 2), (2, 4) e (3, 8); e g(x) = (1/2) elevado a x, laranja, decrescente, passando por (0, 1), (−1, 2) e (−2, 4). As duas se aproximam do eixo x sem tocá-lo; o eixo x é marcado como assíntota y = 0.
f(x)=2xf(x) = 2^x (crescente, base maior que 1) e g(x)=(1/2)x=2−xg(x) = (1/2)^x = 2^{-x} (decrescente, base entre 0 e 1) são reflexos uma da outra no eixo yy. Ambas passam por (0,1)(0, 1) e nenhuma toca o eixo xx, a assíntota.
Anatomia do gráfico de f(x) = a · bˣ (com a > 0)
  • Domínio: todos os reais; imagem: y>0y > 0. A função nunca se anula e nunca fica negativa.
  • Intercepto: corta o eixo yy em (0,a)(0, a), porque b0=1b^0 = 1. É a leitura mais rápida do valor inicial num gráfico.
  • Assíntota horizontal: a reta y=0y = 0. Se b>1b > 1, a curva se cola ao eixo xx à esquerda; se 0<b<10 < b < 1, à direita. Aproxima-se sem tocar.
  • Monotonia: crescente para b>1b > 1, decrescente para 0<b<10 < b < 1; sempre com a concavidade para cima (a curva “acelera” ao subir e “freia” ao descer).
  • Injetora: valores diferentes de xx dão valores diferentes de ff. É essa propriedade que autoriza cortar a base nas equações da seção seguinte.
  • Um passo em xx vale um fator bb em yy, em qualquer trecho do gráfico: de x=1x = 1 para x=2x = 2 e de x=10x = 10 para x=11x = 11, a função é multiplicada pelo mesmo bb.

O tamanho da base decide a inclinação da curva: quanto maior bb acima de 1, mais depressa ela sobe; quanto menor bb abaixo de 1, mais depressa ela cai. Todas passam por (0,1)(0, 1) quando a=1a = 1.

Quatro curvas exponenciais no mesmo plano, todas passando por (0, 1): 3 elevado a x em roxo, a mais íngreme; 2 elevado a x em azul; 1,5 elevado a x em verde, a mais suave das crescentes; e 0,5 elevado a x em laranja tracejado, decrescente. Um quadro à direita resume: base maior que 1 cresce, quanto maior a base mais íngreme; base entre 0 e 1 decai; nenhuma toca o eixo x.
Efeito da base: 3x3^x, 2x2^x e 1,5x1{,}5^x crescem, e a maior base é a mais íngreme; 0,5x0{,}5^x decai. Todas cortam o eixo yy em 1, porque b0=1b^0 = 1 para qualquer base.

Duas transformações simples aparecem nos itens de gráfico. Somar uma constante desloca a curva na vertical e leva a assíntota junto: g(x)=3⋅2x+2g(x) = 3 \cdot 2^x + 2 tem assíntota y=2y = 2 e imagem y>2y > 2. É o formato dos modelos que saturam num patamar, como a massa de um foguete que cai até a massa seca m0m_0 (PAS 1 2025). Trocar xx por −x-x espelha a curva no eixo yy e troca crescimento por decaimento: 2−x=(1/2)x2^{-x} = (1/2)^x. E deslocar xx de uma unidade não desloca a curva “um para o lado” de forma inocente: 2x+1=2⋅2x2^{x+1} = 2 \cdot 2^x, a mesma curva com o valor inicial dobrado.

