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APOSTILA DE MATEMÁTICA 2º CICLO 2º ANO ENSINO MÉDIO REGULAR Progressão aritmética (P.A.) É uma sequência de números reais onde cada termo, a partir do segundo, é igual ao anterior somado a uma constante denominada razão r. Exemplo: (2, 5, 8, 11, 14, 17, 20, 23...) Essa é uma sequência que pode ser classificada como progressão aritmética infinita, pois a razão r = 3 e o primeiro termo é 2. (1, 2, -2, 3, -3, 4, -4...) Essa sequência não é uma progressão aritmética, por mais que ela tenha uma regularidade e a gente consiga prever os próximos termos, não há uma soma de uma razão que gere o próximo termo. A representação é ( a1, a2, a3, ..., an), onde: a1: primeiro termo n: número de termos r: razão an: termo geral Classificação da P.A Uma PA pode ser classificada como finita, quando existir uma qualidade limitada de termos, ou infinita. Além disso: • Uma P.A é crescente quando a razão r for positiva. • Uma P.A é constante quando a razão r for igual a zero. • Uma P.A é decrescente quando a razão r for negativa. Fórmula do termo geral de uma P.A an = a1 + (n - 1). r Exemplo 1 Encontre o 16º termo de uma P.A. que possui razão 3 e cujo primeiro termo é igual a 4. Resolução: an = a1 + (n – 1) r Queremos o 16º termo, então n = 16. Além disso, sabemos que r = 3 e a1 = 4. a16 = 4 + (16 – 1) 3 a16 = 4 + (15) 3 a16 = 4 + 45 a16 = 49 Exemplo 2 Qual é o primeiro termo de uma P.A. em que o termo do seu 12º termo é igual a 5 e a razão é -4. Resolução Dados r = -4 e a12 = 5 Soma dos termos de uma progressão aritmética (PA) Onde: Sn: soma dos n termos a1: primeiro termo an: enésimo termo n: número de termos Exemplo 1 Determine a soma dos termos da seguinte PA: (2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40). Resolução: IEGRS PROFAS: JULIANA e SIMONE DISCIPLINA: MATEMÁTICA https://escolakids.uol.com.br/progressoes-aritmeticas.htm https://escolakids.uol.com.br/progressoes-aritmeticas.htm https://escolakids.uol.com.br/matematica/soma-dos-termos-uma-pa.htm Para usar a fórmula dada, observe que: a1 = 2 an = 40 n = 20 Esse último dado (número de termos) foi obtido contando os termos da PA. Aplicando esses dados na fórmula, teremos: Assim, a soma dos termos dessa PA é 420. Exemplo 2 Determine a soma dos 50 primeiros termos da PA a seguir: (5, 10, 15, …). Resolução: Note que essa PA é infinita, isso é evidenciado pelas reticências. O primeiro termo é 5, assim como a razão da PA, pois 10 – 5 = 5. Como queremos descobrir a soma dos 50 primeiros termos, o 50º termo será representado por a50. Para descobrir seu valor, podemos usar a fórmula do termo geral da PA: Nessa fórmula, r é a razão da PA. Substituindo os valores dados no enunciado nessa fórmula, teremos: Exercícios de fixação P.A. 1) Considere uma progressão aritmética, em que a 8 = a 2 + a 6, e a soma dos 10 primeiros termos dessa sequência é igual a 330. Assim, a razão dessa progressão é igual a: a) 6 b) 8 c) 10 d) 12 e) 13 2) Três números inteiros positivos estão em progressão aritmética; o produto deles é 792 e a soma é 33. O maior desses números é: a) 11 b) 17 c) 18 d) 22 e) 66 3) Em certa progressão aritmética, o 4º termo é igual a 18 e o 7º termo é igual a 30. Qual o valor da soma dos 3 primeiros termos dessa sequência? a) 34 b) 36 c) 30 d) 32 4) O total de múltiplos de 5 compreendidos entre 101 e 999 é igual a: a) 80 b) 100 c) 120 d) 150 e) 179 5) Os termos k, 2k, 3k, 4k, ... 39k e 40k formam uma progressão aritmética cuja soma é 4100. Dessa forma, a soma dos quinze primeiros termos é: a) 480. b) 520. c) 560. d) 600. 6) Em uma progressão aritmética, tem-se a2+a5=40 e a4+a7=64. O valor do 31º termo dessa progressão aritmética é igual a: a) 180. b) 185. c) 182. d) 175. e) 178. 7) A soma dos cinco termos de uma progressão aritmética crescente formada por números inteiros é 60. Logo, o terceiro termo dessa progressão é: a) 10. b) 12. c) 15. d) 18. https://escolakids.uol.com.br/matematica/soma-dos-termos-uma-pa.htm https://escolakids.uol.com.br/matematica/soma-dos-termos-uma-pa.htm https://escolakids.uol.com.br/matematica/soma-dos-termos-uma-pa.htm 8) Considere as informações para uma P. A (progressão aritmética): 1º termo é igual a 2, razão equivale a 5. Determine o valor do 17º termo dessa sequência numérica. A) 74 B) 53 C) 82 D) 18 E) 35 9) Geraldo está tentando emagrecer. Aconselhado pelo seu médico, Geraldo resolveu caminhar na esteira elétrica. Como não fazia exercícios há muito tempo, ele começou caminhando 12 minutos, depois aumentou para 14 minutos e continuou aumentando em 2 minutos a sua caminhada, diariamente, até conseguir caminhar durante 2 horas seguidas. O dia em que ele caminhou 2 horas seguidas foi o: A) 43° dia. B) 60° dia. C) 55° dia. D) 40° dia. E) 63° dia. 10) Em 15 partidas que certo time de futebol disputou em um campeonato, houve x empates, y derrotas e z vitórias. Se x, y e z formam, nessa ordem, uma progressão aritmética de razão 2, quantos