Duas das constantes mais famosas da Matemática são: o número de Euler \[e=2,71828\ldots\]e o número \[\pi=3, 14159\ldots .\]

Há vários fatos interessantes e também alguns mistérios envolvendo essas duas constantes.

Dentre esses fatos, existem alguns relacionados às constantes $e^{\pi}$ e $\pi^e$.

Por exemplo, sabe-se que o número $e^{\pi}$ é transcendente, mas não sabemos se o número $\pi^e$ é transcendente ou não.

Mas o que propomos a fazer aqui nesse artigo é mostrar qual desses números é o maior.

Você saberia dizer qual é?

Para responder essa pergunta, usaremos ferramentas do Cálculo Diferencial.

A função $f(x)=\dfrac{\ln x}{x}$

Note que descobrir quem é maior entre \[\pi^e\quad\mbox{e}\quad e^{\pi}\] é equivalente a descobrir quem é maior entre $$e\ln\pi\quad\mbox{e}\quad\pi,$$ uma vez que a função $y=\ln x$ é crescente. E  descobrir qual desses dois últimos números é o maior é equivalente a descobrir quem é maior entre \[\frac{\ln\pi}{\pi}\quad\mbox{e}\quad\frac{1}{e}=\frac{\ln e}{e},\] pois $e$ e $\pi$ são números positivos.

Por isso, vamos considerar a função $f(x)=\dfrac{\ln x}{x}$ definida no intervalo $(0,+\infty)$.

Agora, vamos determinar os pontos críticos dessa função. 

Para fazer isso, calculamos a derivada de $f$.

Temos \[f'(x)=\frac{\frac{1}{x}\cdot x-\ln x}{x^2}=\frac{1-\ln x}{x^2}.\]

Agora, lembre que um ponto crítico de $f$ é um ponto do domínio da $f$ onde $f’$ se anula ou não existe. 

Como $f’$ está definida em $(0, +\infty)$, segue que os pontos críticos de $f$ serão os zeros de $f’$.

Assim, temos \[f'(x)=0\Leftrightarrow 1-\ln x=0\Leftrightarrow x=e,\]

logo, $x=e$ é o único ponto crítico de $f$.

O sinal de $f'(x)$

Temos que $f'(x)>0$, se e somente se, $\ln x<1$, ou seja, se e somente se $x<e$. 

Similarmente, temos que $f'(x)<0$, se e somente se, $x>e$.

Com isso, a função $f(x)=\dfrac{\ln x}{x}$ é crescente no intervalo $(0,e)$ e é decrescente em $(e,+\infty)$. Assim, pelo Teste da Primeira Derivada, $x=e$ é um ponto de máximo (global) de $f$.

Respondendo à questão

Como $x=e$ é um ponto de máximo global de $f$, temos, em particular, que $f(e)>f(\pi)$, ou seja, 

\begin{eqnarray*}\frac{\ln e}{e}> \frac{\ln \pi}{\pi}&\Leftrightarrow&\frac{1}{e}>\frac{\ln \pi}{\pi}\\ &\Leftrightarrow& \pi>e\ln \pi=\ln (\pi^e)\\ &\Leftrightarrow& e^{\pi}>\pi^e. \end{eqnarray*}

Portanto, $e^{\pi}$ é maior do que $\pi^e$.

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