Gráfico de f(x) = 3 vezes 2 elevado a x, em azul, com o intercepto (0, 3) marcado como valor inicial, os pontos (1, 6) e (2, 12) ligados por degraus indicando que mais 1 em x vale vezes 2 em y, e o eixo x como assíntota. Em laranja, g(x) = 3 vezes 2 elevado a x mais 2: a mesma curva deslocada 2 unidades para cima, com intercepto (0, 5) e assíntota tracejada y = 2. Um quadro observa que 3 vezes 2 elevado a x mais 1 é igual a 6 vezes 2 elevado a x, isto é, f com o dobro do valor inicial.
f(x)=3⋅2xf(x) = 3 \cdot 2^x: valor inicial 3 no eixo yy, fator 2 a cada passo, assíntota y=0y = 0. Somar 2 leva a assíntota para y=2y = 2; somar 1 ao expoente não soma nada ao gráfico: 3⋅2x+1=6⋅2x3 \cdot 2^{x+1} = 6 \cdot 2^x.
2ˣ⁺¹ não é 2ˣ + 1, e 2ˣ não é x²

Pela propriedade do produto, 2x+1=2x⋅2=2⋅2x2^{x+1} = 2^x \cdot 2 = 2 \cdot 2^x: somar 1 ao expoente dobra a função. Já 2x+12^x + 1 soma 1 ao resultado e desloca a assíntota para y=1y = 1. Em x=3x = 3: 24=162^4 = 16, 2⋅23=162 \cdot 2^3 = 16, mas 23+1=92^3 + 1 = 9. Segundo tropeço: em x2x^2 a variável é a base e o expoente é fixo (função quadrática, parábola simétrica que passa pela origem); em 2x2^x a variável é o expoente (exponencial, sem simetria, nunca zero). Elas até se cruzam em x=2x = 2 e x=4x = 4 (4=44 = 4 e 16=1616 = 16), e entre esses valores a parábola vence (32=9>23=83^2 = 9 > 2^3 = 8); mas a partir de x=4x = 4 a exponencial dispara: 210=10242^{10} = 1024 contra 102=10010^2 = 100. Para tempos longos, toda potência perde da exponencial, como toda reta perde. Detalhes da parábola na página de função quadrática.

Equações exponenciais: iguale as bases

“Uma cultura começa com 1 000 bactérias e dobra a cada hora. Em quanto tempo chega a 32 000?” A pergunta é 1000⋅2t=320001000 \cdot 2^t = 32000, isto é, 2t=322^t = 32. Como 32=2532 = 2^5, a resposta é t=5t = 5 horas. O que autorizou cortar o 2 dos dois lados foi a injetividade: potências iguais de uma mesma base exigem expoentes iguais.

Igualdade de bases

Para b>0b > 0 e b≠1b \neq 1:

bu=bv  ⟺  u=v.b^{u} = b^{v} \iff u = v.

Método: escrever os dois lados como potência da mesma base (fatorando números, usando b−n=1/bnb^{-n} = 1/b^n e (bm)n=bmn(b^m)^n = b^{mn}) e igualar os expoentes. Se aparecem somas de potências, coloque a potência comum em evidência antes.

Quatro casos, do direto ao disfarçado:

  • 32x−1=1273^{2x-1} = \dfrac{1}{27}. Como 127=3−3\dfrac{1}{27} = 3^{-3}: 2x−1=−32x - 1 = -3, logo x=−1x = -1. Conferência: 3−3=1/273^{-3} = 1/27.
  • 4x=84^{x} = 8. Bases diferentes que conversam: 4=224 = 2^2 e 8=238 = 2^3, então 22x=232^{2x} = 2^3, x=3/2x = 3/2. Conferência: 41,5=(4)3=84^{1{,}5} = (\sqrt{4})^3 = 8.
  • 5x+1+5x=1505^{x+1} + 5^{x} = 150. Em evidência: 5x(5+1)=1505^{x}(5 + 1) = 150, 5x=25=525^x = 25 = 5^2, x=2x = 2. Conferência: 125+25=150125 + 25 = 150.
  • (12)x=16\left(\dfrac{1}{2}\right)^{x} = 16. (1/2)x=2−x(1/2)^x = 2^{-x} e 16=2416 = 2^4: −x=4-x = 4, x=−4x = -4.