jogos esse time venceu? A) 5 B) 6 C) 7 D) 8 E) 9 Progressão geométrica É toda sequencia de números não-nulos em que cada termo, a partir do segundo, é igual ao produto de seu precedente por uma constante, denominada razão q da progressão geométrica. Exemplo 1: Considere a PG de razão 3 em que o primeiro termo é 2. Os termos da sequência são representados por (a1, a2, a3, a4, a5 …). a1 = 2 a2 = 2.3 = 6 a3 = 6.3 = 18 a4 = 18.3 = 54 a5 = 54.3 = 162. A PG do exemplo é, portanto, (2,6,18,54,162...). A razão de uma PG pode ser encontrada a partir da divisão de um termo da sequência pelo seu antecessor. Ao fazer isso, caso ela seja realmente uma progressão geométrica, essa divisão sempre será igual a q. Exemplo 2: P.G (1, 2, 4, 8, 16, 32) Logo, essa PG possui razão q = 2. Propriedades da PG • 1ª propriedade: o produto de termos equidistantes do extremo é sempre igual. Exemplo: (2, 8, 32, 128, 512, 2048) 2∙ 2048= 4096 8∙512 = 4096 32 ∙128 = 4096 Quando a PG possui uma quantidade ímpar de termos, há um termo central. Esse termo ao quadrado também é igual ao produto dos termos equidistantes. Exemplo: (1, 2, 4, 8, 16, 32, 64) 1∙ 64 = 64 2∙32 = 64 4∙16 = 64 8∙8 = 64 • 2ª propriedade O termo central da PG é também a sua média geométrica. https://mundoeducacao.uol.com.br/matematica/divisao.htm https://mundoeducacao.uol.com.br/matematica/multiplicacao-numeros-naturais.htm https://mundoeducacao.uol.com.br/matematica/como-identificar-se-um-numero-par-ou-impar.htm https://mundoeducacao.uol.com.br/matematica/media-geometrica.htm https://mundoeducacao.uol.com.br/matematica/media-geometrica.htm Classificação de uma PG Uma PG pode ser classificada como finita, quando existir uma qualidade limitada de termos, ou infinita. Além disso, classificamos a PG como crescente, decrescente, constante e oscilante. Essa classificação depende diretamente de q. • Crescente: cada termo, a partir do segundo, é maior que o termo antecessor. ➔a1> 0 e q >1 Ex: (2, 10, 50, 250, …), q = 5. ➔a1 < 0 e 0 < q < 1 Ex: (- 8, - 4, - 2, - 1, -1/2, ...), q = ½. • Constante ou estacionária: é a P.G que possui todos os termos iguais, pois q = 1. Ex: (2, 2, 2, 2, 2, 2), q = 1. • Decrescente: cada termo, a partir do segundo, é menor que o termo antecessor. ➔a1> 0 e 0 < q <1 Ex: (8, 4, 1, 1/2,...), q= ½ . ➔a1 < 0 e 0 < q < 1 Ex: (- 2, - 4, - 8, - 16, ...), q =2 • Oscilante: os termos são alternadamente negativos e positivos, o que ocorre quando a razão é negativa, ou seja, q < 0. Ex:(1,- 2, 4, -8, 16, -32, 64...) e q= - 2. Fórmula do termo geral da P.G. Numa P.G. (a1, a2, a3, ..., an, ...) de razão q, o termo geral an é dado por: Exemplo: Encontre o 9º termo de uma PG que possui a1 = 3 e q = 5. Soma dos termos de uma PG Seja a P.G. (a1, a2, a3, ..., an, ...) de razão q≠1. A soma dos n primeiros termos é dada por : Note que essa fórmula depende do valor de n, ou seja, ela só serve para uma quantidade limitada de valores, por isso dizemos que essa é a soma dos termos de uma PG finita. Ex: Qual é o valor da soma dos 10 primeiros termos da PG (3,6,12, 24,…)? Resolução: Temos que a1 = 3, n = 10 e, ao dividir um termo pelo antecessor, vamos encontrar a razão (q = 2). Assim, a soma dos 10 primeiros termos será: Um caso particular para soma dos termos da PG é quando ela é infinita e decrescente. Nesse caso, a razão q é um número entre zero e 1 (0 < q < 1). Com isso, é possível encontrar uma nova fórmula que só serve para esses casos: Ex: Calcule a soma de todos termos da sequência a seguir: Resolução: Exercícios de fixação P.G. 01.(UDESC) O primeiro termo de uma progressão geométrica é 10, o quarto termo é 80; logo, a razão dessa progressão é: a)2 b)4 c)5 d)6 e)10 02.Determine a posição do termo 2 625 na P.G. (10, 2,...). a) 4 b) 5 c) 6 d) 7 e) 8 03. O segundo termo de uma P. G. crescente tal que a1 = 8 e a3 = 18 é igual a: a) 10 b) 11 c) 12 d) 14 e) 15 04. Calcule o valor de k para que a soma dos k primeiros termos da progressão geométrica (1, 3, 9, …) para que seja igual a 29524. a) 10 b) 11 c) 12 d) 13 e)n.d.a 05. Numa progressão geométrica, tem-se a3 = 40 e a6 = -320. A soma dos oito primeiros termos é: a) -1700 b) -850 c) 850 d) 1700 e) 750 06.Dê o sétimo termo da PG de razão 3 e segundo termo igual a 5. a) 243 b) 245 c) 1115 d) 1215 07. Numa P.G, temos a5 = 32 e a8 = 256. A soma do primeiro termo e a razão dessa P.G é A) 4 B) 8 C) 10 D) 2 08. Calcule a soma dos 6 primeiros termos da P.G. (7, 14, ...). A) 424 B) 456 C) 342 D) 441 09. Em um laboratório de experiências, o número de bactérias, sob certas condições, se multiplica por três a cada hora. Se inicialmente existe uma bactéria na experiência, o número total de bactérias, após um período de sete horas, corresponde a A) 27. B) 81. C) 243. D) 729. E) 2187. 