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MATEMÁTICA Página 1 Prof. ROOLDNEY EQUAÇÕES DO 1° GRAU As equações de primeiro grau são sentenças matemáti- cas que estabelecem relações de igualdade entre termos conhecidos e desconhecidos, representadas sob a forma: ax+b = 0 Donde a e b são números reais, sendo a um valor dife- rente de zero (a ≠ 0) e x representa o valor desconhecido. O valor desconhecido é chamado de incógnita que signifi- ca "termo a determinar". As equações do 1º grau podem apresentar uma ou mais incógnitas. As incógnitas são expressas por uma letra qualquer, sen- do que as mais utilizadas são x, y, z. Nas equações do pri- meiro grau, o expoente das incógnitas é sempre igual a 1. As igualdades 2.x = 4, 9x + 3 y = 2 e 5 = 20a + b são exemplos de equações do 1º grau. Já as equações 3x2+5x-3 =0, x3+5y= 9 não são deste tipo. O lado esquerdo de uma igualdade é chamado de 1º membro da equação e o lado direito é chamado de 2º mem- bro. Como resolver uma equação de primeiro grau? O objetivo de resolver uma equação de primeiro grau é descobrir o valor desconhecido, ou seja, encontrar o valor da incógnita que torna a igualdade verdadeira. Para isso, deve-se isolar os elementos desconhecidos em um dos lados do sinal de igual e os valores constantes do outro lado. Contudo, é importante observar que a mudança de posi- ção desses elementos deve ser feita de forma que a igual- dade continue sendo verdadeira. Quando um termo da equação mudar de lado do sinal de igual, devemos inverter a operação. Assim, se tiver multipli- cando, passará dividindo, se tiver somando, passará subtra- indo e vice-versa. Exemplo Qual o valor da incógnita x que torna a igualdade 8x - 3 = 5 verdadeira? Solução Para resolver a equação, devemos isolar o x. Para isso, vamos primeiro passar o 3 para o outro lado do sinal de igual. Como ele está subtraindo, passará somando. Assim: 8x = 5 + 3 8x = 8 Agora podemos passar o 8, que está multiplicando o x, para o outro lado dividindo: x = 8/8 x = 1 Outra regra básica para o desenvolvimento das equações de primeiro grau determina o seguinte: Se a parte da variável ou a incógnita da equação for ne- gativa, devemos multiplicar todos os membros da equação por –1. Por exemplo: – 9x = – 90 . (-1) 9x = 90 x = 10 Exemplo: Qual o valor da incógnita x que torna a igualdade 8x - 3 = 5 verdadeira? EQUAÇÕES DE SEGUNDO GRAU A equação do segundo grau recebe esse nome porque é uma equação polinomial cujo termo de maior grau está elevado ao quadrado. Também chamada de equação qua- drática, é representada por: ax2 + bx + c = 0 Numa equação do 2º grau, o x é a incógnita e representa um valor desconhecido. Já as letras a, b e c são chamadas de coeficientes da equação. Os coeficientes são números reais e o coeficiente a tem que ser diferente de zero, pois do contrário passa a ser uma equação do 1º grau. Resolver uma equação de segundo Grau, significa buscar valores reais de x, que tornam a equação verdadeira. Esses valores são denominados raízes da equação. Uma equação quadrática possui no máximo duas raízes reais. Fórmula de Bhaskara Quando uma equação do segundo grau é completa, usa- mos a Fórmula de Bhaskara para encontrar as raízes da equação. A fórmula é apresentada abaixo: Fórmula do Delta Na fórmula de Bhaskara, aparece a letra grega Δ (del- ta), que é chamada de discriminante da equação, pois de acordo com o seu valor é possível saber qual o número de raízes que a equação terá. Para calcular o delta usamos a seguinte fórmula: Passo a Passo Para resolver uma equação do 2º grau, usando a fórmula de Bhaskara, devemos seguir os seguintes passos: 1º Passo: Identificar os coeficientes a, b e c. Nem sempre os termos da equação aparecem na mesma ordem, portanto, é importante saber identificar os coeficien- tes, independente da sequência em que estão. O coeficiente a é o número que está junto com o x2, o b é o número que acompanha o x e o c é o termo inde- pendente, ou seja, o número que aparece sem o x. MATEMÁTICA Página 2 Prof. ROOLDNEY 2º Passo: Calcular o delta. Para calcular as raízes é necessário conhecer o valor do delta. Para isso, substituímos as letras na fórmula pelos valores dos coeficientes. Podemos, a partir do valor do delta, saber previamente o número de raízes que terá a equação do 2º grau. Ou seja, se o valor de Δ for maior que zero (Δ > 0), a equação terá duas raízes reais e distintas. Se ao contrário, delta for menor que zero (Δ < 0), a equação não apresentará raízes reais e se for igual a zero (Δ = 0), a equação apresentará somente uma raiz. 3º Passo: Calcular as raízes. Se o valor encontrado para delta for negativo, não preci- sa fazer mais nenhum cálculo e a resposta será que a equa- ção não possui raízes reais. Caso o valor do delta seja igual ou maior que zero, de- vemos substituir todas as letras pelos seus valores na fór- mula de Bhaskara e calcular as raízes. 1) Determine os valores de x que tornam a equação 4x2 - 16 = 0 verdadeira. 2) Determine as raízes da equação 2x2 - 3x - 5 = 0 3) 2x2 + 7x + 5 = 0 EQUAÇÃO EXPONENCIAL Uma equação exponencial é uma expressão algébrica que possui uma igualdade e pelo menos uma incógnita em um de seus expoentes. Para ser considerada equação, uma expressão precisa ter pelo menos uma incógnita, que é um número desconhecido representado por uma letra, e uma relação de igualdade. Dessa maneira, as equações exponenciais são aquelas que possuem pelos menos uma incógnita no expoente e bases positivas diferentes de 1. Assim, são exemplos de equações exponenciais: 4x + 2 + 16x = 8 16x + 42x = 32 Resolução de equações exponenciais Resolver uma equação é encontrar o valor numérico das incógnitas que aparecem nela. Para isso, é preciso ter clare- za sobre os seguintes conteúdos: • Resolução de equações do primeiro grau; • Propriedades de potências. Além disso, existe uma propriedade das equações exponenciais que é indispensável para sua resolução: ax = ay ↔x = y (a > 0 e a diferente de 1) O que essa propriedade garante é que, se duas potências de mesma base são iguais, os expoentes dessas potências também são. Veja um exemplo: 3x = 27 Observe que 27 é igual a 33. Substituindo esse valor na equação, teremos: 3x = 33 Note que as bases são iguais. Agora podemos usar a propriedade das equações exponenciais e escrever: x = 3 Exemplos: 1º – Resolva a equação: 2x + 4 = 64. Solução: 2x + 4 = 64 Observe que 64 é uma potência de base 2, pois 64 = 26. Substituindo esse valor na equação, teremos: 2x + 4 = 26 Usando a propriedade das equações exponenciais, teremos: x + 4 = 6 Para finalizar, basta calcular a equação resultante. x = 6 – 4 x = 2 2º – Calcule o valor de x na equação: 16x = 1 4x Solução: Nesse exemplo, usaremos uma propriedade de potência que permite inverter a base que está na forma de fração. Queremos que a incógnita esteja no numerador para facilitar os cálculos, então, saben- do que, ao inverter