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Matemática Resumo 1 ASSUNTOS BÁSICOS PRODUTOS NOTÁVEIS 1 (a + b)2 = a2 + 2ab + b2 2 (a – b)2 = a2 – 2ab + b2 3 (a + b)(a – b) = a2 – b2 4 (a + b)3 = a3 + 3a2b + 3ab2 + b3 5 (a – b)3 = a3 – 3a2b + 3ab2 – b3 6 (a + b)(a2 – ab + b2) = a3 + b3 7 (a – b)(a2 + ab + b2) = a3 – b3 MÓDULO Define-se o módulo (ou valor absoluto) de um número real x, e indica-se por ⏐ x ⏐, como: x, se x ³ 0 x = -x, se x < 0 ⎧ ⎨ ⎩ PROPRIEDADES Sendo x e y números reais, tem-se que: • ⏐ x ⏐ ≥ 0 • ⏐ x ⏐ = ⏐ –x ⏐ • –⏐ x ⏐ ≤ x ≤ ⏐ x ⏐ • 2x = ⏐ x ⏐ • Se a ≥ 0, então ⏐ x ⏐ = a ⇔ x = ± a • Se a > 0, então ⏐ x ⏐ < a ⇔ –a < x < a Se a > 0, então ⏐ x ⏐ > a ⇔ x < –a ou x > a • ⏐x.y⏐ = ⏐ x ⏐.⏐ y ⏐ • 0b b a b a ≠= • ⏐x + y⏐ ≤ ⏐ x ⏐ + ⏐ y ⏐ • ⏐x – y⏐ ≥ ⏐ x ⏐ – ⏐ y ⏐ PROPRIEDADES DAS PROPORÇÕES a c a d b c b d = ⇔ ⋅ = ⋅ a c a ± b c ± d= = b d b d ⇔ a c m a + c +...+ m= = ... = = b d n b + d +...+ n MÉDIAS Média aritmética simples 1 2 n A a + a +...+ a M = n Média aritmética ponderada 1 1 2 2 n n P 1 2 n P ×a +P ×a +...+P ×a M = P +P +...+P em que P1, P2, ..., Pn são os respectivos pesos dos valores a1, a2, ..., an. Média harmônica H 1 2 n nM = 1 1 1+ +...+ a a a MH é o inverso da MA dos inversos. Três números a, b e c formam uma proporção harmônica quando se tem: a - b a= b - c c Média geométrica n G 1 2 nM = a ×a ×...×a A média geométrica de dois números distintos é sempre menor que a média aritmética desses mesmos dois números. GRANDEZAS DIRETAMENTE PROPORCIONAIS Duas grandezas a e b são proporcionais se: a = k b , se b ≠ 0 e a = 0, se b = 0 em que k é uma constante não nula chamada constante de proporcionalidade. Matemática 2 GRÁFICO A cada par de grandezas x e y podemos asso- ciar um ponto (x, y) do plano cartesiano. Se x e y são diretamente proporcionais, então vale a relação y = kx, e os pontos (x, y) pertencem a uma reta que passa pela origem do sistema. GRANDEZAS INVERSAMENTE PROPORCIONAIS Duas grandezas a e b são inversamente pro- porcionais se: a ⋅ b = k em que k é uma constante não nula chamada constante de proporcionalidade. GRÁFICO A cada par de grandezas x e y podemos asso- ciar um ponto (x, y) do plano cartesiano. Se x e y são inversamente proporcionais, então vale a relação x ky = , e os pontos (x, y) pertencem a uma hipérbole eqüilátera. O gráfico a seguir representa um ramo de hi- pérbole. JUROS O juro simples pode ser calculado por: j = C .i . t Em que j é o juro, C é o capital inicial, i é a taxa unitária e t o tempo de aplicação. JURO COMPOSTO O montante em regime de juros compostos po- de ser obtido por: Mn = C(1 + i)n O fator (1 + i)n é denominado fator de capitali- zação ou fator de acumulação de capital. CONJUNTOS PERTINÊNCIA Ax∈ significa: “x é elemento de A”. Ax∉ significa: “x não é elemento de A”. INCLUSÃO • BA ⊂ significa: “todo elemento que perten- ce a A também pertence a B” ou “A é sub- conjunto de B”. • BA ⊄ significa: “existe pelo menos um elemen- to de A que não pertence a B” ou “A não é sub- conjunto de B”. • ABBA ⊃⇔⊂ • }Ax|x{)A(P ⊂= • )A(PxAx ∈⇔⊂ • Se pn A = , então A possui 2 p subconjun- tos. • p)A(PA 2npn =⇒= OPERAÇÕES COM CONJUNTOS União ou reunião A B x ∪ = ∈ ∈{ | x A ou x B} Intersecção A B x ∩ = ∈ ∈{ | x A e x B} Diferença B}x e Ax | x{BA ∉∈=− Complementar Com B ⊂ A Matemática 3 CONJUNTO DOS NÚMEROS NATURAIS (IN) IN = {0, 1, 2, 3, . . .} IN* = {1, 2, 3, 4, . . .} CONJUNTO DOS NÚMEROS INTEIROS (Z) Z = {. . . , –3, –2, –1, 0, 1, 2, 3, . . .} Z + = {0, 1, 2, 3, . . .} (inteiros não-negativos) Z∗+ = {1, 2, 3, . . .} (inteiros positivos) Z – = {. . . , –3, –2, –1, 0}(inteiros não-positivos) Z ∗− = {. . . , –3, –2, –1} (inteiros negativos) CONJUNTO DOS NÚMEROS RACIONAIS (Q) Q = {x | x = q p , com p ∈ Z e q ∈ Z*} Os números reais que não podem ser escritos na forma de fração com numerador e denominador inteiros formam o conjunto dos números irracionais (IR – Q). Exemplos: . . . 732,13 = π = 3,14159265 . . . e = 2,71828 . . . 0,14144144414444 . . . CONJUNTO DOS NÚMEROS REAIS (IR) IR = Q ∪ {números irracionais} CONJUNTO DOS NÚMEROS COMPLEXOS (C) C = {x | x = a + bi, com a e b reais e i = 1− } Os conjuntos numéricos podem ser relacionados como no diagrama seguinte: EQUAÇÃO DO 2º. GRAU É toda equação redutível à forma ax2 + bx + c = 0, com a, b e c ∈ IR e a ≠ 0. a2 bx ∆±−= (∆ = b2 – 4ac) ∆ > 0 ⇔ a equação possui duas raízes reais e dis- tintas; ∆ = 0 ⇔ a equação possui duas raízes reais e i- guais; ∆ < 0 ⇔ a equação possui duas raízes imaginárias. S b a c a = x x e P = x x ' " ' . "+ = − = FUNÇÕES – DEFINIÇÃO Dados dois conjuntos A e B, não vazios, cha- mamos de função de A em B toda relação y = f(x), de A em B, em que cada elemento de A está asso- ciado a um único elemento de B. Chamamos de conjunto imagem, indicando por Im ao conjunto: Im = {y ∈ B | ∃x, x ∈ A e y = f(x)} Numa função, quando não são fornecidos o do- mínio e o contradomínio, subentende-se que o con- tradomínio é o conjunto IR e o domínio é o mais am- plo subconjunto real, em que todos os valores de x são tais que f(x) também é real. Dado o gráfico de uma relação, o mesmo re- presentará uma função se toda paralela ao eixo y, traçada pelos valores do domínio, interceptar o gráfico em um único ponto. O domínio de uma função pode ser obtido pro- jetando-se todos os pontos de seu gráfico sobre o eixo x. O conjunto imagem de uma função pode ser ob- tido projetando-se todos os pontos de seu gráfico sobre o eixo y. FUNÇÃO SOBREJETORA Uma função f é dita sobrejetora quando possui conjunto imagem igual ao contradomínio. No gráfico de uma função sobrejetora, toda re- ta paralela ao eixo x, traçada por qualquer elemen- to do contradomínio, interceptará a curva em, pelo menos, um ponto. FUNÇÃO INJETORA Uma função f, de A em B, é dita injetora quan- do a quaisquer dois elementos distintos de A cor- respondem dois elementos distintos de B. No gráfico de uma função injetora, toda reta paralela ao eixo x interceptará a curva em, no má- ximo, um ponto. IR – Q IN Z Q IR C Matemática 4 FUNÇÃO COMPOSTA Sejam f: A → B e g: B → C duas funções. Chama-se função composta de f com g a função h: A → C, tal que h(x) = g(f(x)), ∀ x ∈ A. FUNÇÃO INVERSA Sendo f: A → B uma função bijetora, diremos que a função g: B → A é a inversa de f se, e so- mente se: Bb eA a , ∈∀∈∀=⇔= ag(b)bf(a) Indica-se a inversa de uma função f por f– 1. A função inversa f– 1 “faz o caminho de volta” da função f portanto: f1f f1f DIm ImD = = − − Observação: f – 1 (f (x)) = f (f – 1 (x)) = x OBTENÇÃO DA INVERSA Para obter a lei que define a inversa de uma função y = f(x), devemos: • trocar y por x e x por y; • isolar y, obtendo a lei que define a inversa f – 1 (x). GRÁFICOS DE DUAS INVERSAS Se o ponto (a, b) pertence ao gráfico de uma função f, então o ponto (b, a) pertence ao gráfico de f – 1. Como conseqüência, os gráficos de f(x) e f – 1 (x) são simétricos em relação à bissetriz ímpar (bissetriz do primeiro e terceiro quadrantes). FUNÇÃO DO 1O. GRAU É toda função redutível à forma f(x) = ax + b, com a e b reais e a ≠ 0. A função do 1o. grau é também chamada de função afim. – Se b = 0, a função do 1o. grau é chamada de linear. Seu gráfico passa sempre pela ori- gem. – Se a = 0, a função não é do 1o. grau. É uma função constante da forma f(x) = b. Seu gráfico é uma reta paralela ao eixo x, pas- sando por todos os pontos de ordenada b. GRÁFICO • O gráfico deuma função do 1o. grau é sem- pre uma reta. • Dependendo do sinal de a, a função afim pode ser crescente ou decrescente. • Se a > 0, a função é crescente. O seu grá- fico é do tipo: • Se a < 0, a função é decrescente. O seu gráfico é do tipo: θ < 90º Matemática 5 FUNÇÃO DO 2O. GRAU OU QUADRÁTICA É toda função redutível à forma f(x) = ax2 + bx + c, com a, b e c reais e a ≠ 0. GRÁFICO O gráfico de uma função quadrática é uma pa- rábola. Se a > 0, a parábola tem a concavidade voltada para cima: Se a < 0, a parábola tem a concavidade voltada para baixo: PONTO DE CORTE NO EIXO Y A parábola sempre intercepta o eixo y no ponto P(0, c). RAÍZES OU ZEROS DA FUNÇÃO São obtidas igualando-se a função a zero e re- solvendo-se a equação do 2o. grau resultante. Se ∆ > 0, a função apresenta duas raízes reais e distintas. A parábola corta o eixo x em dois pontos. Se ∆ = 0, a função apresenta duas raízes reais e iguais. A parábola tangencia o eixo x. Se ∆ < 0, a função apresenta duas raízes não- reais. A parábola não corta, nem tangencia o eixo x. VÉRTICE É o ponto de coordenadas: {{ ) a4 , a2 b(V vyvx ∆ −− Se a > 0, o vértice é ponto de mínimo. Se a < 0, o vértice é ponto de máximo. CONJUNTO IMAGEM • a > 0 ⇒ Im = {y ∈IR | y ≥ yv} • a > 0 ⇒ Im = {y ∈IR | y ≤ yv} EIXO DE SIMETRIA É a reta de equação x = xv. FUNÇÃO MODULAR É a função de IR em IR, definida por f(x) =⏐ x ⏐, ou seja: f (x) = ⎩ ⎨ ⎧ <− ≥ = 0 x se ,x 0 x se ,x x Matemática 6 GRÁFICO O gráfico da função modular é a reunião das bissetrizes do 1o. e 2o. quadrantes. LOGARITMOS DEFINIÇÃO Sejam a, b e c números reais, tais que a > 0 e 1 ≠ b > 0. log b a = c ⇔ bc = a onde a é o logaritmando ou antilogaritmo; b é a base; c é o logaritmo. Observação: Há dois sistemas especiais de loga- ritmos: o sistema de logaritmos decimais (base 10) e o sistema de logaritmos neperianos ou natu- rais (base e). As suas representações são: x logxlog10 = e x nxlog e l= CONSEQÜÊNCIAS DA DEFINIÇÃO • 1alog a = (∀ a > 0 e a ≠ 1) • 01log a = (∀ a > 0 e a ≠ 1) • nalog na = (∀ a > 0 e a ≠ 1) • bablogalog cc =⇔= (a > 0, b > 0 e 1 ≠ c > 0) • ba balog = (b > 0 e 1 ≠ a > 0) COLOGARITMO )(logalogalogco a 1 bbb =−= PROPRIEDADES OPERATÓRIAS • blogalog)b.a(log ccc += • blogalog)(log ccb a c −= • alog.nalog cnc = • n alog alog n 1alog cc n c == • Mudança de base: blog alog alog c c b = CONSEQÜÊNCIAS DAS PROPRIEDADES • blog 1alog a b = • alogalog bnnb = • alog n 1alog bnb = • alog.nalog bn b = FUNÇÃO EXPONENCIAL É toda função da forma f(x) = ax, sendo a > 0 e a ≠ 1. GRÁFICO Se a > 1, a função exponencial é crescente. Se 0 < a < 1, a função exponencial é decres- cente. EQUAÇÕES EXPONENCIAIS São equações cuja incógnita aparece no expo- ente. Para resolver uma equação exponencial deve- mos, basicamente: • reduzir os dois membros da equação à mesma base; • igualar os expoentes e resolver a equação resultante. INEQUAÇÕES EXPONENCIAIS São inequações cuja incógnita aparece no ex- poente. Para resolver uma inequação exponencial de- vemos, basicamente: • reduzir os dois membros da inequação à mesma base; comparar os expoentes usando: • mesmo sinal da inequação, se a base é maior que um; • sinal contrário ao sinal da inequação, se a base é entre zero e um. PROGRESSÃO ARITMÉTICA (P.A.) DEFINIÇÃO É toda sucessão em que um termo, a partir do segundo, é igual ao termo anterior somado a uma constante, denominada razão (r). Matemática 7 A razão de uma P.A. pode ser obtida fazendo- se r = a2 – a1 = a3 – a2 = a4 – a3 = ... • r > 0 ⇔ P.A. crescente. • r = 0 ⇔ P.A. constante. • r < 0 ⇔ P.A. decrescente. TERMO GERAL DA P.A. an = ap + (n – p) . r REPRESENTAÇÕES ESPECIAIS • com 3 termos: (x – r), x e (x + r) • com 5 termos: (x – 2r), (x – r), x, (x + r) e (x + 2r) • com 4 termos: (x – 3y), (x – y), (x + y) e (x + 3y) • com 6 termos: (x – 5y), (x – 3y), (x – y), (x + y), (x + 3y) e (x + 5y) Note que, nos casos 3 e 4, r = 2y. PROPRIEDADES • Eqüidistância dos extremos: Em toda P.A., a soma de dois termos eqüidistantes dos extre- mos é igual à soma dos extremos. • Se i + j = p + q, então ai e aj são eqüidistantes de ap e aq e, portanto, ai + aj = ap + aq. • Média aritmética: Em toda P.A., qualquer ter- mo, a partir do segundo, é média aritmética de dois termos dele eqüidistantes, ou seja: p-k p+k p a + a a = 2 SOMA DOS TERMOS DE UMA P.A. 1 n n (a + a ) . n S = 2 PROGRESSÃO GEOMÉTRICA (P.G.) DEFINIÇÃO É toda sucessão em que um termo, a partir do segundo, é igual ao termo anterior multiplicado por uma constante, denominada razão (q). A razão de uma P.G. pode ser obtida fazendo- se q = 2 1 a a = 3 2 a a = 4 3 a a = ... TERMO GERAL DA P.G. an = ap . qn − p REPRESENTAÇÕES ESPECIAIS • com 3 termos: q x , x e x.q • com 5 termos: 2q x , q x , x, x.q e x.q2 • com 4 termos: 3y x , y x , x.y e x.y3 • com 6 termos: 5y x , 3y x , y x , x.y, x.y3 e x.y5 Note que nos casos 3 e 4, q = y2. PROPRIEDADES • Eqüidistância dos extremos: Em toda P.G., o produto de dois termos eqüidistantes dos ex- tremos é igual ao produto dos extremos. • Se i + j = p + q, então ai e aj são eqüidistantes de ap e aq e, portanto . ai . aj = ap . aq. • Média geométrica: Em toda P.G., qualquer termo, a partir do segundo, é média geométrica de dois termos dele eqüidistantes, ou seja: p p-k p+ka = a .a PRODUTO DOS TERMOS DE UMA P.G. n(n-1) n 2 n 1P = a .q SOMA DOS TERMOS DE UMA P.G. FINITA n 1 n a (q -1) S = q -1 n 1 n a .q - a S = q -1 SOMA DOS TERMOS DE UMA P.G. INFINITA OU LIMITE DA SOMA q1 a S 1 − =∞ com ⏐q⏐ < 1 Matemática 8 MATRIZES Matrizes são tabelas retangulares cujos ele- mentos estão dispostos em linhas e colunas. Uma matriz é do tipo m por n (indica-se m × n), quando possui m linhas e n colunas. Um elemento é o elemento aij, quando ocupa a linha i e a coluna j. Sendo assim, a representação genérica de uma matriz A = (aij) m × n é: 11 12 1n 11 12 1n 21 22 21 22 m1 m2 mn m1 m2 mn a a … a a a … a a a … a a … A = = = … … … … … … … … a a … a a a … a ⎡ ⎤ ⎛ ⎞ ⎜ ⎟⎢ ⎥ ⎜ ⎟⎢ ⎥ ⎜ ⎟⎢ ⎥ ⎜ ⎟⎢ ⎥ ⎜ ⎟⎢ ⎥⎣ ⎦ ⎝ ⎠ = 11 12 1n 21 22 m1 m2 mn a a … a a a … … … … … a a … a IGUALDADE DE MATRIZES Duas matrizes são iguais quando são do mesmo tipo e apresentam todos os elementos corresponden- tes iguais. MATRIZ OPOSTA Chama-se oposta de uma matriz A a matriz –A, na qual cada elemento é o oposto do corresponden- te em A. MATRIZ TRANSPOSTA Chama-se transposta de uma matriz A a ma- triz At, obtida trocando-se, ordenadamente, na matriz A, as linhas por colunas ou as colunas por linhas. • Se uma matriz quadrada A é tal que At = A, então A é uma matriz simétrica. • Se uma matriz quadrada A é tal que At = – A, então A é uma matriz anti-simétrica. ADIÇÃO E SUBTRAÇÃO DE MATRIZES A soma de duas matrizes A e B, ambas do tipo m × n é uma matriz desse mesmo tipo em que cada elemento é a soma dos elementos correspondentes em A e B. PRODUTO DE NÚMERO POR MATRIZ Multiplicar uma matriz A por um número k é construir uma matriz B formada pelos elementos de A todos multiplicados por k. PRODUTO DE MATRIZES Sejam as matrizes A = [aij]m×n e B = [bjk]n×p. O produto AB é a matriz C = [cik]m×p, para a qual o elemento cik, que se encontra em sua i-ésima linha e em sua k-ésima coluna, é obtido multiplicando-se os elementos da i-ésima linha de A pelos “corres- pondentes” elementos da k-ésima coluna de B e somando-se os “produtos parciais” assim encon- trados, ou seja: ∑ = =++++= ⋅ n 1j jkijnkink11ik22ik11iik baba...bababac ∀ i ∈ {1, 2, 3, ..., m} e ∀ k ∈ {1, 2, 3,..., p}. Observações: • A definição dada garante a existência do produto AB somente se o número de colu- nas de A for igual ao número de linhas de B. • Sendo possível, o produto AB é uma matriz que tem o mesmo número de linhas de A e de colunas de B. • O produto de matrizes não é uma operação comutativa, pois em geral AB ≠ BA. • É possível AB = 0 com A ≠ 0 e B ≠ 0. • É possível AB = AC com B ≠ C e A ≠ 0. • (AB)t = BtAt • Sendo A = [aij]m×n, então A.In = Im.A = A. MATRIZ INVERSA Seja A uma matriz quadrada de ordem n. Cha- ma-se inversa da matriz A a matriz A-1 (que é única) tal que AA-1 = A-1A = In Se uma matriz não é inversível, dizemos que é uma matriz singular. • (A-1)-1 = A • (AB)-1 = B-1A-1 • (At)-1 = (A-1)t • (k.A)-1 = 1A. k 1 − , ∀ k ∈ IR* • Se A-1 = At, A é dita ortogonal. • (An)-1 = (A-1)n, ∀ n ∈ IN* Matemática 9 CÁLCULO DE DETERMINANTES • Matriz de ordem um: o determinante de uma matriz quadrada 1 × 1 é igual ao seu próprio elemento. • Matriz de ordem dois: o determinante de uma matriz quadrada 2 × 2 é igual ao pro- duto dos elementos da diagonal principal menos o produto dos elementos da diago- nal secundária. • Matriz de ordem três – Regra de Sarrus: o determinante de uma matriz quadrada 3 × 3 pode ser obtido pela regra seguinte: 1o.) repetem-se as duas primeiras colunas ao lado da terceira (ou as duas primei- ras linhas abaixo da terceira); 2o.) obtêm-se os produtos dos elementos da diagonal principal e das duas diagonais paralelas a ela, que possuem três ele- mentos, conservando-se os sinais obti- dos; 3o.) repete-se o processo para a diagonal se- cundária e suas paralelas, invertendo-se os sinais obtidos; 4o.) a soma desses seis valores obtidos é o determinante da matriz. PROPRIEDADES DOS DETERMINANTES Algumas propriedades podem facilitar bastante o cálculo de determinantes. As principais são: • Se uma matriz quadrada possui uma fila de elementos nulos, seu determinante é zero. • Se uma matriz quadrada possui duas filas paralelas proporcionais, seu determinante é zero. • Se numa matriz quadrada uma fila é com- binação linear das demais filas paralelas a ela, seu determinante