Exemplo resolvido 3 (PAS 1 2025, item 48, tipo B). A massa de combustível de um foguete na altura hh (em km) é mC/20,0032hm_C / 2^{0{,}0032h}. Em que altura resta 25% do combustível inicial? Restar 25% é dividir por 4: 20,0032h=4=222^{0{,}0032h} = 4 = 2^2, logo 0,0032h=20{,}0032h = 2 e h=2/0,0032=625h = 2/0{,}0032 = 625 km. Nenhum logaritmo: as bases conversavam. Conferência: 0,0032⋅625=20{,}0032 \cdot 625 = 2. Resposta da banca: 625. No mesmo espírito, o item 72 de 2013 pedia quando uma PG de razão 2−0,022^{-0{,}02} cai à metade: 2−0,02(n−1)=2−12^{-0{,}02(n-1)} = 2^{-1} dá 0,02(n−1)=10{,}02(n-1) = 1, n=51n = 51.

E quando as bases não conversam? 2x=102^x = 10 não tem xx inteiro nem fração bonita. Duas saídas. A primeira resolve a maioria dos itens de julgamento: o sanduíche entre potências vizinhas, 23=8<10<16=242^3 = 8 < 10 < 16 = 2^4, logo 3<x<43 < x < 4; para decidir “xx é maior que 3?” isso basta. A segunda é o logaritmo, a operação que devolve o expoente, assunto da página de logaritmos. Quando a conta exige o valor, a banca imprime a constante no comando (ln⁡2=0,7\ln 2 = 0{,}7, log⁡23=1,58\log_2 3 = 1{,}58), e a constante impressa é o mapa do caminho: se a sua conta não a usou, refaça.

Para inequações, a regra tem um detalhe: com base maior que 1, o sentido da desigualdade se mantém ao passar aos expoentes (2x>25⇒x>52^x > 2^5 \Rightarrow x > 5); com base entre 0 e 1, ele inverte, porque a função é decrescente ((1/2)x>(1/2)5⇒x<5(1/2)^x > (1/2)^5 \Rightarrow x < 5).

Tempo de duplicação, meia-vida e taxa por período

Dois nomes especiais do fator. Quando uma grandeza dobra a cada intervalo TT, o tempo TT é o tempo de duplicação, e N(t)=N0⋅2t/TN(t) = N_0 \cdot 2^{t/T}. Quando ela cai à metade a cada TT, esse TT é a meia-vida, e N(t)=N0⋅(1/2)t/TN(t) = N_0 \cdot (1/2)^{t/T}. Nos dois casos, t/Tt/T conta quantos intervalos se passaram.

Dois gráficos de barras. À esquerda, uma cultura de bactérias com tempo de duplicação de 1 hora: barras de 100, 200, 400, 800 e 1600 em 0, 1, 2, 3 e 4 horas, com setas vezes 2 entre elas, e a observação de que 4 horas são 4 duplicações, fator 16 e não 8. À direita, os parasitas de um tubarão com meia-vida de uma sessão de limpeza: barras de 800, 400, 200, 100 e 50 no início e após a 1.ª, 2.ª, 3.ª e 4.ª sessões, com setas dividido por 2, e a observação de que 4 meias-vidas deixam 1/16, isto é, 6,25%, não zero.
Duplicação e meia-vida em degraus. À esquerda, N(t)=100⋅2tN(t) = 100 \cdot 2^t: quatro horas são quatro duplicações, fator 16. À direita, os 800 parasitas do tubarão-lixa do PAS 1 2025 caem a 400, 200, 100, 50: quatro meias-vidas deixam 1/16=6,25%1/16 = 6{,}25\%, e não "menos de 2,5%" como o item afirmava.