a base de uma fração, invertemos tam- bém o sinal de seu expoente, podemos reescrever a equação dada da seguinte maneira: 16x = 1 4x 16x = 4– x Agora repetimos os procedimentos usados no exemplo ante- rior para obter: 42x = 4– x 2x = – x 2x + x = 0 3x = 0 x = 0 3º – Calcule o valor de x na equação: (2/5)3x = 25/4 Solução: Observe que 25 é o resultado de uma potência de base 5, e 4 é resultado de uma potência de base 2. Além disso, 25 está no numerador e o 4 está no denominador da segunda fração. A primeira fração está invertida nesse sentido. Para inverter uma fração, basta trocar o sinal de seu expoente. Observe: (2/5) 3x = 25/4 (5/2)– 3x = 25/4 Reescrevendo a segunda fração na forma de potência e aplicando uma das propriedades de potências, teremos: (5/2)– 3x = (5/2)2 Observeque as bases são iguais. Agora basta usar a propri- edade das equações exponenciais para obter: – 3x = 2 x = – 2 3 https://brasilescola.uol.com.br/matematica/fracao.htm MATEMÁTICA Página 3 Prof. ROOLDNEY Exercícios Determine o conjunto solução da seguinte equação expo- nencial: Qual o valor de x na equação exponencial LOGARÍTMOS Logaritmo de um número b na base a é igual ao expoente x ao qual se deve elevar a base, de modo que a potência ax seja igual a b, sendo a e b números reais e positivos e a≠1. Desta forma, o logaritmo é a uma operação na qual quere- mos descobrir o expoente que uma dada base deve ter para resultar em uma certa potência. Por esse motivo, para fazer operações com logaritmos é necessário conhecer as propriedades da potenciação. Definição de logaritmo Lê-se logaritmo de b na base a, sendo a > 0 e a ≠ 1 e b > 0. Quando a base de um logaritmo for omitida, significa que seu valor é igual a 10. Este tipo de logaritmo é chamado de logaritmo decimal. Como calcular um logaritmo? O logaritmo é um número e representa um dado expoente. Podemos calcular um logaritmo aplicando diretamente a sua definição. Exemplo Qual o valor do log3 81? Solução Neste exemplo, queremos descobrir qual expoente devemos elevar o 3 para que o resultado seja igual a 81. Usando a definição, temos: log3 81 = x ⇔ 3x = 81 Para encontrar esse valor, podemos fatorar o número 81, conforme indicado abaixo: Substituindo o 81 por sua forma fatorada, na equação ante- rior, temos: 3x = 34 Como as bases são iguais, chegamos a conclusão que x = 4. Consequência da definição dos logaritmos • O logaritmo de qualquer base, cujo logaritmando seja igual a 1, o resultado será igual a 0, ou seja, loga 1 = 0. Por exemplo, log9 1 = 0, pois 90 =1. • Quando o logaritmando é igual a base, o logaritmo será igual a 1, assim, loga a = 1. Por exemplo, log5 5 = 1, pois 51= 5 • Quando o logaritmo de a na base a possui uma po- tência m, ele será igual ao expoente m, ou seja lo- ga am = m, pois usando a definição am = am. Por exemplo, log3 35 = 5. • Quando dois logaritmos com a mesma base são iguais, os logaritmandos também serão iguais,ou seja, loga b = loga c ⇔ b = c. • A potência de base a e expoente loga b será igual a b, ou seja alogab = b. Propriedades dos Logaritmos • Logaritmo de um produto: O logaritmo de um produto é igual a soma de seus logaritmos: Lo- ga (b.c) = Loga b + loga c • Logaritmo de um quociente: O logaritmo de um quociente é igual a diferença dos logaritmos: Loga = Loga b - Loga c • Logaritmo de uma potência: O logaritmo de uma potência é igual ao produto dessa potência pelo lo- garitmo: Loga bm = m . Loga b • Mudança de base: Podemos mudar a base de um logaritmo usando a seguinte rela- ção: Exemplos 1) Escreva os logaritmos abaixo na forma de um único loga- ritmo. a) log3 8 + log3 10 b) log2 30 - log2 6 c) 4 log4 3 MATEMÁTICA Página 4 Prof. ROOLDNEY 2) Escreva o log8 6 usando logaritmo na base 2 Cologaritmo O chamado cologaritmo é um tipo especial de logaritmo expresso pela expressão: cologa b = − loga b Podemos ainda escrever que: EQUAÇÕES LOGARÍTMICAS Encontrar soluções de uma equação logarítmica exige domínio total de logaritmo, sua definição e todas as suas propriedades. Para resolver uma equação logarítmica, não podemos esquecer as condições de existência de um loga- ritmo. Existem três tipos de equações logarítmicas, são elas: equações que possuem mesma base; igualdade de um loga- ritmo a um número real; e, por fim, quando há uma equa- ção em que é necessário utilizar-se a mudança de base de um logaritmo. Para cada um dos tipos, utilizamos mé- todos diferentes de resolução. Equações Na matemática é bastante comum problemas que envolvem valores desconhecidos. Nesses casos, para encontrar esses valores desconhecidos, utilizamos equações. Existem vários tipos de equação: equação do primeiro grau, equação do segundo grau, equação irracional, equação logarítmica, en- tre outras. Uma equação sempre vai possuir igualdade e incógni- ta. Para que seja uma equação logarítmica, em um dos membros dela haverá um logaritmo. Exemplos a) logx = log3 b) log(2x + 1) = 10 c) log42 = log2x Em todas as equações, o objeto é utilizar ferramentas da álgebra para encontrar quais são os valores que fazem com que cada uma seja verdadeira, o que chamamos de solução da equação. Para resolver esse tipo de equação que envol- ve logaritmo, é necessário conhecer suas propriedades, pois, muitas vezes, torna-se necessário aplicá-las a fim de encon- trar-se o valor da incógnita. Resolução de equações logarítmicas Ao resolver-se uma equação logarítmica, é possível que também seja necessário resolver-se uma equação do 1º grau ou uma equação quadrática ou uma equação exponencial, a depender da forma de resolu- ção da equação. • 1º caso Para resolver equações logarítmicas do primeiro caso, bus- camos igualar a equação de tal forma que apareça a igualdade de dois logaritmos de mesma base, sabendo que: logx = logy → x = y Exemplos: a) log4 (3x – 3) = log4 9 Perceba que a base é a mesma nos dois casos, logo, basta igualarmos o logaritmando: log4 (3x – 3) = log4 9 → 3x – 3 = 9 3x – 3 = 9 é uma equação do primeiro grau, logo, isolare- mos o x. b) log(x + 3) + log (x - 3) = 2 · log4 Nesse caso, vamos utilizar as propriedades de logaritmo para reescrever a equação como a igualdade de dois loga- ritmos. Primeiro, a soma de dois logaritmos de mesma base pode ser reescrita da seguinte maneira: log [(x + 3) (x – 3)] = 2 · log4 Agora, recorrendo aos produtos notáveis, sabemos que (x + 3) (x - 3) = x² – 3², então ficará: log [x² – 3²] = 2 · log4 Utilizando a propriedade da potência no segundo membro da igualdade, temos que: log [x² – 9] = log4² Como conseguimos representar como a igualdade de dois logaritmos, vamos igualar seus logaritmandos. Note que a incógnita está ao quadrado, recaindo sobre uma equação do segundo grau incompleta. • 2º caso Em equações logarítmicas do segundo caso, vamos aplicar a definição de logaritmo. logab = x → ax = b Exemplo: a) log3 (5x – 1) = 2 Aplicando a definição, temos que: https://brasilescola.uol.com.br/matematica/equacoes-irracionais.htm https://brasilescola.uol.com.br/matematica/equacao.htm MATEMÁTICA Página 5 Prof. ROOLDNEY b) log232 = x + 1 Aplicando a definição, temos que: 2x+1 = 32 Agora encontramos uma equação exponencial, para isso é necessário igualarmos as bases fatorando o 32. 