é zero. • O determinante de uma matriz quadrada é igual ao determinante da sua transposta, ou seja: det A = det At • Se trocarmos entre si duas filas paralelas de uma matriz quadrada, seu determinante troca de sinal. • Se multiplicarmos uma fila de uma matriz quadrada por um número real qualquer, o determinante dessa matriz fica multiplicado por esse número. Conseqüências: 1. Se multiplicarmos uma matriz quadra- da de ordem n por um número real k, seu determinante fica multiplicado por kn, ou seja: det (k.An) = kn.det An 2. Um fator comum aos elementos de uma fila de uma matriz quadrada pode ser co- locado em evidência no cálculo do seu determinante. • Se forem nulos todos os elementos localiza- dos acima ou abaixo da diagonal principal de uma matriz quadrada, o determinante dessa matriz é igual ao produto dos elemen- tos da diagonal principal. • Se forem nulos todos os elementos locali- zados acima ou abaixo da diagonal secun- dária de uma matriz quadrada de ordem n, o determinante dessa matriz é igual ao pro- duto de ( ) 2 )1n(n 1 − − pelos elementos da dia- gonal secundária. • Teorema de Binet: Sendo A e B matrizes quadradas de mesma ordem, então: det (A.B) = det A . det B • Teorema de Cauchy: A soma dos produ- tos dos elementos de uma fila pelos cofato- res correspondentes dos elementos de uma outra fila paralela é sempre igual a zero. • Soma de determinantes: Se duas matri- zes quadradas de mesma ordem têm todos os elementos correspondentes iguais exce- to os elementos de uma única fila, então a soma de seus determinantes é igual ao de- terminante da matriz obtida conservando-se os elementos iguais e somando-se os ele- mentos diferentes das duas matrizes. • Determinante da matriz de Vandermon- de: Uma matriz quadrada de ordem n é dita matriz de Vandermonde, quando cada uma de suas colunas é composta por potências de zero a n – 1 de um mesmo elemento. Exemplo: A matriz A = ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ −− −− 62512561681 125164827 2511649 51423 11111 é uma Matriz de Vandermonde. A linha assinalada, formada pelas potências de expoente um, é chamada de fila dos elementos característicos. O determinante de uma matriz de Vander- monde é igual ao produto de todas as diferen- ças possíveis entre um elemento da fila de e- lementos característicos e os elementos de índice menor que o dele. Para a matriz A dada, temos: Matemática 10 det A = (–2 – 3)⋅(4 – 3)⋅(4 + 2)⋅(–1 – 3)⋅(–1 + 2) ⋅(–1 – 4)⋅(5 – 3)⋅(5 + 2)⋅(5 – 4)⋅(5 + 1) det A = –5 . 1 . 6 . (–4) . 1 . (–5) . 2 . 7 . 1 . 6 = –50400 • O determinante de uma matriz quadrada é igual ao inverso do determinante da sua in- versa, ou seja: det A = 1det A 1 − • Teorema De Jacobi :Se a uma fila de uma matriz quadrada adicionarmos uma outra fi- la paralela, previamente multiplicada por uma constante, o determinante da matriz não se altera. Observação: Note que o teorema de Jacobi permite trans- formarmos a matriz em uma outra com mesmo determinante, mas que possui maior quantida- de de “zeros”, o que facilita a aplicação do teo- rema de Laplace. REGRA DE CHIÓ A regra de Chió permite o abaixamento da or- dem de uma matriz, isto é, permite determinar uma outra matriz de ordem inferior, mas com o mesmo determinante. É uma conseqüência direta do teo- rema de Jacobi. Seja A uma matriz de ordem n (n > 1), tal que um elemento aij = 1. Para reduzir a ordem da matriz A, devemos: • localizar um elemento aij = 1, suprimindo a linha i e a coluna j da matriz A; • substituir cada elemento restante pela dife- rença entre ele e o produto dos dois ele- mentos correspondentes na linha i e na co- luna j suprimidas, obtendo-se assim uma matriz A’ de ordem n – 1; • o determinante da matriz A é igual ao de- terminante da matriz de ordem n – 1 obtida multiplicado por (–1)i + j . Exemplo: 2011620 54311 1010715 3213 = (–1)1+2 . 3.6202.6113.620 3.352.343.311 3.7102.7103.715 −−− −−− −−− = –1. 212 422 1146 − −− −−− = – (24 + 22 +32 – 44 + 24 + 16) = –74 MATRIZES DE UM SISTEMA Em todo sistema linear, podemos destacar duas matrizes: Matriz incompleta ou principal (MI): é a matriz formada pelos coeficientes das incógnitas, quando o sistema está ordenado. Matriz completa(MC): é a matriz anterior acresci- da da coluna de termos independentes. REPRESENTAÇÃO MATRICIAL DE UM SISTEMA LI- NEAR Todo sistema linear pode ser representado na forma matricial: Matriz Matriz das Matriz dos termos × = incompleta incógnitas independentes ⎡ ⎤ ⎡ ⎤ ⎡ ⎤ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎣ ⎦ ⎣ ⎦ ⎣ ⎦ SOLUÇÃO DE UM SISTEMA É toda ênupla ordenada que satisfaz a todas as equações do sistema. CLASSIFICAÇÃO DE UM SISTEMA Um sistema linear pode ser classificado em: apresenta solução) ou incompatível (apresenta solução única) (apresenta solução) (apresenta infinitas soluções (não • determinado • possível ou compatível • indeterminado impossível ⎧ ⎧ ⎪ ⎪⎪⎪ ⎨ ⎪ ⎪⎪ ⎪⎨ ⎩ ⎪ ⎪ ⎪•⎪⎩ SISTEMA NORMAL É aquele cujo número de equações é igual ao número de incógnitas e o determinante da matriz incompleta é diferente de zero. REGRA DE CRAMER Todo sistema normal é possível e determina- do. Sua solução é dada por: xDx = D , y D y = D , zDz = D , ... em que D é o determinante da matriz incompleta; Dn é o determinante da matriz obtida substituindo-se, na matriz incompleta, a coluna dos coeficientes da incógnita n pela coluna de termos independentes. ESCALONAMENTO DE SISTEMAS Escalonar um sistema é obter um sistema equiva- lente (mesmo conjunto solução) no qual cada equa- ção possui ao menos uma incógnita a menos que a anterior, como o sistema: Matemática 113x + y - z + 2w = 5 2y - z + 3w = 1 4z + w = 2 4w = 4 ⎧ ⎪ ⎪ ⎨ ⎪ ⎪⎩ , que está escalonado. Todo sistema linear pode ser escalonado, atra- vés de transformações elementares (transforma- ções que não alteram o conjunto solução do siste- ma). São três as transformações elementares: • trocar de posição duas equações do siste- ma; • multiplicar (ou dividir) uma equação por um número real diferente de zero; • somar duas equações do sistema pré- multipli-cadas por um número real qual- quer. Para escalonar um sistema, tomamos a sua matriz completa e: • obtemos o elemento a11 = 1; • substituímos cada linha seguinte da matriz completa pela soma dela com a primeira multiplicada convenientemente para que se obtenha todos os elementos abaixo do a11 nulos; • “abandonamos” a primeira linha e a primei- ra coluna da matriz e repetimos o processo acima para todas as linhas restantes. Observações: • Se, ao escalonar um sistema, obtivermos linha nula, a mesma deve ser desprezada. • Se obtivermos uma linha nula à exceção do último número (correspondente ao termo independente da equação) o sistema é im- possível. • Se, num sistema escalonado, o número de equações é menor que o número de incóg- nitas i, o sistema é possível e indetermina- do. Seu grau de indeterminação é igual i – e. SISTEMA LINEAR HOMOGÊNEO (S.L.H.) Um sistema linear é dito homogêneo quando todos os termos independentes de suas equações são nulos. FATORIAL 0! = 1 1! = 1 n! = n . (n – 1) . (n – 2) . ... . 3 . 2 . 1, para n >1. O fatorial apresenta a seguinte propriedade, muito útil na simplificação de determinadas expres- sões: n! = n . (n – 1)! (∀ n ≥ 1) NÚMEROS BINOMIAIS OU COMBINATÓRIOS p n n n!= = C p p!