10. Qual é o valor da soma dos termos da P.G ( 2, ½, ...) a) 0 b)1 c)6/4 d)8/3 e) n.d.a PRISMAS São os poliedros convexos que têm duas faces paralelas e congruentes (chamadas bases) e as demais faces em forma de paralelogramos (chamadas faces laterais). Nomenclatura de um prisma Os prismas são designados de acordo com o polígono da sua base. - Se as arestas laterais são perpendiculares aos planos das bases, o prisma é dito reto. - Se as arestas laterais são obliquas aos planos das bases, o prisma é dito obliquo. - Um prisma será regular quando ele for reto e sua base for um polígono regular. Área da superfície de um prisma Observe o prisma abaixo e a sua planificação - Área da base ( Ab ): Corresponde a área do polígono da base. - Área lateral ( Al ): É a soma das áreas das faces laterais. - Área total ( At ): É a soma das áreas das bases com a áreas da face lateral, isto é: Volume de um prisma O volume de um prisma é dado por: , onde Ab ( área da base ) e h ( altura ) . PARALELEPÍPEDOS At = 2.Ab + Al V= Ab.h São os prismas cujas faces são seis paralelogramos. Paralelepípedo reto-retângulo É o paralelepípedo cujas faces são retângulos Cubo É o paralelepípedo cujas faces são quadrados. EXERCÍCIOS – PRISMAS 1) Para abrir uma vala de 20 m x 1,5 m x 1m de profundidade, 3 homens levaram 6 dias. Calcule quantos homens serão necessários para abrir outra vala de 25 m x 2 m x 1 m de profundidade executando essa tarefa, no mesmo ritmo da anterior, em um dia a menos. 2) A figura a seguir representa uma peça em forma prisma triangular. A soma das áreas de todas as faces dessa peça é igual a: (a) 6100 cm2 . (b) 8000 cm2. (c) 8400 cm2 . (d) 9000 cm2 . (e) 9600 cm2 . 3) Vítor irá pintar uma caixa de madeira com formato de um paralelepípedo reto retângulo, como a da imagem a seguir, e irá usá-la para acomodar as miniaturas de carrinhos que tem. Sabe-se que Vítor pintará toda a superfície interior e exterior da caixa com tinta de mesma cor. A caixa tem dimensões de altura, largura e comprimento com medidas, respectivamente, iguais a 30 cm, 40 cm e 60 cm. Dessa maneira, considerando a caixa sem tampa e desprezando a espessura de suas faces, determine o valor da área total da caixa que será pintada por Vítor . 4) A diagonal de um cubo mede 16 cm. Determine a área total e o volume desse cubo. 5) Se a soma das medidas de todas as arestas de um cubo é 60 cm, então o volume desse cubo, em centímetros cúbicos, é: (a) 125. (b) 100. (c) 75. (d) 60. (e) 255 PIRÂMIDE Pirâmide é o poliedro convexo tal que uma face é um polígono convexo e as demais faces são triângulos que têm um vértice comum. Numa pirâmide devemos destacar os seguintes elementos: Nomenclatura : O nome de uma pirâmide, é de acordo com o número de lados do polígono da sua base. Se for triângulo, chama-se triangular, se for quadrilátero, quadrangular e assim sucessivamente. Pirâmide Regular Para uma pirâmide ser regular, é necessário que ela satisfaça duas condições: 1ª) A base deve ser um polígono regular; 2ª) A projeção ortogonal do vértice sobre o plano da base coincide com o centro da base. Numa pirâmide regular devemos destacar os seguintes elementos: Em uma pirâmide regular, as arestas laterais são iguais, logo, as faces laterais são triângulos isósceles congruentes. Área total de uma pirâmide (At ) : onde Ab ( área da base ) e Al ( área lateral ou seja soma das áreas das faces ). Volume de uma pirâmide ( V ) : onde Ab ( área da base ) e h ( sua altura) Tetraedro Regular É a pirâmide que possui quatro faces que são triângulos eqüiláteros. apótema da base ( m ) : 𝑚 = √3𝑎 6 ; apótema do tetraedro ( g ) : 𝑔 = √3𝑎 2 ; altura de um tetraedro regular ( h ) : ℎ = √6𝑎 3 ; área total ( At ) : 𝑨𝒕 = 𝒂 𝟐 . √𝟑 ; volume ( V ) : 𝐕 = 𝒂𝟑 .√𝟐 𝟏𝟐 . At = Ab + Al 𝑽 = 𝟏 𝟑 . 𝑨𝒃 . 𝒉 EXERCÍCIOS – PIRÂMIDE 1) Uma doceira optou em produzir docinhos de chocolate em formato de pirâmide regular de base quadrada. Sabendo que o lado da base mede 4 cm e a altura da pirâmide mede 4,5 cm, calcule quantos cm³ de chocolate são necessários para produzir 5 docinhos. 2) Uma pirâmide de base retangular e altura 12 cm tem volume de 100 cm3 . Determine a área da base dessa pirâmide, em cm2 . 3) A figura abaixo mostra um quadrado ABCD e quatro triângulos isósceles iguais. Essa figura é a planificação de uma pirâmide regular de base quadrada. Sabendo que AB = 4 cm e que AE = EB = 5 cm, quanto mede a altura dessa pirâmide, em cm? 4) A aresta de um tetraedro regular mede √12 cm. Determine a altura e a área total desse tetraedro. 