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Métodos Quantitativos Matemáticos Professor Me. Luciano Xavier de Azevedo Diretor Geral Gilmar de Oliveira Diretor de Ensino e Pós-graduação Daniel de Lima Diretor Administrativo Eduardo Santini Coordenador NEAD - Núcleo de Educação a Distância Jorge Van Dal Coordenador do Núcleo de Pesquisa Victor Biazon Secretário Acadêmico Tiago Pereira da Silva Projeto Gráfico e Editoração André Oliveira Vaz Revisão Textual Kauê Berto Web Designer Thiago Azenha UNIFATECIE Unidade 1 Rua Getúlio Vargas, 333, Centro, Paranavaí-PR (44) 3045 9898 UNIFATECIE Unidade 2 Rua Candido Berthier Fortes, 2177, Centro Paranavaí-PR (44) 3045 9898 UNIFATECIE Unidade 3 Rua Pernambuco, 1.169, Centro, Paranavaí-PR (44) 3045 9898 UNIFATECIE Unidade 4 BR-376 , km 102, Saída para Nova Londrina Paranavaí-PR (44) 3045 9898 www.unifatecie.edu.br As imagens utilizadas neste livro foram obtidas a partir do site ShutterStock FICHA CATALOGRÁFICA CENTRO UNIVERSITÁRIO UNIFATECIE. Credenciado pela Portaria N.º 527 de 10 de junho de 2020, publicada no D.O.U. em 15 de junho de 2020. Núcleo de Educação a Distância; AZEVEDO, Luciano Xavier de. Métodos Quantitativos Matemáticos. Luciano. Xavier de Azevedo. Paranavaí - PR.: UniFatecie, 2020. 115 p. Ficha catalográfica elaborada pela bibliotecária Zineide Pereira dos Santos. AUTOR Professor Me. Luciano Xavier de Azevedo ● Mestre em Matemática pela UEM (Universidade Estadual de Maringá). ● Especialista em Engenharia de Produção (Unicesumar). ● Licenciado em Matemática pela UNOESTE (Universidade do Oeste Paulista). ● Docente no curso de Matemática (Formador) – UniCesumar. ● Docente no Departamento de Matemática – DMA/UEM ● Docente na Fatecie Premium. ● Docente no Colégio Anglo. ● Docente no Colégio Paraná. Ampla experiência com professor, mais de 20 anos. Atuou em todas as esferas educacionais, ensino fundamental, médio e superior. É autor de materiais para educação a distância, cursinhos pré-vestibulares, ensino médio e programas de avaliação seriada. APRESENTAÇÃO DO MATERIAL Seja muito bem-vindo(a)! Prezado(a) aluno(a), desenvolver habilidades matemáticas pode abrir novos hori- zontes, pois a matemática é importante para análise, tomada de decisões e projeções em uma organização. Então, vemos uma crescente por busca de profissionais que têm base para processos decisórios nas mais diversas áreas. É com muito prazer que apresento a você, aluno(a), este material. Nele aborda- remos conceitos relacionados a Métodos Quantitativos Matemáticos. Mas o que são tais métodos? São ferramentas que dão suporte para aplicações matemáticas em modelagem em diversas ciências, como economia, física, biologia, dentre outras. Escrevi este material com o objetivo de aumentar os níveis de autoconfiança e criar mecanismos para que você possa interagir com a matemática. O material está distribuído em quatro unidades, em que buscamos conceitos ele- mentares dentro da matemática. Acreditamos que você, depois deste curso, terá capacidade de abordar temas como teoria dos conjuntos e funções em seu dia-a-dia. Na Unidade I trataremos de matemática básica e conjuntos numéricos. Essa unidade ira trazer uma abordagem de conceitos elementares que, como o próprio nome diz, é base para vários assuntos dentro das outras unidades. Na Unidade II abordaremos relações e funções, que são ferramentas com grande uso em modelagem matemática. Na Unidade III continuaremos tratando de funções, mas um caso particular, uma família de funções chamadas funções polinomiais, esta com uma gama de aplicações gigantesca. Por fim, na Unidade IV, as chamadas funções modulares e exponenciais, essa última usada em vários conceitos econômicos. Espero que você aproveite ao máximo este material que foi confeccionado com muito carinho e dedicação. Convido você para, junto conosco, percorrer esta jornada de conhecimento e multiplicar os conhecimentos sobre tantos assuntos abordados em nosso material. Esperamos contribuir para seu crescimento pessoal e profissional. Muito obrigado e bom estudo! SUMÁRIO UNIDADE I ...................................................................................................... 6 Matemática Básica e Conjuntos Numéricos UNIDADE II ................................................................................................... 37 Relações e Funções UNIDADE III .................................................................................................. 