2x+1 = 25 Então: x + 1 = 5 x = 5 – 1 x = 4 • 3º caso No terceiro caso, vamos substituir logab por outra variável, por exemplo, y. Exemplo: (log2x)² – log2x = 2 Seja y = log2x Então: y² – y = 2 y² – y – 2 = 0 Resolvendo a equação do 2º grau por Bhaskara: a = 1 b = -1 c = 2 Δ = b² – 4ac Δ = (-1)² – 4 · 1 · (-2) Δ = 1 + 8 Δ = 9 Sabendo que log2x = y, então temos quebrada. Fazendo y’ = 2 log2x = 2, aplicando a definição: 2² = x x = 4 Agora fazendo y’’ = -1 INEQUAÇÕES Inequação é uma sentença matemática que apresenta pelo menos um valor desconhecido (incógnita) e representa uma desigualdade. Nas inequações usamos os símbolos: • > maior que • < menor que • ≥ maior que ou igual • ≤ menor que ou igual Exemplos a) 3x - 5 > 62 b) 10 + 2x ≤ 20 Inequação do Primeiro Grau Uma inequação é do 1º grau quando o maior expoente da incógnita é igual a 1. Podem assumir as seguintes formas: • ax + b >0 • ax + b < 0 • ax + b ≥ 0 • ax + b ≤ 0 Sendo a e b números reais e a ≠ 0 Resolução de uma inequação do primeiro grau. Para resolver uma inequação desse tipo, podemos fazer da mesma forma que fazemos nas equações. Contudo, devemos ter cuidado quando a incógnita ficar ne- gativa. Nesse caso, devemos multiplicar por (-1) e invertera símbo- lo da desigualdade. Exemplos a) Resolva a inequação 3x + 19 < 40 Para resolver a inequação devemos isolar o x, passando o 19 e o 3 para o outro lado da desigualdade. Lembrando que ao mudar de lado devemos trocar a opera- ção. Assim, o 19 que estava somando, passará diminuindo e o 3 que estava multiplicando passará dividindo. 3x < 40 -19 x < 21/3 x < 7 b) Como resolver a inequação 15 - 7x ≥ 2x - 30? MATEMÁTICA Página 6 Prof. ROOLDNEY Quando há termos algébricos (x) dos dois lados da desigual- dade, devemos juntá-los no mesmo lado. Ao fazer isso, os números que mudam de lado tem o sinal alterado. 15 - 7x ≥ 2x - 30 - 7x - 2 x ≥ - 30 -15 - 9x ≥ - 45 Agora, vamos multiplicar toda a inequação por (-1). Para tanto, trocamos o sinal de todos os termos: 9x ≤ 45 (observe que invertemos o símbolo ≥ para ≤) x ≤ 45/9 x ≤ 5 Portanto, a solução dessa inequação é x ≤ 5. Exemplo Resolva a inequação 3x + 19 < 40. Primeiro, vamos escrever a inequação com todos os termos de um lado da desigualdade: 3x + 19 - 40 < 0 3x - 21 < 0 Essa expressão indica que a solução da inequação são os valores de x que tornam a inequação negativa (< 0) Encontrar a raiz da equação 3x - 21 = 0 x = 21/3 x = 7 (raiz da equação) Representar no plano cartesiano os pares de pontos encon- trados ao substituir valores no x na equação. O gráfico deste tipo de equação é uma reta. Identificamos que os valores < 0 (valores negativos) são os valores de x < 7. O valor encontrado coincide com o valor que encontramos ao resolver diretamente (exemplo a, ante- rior). Inequação do Segundo Grau Uma inequação é do 2º grau quando o maior expoente da incógnita é igual a 2. Podem assumir as seguintes formas: • ax2 + bx + c > 0 • ax2 + bx + c < 0 • ax2 + bx + c ≥ 0 • ax2 + bx + c ≤ 0 Sendo a, b e c números reais e a ≠ 0 Podemos resolver esse tipo de inequação usando o gráfico que representa a equação do 2º grau para fazer o estudo do sinal, da mesma forma que fizemos no da inequação do 1º grau. Lembrando que, nesse caso, o gráfico será uma parábola. Exemplo Resolver a inequação x2 - 4x - 4 < 0? Para resolver uma inequação do segundo grau é preciso encontrar valores cuja expressão do lado esquerdo do sinal < dê uma solução menor do que 0 (valores negativos). Primeiro, identifique os coeficientes: a = 1 b = - 1 c = - 6 Utilizamos a fórmula de Bhaskara (Δ = b2 - 4ac) e substitu- ímos pelos valores dos coeficientes: Δ = (- 1)2 - 4 . 1 . (- 6) Δ = 1 + 24 Δ = 25 Continuando na fórmula de Bhaskara, substituímos nova- mente pelos valores dos nossos coeficientes: x = (1 ± √25) / 2 x = (1 ± 5) / 2 x1 = (1 + 5)/ 2 x1 = 6 / 2 x1 = 3 x2 = (1 - 5) / 2 x1 = - 4 / 2 x1 = - 2 As raízes da equação são -2 e 3. Como o ada equação do 2º grau é positivo, seu gráfico terá a concavidade voltada para cima. Pelo gráfico, observamos que os valores que satisfazem a inequação são: - 2 < x < 3 Podemos indicar a solução usando a seguinte notação: https://www.todamateria.com.br/formula-de-bhaskara/ MATEMÁTICA Página 7 Prof. ROOLDNEY Inequações exponenciais Assim como as equações exponenciais, as inequações expo- nenciais são aquelas que apresentam a incógnita no expoen- te. Confira alguns exemplos: Resolução de inequações exponenciais A resolução de uma inequação exponencial poderá ser dada através das propriedades da potenciação. Mas lembre-se de que f(x) = ax somente é crescente quanto a > 1. Caso 0 < a < 1, f(x) = ax é decrescente. Antes de resolver uma inequação exponencial, deve-se ob- servar a situação das bases nos dois membros, caso as ba- ses sejam diferentes, reduza-as a uma mesma base e, em seguida, forme uma inequação com os expoentes. Atente-se as regras dos sinais: • Caso a > 1, mantenha o sinal original. • Caso 0 < a < 1, inverta o sinal. Essas regras serão mais bem visualizadas nas resoluções que se seguem. Vamos resolver os exemplos das inequações anteriores. 2x ≥ 128 Por fatoração, 128 = 27. Portanto: 2x ≥ 27 → como as bases são iguais e a > 1, basta formar uma inequação com os expoentes. x ≥ 7 S = {x ∈ R | x ≥ 7} Neste exemplo as bases já são iguais. Porém, é necessário observar que 0 < a < 1. Diante dessa condição, inverte-se o sinal. x > 2. S = {x ∈ R | x > 2} 4x + 4 > 5 . 2x Perceba que, por fatoração, 4x = 22x e 22x é o mesmo que (2x)². Reescrevendo a inequação, temos: (2x)² + 4 > 5 . 2x Chamando 2x de t, para facilitar a resolução, ficamos com: t2 + 4 > 5t t2 – 5t + 4 > 0 Aqui temos uma inequação de 2º grau, onde deve ser feito o estudo dos sinais. Não vamos mostrar o processo de resolu- ção da inequação de 2º grau, visto que o texto trata das exponenciais. Fica como sugestão de exercícios para os lei- tores. Ao resolver, você encontrará D = 9, t1 = 1 e t2 = 4. Como a > 0, a concavidade da parábola ficará para cima. Isso signi- fica que, como estamos procurando valores que tornem a inequação positiva, ficamos com: t < 1 ou t > 4. Retornando à variável inicial: t = 2x 2x < 1 → x < 0 → lembre-se que todo número elevado a 1 é igual ao próprio número, e que todo número elevado a zero é igual a 1. 