(n - p)! ⎛ ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ em que n ∈ IN, p ∈ IN e n ≥ p. Alguns números binomiais têm resultado imedi- ato: n = 1 0 ⎛ ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ n = n 1 ⎛ ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ n = 1 n ⎛ ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ NÚMEROS BINOMIAIS COMPLEMENTARES n p ⎛ ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ = n q ⎛ ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ com p + q = n. RELAÇÃO DE STIFEL ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ p n + ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ + 1p n = ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ + + 1p 1n TRIÂNGULO DE PASCAL p n 0 1 2 3 4 5 0 ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ 0 0 1 ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ 0 1 ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ 1 1 2 ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ 0 2 ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ 1 2 ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ 2 2 3 ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ 0 3 ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ 1 3 ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ 2 3 ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ 3 3 4 ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ 0 4 ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ 1 4 ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ 2 4 ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ 3 4 ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ 4 4 5 ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ 0 5 ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ 1 5 ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ 2 5 ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ 3 5 ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ 4 5 ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ 5 5 M M M M M M M Substituindo cada número binomial pelo seu valor, obteremos a tabela: 0 → 1 1 → 1 1 2 → 1 2 1 3 → 1 3 3 1 4 → 1 4 6 4 1 5 → 1 5 10 10 5 1 M M M M M M M Matemática 12 TEOREMA DAS LINHAS n2 n n 2 n 1 n 0 n =⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ ++⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ +⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ +⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ L ou ∑ = =⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛n 0p n2 p n TEOREMA DAS COLUNAS 1 1 1 1 2 1 1 3 3 1 1 4 6 4 1 1 5 10 10 5 1 1 6 15 20 15 6 1 1 7 21 35 35 21 7 1 n n +1 n + 2 n + k n + k +1 + + +...+ = n n n n n +1 ⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ou k i=0 n + i n + k +1 = n n +1 ⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ∑ TEOREMA DAS DIAGONAIS 1 1 1 1 2 1 1 3 3 1 1 4 6 4 1 1 5 10 10 5 1 1 6 15 20 15 6 1 1 7 21 35 35 21 7 1 ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ ++ =⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ + ++⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ + +⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ + +⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ k 1kn k kn ... 2 2n 1 1n 0 n ou ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ ++ =⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ +∑ = k 1kn i ink 0i DESENVOLVIMENTO DE (x + a)n (x + a)n= ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ 0 n xna0 + ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ 1 n xn-1a1 + ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ 2 n xn-2a2 +...+ ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ n n x0an ou ∑ = − ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ =+ n 0p ppnn ax p n )ax( FÓRMULA DO TERMO GERAL DE (x + a)n No desenvolvimento de (x + a)n, todo termo é do tipo: ppn 1p axp n T −+ ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ = SOMA DOS COEFICIENTES DO DESENVOLVIMENTO DE (ax + by)n A soma dos coeficientes do desenvolvimento de uma potência da forma (ax + by)n, onde a e b são coeficientes reais, é obtida fazendo-se x = y = 1, ou seja: Soma dos Coeficientes = (a + b)n ANÁLISE COMBINATÓRIA PRINCÍPIOS FUNDAMENTAIS DE CONTAGEM Aditivo: Para a escolha de um dos m elemen- tos de A ou um dos p elementos de B existem m+p possibilidades. Multiplicativo: Para a escolha de um elemento de A e um elemento de B existem m.p possibilida- des. ARRANJOS SIMPLES )!pn( !nAA p,n p n − == em que: n ∈ IN, p ∈ IN e n ≥ p. PERMUTAÇÕES SIMPLES Pn = n! PERMUTAÇÕES SIMPLES COM ELEMEN-TOS REPE- TIDOS !!...! !nP ),...,,(n γβα =γβα Matemática 13 PERMUTAÇÕES CIRCULARES PCn = (n – 1)! COMBINAÇÕES SIMPLES p n n,p n!C C p!(n p)! = = − Em que: n ∈ IN, p ∈ IN e n ≥ p. ESTUDO DE PROBABILIDADES ESPAÇO AMOSTRAL Dado um fenômeno aleatório, isto é, sujeito às leis do acaso, chamamos de espaço amostral ao conjunto formado por todos os resultados possíveis de ocorrer. EVENTO Chama-se evento a qualquer subconjunto do espaço amostral. Observações: Se A = ∅, A é um evento impossível. Se A = E, A é um evento certo. EVENTOS MUTUAMENTE EXCLUSIVOS Dois eventos são mutuamente exclusivos quando não possuem elemento comum. EVENTOS COMPLEMENTARES A ∩ A = ∅ A ∪ A = E PROBABILIDADE Sendo n(A) o número de elementos de um e- vento A e n(E) o número de elementos do espaço amostral E, (E ≠ ∅ e A ⊂ E), a probabilidade do evento A, que se indica por P(A), é o número: )E(n )A(n)A(P = onde n(A) é o número de casos favoráveis ao e- vento A e n(E) o número de casos possíveis, desde que sejam igualmente prováveis (equiprováveis). Observações: • P(E) = 1 • P(∅) = 0 • 0 ≤ P(A) ≤ 1 • P(A) + P( A ) = 1 • P(A ∪ B) = P(A) + P(B) – P(A ∩ B) DISTRIBUIÇÃO BINOMIAL DE PROBABILIDADES Consideremos uma seqüência de n experimentos tais que: cada e experimento apresente sempre dois re- sultados possíveis, que chamaremos de sucesso (S) ou fracasso (F); em qualquer um dos experimentos, a probabili- dade de S seja a constante q e, consequentemen- te, a probabilidade de F seja 1 – q. Nessas condições, a probabilidade P de ocorre- rem k (k ≤ n) sucessos (que será igual à probabili- dade de ocorrerem n – k fracassos) é: knk k )q1(qk n P −−⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ = ESTATÍSTICA POPULAÇÃO OU UNIVERSO É o conjunto de elementos que servem de refe- rência para um estudo estatístico. AMOSTRA É qualquer subconjunto do universo estatístico. A amostra é utilizada quando o universo esta- tístico é muito vasto ou impossível de pesquisar todos os seus elementos. A seleção de uma amostra é feita por amostra- gem, que é uma técnica que garante o acaso na escolha e assegura que a amostra seja representati- va da população estatística. VARIÁVEL Variável estatística é qualquer característica da população. Variáveis que apresentam como resultado um atributo (qualidade) ou preferência são denomina- das variáveis qualitativas. Variáveis que apresentam como resultado um número real são denominadas variáveis quantita- tivas. ROL É um conjunto ordenado (em ordem crescente ou decrescente) de dados estatísticos numéricos. DISTRIBUIÇÃO DE FREQÜÊNCIA Freqüência absoluta (n i) de um dado: é o número de vezes que esse dado aparece. Freqüência relativa (f i): é o quociente entre a freqüência absoluta e o número total de dados (n), ou seja: n n f ii = Matemática 14 Observação: Asfreqüências relativas geralmente são apre- sentadas em porcentagens, e portanto, também chamadas de freqüências relativas percentuais (f i%). A distribuição de freqüência pode ser apresen- tada sob a forma de tabela: ESTATURA n i f i f i% 150 160 8 0,16 16 160 170 10 0,2 20 170 180 18 0,36 36 180 190 12 0,24 24 190 200 2 0,04 4 Total 50 1,00 100 Os símbolos 150 160, 160 170, 170 180, 180 190 e 190 200, representam intervalos reais fechados à esquerda e abertos à direita, e são chamados de intervalos de classes. A diferença entre os valores extremos dos intervalos de classe é chamada amplitude da classe. REPRESENTAÇÃO GRÁFICA As distribuições de freqüência podem ser também apresentadas por meio de gráficos, que constituem poderosa ferramenta de análise e interpretação de um conjunto de dados. As principais representações gráficas são: Gráfico de Colunas e de Barras Exemplo: (Fonte: Veja, nº 1576, p. 100) Histograma Classe (notas) ƒi 0 2 4 2 4 5 4 6 12 6 8 8 8 10 1 n = 30 Gráfico de Setores (Fonte: Veja, nº 1575, p. 37) Matemática 15 Pictograma Exemplo: (Fonte: Veja, nº 1575, p. 120) MEDIDAS DE TENDÊNCIA CENTRAL Média aritmética simples n a ... aa x n21 +++ = Média aritmética ponderada n21 nn2211 P P ... PP aP ... aPaP M +++ ⋅++⋅+⋅ = em que P1, P2, ... , Pn são os respectivos pesos dos valores a1, a2, ... , an. Média geométrica a ... a aM n n11G ⋅⋅⋅= Mediana (Me) É o valor que ocupa a posição central de um rol, quando este apresenta um número ímpar de valores. Quando a quantidade de valores de um rol é par, a mediana é a média aritmética dos dois valores centrais. Moda É o valor que ocorre com maior freqüência. Não necessariamente a moda existe, e mesmo existin- do pode não ser única. MEDIDAS DE DISPERSÃO Desvio (d i) É a diferença entre cada valor (x i) e o valor da média ( x ). Variância ( 2σ ) É a média aritmética dos quadrados dos desvi- os, ou seja: n )xx( 2 n 1i i 2 ∑ − =σ = isto é: n )xx(...)xx()xx()xx( 2n 2 3 2 2 2 12 −++−+−+−=σ Observação: A variância de uma distribuição de freqüência é dada por n 2 i i 2 i=1 (d × f ) σ = n ∑ Desvio padrão (σ ) É a raiz quadrada da variância. NÚMEROS COMPLEXOS DEFINIÇÃO Número complexo é todo número que pode ser escrito na forma z = a + bi, sendo a e b ∈ IR e i = 1− . Essa forma é chamada de forma algébrica do complexo z. O número a é chamado parte real de z e o número b é chamado parte imaginária de z. O número complexo i é chamado de unidade imaginária, e sua propriedade básica é: i2 = –1 POTÊNCIAS DE i Para calcularmos uma potência inteira de i, di- vidimos o expoente por 4 e tomamos o resto da divisão como novo expoente de i. Matemática 16 IGUALDADE DE COMPLEXOS a + bi = c + di ⇔ a = c e b = d SOMA DE COMPLEXOS (a + bi) + (c + di) = (a + c) + (b + d)i MULTIPLICAÇÃO DE COMPLEXOS (a + bi).