72 Funções Polinomiais UNIDADE IV .................................................................................................. 92 Função Modular e Exponencial 6 Plano de Estudo: • Expressões Numéricas. • Regra de três. • Porcentagem. • Equações. • Teoria dos conjuntos. • Operações envolvendo conjuntos. • Resolução de problemas envolvendo conjuntos. • Conjuntos numéricos Objetivos de aprendizagem: • Desenvolver mecanismos para resolver expressões numéricas. • Conceituar e contextualizar conceitos elementares de Matemática. • Desenvolver habilidades para resolução de problemas envolvendo regra de três. • Compreender e interpretar situações que envolvem casos de porcentagens. • Diferenciar e resolver tipos de equações, em especial equações do primeiro e segundo grau. • Compreender e diferenciar os tipos de conjuntos. • Compreender a noção de subconjunto de um conjunto. • Conhecer e exercitar as diferentes operações entre conjuntos. • Diferenciar os tipos de conjuntos numéricos. UNIDADE I Matemática Básica e Conjuntos Numéricos Professor Mestre Luciano Xavier de Azevedo 7UNIDADE I Matemática Básica e Conjuntos Numéricos INTRODUÇÃO Caro(a) aluno(a), seja bem-vindo à primeira unidade de nosso material. A Matemática é uma ciência essencial à vida do ser humano. Napoleão disse: “o progresso de um povo depende, exclusivamente, do desenvolvimento da matemática”. A Matemática é a base para todas as ciências e artes, por envolver conceitos necessários e fundamentais dentro da matemática. Os conteúdos apresentados na primeira parte desta unidade serão chamados de Matemática Básica, que não é restrita apenas às operações de soma, subtração, multi- plicação e divisão, como muita gente pensa, tem muito mais. Em um segundo momento, apresentaremos os Conjuntos Numéricos, que são as classificações para os números conforme sua natureza. O que faremos nesta unidade é focar em conteúdos específicos de álgebra que são essenciais para o bom desenvolvimento dos métodos quantitativos matemáticos. Tratare- mos das expressões numéricas que são ferramentas importantes pelo fato de indicarem organização de operações. Depois você irá trabalhar com regra de três, famosa conhecida desde o ensino fundamental. Ela tem o intuito de trabalhar com grandezas diretas e inver- sas. Ainda nesta unidade falaremos sobre um conceito que está presente, de forma frequente, em nosso dia a dia: as porcentagens. Você irá aprender como fazer o cálculo deste conceito. Outro assunto importante abordado nesta unidade são as equações, no momento, do primeiro e segundo grau. Iremos abordar resoluções para essas equações e também iremos analisar alguns problemas referentes a elas. Por fim, entraremos na teoria dos conjuntos. Faremos um “passeio” sobre esse assunto que é a base de vários concei- tos dentro da matemática. Iremos abordar tipos de conjuntos e as classificações para os números, naturais, inteiros, racionais, irracionais e reais, que são chamados de conjuntos numéricos. Aproveite ao máximo seus estudos. Vamos lá então! 1 EXPRESSÕES NUMÉRICAS Você deve ter ouvido falar muito em Expressões Numéricas, mas o que é isso? A resposta é simples, são sequências de operações que são ordenadas, ou seja, devem ser realizadas respeitando determinada ordem. Para indicar essa ordem, é comum usarmos símbolos de separação de operações. Esses símbolos são parênteses, colchetese chaves. Para resolver uma expressão numérica devemos seguir uma ordem de resolução, tanto em relação aos símbolos de separação quanto à ordem das operações. A ordem é essa: Quanto os símbolos separadores: 1. Eliminar os parênteses. 2. Eliminar os colchetes. 3. Eliminar as chaves. Quanto às operações: 1. Efetuar potenciação e radiciação. 2. Efetuar multiplicação e divisão. 3. Efetuar adição e subtração. Ao se resolver a expressão, se você notar mais de uma operação com prioridade, então se deve começar com aquela que aparece primeiro. 8UNIDADE I Matemática Básica e Conjuntos Numéricos Exemplo resolvido: Determine o valor da expressão E = 396 : {2.[ 26 – 5.(2 + 3)2]} . Resolução: Note que, pela ordem de prioridade, devemos resolver a soma dentro parênteses. Desta forma temos E = 396 : {2.[ 26 – 5.(5)2]}. Como só temos um elemento dentro dos parênteses podemos eliminá-lo fazendo a potência: E = 396 : {2.[ 26 – 5.25]} . Agora, iremos trabalhar os colchetes, dentro temos uma operação prioritária, que é multiplicação, em seguida faremos a subtração. Então E = 396 : {2.