2x > 4 → 2x > 22 → x > 2. S = {x ∈ R | x < 0 ou x > 2} 2x ≤ 8 → 2x ≤ 23 → x ≤ 3 (S1) 3x – 6 > 0 → 3x > 6 → x > 2 (S2) A solução final é dada pela interseção das duas soluções encontradas. S = S1 ∩ S2 S = {x ∈ R | 2 < x ≤ 3} INEQUAÇÕES LOGARÍTMICAS As inequações logarítmicas são todas aquelas que apresen- tam logaritmos. A incógnita, nesses casos, está no logaritmando e/ou na base. Vale lembrar que um logaritmo possui o seguinte formato: loga b = x ↔ ax = b, *a é a base do logaritmo; b é o logaritmando e x é o logaritmo. Para resolver inequações logarítmicas, aplicamos as propriedades operatórias dos logaritmos e os conceitos tradicionais de resolução de inequações. Assim como faze- mos com as equações logarítmicas, é importante verificar as condições de existência dos logaritmos (tanto a base quanto o logaritmando devem ser maiores que zero). Ao desenvolver as inequações logarítmicas, podemos alcan- çar duas situações: 1º) Desigualdade entre logaritmos de mesma base: loga b < loga c Temos aqui dois casos a serem analisados: se a base for maior do que 1 (a > 1), podemos desconsiderar o logaritmo e manter a desigualdade entre os logaritmandos, isto é: Se a > 1, então loga b < loga c ↔ b < c Se, em contrapartida, a base for um número entre 0 e 1 (0 > a > 1), ao resolver a inequação logarítmica, deve- mos inverter a desigualdade e estabelecer uma inequação entre os logaritmandos, ou seja: Se 0 > a > 1, então loga b < loga c ↔ b > c 2º) Desigualdade entre um logaritmo e um número real: loga b < x Se, ao resolver uma inequação logarítmica, depararmo-nos com uma desigualdade entre um logaritmo e um número real, podemos aplicar a propriedade básica do logaritmo, mantendo intacto o símbolo da desigualdade: loga b < x ↔ b < ax ou https://www.infoescola.com/wp-content/uploads/2013/12/inequacoes-exponenciais.jpg https://www.infoescola.com/wp-content/uploads/2013/12/inequacoes-exponenciais2.jpg https://www.infoescola.com/wp-content/uploads/2013/12/inequacoes-exponenciais3.jpg MATEMÁTICA Página 8 Prof. ROOLDNEY loga b > x ↔ b > ax Vejamos alguns exemplos de resolução de inequações loga- rítmicas: Exemplo 1: log5 (2x – 3) < log5 x Devemos verificar as condições de existência dos logarit- mos: Não pare agora... Tem mais depois da publicidade ;) 2x – 3 > 0 2x > 3 x > 3/2 x > 0 Temos uma desigualdade entre logaritmos de mesma base que é maior do que 1. Podemos então manter a desigualda- de apenas entre os logaritmandos: log5 (2x – 3) < log5 x 2x – 3 < x 2x – x < 3 x < 3 Quadro de resolução do Exemplo 1 Nesse caso, a solução é . Exemplo2: log2 (x + 3) ≥ 3 Primeiramente, verificamos a condição de existência do logaritmo: x + 3 > 0 x > – 3 Nesse caso, há uma desigualdade entre um logaritmo e um número real. Podemos resolver o logaritmo da forma con- vencional, mantendo a desigualdade: log2 (x + 3) ≥ 3 x + 3 ≥ 23 x + 3 ≥ 8 x ≥ 8 – 3 x ≥ 5 Quadro de resolução do Exemplo 2 A solução é . Exemplo 3: log1/2 3x > log1/2 (2x + 5) Verificando as condições de existência dos logaritmos, te- mos: 3x > 0 x > 0 2x + 5 > 0 2x > – 5 x > – 5/2 Nesse exemplo, há uma desigualdade entre logaritmos de mesma base que é menor do que1. Para resolvê-la, deve- mos inverter a desigualdade, aplicando-a entre os logarit- mandos: log1/2 3x > log1/2 (2x + 5) 3x < 2x + 5 3x – 2x < 5 x < 5 Quadro de resolução do Exemplo 3 Nesse caso, a solução é . FUNÇÃO Na Matemática, função corresponde a uma associação dos elementos de dois conjuntos, ou seja, a função indica como os elementos estão relacionados. Por exemplo, uma função de A em B significa associar cada elemento pertencente ao conjunto A a um único elemento que compõe o conjunto B, sendo assim, um valor de A não pode estar ligado a dois valores de B. MATEMÁTICA Página 9 Prof. ROOLDNEY Notação para função: f: A → B (lê-se: f de A em B). Representação das funções Em uma função f: A → B o conjunto A é chamado de domí- nio (D) e o conjunto B recebe o nome de contradomínio (CD). Um elemento de B relacionado a um elemento de A recebe o nome de imagem pela função. Agrupando todas as imagens de B temos um conjunto imagem, que é um subconjunto do controdomínio. Exemplo: observe os conjuntos A = {1, 2, 3, 4} e B = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8}, com a função que determina a relação entre os elementos f: A → B é x → 2x. Sendo assim, f(x) = 2x e cada x do conjunto A é transformado em 2x no conjun- to B. Note que o conjunto de A {1, 2, 3, 4} são as entradas, "multiplicar por 2" é a função e os valores de B {2, 4, 6, 8}, que se ligam aos elementos de A, são os valores de saída. Portanto, para essa função: • O domínio é {1, 2, 3, 4} • O contradomínio é {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8} • O conjunto imagem é {2, 4, 6, 8} Tipos de funções As funções recebem classificações de acordo com suas pro- priedades. Confira a seguir os principais tipos. Função sobrejetora Na função sobrejetora o contradomínio é igual ao conjunto imagem. Portanto, todo elemento de B é imagem de pelo menos um elemento de A. Notação: f: A → B, ocorre a Im(f) = B Exemplo: Para a função acima: • O domínio é {-4, -2, 2, 3} • O contradomínio é {12, 4, 6} • O conjunto imagem é {12, 4, 6} Função injetora Na função injetora todos os elementos de A possuem cor- respondentes distintos em B e nenhum dos elementos de A compartilham de uma mesma imagem em B. Entretanto, podem existir elementos em B que não estejam relacionados a nenhum elemento de A. Exemplo: Para a função acima: • O domínio é {0, 3, 5} • O contradomínio é {1, 2, 5, 8} • O conjunto imagem é {1, 5, 8} Função bijetora Na função biejtora os conjuntos apresentam o mesmo nú- mero de elementos relacionados. Essa função recebe esse nome por ser ao mesmo tempo injetora e sobrejetora. Exemplo: MATEMÁTICA Página 10 Prof. ROOLDNEY Para a função acima: • O domínio é {-1, 1, 2, 4} • O contradomínio é {2, 3, 5, 7} • O conjunto imagem é {2, 3, 5, 7} Função inversa A função inversa é um tipo de função bijetora, por isso é sobrejetora e injetora ao mesmo tempo. Através desse tipo de função é possível criar novas funções ao inverter os elementos. Função composta A função composta é um tipo de função matemática que combina duas ou mais variáveis. Duas funções, f e g, podem ser representadas como função composta por: fog (x) = f(g(x)) gof (x) = g(f(x)) FUNÇÃO DE 1º GRAU A função afim, também chamada de função do 1º grau, é uma função f : ℝ→ℝ, definida como f(x) = ax + b, sen- do a e b números reais. As funções f(x) = x + 5, g(x) = 3√3x - 8 e h(x) = 1/2 x são exemplos de funções afim. Neste tipo de função, o número a é chamado de coeficiente de x e representa a taxa de crescimento ou taxa de variação da função. Já o número b é chamado de termo constante. Gráfico de uma Função do 1º grau O gráfico de uma função polinomial do 1º grau é uma reta oblíqua aos eixos Ox e Oy. Desta forma, para construirmos seu gráfico basta encontrarmos pontos que satisfaçam a função. Exemplo Construa o gráfico da função f (x) = 2x + 3. Solução Para construir o gráfico desta função, vamos atribuir valores arbitrários para x, substituir na equação e calcular o valor correspondente para a f (x). Sendo assim, iremos calcular a função para os valores de x iguais a: - 2, - 1, 0, 1 e 2. Substituindo esses valores na função, temos: f (- 2) = 2. (- 2) + 3 = - 4 + 3 = - 1 f (- 1) = 2 . (- 1) + 3 = - 2 + 3 = 1 f (0) = 2 . 