(c + di) = ac + adi + bci + bdi2 = = ac + adi + bci – bd = (ac – bd) + (ad + bc)i COMPLEXO CONJUGADO Seja o número complexo z = a + bi. Definimos como complexo conjugado de z o complexo z = a – bi Propriedades: • IRzzz ∈⇔= • z + z = 2⋅Re(z) • z – z = 2⋅Im(z)⋅i • 2121 zzzz +=+ • 2121 zzzz −=− • 2121 zzzz ⋅=⋅ • , z z z z 2 1 2 1 =⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ (z2 ≠ 0) • nn z)z( = DIVISÃO DE COMPLEXOS 2 2 2 1 2 1 z z z z z z ⋅= NORMA E MÓDULO Chama-se norma de um número complexo z = a + bi ao número real não-negativo N, tal que: N(z) = a2 + b2 Chama-se módulo ou valor absoluto de um número complexo z = a + bi ao número real não- negativo ρ, tal que: ρ = ⏐z⏐= 22 ba)z(N += Propriedades: • ⏐z⏐ ≥ 0 • ⏐z1 + z2⏐ ≤ ⏐z1⏐ + ⏐z2⏐ • ⏐z1⋅z2⏐=⏐z1⏐⋅⏐z2⏐ • 2 1 2 1 z z z z = • ⏐z⏐ = ⏐ z ⏐ • ⏐z⏐2 = z⋅ z • ⏐z⏐n =⏐zn⏐, n ∈ IN ARGUMENTO Chama-se argumento do número complexo z = a + bi, não-nulo, ao ângulo θ tal que: 0 ≤ θ < 2π cos θ = ρ a e sen θ = ρ b PLANO DE ARGAND-GAUSS FORMA TRIGONOMÉTRICA z = ρ⋅(cos θ + i⋅sen θ) OPERAÇÕES NA FORMA TRIGONOMÉTRICA z1 = ρ1 (cos θ1 + i⋅sen θ1) e z2 = ρ2 (cos θ2 + i⋅sen θ2). Matemática 17 Multiplicação z1⋅z2 = ρ1⋅ρ2[cos (θ1 + θ2) + i⋅sen (θ1 + θ2)] z1⋅z2⋅...⋅zn = ρ1⋅ρ2⋅...⋅ρn[cos(θ1 + θ2 + ...+ θn) + i⋅sen(θ1 + θ2 + ...+ θn)] Divisão 2 1 z z = 2 1 ρ ρ [cos (θ1 – θ2) + i⋅sen (θ1 – θ2)] Potenciação (1a. Fórmula de Moivre) zn = ρn(cos nθ + i⋅sen nθ) Radiciação (2a. Fórmula de Moivre) n z = n ρ (cos n k2 π+θ + i⋅sen n k2 π+θ ) Observamos que as raízes enésimas têm mó- dulo igual a n ρ e seus argumentos são obtidos da expressão n k2 π+θ , fazendo k = 0, 1, 2, ..., n – 1. Observações: • As raízes enésimas de z são tais que: • seus afixos são pontos de uma circunfe- rência com centro na origem e raio n z ; • seus afixos são vértices de um polígono regular, para n > 2; • seus módulos são iguais; • seus argumentos formam uma P.A. de 1o. termo n θ e razão n 2π . POLINÔMIOS DEFINIÇÃO Denomina-se função polinomial ou polinômio toda função definida por: P(x) = anxn + an-1xn-1 + an-2xn-2 + ...+ a2x2 + a1x + a0 Os números a0, a1, a2, ..., an são denominados coeficientes; n ∈ IN; x ∈ C é a variável. • Se P(a) = 0, o número a é denominado raiz ou zero de P(x). • P(0) = termo independente. • P(1) = soma dos coeficientes. • Num polinômio nulo, todos os coeficientes são iguais a zero. DIVISÃO DE POLINÔMIOS Dados dois polinômios P(x), dividendo, e D(x), divisor ≠ 0 existe um único par de polinômios Q(x), quociente, e R(x), resto, tais que: P(x) = D(x)⋅Q(x) + R(x) e R(x) ≡ 0 ou gr(R) < gr(D) Se R(x) ≡ 0, dizemos que P(x) é divisível por D(x). O grau do quociente é a diferença entre o grau do polinômio dividendo e o grau do polinômio divi- sor, ou seja, gr(Q) = gr(P) – gr(D). TEOREMA DO RESTO “O resto da divisão de um polinômio P(x) por um polinômio da forma ax + b, a≠0, é o valor nu- mérico de P(x) para x igual à raiz de ax + b, ou seja R(x)= P( a b − )”. TEOREMA DE D’ALEMBERT “Um polinômio P(x) é divisível por ax + b se, e somente se P( a b − ) = 0”. TEOREMA DA DECOMPOSIÇÃO “Se um polinômio P(x) é divisível separadamen- te por (x – a) e por (x – b), com a ≠ b, então P(x) é divisível pelo produto (x – a)(x – b)”. TEOREMA DAS DIVISÕES SUCESSIVAS “Se o polinômio P(x) é divisível por (x – a) e o quociente desta divisão também é divisível por (x – a), então P(x) é divisível por (x – a)2”. Matemática 18 EQUAÇÕES ALGÉBRICAS Denomina-se equação algébrica ou polinomial de grau n a toda equação da forma anxn + an–1xn–1 + an–2xn–2 + ...+ a2x2 + a1x + a0 = onde os números a0, a1, a2, ..., an são coeficientes complexos; n ∈ IN e x ∈ C é a variável. TEOREMA FUNDAMENTAL DA ÁLGEBRA “Toda equação algébrica de grau maior que ze- ro admite pelo menos uma raiz complexa”. TEOREMA DA DECOMPOSIÇÃO “Todo polinômio P(x) = anxn + an–1xn–1 + ...+ a1x + a0 de grau n (n > 0), pode ser decomposto em n fatores do primeiro grau multiplicado por an, ou seja: anxn + an–1xn–1 + ...+ a1x + a0 = an(x – x1)(x – x2) ... (x – xn) onde x1, x2, ..., xn são as raízes de P(x). Com exceção da ordem dos fatores, essa de- composição é única. Conseqüências: Toda equação polinomial de grau n (n > 0) pos- sui n e somente n raízes distintas ou iguais, reais não reais. MULTIPLICIDADE DE RAÍZES Diremos que α é raiz de multiplicidade m (m > 0) da equação polinomial P(x) = 0 se, e somente se, P(x) = (x – α)m⋅Q(x) e Q(α) ≠ 0 ou seja, P(x) é divisível por (x – α)m e não é divisível por (x – α)m + 1. RELAÇÕES DE GIRARD São relações entre os coeficientes de uma e- quação polinomial e suasrespectivas raízes. Dada a equação anxn + an–1xn–1 + ...+ a1x + a0 = 0 (an ≠ 0), de raízes r1, r2, r3, ..., rn, temos: S1 = r1 + r2 + r3 + ... + rn = n 1n a a −− S2 = r1r2 + r1r3 + r1r4 + ... + rn– 1rn = n 2n a a − S3 = r1r2r3 + r1r2r4 + r1r2r5 + ... + rn– 2rn– 1rn = n 3n a a −− .............................................................................. ...... Sp = n pnp p n a a )1( polinômio do raízes p"" de produtos C os todos de soma −−=⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ .............................................................................. ...... Sn = r1r2r3 ... rn = n 0n a a )1(− TEOREMA DAS RAÍZES COMPLEXAS Se uma equação algébrica de coeficientes reais apresenta como raiz o complexo z = a + bi (b ≠ 0), então o conjugado z = a – bi também é raiz dessa equação. • O número de raízes não reais de uma e- quação polinomial de coeficientes reais é par. • Se uma equação polinomial de coeficientes reais e grau ímpar apresenta um número ímpar de raízes reais. Possui, portanto, pe- lo menos uma raiz real. • Se uma equação polinomial de coeficientes reais admite a raiz z = a + bi (b ≠ 0) com multiplicidade m, então essa equação ad- mite a raiz z = a – bi também com multipli- cidade m. RAÍZES REAIS – TEOREMA DE BOLZANO Sejam P(x) = 0 uma equação polinomial com coeficientes reais e ]a, b[ um intervalo real aberto. • Se P(a) e P(b) têm mesmo sinal, então é par o número de raízes reais da equação P(x) = 0 em ]a, b[. • Se P(a) e P(b) têm sinais contrários, então é ímpar o número de raízes reais da equação P(x) = 0 em ]a, b[. Conseqüências: • Se o gráfico de um polinômio P(x) inter- cepta o eixo das abscissas em x = α, então α é uma raiz de multiplicidade ímpar de P(x). Matemática 19 • Se o gráfico de um polinômio P(x) tangen- cia o eixo das abscissas em x = α, então α é uma raiz de multiplicidade par de P(x). • Se os “ramos” do gráfico de um polinômio estão voltados para um mesmo lado, esse polinômio é de grau par; se estão voltados para lados opostos, é de grau ímpar. TEOREMA DAS RAÍZES RACIONAIS “Dada a equação polinomial P(x) = anxn + an–1xn–1 + an–2xn–2 + ...+ a2x2 + a1x + a0 = 0 de coeficientes inteiros, se o número racional q p (p ∈ Z, q ∈ Z* e p e q primos entre si) for raiz de P(x) = 0, então p é divisor de a0 e q é divisor de an”. Conseqüências: • Se P(x) = 0 admite uma raiz inteira k (k ≠ 0), então k deve ser divisor do termo inde- pendente a0. • Se an = 1, então se P(x) = 0 admitir raízes racionais, estas serão necessariamente in- teiras. Propriedades: Consideremos um polinômio P(x) não nulo e de coeficientes racionais. Sejam ainda os números racio- nais a, m e n tais que m e n são irracionais. Po- de-se demonstrar que: • se a + m é raiz de P(x), a – m também é; • se m + n é raiz de P(x), os números m – n , – m + n e – m – n também são. GEOMETRIA PLANA ÂNGULOS FORMADOS POR DUAS RETAS PARALE- LAS CORTADAS POR UMA TRANSVERSAL • Ângulos alternos internos (ALIN) ou alter- nos externos (ALEX) são congruentes. • Ângulos colaterais internos (COLIN) ou co- laterais externos (COLEX) são suplementa- res. • Ângulos correspondentes são congruentes. PONTOS NOTÁVEIS DO TRIÂNGULO Baricentro: é o ponto de encontro das medianas do triângulo. O baricentro é sempre um ponto inter- no. É o centro de gravidade do triângulo. Propriedade: O baricentro divide cada mediana na razão 2:1. 