5) Determine a medida da aresta lateral e o volume de uma pirâmide quadrangular regular, reta, cuja área da base é 36 cm² e a área de uma de suas faces é 15 cm². CILINDRO Considere dois planos α e β, distintose paralelos, e um segmento de reta MN com M pertencente a α e N pertencente a β. Dado um círculo C de centro O e raio r, contido em a, chamamos cilindro circular (ou simplesmente cilindro) à reunião de todos os segmentos de reta, paralelos e congruentes ao segmento MN, que unem um ponto do círculo C a um ponto de b. Classificação: Cilindros pode ser Oblíquo ou Reto; estudaremos os cilindros retos. Elementos: segmento OO’ é chamado de eixo, bases são círculos de centro O e O’ de raio r, ”g” são as geratrizes que ligam as duas bases, “h” é altura do cilindro. (distância entre O e O’) . Obs: O cilindro é um sólido de revolução. Ao girar um retângulo 360° em torno de um eixo forma-se um cilindro. (reto) Seção Meridiana de um cilindro reto: é a interseção deste que contém o eixo. A seção meridiana de um cilindro reto é um retângulo. Cilindro Equilátero: é aquele cuja seção meridiana é um quadrado. Então a sua altura é igual a dois raios. (h = 2r) Área Lateral (𝑨𝑳): A obtenção da superfície lateral do cilindro reto de altura “h” de cujos círculos da base tem raio “r”, ao planificar esse cilindro, obtém-se um retângulo de altura “h” e de base 2𝜋𝑟 (comprimento da circunferência da base. Então a área lateral 𝑨𝑳 será dada por: Área Total (𝐴𝑇): é a soma da área lateral com as áreas dos círculos das bases. , ou seja, Pode ser também expressa por: Volume (V): é o produto da medida da altura “h” pela área da base. EXERCÍCIOS – CILINDRO ① Um cilindro equilátero tem área da base igual 9𝜋 𝑑𝑚2. Calcular a área lateral, a área total e o volume. ② Qual a razão entre a área total e a área lateral de um cilindro equilátero? ③ Um cilindro de revolução (reto) cuja altura mede 5 cm, tem área da base igual a 4𝜋 𝑐𝑚2. Calcular a área total e o volume. ④ A altura de um cilindro reto é igual ao triplo do raio da base. Calcular a área lateral, sabendo-se que seu volume é 3𝜋2√𝜋 𝑐𝑚³ ⑤ Um cilindro reto tem 7 cm de raio, tem 119𝜋 𝑐𝑚2𝑑𝑒 área total. Calcule a altura, a área lateral e o seu volume. CONE Consideremos um círculo (região circular) de centro O e raio r situado num plano α e um ponto V fora do plano α. Chama-se cone circular ou cone, 𝑨𝑳 = 𝟐𝝅𝒓𝒉 𝑨𝑻 = 𝟐𝝅𝒓𝒉 + 𝟐𝝅𝒓² 𝑨𝑻 = 𝑨𝑳 + 𝟐𝑨𝑩 𝑨𝑻 = 𝟐𝝅𝒓(𝒉 + 𝒓). V = 𝝅𝒓²𝒉 à reunião dos segmentos de reta com uma extremidade em V e a outra nos pontos do círculo. Elementos : V é o vértice, O é o centro do círculo (base do cone), o segmento VO é a altura do cone (h), r é o raio da base e os infinitos segmentos que saem do vértice até a circunferência é chamado de geratrizes (g) do cone. Classificação: Os cones podem ser classificados pela posição da reta VO em relação ao plano da base: - Se a reta VO é oblíqua ao plano da base, temos um cone circular oblíquo. - Se a reta VO é perpendicular ao plano da base, temos um cone circular reto. O cone circular reto é também chamado cone de revolução, pois é gerado pela rotação de um triângulo retângulo em torno de um eixo que contém um de seus catetos. Obs.: O cone é um sólido de revolução ao girar 360°em torno, de um segmento perpendicular ao raio da base com uma geratriz, forma-se um triângulo retângulo, onde a geratriz g é a hipotenusa e os catetos são a altura h e o raio r. Daí temos: Seção Meridiana: é a interseção do cone com um plano que contém o seu eixo. A seção meridiana de um cone reto é um triângulo isósceles. Cone Equilátero : é aquele cuja seção meridiana é um triangulo equilátero de lado 2r, onde a geratriz g = 2r e a altura h = 𝒓√𝟑. ( r é o raio da base). Área Lateral : A superfície lateral de um cone reto de geratriz g e raio da base r, quando planificada, é o setor circular cujo raio é g (geratriz do cone) e comprimento do arco é 𝟐𝝅𝒓 (perímetro da base), portanto, a sua área lateral 𝐴𝐿 = 1 2 ∙ 2𝜋𝑟 ∙ 𝑔 g² = h² + r² → 𝐴𝐿 = 𝜋𝑟𝑔 Área Total : é a soma da área lateral (𝐴𝐿), com a área da base. Logo (𝐴𝑇) é igual a: 𝐴𝑇 = 𝐴𝐿 + 𝐵 → ou Volume: é um terço do produto da medida da altura (h) pela área da base. Apêndice: Se o comprimento de um arco que representa o setor circular cujo raio é g (geratriz do cone) e o comprimento do arco é 𝟐𝝅𝒓 (perímetro da base). Sendo 𝜃 (teta) o ângulo do setor circular, temos: 𝜽 = 𝟐𝝅𝒓 𝒈 𝒓𝒂𝒅 𝒐𝒖 𝜽 = 𝟑𝟔𝟎∙𝒓 𝒈 𝒈𝒓𝒂𝒖𝒔. EXERCÍCIOS – CONE ① Calcular a área lateral, a área total e o volume de um cone reto, cujo raio da base mede 4 cm e a altura 3 cm. ② Um cone de revolução tem 1 m de raio. Calcular a altura e o volume, sabendo que a área lateral é 𝜋√5 m². ③ Num cone reto, cuja área lateral é 18𝜋 𝑐𝑚², o raio é a metade da geratriz. Calcular o volume. ④ Calcule a área total e o volume de um cone equilátero, sabendo que a área lateral é igual a 24𝜋 𝑐𝑚². ⑤ Um cone circular reto tem 12 cm de raio e 9 cm de altura. Calcular em radianos a medida do ângulo do setor circular que se obtém pelo desenvolvimento da superfície lateral do cone. ESFERA Chama-se esfera de centro O e raio R ao conjunto dos pontos P do espaço, tais que a distância OP seja menor ou igual a R. A esfera é também o sólido de revolução gerado pela rotação de um semicírculo em torno de um eixo que contém o diâmetro. Elementos da esfera Polos relativos a uma seção da esfera são as extremidades do diâmetro perpendicular ao plano dessa seção. Considerando a superfície de uma esfera de eixo e, temos: polos: são as interseções da superfície com o eixo. equador: é a seção (circunferência) perpendicular ao eixo, pelo centro da superfície. paralelo: é uma seção (circunferência) perpendicular ao eixo. É "paralela" ao equador. meridiano: é uma seção (circunferência) cujo plano passa pelo eixo. 