0 + 3 = 3 f (1) = 2 . 1 + 3 = 5 f (2) = 2 . 2 + 3 = 7 Os pontos escolhidos e o gráfico da f (x) são apresentados na imagem abaixo: No exemplo, utilizamos vários pontos para construir o gráfi- co, entretanto, para definir uma reta bastam dois pontos. Para facilitar os cálculos podemos, por exemplo, escolher os pontos (0,y) e (x,0). Nestes pontos, a reta da função corta o eixo Ox e Oy respectivamente. Coeficiente Linear e Angular Como o gráfico de uma função afim é uma reta, o coeficien- te a de x é também chamado de coeficiente angular. Esse valor representa a inclinação da reta em relação ao eixo Ox. O termo constante b é chamado de coeficiente linear e re- presenta o ponto onde a reta corta o eixo Oy. Pois sendo x = 0, temos: y = a.0 + b ⇒ y = b Quando uma função afim apresentar o coeficiente angular igual a zero (a = 0) a função será chamada de constante. Neste caso, o seu gráfico será uma reta paralela ao eixo Ox. Abaixo representamos o gráfico da função constante f (x) = 4: MATEMÁTICA Página 11 Prof. ROOLDNEY Ao passo que, quando b = 0 e a = 1 a função é chamada de função identidade. O gráfico da função f (x) = x (função identidade) é uma reta que passa pela origem (0,0). Além disso, essa reta é bissetriz do 1º e 3º quadrantes, ou seja, divide os quadrantes em dois ângulos iguais, conforme indicado na imagem abaixo: Temos ainda que, quando o coeficiente linear é igual a zero (b = 0), a função afim é chamada de função linear. Por exemplo as funções f (x) = 2x e g (x) = - 3x são funções lineares. O gráfico das funções lineares são retas inclinadas que pas- sam pela origem (0,0). Representamos abaixo o gráfico da função linear f (x) = - 3x: Função Crescente e Decrescente Uma função é crescente quando ao atribuirmos valores cada vez maiores para x, o resultado da f (x) será também cada vez maior. Já a função decrescente é aquela que ao atribuirmos valores cada vez maiores para x, o resultado da f (x) será cada vez menor. Para identificar se uma função afim é crescente ou decres- cente, basta verificar o valor do seu coeficiente angular. Se o coeficiente angular for positivo, ou seja, a é maior que zero, a função será crescente. Ao contrário, se a for negati- vo, a função será decrescente. Por exemplo, a função 2x - 4 é crescente, pois a = 2 (valor positivo). Entretanto, a função - 2x + - 4 é decrescente visto que a = - 2 (negativo). Essas funções estão representadas nos gráficos abaixo: QUESTÕES DE PROVA Ao vender x milhares unidades de determinado produto, a receita, em reais, obtida pela fábrica é expressa pela fun- çãof(x) = -10.000(x2 – 14x + 13). O custo de produção des- ses x milhares de unidades, também em reais, é estimado em g(x) = 20.000(x + 3,5). Considerando apenas a receita e o custo relativos a esse produto, julgue os próximos itens. O lucro líquido máximo da fábrica será obtido quando forem vendidas 6.000 unidades do produto. • Certo • Errado 2) Um grupo de amigosfez, em conjunto, um jogo em de- terminada loteria, tendo sido premiado com a importância de R$ 2.800.000,00 que deveria ser dividida igualmente entre todos eles. No momento da partilha, constatou-se que 3 deles não haviam pago a parcela correspondente ao jogo, e, dessa forma, não faziam juz ao quinhão do prêmio. Com a retirada dos 3 amigos que não pagaram o jogo, coube a cada um dos restantes mais R$ 120.000,00. Considerando a situação hipotética apresentada, julgue os itens que se seguem. Se x é a quantidade de elementos do "grupo de amigos", então . • Certo • Errado FUNÇÕES DE 2° GRAU A função quadrática, também chamada de função poli- nomial de 2º grau, é uma função representada pela se- guinte expressão: f(x) = ax2 + bx + c Onde a, b e c são números reais e a ≠ 0. https://www.todamateria.com.br/funcao-linear/ MATEMÁTICA Página 12 Prof. ROOLDNEY Exemplo: f(x) = 2x2 + 3x + 5, sendo, a = 2 b = 3 c = 5 Nesse caso, o polinômio da função quadrática é de grau 2, pois é o maior expoente da variável. Como resolver uma função quadrática? Confira abaixo o passo-a-passo por meio um exemplo de resolução da função quadrática: Exemplo Determine a, b e c na função quadrática dada por: f(x) = ax2 + bx + c, sendo: f (-1) = 8 f (0) = 4 f (2) = 2 Primeiramente, vamos substituir o x pelos valores de cada função e assim teremos: f (-1) = 8 a (-1)2 + b (–1) + c = 8 a - b + c = 8 (equação I) f (0) = 4 a . 02 + b . 0 + c = 4 c = 4 (equação II) f (2) = 2 a . 22 + b . 2 + c = 2 4a + 2b + c = 2 (equação III) Pela segunda função f (0) = 4, já temos o valor de c = 4. Assim, vamos substituir o valor obtido para c nas equações I e III para determinar as outras incógnitas (a e b): (Equação I) a - b + 4 = 8 a - b = 4 a = b + 4 Já que temos a equação de a pela Equação I, vamos substi- tuir na III para determinar o valor de b: (Equação III) 4a + 2b + 4 = 2 4a + 2b = - 2 4 (b + 4) + 2b = - 2 4b + 16 + 2b = - 2 6b = - 18 b = - 3 Por fim, para encontrar o valor de a substituímos os valores de b e c que já foram encontrados. Logo: (Equação I) a - b + c = 8 a - (- 3) + 4 = 8 a = - 3 + 4 a = 1 Sendo assim, os coeficientes da função quadrática dada são: a = 1 b = - 3 c = 4 Raízes da Função As raízes ou zeros da função do segundo grau representam aos valores de x tais que f(x) = 0. As raízes da função são determinadas pela resolução da equação de segundo grau: f(x) = ax2 +bx + c = 0 Para resolver a equação do 2º grau podemos utilizar vários métodos, sendo um dos mais utilizados é aplicando a Fórmula de Bhaskara, ou seja: Exemplo Encontre os zeros da função f(x) = x2 – 5x + 6. Solução: Sendo a = 1 b = – 5 c = 6 Substituindo esses valores na fórmula de Bhaskara, temos: Portanto, as raízes são 2 e 3. Observe que a quantidade de raízes de uma função quadrá- tica vai depender do valor obtido pela expressão: Δ = b2 – 4. ac, o qual é chamado de discriminante. Assim, • Se Δ > 0, a função terá duas raízes reais e distintas (x1 ≠ x2); • Se Δ , a função não terá uma raiz real; • Se Δ = 0, a função terá duas raízes reais e iguais (x1 = x2). Gráfico da função quadrática O gráfico das funções do 2º grau são curvas que recebem o nome de parábolas. Diferente das funções do 1º grau, onde conhecendo dois pontos é possível traçar o gráfico, nas fun- ções quadráticas são necessários conhecer vários pontos. A curva de uma função quadrática corta o eixo x nas raízes ou zeros da função, em no máximo dois pontos dependendo do valor do discriminante (Δ). Assim, temos: • Se Δ > 0, o gráfico cortará o eixo x em dois pontos; • Se Δ • Se Δ = 0, a parábola tocará o eixo x em apenas um ponto. Existe ainda um outro ponto, chamado de vértice da parábo- la, que é o valor máximo ou mínimo da função. Este ponto é encontrado usando-se a seguinte fórmula: O vértice irá representar o ponto de valor máximo da função quando a parábola