1GM.2AG = , 2GM.2BG = , 3GM.2CG = Incentro: é o ponto de encontro das bissetrizes internas do triângulo. O incentro é sempre um pon- to interno. É o centro da circunferência inscrita no triângulo. Propriedade: O incentro é eqüidistante dos la- dos do triângulo. Circuncentro: é o ponto de encontro das mediatri- zes dos lados do triângulo. O circuncentro é interno nos triângulos acutângulos; é o ponto médio da hipotenusa nos triângulos retângulos; é externo nos triângulos obtusângulos. É o centro da circunferên- cia circunscrita ao triângulo. Matemática 20 Propriedade: O circuncentro é eqüidistante dos vértices do triângulo. Ortocentro: é o ponto de encontro das retas su- portes das alturas do triângulo. É interno nos triân- gulos acutângulos; é o vértice do ângulo reto nos triângulos retângulos; é externo nos triângulos ob- tusângulos. Em todo triângulo isósceles, esses quatro pontos notáveis são colineares. Em todo triângulo eqüilátero, esses quatro pontos notáveis são coincidentes. ÂNGULOS NO TRIÂNGULO α + β + γ = 180º θ = α + β TEOREMA LINEAR DE TALES 'D'C 'B'A CD AB = SEMELHANÇA DE TRIÂNGULOS ∆ABC ∼ ∆A’B’C’ ⇔ k c' c b' b a' a e 'ĈĈ 'B̂B̂ ' === ⎪ ⎩ ⎪ ⎨ ⎧ ≡ ≡ ≡ Sendo k a razão de semelhança de dois triân- gulos, então: a razão entre lados homólogos é k; a razão entre os perímetros é k; a razão entre as alturas homólogas é k; a razão entre as medianas homólogas é k; � � � � � a razão entre dois elementos lineares homólogos é k. RELAÇÕES MÉTRICAS NA CIRCUNFERÊNCIA PA × PB = PC × PD PA × PB = PC × PD PT2 = PA × PB Matemática 21 TRIÂNGULO RETÂNGULO BC = a (medida da hipotenusa BC ). AC = b (medida do cateto AC ). AB = c (medida do cateto AB ). BD = m (medida da projeção do cateto AB sobre a hipotenusa). CD = n (medida da projeção do cateto AC sobre a hipotenusa). AD = h (medida da altura relativa à hipote- nusa). RELAÇÕES MÉTRICAS b2 = an c2 = am bc = ah a2 = b2 + c2 LEI DOS COSSENOS Demonstração: Seja o triângulo ABC de lados com medidas a, b e c. Consideremos ainda a altura h e a projeção x do lado AB sobre o lado AC . Temos, então: ∆BHC ⇒ a2 = h2 + (b – x)2 1 ∆BHA ⇒ h2 = c2 – x2 2 2 em 1 ⇒ a2 = c2 – x2 + (b – x)2 ⇒ a2 = b2 + c2 – 2bx 3 ∆BHC ⇒ cos  = c x ⇒ x = c . cos  4 4 em 3 ⇒ a2 = b2 + c2 – 2bc . cos De forma análoga: b2 = a2 + c2 – 2ac . cos B̂ c2 = a2 + b2 – 2ab . cos Ĉ Observação: A lei dos cossenos permite verificar que: a2 < b2 + c2 ⇔  < 90o a2 = b2 + c2 ⇔  = 90o a2 > b2 + c2 ⇔  > 90o (SÍNTESE DE CLAIRAUT) LEI DOS SENOS (LAMY) Demonstração: Seja o triângulo ABC de lados com medidas a, b e c inscrito em uma circunferência de raio R e seja BJ um diâmetro dessa circunferência. Como o triângulo BJC é retângulo em C e como ÂĴ = , temos: .R2  sen a 2R a sen =⇒= Procedendo analogamente para os outros dois ângulos, obteremos: a b c= = = 2Rˆ ˆsen  sen B sen C DIAGONAIS DE UM POLÍGONO d = n(n - 3) 2 SOMA DOS ÂNGULOS INTERNOS Si = (n – 2) . 180o Matemática 22 SOMA DOS ÂNGULOS EXTERNOS Se = 360o POLÍGONO REGULAR n 180 . )2n(a n S a o i i i − =⇒= n 360a n S a o e e e =⇒= n 360a n S a o c c c =⇒= ac = ae ai + ae = 180o QUADRILÁTEROS NOTÁVEIS Os quadriláteros notáveis são os trapézios, os paralelogramos, os retângulos, os losangos e os quadrados. • Trapézio é um quadrilátero plano convexo com dois lados paralelos. • Paralelogramo é um quadrilátero plano convexo com lados opostos paralelos. • Retângulo é um paralelogramo equiângulo, ou seja, que possui os quatro ângulos con- gruentes (90o). • Losango ou rombo é um paralelogramo eqüilátero, ou seja, que possui os quatro la- dos congruentes. • Quadrado é um paralelogramo que é re- tângulo e losango, ou seja, é equiângulo e eqüilátero: é um quadrilátero regular. Propriedades dos trapézios: • Em todo trapézio, os ângulos formados por qualquer dos lados não-paralelos são su- plementares; • O segmento que une os pontos médios dos lados não-paralelos de um trapézio é para- lelo às duas bases e tem medida igual à semi-soma das mesmas. Esse segmento é chamado de base média. Propriedadesdos paralelogramos: 1) Os lados opostos de um paralelogramo são congruentes; 2) Os ângulos opostos de um paralelogramo são congruentes; 3) As diagonais de um paralelogramo encon- tram-se nos seus pontos médios; 4) Todo quadrilátero plano convexo com lados opostos congruentes é paralelogramo. (Recí- proca da propriedade 1); 5) Todo quadrilátero plano convexo com ângu- los opostos congruentes é paralelogramo. (Re- cíproca da propriedade 2); 6) Todo quadrilátero plano convexo cujas dia- gonais se encontram em seus pontos médios é paralelogramo. (Recíproca da propriedade 3); 7) Todo retângulo tem diagonais congruentes; 8) Todo paralelogramo com diagonais congru- entes é retângulo. (Recíproca da propriedade 7); 9) As diagonais de um losango são bissetrizes de seus ângulos internos; 10) Todo quadrilátero plano convexo cujas dia- gonais são bissetrizes de seus ângulos internos é losango; 11) O losango tem diagonais perpendiculares; 12) Todo paralelogramo com diagonais per- pendi-culares é losango. CIRCUNFERÊNCIA COMPRIMENTO DA CIRCUNFERÊNCIA C = 2πr Matemática 23 RETA TANGENTE Uma reta é tangente à circunferência se, e somente se, ela intercepta a circunferência em um único ponto. • Toda reta tangente a uma circunferência é perpendicular ao raio no ponto de tangên- cia; • Os segmentos de tangentes traçados a partir de um mesmo ponto exterior à circun- ferência são congruentes; • Se uma circunferência é tangente aos la- dos de um ângulo, então o centro dessa circunferência está na bissetriz desse ângu- lo; • Num quadrilátero convexo circunscrito a uma circunferência, as somas das medidas de seus lados opostos são iguais; • Se a soma das medidas dos lados opostos de um quadrilátero convexo são iguais, en- tão o quadrilátero é circunscritível; ÂNGULOS NA CIRCUNFERÊNCIA • Ângulo Central • Ângulo Inscrito Propriedade: A medida de um ângulo inscrito é igual à metade da medida do arco que ele determina na circunferência. Conseqüência: Todo ângulo inscrito numa semi- circunferência é reto e, reciprocamente, todo ângu- lo reto é inscritível numa semicircunferência. • Ângulo Excêntrico Interno • Ângulo Excêntrico Externo • Ângulo Semi-inscrito ou Ângulo de Seg- mento PBPA ≡ m α = m m n 2 nm + =γ m n 2 nm − =θ m 2 m =β 2 m =α Matemática 24 ÁREA DAS PRINCIPAIS FIGURAS PLANAS RETÂNGULO S = b . h QUADRADO S = a2 PARALELOGRAMO S = b . h TRIÂNGULOS • Triângulo qualquer S = 2 h . b • Triângulo eqüilátero S = 2 ah . Como a altura de um triângulo e- qüilátero é dada por 2 3ah = , teremos que S = 2 a . 2 3a Logo: S = 4 3 . a 2 • Triângulo retângulo S = 2 c . b • Triângulo qualquer em função dos lados S = )cp( )bp( )ap( p −−− em que p é o semiperímetro, ou seja: p = 2 cba ++ • Triângulo qualquer em função dos lados e do raio da circunferência inscrita A área do triângulo ABC é igual à soma das áreas dos triângulos IBC, IAC e IAB, todos de altu- ra r, ou seja: S = 2 cr 2 br 2 ar ++ b c a . a b c Matemática 25 Logo: S = p . r • Triângulo qualquer em função dos lados e do raio da circunferência circunscrita S = 2 ah a . Para calcular ha, devemos obser- var que ∆ADC ∼ ∆ABE ⇒ R2 b c h a = ⇒ R2 bch a = Logo: S = 4R c . b . a • Triângulo qualquer em função de dois lados e do seno do ângulo compreendido S = 2 bh . Mas no ∆ADB temos que h = c . sen Â. Logo: S = 2  sen . bc Analogamente: S = 2 B̂ sen . ac S = 2 Ĉ sen . ab TRAPÉZIO S = 2 h . )b(b 21 + LOSANGO Na segunda figura, observamos que o re- tângulo é formado de oito triângulos congruentes, quatro dos quais formam o losango. Logo, a área do losango é igual à metade da área do retângulo com lados d1 e d2, ou seja: S = 2 d . d 21 POLÍGONO REGULAR S = p . m SHEX = 4 3a6 2 × CÍRCULO S = 2r π Matemática 26 SETOR CIRCULAR Setor circular de raio r e α radianos S = 2 r . 2α Setor circular de raio r e α graus S = 360 .r . 