𝑨𝑳 = 𝝅𝒓𝒈 + 𝝅𝒓² 𝑨𝑻 = 𝝅𝒓(𝒈 + 𝒓) 𝑽 = 𝟏 𝟑 ∙ 𝝅𝒓𝟐 ∙ 𝒉 Área da superfície de uma esfera: Dada pela expressão . Volume da esfera: Dado pela expressão Partes da circunferência Fuso esférico: é a superfície gerada pela rotação de uma semicircunferência, a qual gira 𝛼 graus (0°≤ 𝜶 ≤ 360°) em torno do eixo que contém seu diâmetro. Quando 𝜶 é dobrado, triplicado, etc...; acontece o mesmo na área do fuso. Se 𝜶 = 360° , o fuso se transforma na superfície da esfera, cuja expressão da área já se conhece. O fuso é dado pela expressão: Cunha esférica: é um sólido gerado pela rotação de semicírculos que gira 𝜶 𝑔𝑟𝑎𝑢𝑠 (𝟎° ≤ 𝜶 ≤ 𝟑𝟔𝟎°) em torno de um eixo que contém seu diâmetro. Quando 𝜶 é dobrado, triplicado, etc....; acontece o mesmo com o volume da esfera. Se 𝛼 = 360° , a cunha se transforma no volume da esfera, cuja expressão do volume já se conhece. A cunha é dada pela seguinte expressão: EXERCÍCIOS – ESFERA ① Se uma esfera tem 12 cm de diâmetro, qual é a área da superfície e o seu volume? ② Determine a área de um fuso de 45° em uma esfera de 20 cm de diâmetro. ③ Uma cunha esférica de 10° tem volume de 1078 m³. Qual é a sua área total? Use a aproximação 𝜋 = 22 7 . Matrizes Matriz m x n é uma tabela de números reais dispostos em m linhas (filas horizontais) e n colunas(filas verticais). 1. Exemplos: 𝑨 = 𝟒𝝅𝑹𝟐 𝑽 = 𝟒 𝟑 𝝅𝑹³. 1. − = 240 321 A é uma matriz 2 x 3; 2. − = 11 04 B é uma matriz 2 x2; 3. 61 2 1 34 0 2 0 1 5 23 C −− − = é uma matriz 4 x 3. Como podemos notar nos exemplos 1, 2 e 3 respectivamente, uma matriz pode ser representada por colchetes, parênteses ou duas barras verticais. 2. Representação de uma matriz: As matrizes costumam ser representadas por letras maiúsculas e seus elementos por letras minúsculas, acompanhadas de dois índices que indicam, respectivamente, a linha e a coluna ocupadas pelo elemento. Exemplo: Uma matriz A do tipo m x n é representada por: = mn3m2m1m n3333231 n2232221 n1131211 aaaa a aaa a aaa a aaa A ou, abreviadamente, A= n x mij a , onde i e j representam, respectivamente, a linha e a coluna que o elemento ocupa, nj1 mi1 . Por exemplo, na matriz anterior, 23a é o elemento da segunda linha com o da terceira coluna. Exemplo 1: Seja a matriz A= 2 x 2ij a , onde ji2a ij += : Genericamente, temos: 2 x 22221 1211 aa aa A = . Utilizando a regra de formação dos elementos dessa matriz, temos: ji2a ij += 62)2(2a 42)1(2a 51)2(2a 31)1(2a 22 12 21 11 =+= =+= =+= =+= Assim, A= 65 43 . 3. Matrizes especiais: 3.1 Matriz linha: É toda matriz do tipo 1 x n, isto é, com uma única linha. Ex: ( ) 4x1 1374A −= . 3.2 Matriz coluna: É toda matriz do tipo n x 1, isto é, com uma única coluna. Ex: 1x3 0 1 4 B −= . 3.3 Matriz quadrada: É toda matriz do tipo n x n, isto é, com o mesmo número de linhas e colunas. Neste caso, dizemos que a matriz é de ordem n. Ex: 2x2 12 7 4 C − = Matriz de ordem 2 3x3 3 7 2 3 0 0 14 D − = Matriz de ordem 3 Seja A uma matriz quadrada de ordem n. Diagonal principal de uma matriz quadrada é o conjunto de elementos dessa matriz, tais que i = j. Diagonal secundária de uma matriz quadrada é o conjunto de elementos dessa matriz, tais que i + j = n + 1.. Exemplo: − − − = 675 303 5 21 A3 Descrição da matriz: • O subscrito 3 indica a ordem da matriz; • A diagonal principal é a diagonal formada pelos elementos –1, 0 e –6; • A diagonal secundária é a diagonal formada pelos elementos 5, 0 e 5; • 11a = -1 é elemento da diagonal principal, pois i = j = 1; • 31a = 5 é elemento da diagonal secundária, pois i + j = n + 1 = 3 + 1. 3.4 Matriz nula: É toda matriz em que todos os elementos são nulos. Notação: n x mO Exemplo: = 000 000 O 3 x 2 3.5 Matriz diagonal: É toda matriz quadrada onde só os elementos da diagonal principal são diferentes de zero. Ex: = 10 02 A 2 = 700 030 004 B3 . 3.6 Matriz identidade: É toda matriz quadrada onde todos os elementos que não estão na diagonal principal são nulos e os da diagonal principal são iguais a 1. Notação: nI onde n indica a ordem da matriz identidade. Exemplo: = 10 01 I 2 = 100 010 001 I3 ou : = == ji se 0, ji se ,1 a ,aI ijij n 3.7 Matriz transposta: Chamamos de matriz transposta de uma matriz A a matriz que é obtida a partir de A, trocando-se ordenadamente suas linhas por colunas ou suas colunas por linhas. Notação: tA . Exemplo: Se −− = 121 03 2 A então tA = − − 1 0 23 12 Desse modo, se a matriz A é do tipo m x n, tA é do tipo n x m. Note que a primeira linha de A corresponde à primeira coluna de tA e a segunda linha de A corresponde à segunda coluna de tA . 