estiver voltada para baixo e o valor mí- nimo quando estiver para cima. É possível identificar a posição da concavidade da curva analisando apenas o sinal do coeficiente a. Se o coeficiente for positivo, a concavidade ficará voltada para cima e se for negativo ficará para baixo, ou seja: https://www.todamateria.com.br/formula-de-bhaskara/ https://www.todamateria.com.br/funcao-afim/ https://www.todamateria.com.br/vertice-da-parabola/ https://www.todamateria.com.br/vertice-da-parabola/ MATEMÁTICA Página 13 Prof. ROOLDNEY Assim, para fazer o esboço do gráfico de uma função do 2º grau, podemos analisar o valor do a, calcular os zeros da função, seu vértice e também o ponto em que a curva corta o eixo y, ou seja, quando x = 0. A partir dos pares ordenados dados (x, y), podemos cons- truir a parábola num plano cartesiano, por meio da ligação entre os pontos encontrados. QUESTÕES DE CONCURSO A respeito de números reais e de funções de variáveis reais, julgue o item que se segue. O menor valor de f(x) = -3x2 + 9x -6 ocorre em x = 3/2. • Certo • Errado 2) Ao vender x milhares unidades de determinado produto, a receita, em reais, obtida pela fábrica é expressa pela função f(x) = -10.000(x2– 14x + 13). O custo de produção desses x milhares de unidades, também em reais, é estimado em g(x) = 20.000(x + 3,5). Considerando apenas a receita e o custo relativos a esse produto, julgue os próximos itens. Com a venda de qualquer quantia do produto, superior a 2.000 unidades, o lucro líquido da fábrica será sempre posi- tivo. • Certo • Errado Estima-se que a área desmatada, em 2019, será superior a 200 milhões de hectares. • Certo • Errado De acordo com essa estimativa, em nenhum momento a área desmatada será inferior a 60 milhões de hectares. • Certo • Errado De acordo com o modelo, o maior desmatamento ocorrerá após o ano de 2082. • Certo Errado Um grupo de amigos fez, em conjunto, um jogo em deter- minada loteria, tendo sido premiado com a importância de R$ 2.800.000,00 que deveria ser dividida igualmente entre todos eles. No momento da partilha, constatou-se que 3 https://www.todamateria.com.br/plano-cartesiano/ MATEMÁTICA Página 14 Prof. ROOLDNEY deles não haviam pago a parcela correspondente ao jogo, e, dessa forma, não faziam juz ao quinhão do prêmio. Com a retirada dos 3 amigos que não pagaram o jogo, coube a cada um dos restantes mais R$ 120.000,00. Considerando a situação hipotética apresentada, julgue os itens que se seguem. Considerando que, em uma função da forma f(x) = Ax2 + Bx + C, em que A, B, e C são constantes bem determinadas, a equação f(x) = 0 determina a quantidade de elementos do "grupo de amigos", então é correto afirmar que, para essa função, o ponto de mínimo é atingido quando x =3/2. • Certo • Errado FUNÇÃO EXPONENCIAL Função Exponencial é aquela que a variável está no expoen- te e cuja base é sempre maior que zero e diferente de um. Essas restrições são necessárias, pois 1 elevado a qualquer número resulta em 1. Assim, em vez de exponencial, estarí- amos diante de uma função constante. Além disso, a base não pode ser negativa, nem igual a zero, pois para alguns expoentes a função não estaria definida. Por exemplo, a base igual a - 3 e o expoente igual a 1/2. Como no conjunto dos números reais não existe raiz qua- drada de número negativo, não existiria imagem da função para esse valor. Exemplos: f(x) = 4x f(x) = (0,1)x f(x) = (⅔)x Nos exemplos acima 4, 0,1 e ⅔ são as bases, enquanto x é o expoente. Gráfico da função exponencial O gráfico desta função passa pelo ponto (0,1), pois todo número elevado a zero é igual a 1. Além disso, a curva ex- ponencial não toca no eixo x. Na função exponencial a base é sempre maior que zero, portanto a função terá sempre imagem positiva. Assim sen- do, não apresenta pontos nos quadrantes III e IV (imagem negativa). Abaixorepresentamos o gráfico da função exponencial. Função Crescente ou Decrescente A função exponencial pode ser crescente ou decrescente. Será crescente quando a base for maior que 1. Por exemplo, a função y = 2x é uma função crescente. Para constatar que essa função é crescente, atribuímos valo- res para x no expoente da função e encontramos a sua ima- gem. Os valores encontrados estão na tabela abaixo. Observando a tabela, notamos que quando aumentamos o valor de x, a sua imagem também aumenta. Abaixo, repre- sentamos o gráfico desta função. MATEMÁTICA Página 15 Prof. ROOLDNEY Por sua vez, as funções cujas bases são valores maiores que zero e menores que 1, são decrescentes. Por exemplo, f(x) = (1/2)x é uma função decrescente. Calculamos a imagem de alguns valores de x e o resultado encontra-se na tabela abaixo. Notamos que para esta função, enquanto os valores de x aumentam, os valores das respectivas imagens diminuem. Desta forma, constatamos que a função f(x) = (1/2)x é uma função decrescente. Com os valores encontrados na tabela, traçamos o gráfico dessa função. Note que quanto maior o x, mais perto do zero a curva exponencial fica. Função Logarítmica A inversa da função exponencial é a função logarítmica. A função logarítmica é definida como f(x) = logax, com a real positivo e a ≠ 1. Sendo, o logaritmo de um número definido como o expoente ao qual se deve elevar a base a para obter o número x, ou seja, y = logax ⇔ ay = x. Uma relação importante é que o gráfico de duas funções inversas são simétricos em relação a bissetriz dos quadran- tes I e III. Desta maneira, conhecendo o gráfico da função exponencial de mesma base, por simetria podemos construir o gráfico da função logarítmica. No gráfico acima, observamos que enquanto a função expo- nencial cresce rapidamente, a função logarítmica cresce lentamente. QUESTÃO DE PROVA Um estudo constatou que a população de uma comunidade é expressa pela função P(t) = 5.000e0,18t , em que P(t) é a população t anos após a contagem inicial, que ocorreu em determinado ano, e considerado t = 0. Com referência a esse estudo e considerando MATEMÁTICA Página 16 Prof. ROOLDNEY 1,2 e 1,8 como os valores aproximados para e0,18 e ln 6, respectivamente, julgue os itens a seguir. A população será de 30.000 indivíduos 5 anos após a conta- gem inicial. • Certo • Errado SISTEMAS LINEARES Sistemas Lineares são conjuntos de equações associadas entre elas que apresentam a forma a seguir: A chave do lado esquerdo é o símbolo usado para sinalizar que as equações fazem parte de um sistema. O resultado do sistema é dado pelo resultado de cada equação. Os coeficientes amxm, am2xm2, am3xm3, ... , an, an2, an3 das incógnitas x1, xm2,xm3, ... , xn, xn2, xn3 são números reais. Ao mesmo tempo, b também é um número real que é cha- mado de termo independente. Sistemas lineares homogêneos são aqueles cujo termo inde- pendente é igual a 0 (zero): a1x1 + a2x2 = 0. Portanto, aqueles que apresentam termo independente dife- rente de 0 (zero) indica que o sistema não é homogêneo: a1x1 + a2x2 = 