2 απ Setor circular em função do raio r e do compri- mento � do arco S = 2 r . l SEGMENTO CIRCULAR S = ) sen( 2 r 2 α−α COROA CIRCULAR S = π(R2 – r2) GEOMETRIA ESPACIAL POLIEDROS Toda superfície fechada que consiste inteira- mente de polígonos convexos é chamada superfí- cie poliédrica e o sólido limitado por essa superfí- cie chama-se poliedro. Os polígonos que formam a superfície poliédrica são as faces do poliedro. Para um poliedro convexo supõe-se que: • duas faces não estão num mesmo plano; cada lado de uma face é comum a duas, e somente duas faces; • o plano de cada face deixa as demais num mesmo semi-espaço. TEOREMA DE EULER V + F = A + 2 SOMA DOS ÂNGULOS DAS FACES S = (V – 2).360o PRISMAS DEFINIÇÃO l α r r Matemática 27 PRISMA RETO PRISMA REGULAR É o prisma reto cujas bases são polígonos re- gulares. ÁREA LATERAL A área lateral de um prisma é a soma das á- reas das suas faces laterais. ÁREA TOTAL At = A� + 2Β VOLUME V = Βh PRISMAS ESPECIAIS PARALELEPÍPEDO RETO-RETÂNGULO OU ORTOE- DRO d = 222 cba ++ At = 2(ab + ac + bc) V = abc HEXAEDRO REGULAR OU CUBO d = 3a At = 6a2 V = a3 . PIRÂMIDES DEFINIÇÃO Matemática 28 PIRÂMIDE REGULAR ÁREA LATERAL A superfície lateral de uma pirâmide é a soma das áreas das suas faces laterais. ÁREA TOTAL At = A� + Β VOLUME V = 3 Bh TRONCO DE PIRÂMIDE 2 d h b B ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛= 3 2 1 d h V V ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛= )bBbB( 3 HVT ++= CILINDRO DE REVOLUÇÃO CILINDRO EQÜILÁTERO H = 2r ÁREA LATERAL A� = 2πrh ÁREA TOTAL At = 2πr(h + r) VOLUME V = B.h ⇒ V = πr2h a' = apótema da pirâ- mide a = apótema da base h = altura da pirâmide 222 ha)'a( += Matemática 29 CONE DE REVOLUÇÃO g2 = h2 + r2 CONE EQÜILÁTERO g = 2r ÁREA LATERAL O ângulo θ do setor é dado por: rad g r2π =θ ou graus g r360 =θ A área lateral é dada por: A� = πrg ÁREA TOTAL At = πr(g + r) VOLUME V = 3 hr 2π TRONCO DE CONE São válidas as seguintes relações: d h r R = 2 d h b B ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛= 3 2 1 d h V V ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛= )rRrR( 3 HV 22T ++ π = ESFERA SUPERFÍCIE ESFÉRICA Se = 4π R2 VOLUME 3R 3 4V π= Matemática 30 PARTES DA SUPERFÍCIE ESFÉRICA Calota esférica: S = 2πRh Zona esférica: S = 2πRh Fuso esférico: Sendo α em graus 90 RS 2 fuso απ =⇒ ⎪⎭ ⎪ ⎬ ⎫ →α π→ S R4360 fuso o 2o Sendo α em radianos α2fuso 2RS =⇒⎪⎭ ⎪ ⎬ ⎫ →α π→π S R42 fuso 2 PARTES DA ESFERA Cunha esférica: Sendo α em graus 270 RV 3 cunha απ =⇒ ⎪⎭ ⎪ ⎬ ⎫ →α π→ V R 3 4360 cunha o 3o Sendo α em radianos 3 2RV 3 cunha α =⇒ ⎪⎭ ⎪ ⎬ ⎫ →α π→π V R 3 42 cunha 3 Setor esférico: V = hR 3 2 2π R é a medida do raio do setor (é também o raio da esfera). h é a medida da altura do setor (projeção do arco sobre o eixo). Anel esférico: V = 2 6 h l π l é a medida da altura (projeção do arco sobre o eixo). h é a medida da corda (base do segmento circular). Matemática 31 Segmento esférico: V = [ ]22221 h)r3(r 6 h ++ π r1 é a medida do raio de uma base. r2 é a medida do raio da outra base. h é a medida da altura (projeção do arco sobre o eixo). GEOMETRIA ANALÍTICAPONTOS ESPECIAIS • Todo ponto do eixo das abscissas possui ordenada nula, ou seja, é do tipo (a, 0). • Todo ponto do eixo das ordenadas possui abscissa nula, ou seja, é do tipo (0, b). • Todo ponto da bissetriz dos quadrantes ím- pares possui coordenadas iguais, ou seja, é do tipo (a, a). • Todo ponto da bissetriz dos quadrantes pares possui coordenadas simétricas, ou seja, é do tipo (a, –a). DISTÂNCIA ENTRE DOIS PONTOS DO PLANO 2 AB 2 AB )yy()xx(d −+−= PONTO MÉDIO A B A Bx + x y + yM , 2 2 ⎛ ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ ⇒ A B M A B M x + x x = 2 y + y y = 2 ⎧ ⎪⎪ ⎨ ⎪ ⎪⎩ BARICENTRO DE UM TRIÂNGULO Consideremos o triângulo ABC de vértices A(xA, yA), B(xB, yB) e C(xC, yC). ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ ++++ 3 yyy , 3 xxx G CBACBA ⇒ ⎪ ⎪ ⎩ ⎪⎪ ⎨ ⎧ ++ = ++ = 3 yyy y 3 xxx x CBA M CBA M ÁREA DE UM POLÍGONO Podemos obter diretamente a área de um polígono usando a regra prática seguinte. Sejam A, B, C, ... , M vérti- ces consecutivos de um polí- gono qualquer. Sua área S é dada por: S = 2 1 | ∆ | em que ∆ = xAyB – yAxB + xByC – yBxC + . . .+ xMyA – yMxA Matemática 32 Observamos que: 1o.) Dispomos as coordenadas dos vértices em duas colunas, repetindo a primeira linha. 2o.) Os vértices devem ser consecutivos, isto é, tomamos um vértice qualquer como ponto de partida e percorremos o polígono no sentido horário ou anti- horário, até voltarmos ao vértice inicial. 3o.) Efetuamos os produtos da todas as di- agonais com dois elementos, conser- vando-se ou trocando-se o sinal do mesmo, conforme o esquema anterior. 4o.) A soma de todos esses produtos for- necerá o valor de ∆. Observação: Quando o percurso é feito no sentido anti-horário, temos ∆ > 0; quando é feito no sentido horário, temos ∆ < 0. CONDIÇÃO DE ALINHAMENTO Três pontos são colineares, se a “área” do “tri- ângulo” formado por eles é igual a zero, ou seja, três pontos estão alinhados, se ∆ = 0. ESTUDO DA RETA EQUAÇÃO GERAL “A toda reta r do plano cartesiano está associa- da, ao menos, uma equação da forma ax + by + c = 0, em que a, b e c são números reais, a e b não simultaneamente nulos, e (x, y) representa um ponto genérico de r”. Lembrando que A, P e B estão alinhados, te- remos: 0 1y x 1y x 1y x BB AA = do qual obteremos uma equação da forma ax + by + c = 0, chamada equação geral da reta. RETAS ESPECIAIS Dada a equação ax + by + c = 0 de uma reta, verificamos que: • Se c = 0, a equação fica ax + by = 0, e a reta passa pela origem (0, 0). • Se a = 0, a equação fica by + c = 0, e a re- ta é horizontal. • Se b = 0, a equação fica ax + c = 0, e a re- ta é vertical. • Se a = b e c = 0, a equação fica redutível à forma x + y = 0, que é a equação da bisse- triz dos quadrantes pares. • Se a = – b e c = 0, a equação fica redutível à forma x – y = 0, que é a equação da bis- setriz dos quadrantes ímpares. • A reta ax = 0 é a equação do eixo y. • A reta by = 0 é a equação do eixo x. EQUAÇÃO REDUZIDA É a equação da forma y = mx + p, obtida iso- lando-se y na equação geral da reta. O coeficiente m é chamado de coeficiente angu- lar e define a tangente do ângulo que a reta faz com o eixo x. O coeficiente p é chamado de coeficiente li- near e define a ordenada do ponto onde essa reta intercepta o eixo y. a) A equação reduzida de uma reta é única. b) Retas verticais não possuem equação redu- zida. CÁLCULO DO COEFICIENTE ANGULAR Com dois pontos distintos A(xA, yA) e B(xB, yB), com xA ≠ xB, B A B A y - y m = x - x ou m = x y ∆ ∆ Matemática 33 EQUAÇÃO DE UMA RETA QUE PASSA POR UM PONTO DADO P(xo, yo) y – yo = m(x – xo) ou x = xo y – yo = m(x – xo) ou x = xo POSIÇÕES RELATIVAS DE DUAS RETAS Sejam as retas: ⎩ ⎨ ⎧ =+ =+ c' y b'xa' )s( c by ax )r( . Se ⇒≠ 'b b 'a a r e s são concorrentes. Se ⇒≠= 'c c 'b b 'a a r e s são paralelas distin- tas. Se ⇒== 'c c 'b b 'a a r e s são coincidentes. CONDIÇÃO DE PARALELISMO Se r // s, então αr = αs e, conseqüentemente: mr = ms ou r e s são ambas verticais. CONDIÇÃO DE PERPENDICULARIDADE Sejam as retas perpendiculares r e s (não- paralelas aos eixos). s r m 1m −= ou mr . ms = –1 ESTUDO DA CIRCUNFERÊNCIA EQUAÇÃO REDUZIDA dPC = r ou r)by()ax( 22 =−+− e, portanto: (x – a)2 + (y – b)2 = r2 EQUAÇÃO NORMAL x2 + y2 – 2ax – 2by + (a2 + b2 – r2) = 0 PROBLEMAS DE TANGÊNCIA 1O. Caso: “Conduzir, por um ponto dado, as retas tangentes a uma circunferência dada.” • Dada uma circunferência (λ) (x – a)2 + (y – b)2 = r2 e o ponto P0 (x0, y0), desejamos ob- ter t1 e t2, tangentes a λ, passando por P0. Devemos verificar inicialmente qual é a posição relativa de P0, em relação a λ. • Se o ponto P0 é interior à circunferência λ, o problema não tem solução. • Se o ponto P0 pertence à circunferência λ, o problema tem uma única solução. Portan- to, t1 coincide com t2. Matemática 34 Nesse caso, teremos: • Se x0 = a, a equação da tangente é y = y0 Se y0 = b, a equação da tangente é x = x0 Se x0 ≠ a e y0 ≠ b, a equação da tangente é do tipo y – y0 = m(x – x0), e m pode ser obtido impon- do-se a condição: “o produto dos coeficientes an- gulares da reta t1 e da reta que passa por C e P0 é –1”, pois o raio é sempre perpendicular à tangente, no ponto de tangência. Se o ponto P0 é exterior à circunferência λ, o problema tem duas soluções. Nesse caso, as equações das tangentes serão do tipo y – y0 = m(x – x0), e m pode ser obtido impon- do-se a condição: “a distância do centro de uma circunferência às retas que lhe são tangentes é igual ao raio dessa circunferência”. 