Contar intervalos é o gesto que decide os itens. nn meias-vidas deixam a fração (1/2)n(1/2)^n: uma deixa 50%, duas deixam 25%, três deixam 12,5%, quatro deixam 6,25%. Ao contrário, uma amostra com 1/81/8 do carbono-14 original passou por três meias-vidas (1/8=(1/2)31/8 = (1/2)^3), ou 3⋅5730=17 1903 \cdot 5730 = 17\,190 anos. E decair pela metade nunca zera: depois de dez meias-vidas ainda resta 1/10241/1024 do original.

Exemplo resolvido 4 (remédio). Um antibiótico tem meia-vida de 6 horas no organismo. Tomados 400 mg, quanto resta depois de um dia? Um dia são 24/6=424/6 = 4 meias-vidas: 400⋅(1/2)4=400/16=25400 \cdot (1/2)^4 = 400/16 = 25 mg. E quando a dose fica abaixo de 10 mg? Depois de 5 meias-vidas restam 12,5 mg; depois de 6, 6,25 mg. Logo entre 30 e 36 horas. Conferência pela fórmula: M(t)=400⋅(1/2)t/6M(t) = 400 \cdot (1/2)^{t/6} e M(30)=400/32=12,5M(30) = 400/32 = 12{,}5. Repare que a pergunta “quando?” com resposta exata pediria um logaritmo; a pergunta “entre quais horas?” se resolve contando meias-vidas.

Taxa por período e fator por unidade

Se a grandeza cresce i%i\% por período, o fator do período é 1+i1 + i e, em tt períodos, o fator acumulado é (1+i)t(1 + i)^t. Dois períodos a 12% valem 1,122=1,25441{,}12^2 = 1{,}2544: crescimento de 25,44%, e não de 24%. Ao contrário, “caiu 60% ao mês” é fator 0,40{,}4 por mês: em cinco meses, 0,45=0,010240{,}4^5 = 0{,}01024, cerca de 1% do valor inicial, nunca “menos 300%”.

Para converter o fator de um período longo no fator de um período curto, tire raiz: se algo dobra a cada 3 horas, o fator por hora é 21/3≈1,262^{1/3} \approx 1{,}26, isto é, cerca de 26% por hora, e não 100%/3≈33%100\%/3 \approx 33\%. E voltar no tempo é dividir pelo fator: se o volume cresce 11% ao mês, o volume de três meses atrás é o atual dividido por 1,113≈1,371{,}11^3 \approx 1{,}37, cerca de 73% do atual, e não “o atual menos 33%”.

Dobrar a taxa não dobra o efeito, nem corta o tempo pela metade

A 10% ao período, uma quantia dobra em pouco mais de 7 períodos (1,17≈1,951{,}1^7 \approx 1{,}95, 1,18≈2,141{,}1^8 \approx 2{,}14). A 20%, dobra em pouco menos de 4 (1,24≈2,071{,}2^4 \approx 2{,}07), e não em 3,5: o tempo de duplicação não é inversamente proporcional à taxa, porque a composição também acelera. A regra prática do 70 (a i%i\% por período, a duplicação leva cerca de 70/i70/i períodos) funciona bem para taxas pequenas e vem do logaritmo natural de 2, que vale cerca de 0,7. No sentido oposto, dobrar o tempo não dobra o crescimento: 10% ao mês por 2 meses é 21%, por 4 meses é 1,14≈1,461{,}1^4 \approx 1{,}46, isto é, 46%, e não 40%.