3.8 Matriz simétrica: Uma matriz quadrada de ordem n é simétrica quando A= tA . OBS: Se A = - tA , dizemos que a matriz A é anti-simétrica. Exemplo: Se 3x3 541 423 132 A = 3x3 t 541 423 132 A = 3.9 Matriz oposta: Chamamos de matriz oposta de uma matriz A a matriz que é obtida a partir de A, trocando-se o sinal de todas os seus elementos. Notação: - A Exemplo: Se = 1-4 0 3 A então A− = − − 14 03 3.10 Igualdade de matrizes: Duas matrizes, A e B, do mesmo tipo m x n, são iguais se, todos os elementos que ocupam a mesma posição são idênticos. Notação: A = B. Ex: Se − = b1 02 A − = 31 c2 B e A = B, então c = 0 e b = 3 Simbolicamente: ijij baBA == para todo mi1 e todo ni1 . Exercícios de fixação_ Matrizes 1 – Dê o elemento a23 da matriz A = (aij) 3 x 3, em que a)-1 b)0 c)1 d)2 2-Determine os valores de x, y, z e t, respectivamente. a) -2, 2, - 3, 3 b) -3, 3, 2, - 2 c) 2, - 3, 3, -2 d) 2, -3, 3, 4 e) n.d.a 3)Unicamp – ADAPTADA – Sendo a um número real, considere a matriz A = Então, A3 é igual a a) b) c) d) n.d.a 4–(PUC) – Se A, B e C são matrizes quadradas e At, Bt e Ct são suas matrizes transpostas, a igualdade falsa entre essas matrizes é: a) (A + B) . C = A . C + B . C b) (A + B)t = At + Bt c) (A . B)t = At . Bt d) (A – B)C = AC – BC e) (At)t = A 5 – (UDESC) – Sendo a matriz igual à matriz identidade de ordem 2, o valor de 2.x é: a) – 4 b) 6 c) 4 d) 8 e) – 8 6– (CONSULTPLAN 2016) – Calcular o valor de x+y+z, sabendo que: a) 1. b) 2. c) 3. d) 4. https://www.unicamp.br/unicamp/ https://www.pucminas.br/destaques/Paginas/default.aspx https://www.udesc.br/ https://www.consulplan.net/home.aspx 7 – (PUC-SP) Dadas as matrizes A= ( )ija e B= ( )ijb , quadradas de ordem 2, com j3i4bej4i3a ijij −−=+= , se C=A + B, então 2C é igual a: a-) 10 01 b-) − − 10 01 c-) 01 10 d-) − − 01 10 e-) 11 11 8 – (CRM PR – Quadrix 2014) – Uma matriz M de ordem 3 é resultante da soma de outras duas matrizes, A e B. Se aij = 2i + j e bij = i j, então a razão entre os elementos M21 e M12 é: a) 5/6 b) 6/5 c) 7/4 d) 6/7 e) 7/5 9– (Prefeitura de Cuiabá – UFMT 2010) – Em cada um dos quatro dias de desfile de carnaval, a temperatura foi medida em graus Celsius, no meio da multidão, em três momentos distintos. Cada elemento aij da matriz A abaixo corresponde à medida da temperatura no momento i do dia j. Qual foi, respectivamente, o momento e o dia em que se registrou a maior temperatura durante os desfiles? a) 2.º e 4.º b) 2.º e 2.º c) 3.º e 2.º d) 3.º e 4.º 10_ Determine a matriz é inversa de A= − 34 02 . A) A-1= 2x23 1 3 2 2 1 0 − B) A-1= [ 1/2 2/3 0 −1/3 ] C) A-1=[ 0 1/2 −1/3 2/3 ] D) A-1=[ 0 1/2 −1/3 2/3 ] Determinantes Definição: Determinante é um número associado a uma matriz quadrada. Aplicações dos determinantes na matemática: • Cálculo da matriz inversa; • Resolução de alguns tipos de sistemas de equações lineares; • Cálculo da área de um triângulo, quando são conhecidas as coordenadas dos vértices. 1. Determinante de primeira ordem Dada uma matriz quadrada de − a 1 ordem M= 11a , chamamos de determinante associado à matriz M o número real 11a . Notação: det M ou 11a = 11a Exemplos: 1. 55ou 5Mdet5M 11 === 2. 33-ou 3Mdet3M 12 −=−=−= 2. Determinante de segunda ordem Dada a matriz M= 2221 1211 aa aa , de ordem 2, por definição, temos que o determinante associadoa essa matriz, ou seja, o determinante de − a 2 ordem é dado por: http://www.quadrix.org.br/ https://www.ufmt.br/ufmt/site/page/index/Cuiaba ( )21122211 2221 1211 aaaa aa aa Mdet −= = Assim: ( )21122211 aaaaMdet −= Ex: Sendo M= 54 32 , então: detM= 212104352 54 32 −=−=−= Logo: det M = -2 Conclusão: O determinante de uma matriz de ordem 2 é dado pela diferença entre o produto dos elementos da diagonal principal e o produto dos elementos da diagonal secundária. 3. Cofator Chamamos de cofator (ou complemento algébrico) relativo ao elemento ija de uma matriz quadrada de ordem n o número ijA , tal que ij ji ij MC)1(A −= + . Exemplo 1: Dada M= 2221 1211 aa aa , os cofatores relativos a todos os elementos da matriz M são: 2222 2 MC 22 11 11 aa)1(a)1(A 11 +=−=−= + ; 2121 3 MC 21 21 12 aa)1(a)1(A 12 −=−=−= + ; 1212 3 MC 12 12 21 aa)1(a)1(A 21 −=−=−= + ; 1111 4 MC 11 22 22 aa)1(a)1(A 22 +=−=−= + . 4.Teorema de Laplace Definição: O determinante de uma matriz quadrada ( )2m aM m x mij = pode ser obtido pela soma dos produtos dos elementos de uma fila qualquer (linha ou coluna) da matriz M pelos respectivos cofatores. Assim, fixando mj1 que tal,Nj , temos: = = m 1i ijijAaMdet onde, = m 1i é o somatório de todos os termos de índice i, variando de 1 até m, Nm e ijA é o cofator ij. Exemplo : Calcular com o auxílio do Teorema de Laplace, o seguinte determinante: Solução: 6 5 0 2 1 2 43 2 D1 − − = Aplicando Laplace na coluna 1, temos: 2 1 43 (-1)0 6 5 43 (-1))2( 65 21 (-1)2D 31 31 21 21 11 11 CofatorA 13 a CofatorA 12 a )11cofator(A 11 a 1 − + − −+= +++ 0 6 5 43 2 65 21 2D1 + − += 2(38)2(-4)20)2(1810)-2(6D1 +=++= 68768D1 =+−= 5. Regra de Sarrus Dispositivo prático para calcular o determinante de − a 3 ordem. Exemplo 1: Calcular o seguinte determinante através da Regra de Sarrus. D= 333231 232221 131211 aaa aaa aaa Solução: − a 1 Passo: Repetir a duas primeiras colunas ao lado da − a 3 : 32 22 12 31 21 11 333231 232221 131211 a a a a a a aaa aaa aaa − a 2 Passo: Encontrar a soma do produto dos elementos da diagonal principal com os dois produtos obtidos com os elementos das paralelas a essa diagonal. OBS.: A soma deve ser precedida do sinal positivo, ou seja: ( )322113312312332211 aaaaaaaaa +++= − a 3 Passo: Encontrar a soma do produto dos elementos da diagonal secundária com os dois produtos obtidos com os elementos das paralelas a essa diagonal. OBS.: A soma deve ser precedida do sinal negativo, ou seja: ( )332112322311312213 aaaaaaaaa ++− Assim: ( )332112322311312213 aaaaaaaaaD ++−= ( )322113312312332211 aaaaaaaaa +++ OBS.: Se desenvolvêssemos esse mesmo determinante de − a 3 ordem com o auxílio do teorema de Laplace, veríamos que as expressões são idênticas, pois representam o mesmo número real. Exemplo 2: Calcular o valor do seguinte determinante: ( ) ( ) 47242381821283 2 1 3 3- 4 2 1 2 3 2 1 4 13 2 D1 −=−−=−−+++−= = − − = Exercícios de fixação_ Determinantes 1_(UFRGS) Se A = [ 5 0 0 1 ]é uma matriz 2x2 e detA = 5, então o valor de det 2A é: A) 5 B) 10 C) 20 D) 25 E) 40 2_ Calcule a equação | 𝑋 4 1 2 | = 3𝑋 − 5. A) 1. B) -1. C) -1/5. D) 0. E) 7/8 3) O valor de x na equação a seguir é a) - 3 b) 3 c) 2 d) 1 e) 0 4)(Fuvest- SP) O valor de é : a) 0 b)20 c)30 d)40 e)50 5) (UNIBAHIA) Considerando a matriz e det(A)=4, pode-se afirmar que o valor de x é igual a: A) 3. B) -3. C) -1. D) 1. E) 2. 6) 7)Unicap – PE Calcule o valor de x, a fim de que o determinante da matriz A seja nulo. A) -13 B) -6 C) 6 D) 13 9) (PUC) O co-fator do elemento a23 da matriz A = é: a)2 b)1 c)-1 d)-2 e)-3 a) -4 b) -2 c) 0 d) 1 e) 1131 Sistemas Lineares Equação linear: Chamaremos de equação linear toda equação do tipo: Chamaremos: • : coeficientes reais, não todos nulos • : são as incógnitas • : termo independente Se o termo independente for igual a zero , a equação recebe um nome específico: equação linear homogênea. Sistemas lineares Chama-se sistema linear a n incógnitas um conjunto de duas ou mais equações lineares com n incógnitas. Exemplos a) 2x + 3y = 7 x – y = 1 Sistema linear de duas equações e duas incógnitas, onde x e y são as incógnitas e 7 e 1 são os termos independentes. b) 3x + y – 4 z= - 7 x – 2y + 3z = 3 2x – y + 4z = 12 Sistema linear de três equações e três incógnitas, onde x , y e z são as incógnitas e – 7, 3 e 12 são os termos independentes. Genericamente, um sistema linear de m equações com n incógnitas, também indicado por sistema linear m x n( lê-se: “m por n”), é representado por um conjunto de equações lineares do tipo: Solução de um sistema linear Uma solução de um sistema linear é um conjunto de valores que satisfaz ao mesmo tempo todas as equações do sistema linear. Exemplo: Para o sistema 2x + 3y = 7 x – y = 1 os valores que satisfazem as duas equações são x = 2 e y = 1. Logo a solução do sistema é o par ordenado (2,1) Sistema linear homogêneo Um sistema linear homogêneo é um sistema composto apenas por equações lineares homogêneas, ou seja, são sistemas onde todas as equações tem termo independente igual a zero. Todo sistema linear homogêneo admite pelo menos uma solução: a solução nula , também chamada de solução trivial. Obviamente, o sistema pode admitir também outras soluções, além da trivial. Temos dois métodos bastante práticos para obter o conjunto verdade de um sistema e facilitar a resolução de sistemas: a regra de Cramer e o escalonamento. Regra de Cramer Pelo teorema de Cramer, se um sistema linear apresenta o número de equações igual ao número de incógnitas e determinante diferente de zero, então as incógnitas são calculadas por: Os valores de Dx, Dy e Dz são encontrados substituindo a coluna de interesse pelos termos independentes da matriz. Uma das maneiras de calcular o determinante de uma matriz é utilizando a regra de Sarrus: Para aplicar a regra de Cramer o determinante deve ser diferente de zero e, desta forma, apresentar uma solução única. Caso seja igual a zero, temos um sistema indeterminado ou impossível. Portanto, de acordo com a resposta obtida no cálculo do determinante, um sistema linear pode ser classificado em: • Determinado, pois possui uma solução única; • Indeterminado, pois possui infinitas soluções; • Impossível, pois não apresenta soluções. Obs: sistemas homogêneos NUNCA serão SI, pois sempre admitirão pelo menos a solução nula. Exercício resolvido: método de Cramer para sistema 2x2 Observe o sistema a seguir com duas equações e duas incógnitas. 1º passo: calcular o determinante da matriz de coeficientes. 2º passo: calcular Dx substituindo os coeficientes da primeira coluna pelos termos independentes. 3º passo: calcular Dy substituindo os coeficientes da segunda coluna pelos termos independentes. 4º passo: calcular o valor das incógnitas pela regra de Cramer. Portanto, x = 2 e y = - 3. Confira um resumo completo sobre Matrizes. Exercício resolvido: método de Cramer para sistema 3x3 O sistema a seguir apresenta trêsequações e três incógnitas. 