2O. Caso: “Conduzir as retas tangentes a uma cir- cunferência dada, paralelas a uma reta dada.” Dada uma circunferência (λ) (x – a)2 + (y – b)2 = r2 e a reta (s) Ax + By + C = 0, desejamos obter t1 e t2, tangentes a λ e paralelas a s. Como as tangentes são paralelas a s, suas e- quações são da forma Ax + By + k = 0, e k po- de ser obtido impondo-se a condição: “a distân- cia do centro de uma circunferência às retas que lhe são tangentes é igual ao raio dessa cir- cunferência”. ESTUDO DA ELIPSE É o conjunto de todos os pontos de um plano para os quais a soma das distâncias a dois pontos fixos, F1 e F2, deste plano, é constante e maior que F1 F2. O centro C de uma elipse é ponto médio do ei- xo maior 21VV , do eixo menor AB e do segmento 21FF . Aplicando o teorema de Pitágoras no triângulo 2ACF , temos: EXCENTRICIDADE a ce = ÁREA DA ELIPSE S = πab 222 cba += C: centro F1 e F2 : focos 2c: distância focal V1 e V2 : vértices V V1 2 : eixo maior 2a: medida do eixo maior AB : eixo menor 2b: medida do eixo menor Matemática 35 ESTUDO DA HIPÉRBOLE É o conjunto de todos os pontos do plano para os quais a diferença, em valor absoluto, das dis- tâncias a dois pontos fixos, F1 e F2, deste plano, é constante e menor que F1F2. Aplicando o teorema de Pitágoras no triângulo ACV2, temos: c2 = a2 + b2 As retas que contêm as diagonais do retângulo de referência são chamadas de assíntotas. O ângulo θ assinalado é chamado de abertura da hipérbole. Se os eixos real e imaginário têm a mesma medida, ou seja, b = a, a hipérbole é eqüilátera. Neste caso o retângulo de referência é um quadrado e portanto as assíntotas são perpendicu- lares. EXCENTRICIDADE A excentricidade e de uma hipérbole é dada por: ce = a ESTUDO DA PARÁBOLA É o conjunto de todos os pontos do plano eqüi- distantes de uma reta dada e de um ponto fixo (que não pertence à reta) deste plano. O eixo de simetria daparábola é a reta que passa pelo foco e é perpendicular à diretriz. O vértice V da parábola é o ponto de encontro do eixo de simetria com a parábola. Note que: dV,F = dV,r = a. Chamaremos o número 2a de parâmetro da pa- rábola. EXCENTRICIDADE A excentricidade de qualquer parábola é e = 1 TRAÇADO DAS CÔNICAS ELIPSE • Sobre uma prancha de madeira fixe uma folha de papel. • Nessa prancha, pregue duas tachinhas de sapateiro, separadas por uma distância qualquer. C: centro F1 e F2: focos 2c: distância focal V1 e V2: vértices 21VV : eixo real ou transverso 2a: medida do eixo real :AB eixo imaginário ou conjugado 2b: medida do eixo conjugado r: diretriz F: foco s: eixo de simetria 2a: distância do foco à diretriz Matemática 36 • A seguir, tome um barbante com compri- mento igual a 2a e amarre suas extremida- des, uma em cada tachinha. O comprimen- to do barbante deve ser maior que a dis- tância entre as tachinhas. • Mantendo o barbante esticado com o auxílio de um lápis, trace uma elipse. • Chamamos de F1 e F2 os pontos em que as tachinhas foram pregadas. Assim, para qualquer ponto P da elipse temos: d(P,F1) + d(P,F2) = comprimento do barbante = 2a HIPÉRBOLE • Numa prancha, fixe num ponto F1 a extre- midade de uma vareta de madeira de com- primento �, maior que um número 2a (a > 0) previamente escolhido. A vareta pode gi- rar em torno de F1. • Na outra extremidade da vareta, fixe a extre- midade de um pedaço de barbante de com- primento � - 2a. A outra extremidade do bar- bante deve ser fixada com uma tachinha num ponto F2. • Mantendo, com o auxílio de um lápis, o barbante esticado e encostado na vareta, trace um ramo de hipérbole. O outro ramo da hipérbole é desenhado, fixando-se a va- reta em F2 e o barbante em F1. • Para qualquer ponto P da hipérbole, temos: ⏐d(P, F1) – d(P, F2)⏐ = 2a PARÁBOLA • Fixe uma régua com fita crepe numa prancha. • Pegue um pedaço de barbante com comprimento � igual a um dos catetos de um esquadro. Fixe uma das extremidades do barbante na extremidades do cateto correspondente ao ângulo agudo. • Coloque o esquadro sobre a prancha e encoste o outro cateto do esquadro na borda da régua. Fixe, com uma tachinha, a outra extremidade do barbante em um ponto F da prancha. Matemática 37 • Com o auxílio de um lápis, mantenha o barbante esticado e encostado no esquadro. Deslizando o esquadro na borda da régua, como mostra a figura, você traçará uma parábola. • Se chamarmos de r a reta que coincide com a borda da régua, então para todo ponto P da parábola, vale a relação: Assim, podemos afirmar que todo ponto da parábola está igualmente distante da reta r e do ponto F. TRIGONOMETRIA NO TRIÂNGULO RETÂNGULO hipotenusa a oposto cateto sen α=α hipotenusa a adjacente cateto cos α=α α α =α a adjacente cateto a oposto cateto tg O seno de um ângulo é igual ao cosseno do seu complemento. A tangente de um ângulo é igual ao inverso da tangente de seu complemento. ÂNGULOS NOTÁVEIS Ângulo 30o 45o 60o seno 2 1 2 2 2 3 cosseno 2 3 2 2 2 1 tangente 3 3 1 3 CIRCUNFERÊNCIA TRIGONOMÉTRICA Seno e cosseno não podem assumir qualquer valor real. Note que, para todo arco α: –1 ≤ sen α ≤ 1 e –1 ≤ cos α ≤ 1 Os eixos x e y passam a ser eixo dos cosse- nos e eixo dos senos. sen 0 = 0 e cos 0 = 1 sen 2 π = 1 e cos 2 π = 0 sen π = 0 e cos π = –1 sen 2 3π = –1 e cos 2 3π = 0 TANGENTE DE UM ARCO Na figura seguinte, o segmento orientado AT representa o valor da tangente do arco α. d(P,F) = d(P,r) Matemática 38 REDUÇÃO AO PRIMEIRO QUADRANTE As funções trigonométricas de um arco qual- quer do primeiro quadrante são repetidas, em mó- dulo, nos demais quadrantes. Todo arco do segundo, terceiro ou quarto qua- drantes possui um “correspondente” no primeiro quadrante, cujas funções trigonométricas são iguais em módulo. Reduzir um arco ao primeiro quadrante é obter seu “correspondente”, que possibilitará determinar suas funções trigonométricas. De um modo geral devemos: 1o.) encontrar a primeira determinação positiva do arco; 2o.) encontrar o “correspondente” de α, primeira determinação, no primeiro quadrante, lembrando-se de que: o “correspondente” de α ∈ 2o. quadran- te é 180o – α; o “correspondente” de α ∈ 3o. quadran- te é α – 180o; o “correspondente” de α ∈ 4o. quadran- te é 360o – α; 3o.) identificar o sinal conforme o qua- drante do arco. OUTRAS RELAÇÕES TRIGONOMÉTRICAS α =α cos 1 sec α =α sen 1 seccos α =α tg 1 gcot RELAÇÃO TRIGONOMÉTRICA FUNDAMENTAL sen2 α + cos2 α = 1 Ainda no ∆OMN, observamos que α α =α cos sen tg xsec1xtg 22 =+ xseccos1xgcot 22 =+ TRANSFORMAÇÕES TRIGONOMÉTRICAS COSSENO DA SOMA cos (a + b) = cos a . cos b – sen a . sen b COSSENO DA DIFERENÇA cos (a – b) = cos a . cos b + sen a . sen b SENO DA SOMA sen (a + b) = sen a . cos b + sen b . cos a SENO DA DIFERENÇA sen (a – b) = sen a . cos b – sen b . cos a TANGENTE DA SOMA E DA DIFERENÇA tg (a + b) = tgb . a tg1 b tg a tg − + tg (a – b) = tgb . a tg1 b tg a tg + − ARCO DOBRO cos 2a = cos2 a – sen2 a cos 2a = 1 – 2 . sen2 a cos 2a = 2 . cos2 a – 1 sen 2a = 2 . sen a . cos a atg1 a tg . 2 2a tg 2− = Matemática 39 TRANSFORMAÇÃO EM PRODUTO sen p + sen q = 2 qpcos 2 qpsen2 −⋅+ sen p – sen q = 2 qpcos 2 qpsen2 +⋅− cos p + cos q = 2 qpcos 2 qpcos2 −⋅+ cos p – cos q = – 2 qpsen 2 qpsen2 −⋅+ que são as Fórmulas de Transformação em Produto, também conhecidas como Fórmulas de Prostaférese. ARCO METADE cos 2 a = 2 a cos1+ ± sen 2 a = 2 a cos1− ± tg 2 a = a cos1 a cos1 + − ± FUNÇÃO SENO • O domínio da função é IR. • O conjunto imagem da função é [–1, 1]. • A função seno é crescente para x ∈ IR e k ∈ Z, tal que π+π<<π+π− k2 2 xk2 2 . • A função seno é decrescente para x ∈ IR e k ∈ Z, tal que π+π<<π+π k2 2 3xk2 2 . • A função seno é periódica de período 2π. FUNÇÃO COSSENO • O domínio da função é IR. • O conjunto imagem da função é [–1, 1]. • A função cosseno é crescente para x ∈ IR e k ∈ Z, tal que π+π<<π+π k22xk2 . • A função cosseno é decrescente para x ∈ IR e k ∈ Z, tal que π+π<<π k2xk2 . • A função cosseno é periódica de período 2π. FUNÇÃO TANGENTE • O domínio da função é {x ∈ IR⏐ x ≠ π+ π k 2 }. • O conjunto imagem da função é IR. • A função tangente é sempre crescente, nos intervalos em que é definida. • A função tangente é periódica de período π. Matemática 40 FUNÇÃO COTANGENTE • O domínio da função é {x ∈ IR⏐ x ≠ πk }. • O conjunto imagem da função é IR. • A função cotangente é sempre decrescen- te, nos intervalos em que é definida. • A função cotangente é periódica de período π. FUNÇÃO SECANTE • O domínio da função é {x ∈ IR⏐ x ≠ π+ π k 2 }. • A imagem da função é ] –∞, –1] ∪ [1, +∞]. • A função secante é crescente, nos intervalos em que a função cosseno é decrescente e é decrescente nos intervalos em que a função cosseno é crescente. • A função secante é periódica de período 2π. FUNÇÃO COSSECANTE • O domínio da função é {x ∈ IR⏐ x ≠ πk }. • A imagem da função é ] –∞, –1] ∪ [1, +∞]. • A função cossecante é crescente, nos in- tervalos em que a função seno é decrescen- te e é decrescente nos intervalos em que a função seno é crescente. • A função cossecante é periódica de perío- do2π.
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