3. Classificação Os sistemas lineares podem ser classificados conforme o número de soluções possíveis. Lembrando que a solução das equações é encontrado pela substituição das variáveis por valores. • Sistema Possível e Determinado (SPD): há ape- nas uma solução possível, o que acontece quando o determinante é diferente de zero (D ≠ 0). • Sistema Possível e Indeterminado (SPI): as so- luções possíveis são infinitas, o que acontece quan- do o determinante é igual a zero (D = 0). • Sistema Impossível (SI): não é possível apresen- tar qualquer tipo de solução, o que acontece quando o determinante principal é igual a zero (D = 0) e um ou mais determinantes secundários são diferentes de zero (D ≠ 0). As matrizes associadas a um sistema linear podem ser com- pletas ou incompletas. São completas as matrizes que con- sideram os termos independentes das equações. Os sistemas lineares são classificados como normais quando o número de coeficientes é o mesmo que o número de in- cógnitas. Além disso, quando o determinante da matriz in- completa desse sistema não é igual a zero. Exercícios Resolvidos Vamos resolver passo a passo cada equação a fim de classi- ficá-las em SPD, SPI ou SI. Exemplo 1 - Sistema Linear com 2 Equações https://www.todamateria.com.br/matrizes-resumo/ MATEMÁTICA Página 17 Prof. ROOLDNEY Exemplo 2 - Sistema Linear com 3 Equações Se D = 0, podemos estar diante de um SPI ou de um SI. Assim, para saber qual a classificação correta, vamos ter de calcular os determinantes secundários. Nos determinantes secundários são utilizados os termos independentes das equações. Os termos independentes substituirão uma das incógnitas escolhidas. Vamos resolver o determinante secundário Dx, por isso, vamos substituir o x pelos termos independentes. Como o determinante principal é igual a zero e um determi- nante secundário também é igual a zero, sabemos que esse sistema é classificado como SPI. MATEMÁTICA Página 18 Prof. ROOLDNEY QUESTÕES DE PROVA O gráfico acima mostra o valor, em bilhões de dólares, da exportação de soja do Brasil em 2000, 2001, 2002 e 2003, e o valor estimado para 2004. É possível modelar os dados desse gráfico por uma função do tipo g(t) = at + b, resol- vendo-se o sistema Nesse modelo, g(t) é uma aproximação do valor total das exportações de soja, em US$ bilhões, e t é o número de anos transcorridos a partir de 2000. A partir dessas informações e considerando que o ano 2000 corresponde ao tempo inicial t = 0, o ano 2001 corresponde a t = 1, e assim sucessivamente, julgue o item subsequente. As soluções do sistema acima são a = 1,2 e b = 4,2. • Certo • Errado Na reforma de uma escola, que foi feita em 12 semanas, a quantidade de pintores, carpinteiros e eletricistas mudou a cada semana. Os operários trabalharam de segunda-feira a sexta-feira, oito horas por dia. Com base nas informações acima, julgue o item a seguir, considerando que os operários que desempenham a mesma função possuem a mesma produtividade e eficiência. Considere que 48 operários tenham trabalhado na 12. a semana da reforma e que a quantidade destes com menos de 40 anos de idade seja o dobro da quantidade daqueles com idade maior ou igual a 40 anos. Nessa situa- ção, menos de 30 operários que trabalharam na obra nessa semana tinham menos de 40 anos de idade. • Certo • Errado Com relação aos sistemas de equações lineares e às funções de 1.º e de 2.° graus, julgue os itens que se seguem. Se Aldo, Pedro e Júlia confeccionarem, conjuntamente, 50 camisetas em uma semana; se a soma das quantidades confeccionadas por Aldo e Júlia for 2 unidades a mais que o dobro da quantidade confeccionada por Pedro; e se a quan- tidade confeccionada por Pedro for 3 unidades a menos que a quantidade confeccionada por Júlia, então Pedro confecci- onará, nessa semana, mais de 15 camisetas. • Certo • Errado Um órgão público realizará concurso para provimento de 30 vagas em cargos de nível médio e superior. O salário mensal de cada profissional de nível médio será de R$ 1.900,00, e o de cada profissional de nível superior, de R$ 2.500,00.Os gastos mensais desse órgão com os salários desses30 profissionais serão de R$ 67.800,00. Com relação a essa situação hipotética, julgue os itens que se seguem. O órgão público deverá gastar, mensalmente, menos de R$ 42.000,00 com os salários dos novos profissionais de nível superior, caso eles sejam contratados. • Certo • Errado MATEMÁTICA Página 19 Prof. ROOLDNEY ANÁLISE COMBINATÓRIA PRINCÍPIO FUNDAMENTAL DA CONTAGEM( PFC) O princípio fundamental da contagem, também chama- do de princípio multiplicativo, postula que: “quando um evento é composto por n etapas sucessivas e independentes, de tal modo que as possibilidades da primei- ra etapa é x e as possibilidades da segunda etapa é y, resul- ta no número total de possibilidades de o evento ocorrer, dado pelo produto (x) . (y)”. Em resumo, no princípio fundamental da contagem, multipli- ca-se o número de opções entre as escolhas que lhe são apresentadas. Exemplo Uma lanchonete vende uma promoção de lanche a um preço único. No lanche, estão incluídos um sanduíche, uma bebida e uma sobremesa. São oferecidos três opções de sanduí- ches: hambúrguer especial, sanduíche vegetariano e cachor- ro-quente completo. Como opção de bebida pode-se esco- lher 2 tipos: suco de maçã ou guaraná. Para a sobremesa, existem quatro opções: cupcake de cereja, cupcake de cho- colate, cupcake de morango e cupcake de baunilha. Consi- derando todas as opções oferecidas, de quantas maneiras um cliente pode escolher o seu lanche? Solução Podemos começar a resolução do problema apresentado, construindo uma árvore de possibilidades, conforme ilustra- do abaixo: Acompanhando o diagrama, podemos diretamente contar quantos tipos diferentes de lanches podemos escolher. As- sim, identificamos que existem 24 combinações possíveis. Podemos ainda resolver o problema usando o princípio mul- tiplicativo. Para saber quais as diferentes possibilidades de lanches, basta multiplicar o número de opções de sanduí- ches, bebidas e sobremesa. Total de possibilidades: 3.2.4 = 24 Portanto, temos 24 tipos diferentes de lanches para es- colher na promoção. TIPOS DE COMBINAÇÃO Arranjos Nos arranjos, os agrupamentos dos elementos dependem da ordem e da natureza dos mesmos. Para obter o arranjo simples de n elementos tomados, p a p (p ≤ n), utiliza-se a seguinte expressão: Exemplo Como exemplo de arranjo, podemos pensar na votação para escolher um representante e um vice-representante de uma turma, com 20 alunos. Sendo que o mais votado será o representante e o segundo mais votado o vice- representante. Dessa forma, de quantas maneiras distintas a escolha pode- rá ser feita? Observe que nesse caso, a ordem é importante, visto que altera o resultado final. Logo, o arranjo pode ser feito de 380 maneiras diferentes. Permutações As permutações são agrupamentos ordenados, onde o