1º passo: calcular o determinante da matriz de coeficientes. Para isto, primeiramente, escrevemos os elementos das duas primeiras colunas ao lado da matriz. Agora, multiplicamos os elementos das diagonais principais e somamos os resultados. Seguimos multiplicando os elementos das diagonais secundárias e invertemos o sinal do resultado. Posteriormente, juntamos os termos e resolvemos as operações de adição e subtração para obter o determinante. https://www.todamateria.com.br/matrizes-resumo/ 2º passo: substituir os termos independentes na primeira coluna da matriz e calcular Dx. Calculamos Dx da mesma maneira que encontramos o determinante da matriz. 3º passo: substituir os termos independentes na segunda coluna da matriz e calcular Dy. 4º passo: substituir os termos independentes na terceira coluna da matriz e calcular Dz. 5º passo: aplicar a regra de Cramer e calcular o valor das incógnitas. Portanto, x = 1; y = 2 e z = 3 Escalonamento O sistema de escalonamento consiste em levar o sistema a um formato de “escada”, ou seja, de equação para equação, no sentido de cima para baixo, há um aumento dos coeficientes nulos da esquerda para a direita. Para isso, podemos realizar à vontade ações que não alteram a solução do sistema: • trocar equações de posição; • multiplicar uma equação por um número real qualquer; • substituir equações pelo resultado da soma ou subtração dela mesma com outra equação do sistema. Observações importantes • Se, ao escalonarmos um sistema, chegarmos a alguma equação do tipo , esta equação deverá ser eliminada do sistema. • Se, ao escalonarmos um sistema, chegarmos a alguma equação do tipo , com , o sistema será impossível, pois não há valor que multiplicado por zero resulte em um número diferente de zero. Exemplos de resolução por escalonamento: Vamos então aplicar a técnica do escalonamento, considerando dois tipos de sistema: I. O número de equações é igual ao número de incógnitas (m=n) Exemplo 1: 1ºpasso: Anulamos todos os coeficientes da 1ª incógnita a partir da 2ª equação, aplicando as propriedades dos sistemas equivalentes: • Trocamos de posição a 1ª equação com a 2ª equação, de modo que o 1º coeficiente de x seja igual a 1. • Trocamos a 2ª equação pela soma da 1ª equação, multiplicada por -2, com a 2ª equação: • Trocamos a 3ª equação pela soma da 1ª equação, multiplicada por -3, com a 3ª equação: 2º passo: Anulamos os coeficientes da 2ª incógnita a partir da 3ª equação: • Trocamos a 3ª equação pela soma da 2ª equação, multiplicada por -1, com a 3ª equação: Agora o sistema está escalonado e podemos resolvê-lo. -2z=-6 z=3 Substituindo z=3 em (II): -7y - 3(3)= -2 -7y - 9 = -2 y=-1 Substituindo z=3 e y=-1 em (I): x + 2(-1) + 3= 3 x=2 Então, x=2, y=-1 e z=3 Exemplo 2: 1º passo: Anulamos todos os coeficientes da 1ª incógnita a partir da 2ª equação: • Trocamos a 2ª equação pela soma do produto da 1ª equação por -2 com a 2ª equação: • Trocamos a 3ª equação pela soma do produto da 1ª equação por -3 com a 3ª equação: 2º passo: Anulamos os coeficientes da 2ª incógnita, a partir da 3ª equação: • Trocamos a 3ª equação pela soma do produto da 2ª equação por -1 com a 3ª equação: Dessa forma, o sistema está escalonando. Como não existe valor real de z tal que 0z=-2, o sistema é impossível. Exercícios de fixação - sistemas lineares 1) A solução do sistema linear é =++ =++ =++ 18325 6 1132 zyx zyx zyx a)(3,1,2) b) (1,2,3) c) (2,1,3) d) n.d.a 2) Se o sistema linear a seguir, é impossível, =−+ =+− =++ 232 032 1 zyx zyx zyax então: a) a = 0 b) a = -14/3 c) a = 3/4 d) a = 1 e) a = 28 3) Perguntado sobre a idade de seu filho Júnior, José respondeu o seguinte: "Minha idade quando somada à idade de Júnior é igual a 47 anos; e quando somada à idade de Maria é igual a 78 anos. As idades de Maria e Júnior somam 39 anos." Qual a idade de Júnior? a) 2 anos b) 3 anos c) 4 anos d) 5 anos e) 10 anos 4) (PUCCAMP) Um certo número de alunos fazia prova em uma sala. Em um dado momento, retiraram-se da sala 15 moças, ficando o número de rapazes igual ao dobro do número de moças. Em seguida, retiraram-se 31 rapazes, ficando na sala igual ao número de moças e rapazes. O total de alunos que fazia prova nessa sala era a) 96 b) 98 c) 108 d) 116 e) 128 5) Seja o sistema −=++− =+− =−+ 2 52 032 321 321 321 1 xxx xxx xxx :S . Verifique se (2, -1, 1) e (0,0,0) são soluções de S a) não; não b)não; sim c)sim; sim d)sim; não 6) Seja o sistema: +=− −=+ 32 93 2 kyx kyx . Calcule k para que o sistema seja homogêneo. a)k = -3 b)k = 0 c)k = 3 d) n.d.a 7) A solução do sistema a seguir. −=− =+ 432 52 yx yx a)(3,2) b)(2,3) c)(2,1) d)(1,2) 8) Calcule os valores de x, y e z nos sistemas: =−− =−− =−+ 03 05 010 zy zx yx a)(6,4,1) b)(4,6,1) c)(1,4,6) d)(-6,-4,1) 9) Resolva as equações matriciais: − = − 13 9 31 12 y x . A) X = -2 E Y = 5 B) X = 2 E Y - -5 C) X=2 E Y = 5 D) X=2 E Y= -5 10) Qual é a classificação do sistema 3x + 4y = 8 6x + 8y = 7 a) SPD b) SPI c) SI d)n.d.a
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