Onde a exponencial aparece: os modelos que a prova usa

Exemplo resolvido 5 (PAS 1 2010, item 32). Numa cidade, o volume de lixo de um depósito cresce 11% ao mês. Julgue: “ao final de quatro meses, o volume terá ultrapassado 50% do volume atual” (a leitura que a banca cobra é a de crescimento superior a 50%; ao pé da letra, “mais que metade do volume atual” seria trivial, pois o volume só cresce). Quatro meses a 11% são quatro fatores 1,111{,}11 encadeados. Em vez de multiplicar quatro vezes, eleve ao quadrado duas vezes: 1,112=1,23211{,}11^2 = 1{,}2321 e 1,23212≈1,5181{,}2321^2 \approx 1{,}518. O depósito terminou com 151,8% do volume inicial, isto é, cresceu 51,8%, e o item está Certo. O caminho errado é o da soma, 4×11=44%4 \times 11 = 44\%, que fica abaixo do limiar e induz ao Errado. Uma estimativa grosseira já aponta a resposta: 1,232=1,51291{,}23^2 = 1{,}5129 ultrapassa 1,5 mesmo antes de arredondar para cima. No mesmo bloco, o item 36 olhava para trás e perguntava quanto lixo havia três meses antes; nesse sentido, o fator passa a dividir: 1/1,113≈0,731/1{,}11^3 \approx 0{,}73, logo cerca de 73% do volume atual, abaixo dos 75% que o item afirmava, gabarito Errado.

A mesma curva em cinco roupagens
  • Populações, bactérias e epidemias. Enquanto há espaço e alimento, cada geração é um múltiplo fixo da anterior: amebas que se dividem a cada TT minutos (7 000 viram pelo menos 7000⋅25=224 0007000 \cdot 2^5 = 224\,000 em 5T5T, PAS 1 2019), casos de dengue N(t)=N0⋅2ktN(t) = N_0 \cdot 2^{kt} (PAS 2 2014), infectados N(t)=N0ektN(t) = N_0 e^{kt} (PAS 2 2020). A base e≈2,718e \approx 2{,}718 dos modelos contínuos não muda nada do que você aprendeu: ekt=(ek)te^{kt} = (e^k)^t é uma exponencial de fator eke^k por unidade de tempo, crescente se k>0k > 0 e decrescente se k<0k < 0.
  • Decaimento radioativo e datação. Cada isótopo tem sua meia-vida: 5 730 anos para o carbono-14, 2 horas para o isótopo do item de Química do PAS 3 2025 (80 g viram 10 g em 6 h, três meias-vidas). Medir a fração restante e contar meias-vidas dá a idade de um fóssil ou de um depósito de petróleo.
  • Dinheiro. Juros compostos são a exponencial do bolso: M(t)=C(1+i)tM(t) = C(1 + i)^t. Os saldos mês a mês formam uma progressão geométrica, a exponencial andando em degraus (só nos instantes inteiros). A comparação com o regime simples, que é uma reta, tem página própria: juros simples e compostos.
  • Depreciação e resfriamento. Um equipamento que perde 20% do valor ao ano vale V0⋅0,8tV_0 \cdot 0{,}8^t; em três anos, 0,512V00{,}512 V_0, pouco mais da metade. Uma xícara de café que perde a cada minuto uma fração fixa da diferença de temperatura para o ambiente segue T(t)=Tamb+(T0−Tamb)btT(t) = T_{\text{amb}} + (T_0 - T_{\text{amb}}) b^t: exponencial decrescente somada a uma constante, com assíntota na temperatura ambiente.
  • Saturação. Comida, espaço e predadores impõem um teto a qualquer população, e por isso o crescimento exponencial puro só descreve o começo da história. O modelo logístico incorpora o teto: no PAS 1 2025, P(t)=80001+15e−0,15tP(t) = \dfrac{8000}{1 + 15e^{-0{,}15t}}. Leia a fórmula pensando em tt grande. A parcela 15e−0,15t15e^{-0{,}15t} tem expoente negativo, logo encolhe com o tempo; o denominador se aproxima de 1 por cima e a fração se aproxima de 8 000 por baixo, subindo sempre, sem alcançar o patamar. Ninguém espera que você deduza o modelo; o que a prova cobra é essa leitura do comportamento da fórmula.