número de elementos (n) do agrupamento é igual ao núme- ro de elementos disponíveis. Note que a permutação é um caso especial de arranjo, quando o número de elementos é igual ao número de agru- pamentos. Desta maneira, o denominador na fórmula do arranjo é igual a 1 na permutação. Assim a permutação é expressa pela fórmula: Exemplo Para exemplificar, vamos pensar de quantas maneiras dife- rentes 6 pessoas podem se sentar em um banco com 6 lu- gares. Como a ordem em que irão se sentar é importante e o nú- mero de lugares é igual ao número de pessoas, iremos usar a permutação: Logo, existem 720 maneiras diferentes para as 6 pessoas sentarem neste banco. ATENÇÃO! Permutações: Simples, de Repetição e Circulares Um dos brinquedos mais procurados em qualquer parque de diversões é a montanha-russa. Com capacidade para cerca de 24 pessoas, são mais de 600 sextilhões de combinações possíveis para dispor os usuários, com uma sim- ples permutação entre 24 lugares. Permutação simples Em um carro, além do motorista, podem ser transportados mais quatro passageiros: um no banco do carona, o famoso “lugar da frente”, e, no banco detrás, têm-se a posição da janela à esquerda, a posição central e a da janela à direita. De quantas maneiras diferentes podem ser dispostos quatro passageiros, não considerando o motorista, nas acomoda- ções desse carro? Analisadas inicialmente as possibilidades para o banco do carona, conclui-se que existem quatro. Fixando um passa- geiro nessa posição, restam três que poderão se acomodar, MATEMÁTICA Página 20 Prof. ROOLDNEY por exemplo, no banco de trás ao lado da janela da esquer- da. Seguindo essa ideia, ou seja, fixando mais um passagei- ro nessa posição, restarão dois, que poderão, por exemplo, se acomodar no banco de trás, no centro. Fixando mais um, restará apenas um, que com certeza deverá se sentar no banco de trás na posição da janela da direita. Pelo princípio multiplicativo, tem-se que o total de possibili- dades é dado por 4 · 3 · 2 · 1 = 24 posições distintas no carro, desconsiderando o motorista. Cada uma das disposi- ções tomadas é uma permutação simples dos lugares possí- veis no carro. Note que o total de permutações simples foi calculado aplicando-se o princípio multiplicativo que remeteu à notação de fatorial. Dessa forma: Qualquer sequência formada a partir de todos os elementos de um conjunto com n elementos é chamada permutação simples. O total de permutações simples de um conjunto com essa quantidade de elementos é dado por: Pn = n! Exemplo: O presidente de uma grande empresa reserva todas as se- gundas-feiras de manhã para realizar uma reunião com todos os diretores. Considerando que existem cinco diretores nas mais diversas áreas dessa empresa, calcule de quantas maneiras essas seis pessoas (presidente e diretores) podem ser dispostos numa mesa não redonda. Esse é um típico caso de permutação simples. Para isso, basta calcular P6 = 6.5.4.3.2.1 = 720 Ou seja, o presidente e os diretores podem ser dispostos em uma mesa não redonda de 720 maneiras distintas. Permutação com repetições Verão, sol, calor. Não podia ser diferente: a família Shroder foi para o litoral e decidiu ficar lá seis dias. Embora a princi- pal atividade fosse a praia, a família escolheu quatro atra- ções para se entreter no período da noite. São elas: cinema, feira de artes, sorveteria e parque de diversões. Como a família não gosta de ficar em casa, resolveu que iria duas vezes em duas das atrações. Depois de muito discutirem, escolheram o cinema e a feira de artes. De quantas maneiras distintas pode ser feito o programa da família Shroder nesses seis dias? Observe que, embora a família tenha saído seis vezes, o total de possibilidades será menor que 6, já que duas delas se repetem duas vezes cada. Nesse caso, não se trata mais de uma permutação simples. Por exemplo, se as duas idas ao cinema fossem eventos distintos, isso resultaria em 2! novas possibilidades apenas pela permutação desses dois eventos. Como se trata de um mesmo evento, sua permutação não altera o programa. Sendo assim, é preciso “descontar” 2 possibilidades, ou seja, deve-se dividir o total de permutações simples por esse valor, ou seja, 6! por 2!. A mesma coisa ocorre para a feira de artes: deve-se dividir o total de possibilidades por 2!. Dessa forma, o total de possibilidades distintas de progra- mas é: Note que das 6 possibilidades, 2 são cinema e 2 são feira de artes. O número de permutações de n elementos, dos quais n, é de um tipo, n, é de um segundo tipo, …, n, é de um k-ésimo tipo, é denotado por Pnn1, n2, …,nk, e é dado por Pnn1, n2, …,nk, = Exemplo: Quantos anagramas podem ser formados com a palavra MATEMÁTICA? Observe que são dez letras das quais uma delas se repete três vezes, caso da letra A, e outra que se repete duas ve- zes, o da letra T. Realizando o cálculo, tem-se: Com a palavra MATEMÁTICA podem ser formados 302400 anagramas. Permutação circular Voltando ao exemplo da reunião que o presidente de uma grande empresa realiza todas as manhãs de segunda-feira com seus cinco diretores, se a mesa na qual é realizada a reunião for redonda, será que as possibilidades de dispor essas pessoas são as mesmas? A resposta é não. Para visualizar essa situação, pense nas seis pessoas (A, B, C, D, E e F) ao redor da mesa e estabe- leça uma ordem entre as 6 = 720 possibilidades, a priori, possíveis. Note que, por exemplo, as ordens ABCDEF, FAB- CDE, EFABCD, DEFABC,CDEFAB e BCDEFA são seis modos de descrevera mesma posição, pois obtém-se isso girando a mesa. Sendo assim, essas possibilidades devem ser “des- contadas”, resultando em: O número de possibilidades de dispor o presidente e os dire- tores numa mesa redonda é 120 Esse é um típico exemplo de permutação circular, cuja nota- ção é dada por PC, e cuja definição é: O número de permutações circulares de n elementos é dado por: Combinações As combinações são subconjuntos em que a ordem dos elementos não é importante, entretanto, são caracterizadas pela natureza dos mesmos. Assim, para calcular uma combinação simples de n elementos tomados p a p (p ≤ n), utiliza-se a seguinte expressão: Exemplo A fim de exemplificar, podemos pensar na escolha de 3 membros para formar uma comissão organizadora de um evento, dentre as 10 pessoas que se candidataram. De quantas maneiras distintas essa comissão poderá ser formada? Note que, ao contrário dos arranjos, nas combinações a ordem dos elementos não é relevante. Isso quer dizer que MATEMÁTICA Página 21 Prof. ROOLDNEY escolher Maria, João e José é equivalente à escolher João, José e Maria. Observe que para simplificar os cálculos, transformamos o fatorial de 10 em produto, mas conservamos o fatorial de 7, pois, desta forma, foi possível simplificar com o fatorial de 7 do denominador. Assim, existem 120 maneiras distintas formar a comissão.
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