Ler tabelas, gráficos e comandos como a banca escreve

O item de exponencial raramente diz “exponencial”. Ele diz “dobra a cada”, “à taxa de 11% ao mês”, “reduz-se à metade a cada 5 730 anos”, ou traz a fórmula com o fator escondido num percentual. O protocolo de leitura:

  1. Classifique o processo. Soma constante por passo (afim, PA, juros simples) ou fator constante por passo (exponencial, PG, juros compostos)? Um verbo decide: “aumenta 100 por ano” soma; “aumenta 10% ao ano” multiplica.
  2. Escreva o fator antes de qualquer conta. “Cresce 11%” é ×1,11\times 1{,}11; “perde 60%” é ×0,4\times 0{,}4; “dobra” é ×2\times 2; “cai à metade” é ×1/2\times 1/2.
  3. Conte os passos. Quatro meses são quatro fatores; entre a 1.ª e a 10.ª medição há nove intervalos; “depois de 5T5T minutos” são cinco duplicações.
  4. Leia o gráfico pelos pontos certos. O corte no eixo yy é o valor inicial aa. O ponto em que a curva chega a 2a2a dá o tempo de duplicação; o ponto em que chega a a/2a/2, a meia-vida. Uma curva que se achata rumo a uma reta horizontal tem assíntota ali (patamar de saturação ou valor residual).
  5. Trate a constante fornecida como mapa. 1,110=2,591{,}1^{10} = 2{,}59, ln⁡15=2,7\ln 15 = 2{,}7, e0,095=1,1e^{0{,}095} = 1{,}1 no comando indicam a rota; a resposta que não usa o dado impresso raramente é a da banca.
  6. Em item de limiar, calcule o exato e compare. “Superior a 50%” contra 51,8% se decide na segunda casa; estimar não decide.

Uma observação sobre escalas: em gráficos de crescimento muito longo (população mundial, casos de uma epidemia), é comum o eixo vertical vir em escala logarítmica, em que cada divisão multiplica por 10. Nessa escala, uma exponencial vira uma reta, e a inclinação da reta é o fator. Saber ler esses eixos é assunto da página de logaritmos; aqui basta reconhecer o aviso “escala log” no eixo e não ler a reta como crescimento linear.

A folha dobrada

Quantas vezes seria preciso dobrar ao meio uma folha de papel, de 0,1 mm de espessura, para o maço ficar mais alto que você? Cada dobra duplica o número de camadas, de modo que nn dobras empilham 2n2^n folhas. Para passar de 1,70 m, ou 17 000 décimos de milímetro, é preciso 2n>17 0002^n > 17\,000, e isso acontece em n=15n = 15 (215=32 7682^{15} = 32\,768 camadas, cerca de 3,3 m). Com dez dobras o maço mal passa de 10 cm; com vinte, 220≈1062^{20} \approx 10^6 camadas, uns 100 metros; com 42, a pilha ultrapassaria a distância da Terra à Lua. Na prática ninguém vai além da sétima ou oitava dobra, e o motivo é o mesmo fator 2: a espessura que as mãos precisam vergar duplica a cada tentativa.

Os erros que a banca já transformou em item

  • Somar percentuais. Três reajustes seguidos de 5% não dão 15%: dão 1,053≈1,1581{,}05^3 \approx 1{,}158, ou 15,8%, e quanto maior a taxa ou o número de períodos, mais a soma erra. Foi o que separou Certo de Errado no depósito de lixo de 2010 (51,8%, não 44%).
  • Achar que meia-vida repetida zera. Quatro sessões que removem 50% dos parasitas deixam 6,25%, não zero nem “menos de 2,5%” (PAS 1 2025, item 87, gabarito Errado).
  • Contar termos em vez de passos. Se uma área desmatada dobra a cada dia e o serviço termina no 8.º dia, o 8.º dia sozinho vale mais que os sete anteriores somados (27=1282^7 = 128 contra 27−1=1272^7 - 1 = 127); metade da área não estava pronta no 6.º dia, nem no 7.º (PAS 1 2015, item 98, Errado).
  • Confundir 2x+12^{x+1} com 2x+12^x + 1. O primeiro dobra a função; o segundo desloca a assíntota. Confira com x=3x = 3: 16 contra 9.
  • Aceitar base negativa ou base 1. f(x)=(−3)xf(x) = (-3)^x não é função exponencial (não existe para x=1/2x = 1/2); f(x)=1xf(x) = 1^x é constante.
  • Trocar exponencial por potência. x2x^2 tem a variável na base; 2x2^x, no expoente. Só a segunda tem assíntota e fator constante por passo.
  • Ler “kk menor que 1” como “decrescente”. Em N(t)=N0ektN(t) = N_0 e^{kt}, o que decide o crescimento é o sinal de kk, não o tamanho. No PAS 2 2020, N(3)=135N(3) = 135 com N0=5N_0 = 5 dava e3k=27e^{3k} = 27, ek=3e^k = 3, k=ln⁡3≈1,1>1k = \ln 3 \approx 1{,}1 > 1: o item “kk é menor que 1” era Errado, e a função crescia de qualquer jeito.
  • Julgar “sempre maior” sem testar o ponto de partida. Dois modelos com o mesmo valor inicial empatam em t=0t = 0; um deles não pode ser “sempre maior” que o outro, por mais depressa que cresça depois (PAS 2 2019, item 104, Errado).
  • Voltar no tempo subtraindo. Se cresceu 11% ao mês, o valor de três meses atrás é o atual dividido por 1,1131{,}11^3, não o atual menos 33%.

O essencial em meia página

  • Definição: f(x)=a⋅bxf(x) = a \cdot b^x, com a=f(0)a = f(0) o valor inicial e b>0b > 0, b≠1b \neq 1 o fator por passo. Crescente se b>1b > 1; decrescente se 0<b<10 < b < 1.
  • Afim × exponencial: somar a mesma quantia (diferença constante, reta) × multiplicar pelo mesmo fator (razão constante, curva). Na tabela, teste diferenças e razões.
  • Percentual vira fator: +i%→×(1+i)+i\% \to \times(1 + i); −i%→×(1−i)-i\% \to \times(1 - i). Percentuais compostos não se somam: 1,052=1,10251{,}05^2 = 1{,}1025, e não 1,10.
  • Gráfico: passa por (0,a)(0, a), nunca toca o eixo xx (assíntota y=0y = 0), imagem y>0y > 0, injetora. Somar kk desloca a assíntota para y=ky = k; b−x=(1/b)xb^{-x} = (1/b)^x espelha; bx+1=b⋅bxb^{x+1} = b \cdot b^x.
  • Equação: mesma base nos dois lados, iguale os expoentes; fatore a potência comum quando houver soma. Bases que não conversam: sanduíche entre potências vizinhas ou logaritmo (a banca imprime a constante).
  • Duplicação e meia-vida: N0⋅2t/TN_0 \cdot 2^{t/T} e N0⋅(1/2)t/TN_0 \cdot (1/2)^{t/T}; conte intervalos; nn meias-vidas deixam 1/2n1/2^n; nunca zera.
  • Fator de período longo → curto: raiz (21/3≈1,262^{1/3} \approx 1{,}26 por hora se dobra a cada 3 h). Voltar no tempo: dividir pelo fator.
  • Modelos: populações e epidemias, decaimento radioativo, juros compostos (exponencial do dinheiro), PG (exponencial em degraus), depreciação, saturação logística (leia e−kt→0e^{-kt} \to 0).
  • Protocolo de prova: classifique (somar × multiplicar), escreva o fator, conte os passos, use a constante impressa e leve a conta até o fim antes de confrontá-la com o limiar do item.

Exercícios temporariamente indisponíveis

Não foi possível consultar o banco de questões. O conteúdo da aula continua disponível.

Flashcards temporariamente indisponíveis

Não foi possível consultar os cartões de revisão.

Função exponencial: definição, valor numérico, propriedades e gráficos
Gis com Giz · 31:45
Introdução. Começa por onde a exponencial é usada, define f(x)=a⋅bxf(x) = a \cdot b^x com as condições sobre a base, calcula valores numéricos e chega ao primeiro esboço de gráfico: é a seção “Crescer somando, crescer multiplicando” em aula, para quem parte das potências.
Função Exponencial: Gráfico - Parte 1 (Aula 3 de 7)
Professor Ferretto | ENEM e Vestibulares · 25:18
Aprofundamento. Constrói o gráfico ponto a ponto para base maior que 1 e base entre 0 e 1, e tira as conclusões sobre intercepto, assíntota, imagem e monotonia: o conteúdo da seção “O gráfico: assíntota, intercepto e monotonia”.
176 - Equação exponencial - Igualando as bases
Os Matemáticos · 14:51
Aplicação. Resolve equações exponenciais escrevendo os dois lados como potência da mesma base e igualando os expoentes, com as propriedades de potenciação na lousa: é a seção “Equações exponenciais: iguale as bases” passo a passo.
Função Exponencial no ENEM | Questões resolvidas
Escola de Números com Thyago Araujo · 25:59
Resolução. Itens reais do ENEM em que a exponencial vem vestida de fenômeno (crescimento populacional, decaimento, fator percentual), resolvidos em ritmo de prova: o mesmo trabalho das seções “Onde a exponencial aparece” e “Ler tabelas, gráficos e comandos como a banca escreve”.
Rota PAS 1
Exponencial, logaritmo e PG: o crescimento que a intuição não vê · PAS 1

Fontes desta página

Os materiais abaixo contribuíram para a explicação e os exemplos deste assunto.

  • Rota PAS 1 — Exponencial, logaritmo e PG: o crescimento que a intuição não vê · Antes de começar: dez minutos de aquecimento (potências, fator percentual, fileiras de 2^n e 10^n, folha dobrada); Crescer somando, crescer multiplicando: a função exponencial (definição, aluguel, itens 2010/32, 2019/59, 2025/91, armadilha dos percentuais); Como a banca cobra este capítulo (2025/87, 2025/48); Resolvidos (demografia a 2% ao ano); exercícios do Nível 1 e treino T1, T3, T8, T14; PG, Juros e Logaritmo usados só como pontes

    Recorte por assunto: só a função exponencial. A PG (exponencial em degraus), os juros compostos e o logaritmo com suas escalas têm páginas próprias e entram aqui como remissão. Acrescentados ao recorte do capítulo: expoente fracionário e real, anatomia do gráfico com translações e reflexões, equações por igualdade de bases com fatoração, meia-vida e tempo de duplicação como fórmula, conversão de fator entre períodos, leitura de tabela com passos não unitários.

  • Cadernos e gabaritos oficiais do PAS/UnB (Cespe/Cebraspe) · PAS 1: 2010 (itens 32 e 36), 2013 (item 72), 2015 (item 98), 2017 (item 90, transcrito da imagem de utils/material/PAS/provas/2017-PAS1-Prova.pdf, p. 15), 2019 (item 59), 2025 (itens 48, 87 e 91). PAS 2: 2012 (itens 84 e 85), 2013 (item 52), 2014 (itens 89 a 91), 2016 (itens 29 a 32), 2018 (itens 62 e 92), 2019 (itens 104 e 105), 2020 (itens 90 a 92), 2021 (itens 94 a 96), 2022 (item 96), 2023 (item 62). PAS 3: 2025 (item 96)

    Itens reproduzidos verbatim; gabaritos conferidos nos arquivos GAB e em utils/material/PAS/pesquisa/classificacao[-pasN]/AAAA.json. Os itens de 2.ª etapa que usam a base e com constantes impressas (ln 2, ln 3, e^0,095) foram mantidos porque a classificação oficial os coloca em função exponencial e a conta se faz com o fator; o logaritmo entra só como leitura da constante fornecida. O item 2023/89 (PA × PG) é reutilizado por GUID da página de progressão aritmética.