[26 – 125]} . E = 396 : {2.[– 99]} . Ficamos com apenas um elemento dentro dos colchetes. Agora podemos calcular usando o produto por dois. E = 396 : {–198} . Como agora temos apenas um elemento dentro das chaves podemos eliminá-las, assim E = – 2. 9UNIDADE I Matemática Básica e Conjuntos Numéricos 2 REGRA DE TRÊS Regra de três é um assunto que você já deve ter ouvido falar muito. Mas o que é isso? São problemas que apresentam grandezas relacionadas, tanto diretamente quanto inversamente proporcionais. Temos duas situações a considerar, a primeira chamada simples e a segunda, composta. Vamos conhecer cada uma delas. Regra de três simples é um processo prático para resolver problemas que envolvam quatro valores dos quais conhecemos três deles. Devemos, portanto, determinar um valor a partir dos três já conhecidos. Regra de três composta é utilizada em problemas com mais de duas grandezas. Exemplos resolvidos: 01. Para percorrer certo trajeto, um carro, à velocidade de 60km/h, faz certo percurso em 4 horas. Se a velocidade desse carro fosse de 80km/h, em quantas horas seria feito o mesmo percurso? Resolução: Observe que a velocidade e o tempo são grandezas inversamente proporcionais, ou seja, quanto maior a velocidade, menor o tempo, ele diminui em razão inversa. Então podemos nos guiar pelo esquema de flechas, informando que sentidos iguais nos informam que as grandezas são diretas e sentidos opostos, grandezas inversas: 10UNIDADE I Matemática Básica e Conjuntos Numéricos Assim Logo o tempo que ele irá gastar é 3 horas. 02. A construtora ALEGRIA está trabalhando fazendo a terraplanagem de um grande terreno. Como o terreno era desnivelado, ela pretendia colocar 20 caminhões idênticos para transportar 160m3 de terra em 8 horas, o que seria suficiente para o serviço. Mas o engenheiro recalculou e verificou que serão necessários descarregar apenas 125m3. Por questão de logística, os caminhões irão trabalhar apenas 5 horas. Nessas condições, quantos caminhões serão necessários? Resolução. Devemos analisar as grandezas número de caminhões com horas e também com volume de forma separada. Observamos que aumentando o número de horas de trabalho, podemos diminuir o número de caminhões, logo temos grandezas inversamente proporcionais. Agora, aumentando o volume devemos ter mais caminhões, então temos grandezas diretamente proporcionais. Guiando-nos pelo esquema de flechas: Concluímos que serão necessários 25 caminhões. 11UNIDADE I Matemática Básica e Conjuntos Numéricos 3 PORCENTAGEM Você provavelmente deve ouvir essa palavra quase todo dia: porcentagem. Ela origina-se do latim per centum, que significa por cem ou “por cento”, ou seja, é uma razão cujo denominador é 100. Usamos o símbolo % para representar porcentagem, assim quando dizemos x% estamos indicando a fração 100 x . Isso significa que dividimos algo em 100 partes e tomamos x dessas partes. 100 x%x = Para representarmos porcentagem podemos usar uma fração centesimal (denominador igual a cem) ou um número decimal. A seguir estão algumas representações que são equivalentes. 08,0 100 8%8 == 57,0 100 57%57 == 32,1 100 132%132 == 12UNIDADE I Matemática Básica e Conjuntos Numéricos A porcentagem é vastamente utilizada no mercado financeiro, sendo aplicada para capitalizar empréstimos e aplicações, expressar índices inflacionários e deflacionários, descontos, aumentos, taxas de juros, entre outros. Exemplos resolvidos. 01. Uma loja fez um anúncio de uma promoção, indicando que estava dando descontos de até 60%. Uma pessoa que nela fosse comprar uma calça que antes da promoção custava R$ 90,00, e na liquidação estava com desconto máximo, levaria a calça por qual valor? Resolução: Devemos calcular o desconto que essa calça tem. Para se obter 60% de R$ 90,00 uma forma é dividir o valor em reais por 100 e multiplicar por 60. Assim R$90,00:100 = 0,9.60 = R$54,00. Logo o desconto será de R$ 54,00 e ela pagará R$ 90,00 – R$ 54,00 = R$ 36,00. 02. Descontos sucessivos de 12% e 20%, correspondem a desconto único de quanto? Resolução: Se um artigo tem desconto de 12% então estaremos pagando 100% – 12% = 88%, de mesma forma, se houver um desconto de 20% então a fração correspondente a ser paga é 100% – 20% = 80%. Uma forma de se calcular os descontos sucessivos é multiplicar esses valores. 88 100 . 80 100 = 7040 10000 = 70,4 100 = 70,4% Logo, esses dois descontos sucessivos correspondem a um desconto único de 100% – 70,4% = 29,6% 13UNIDADE I Matemática Básica e Conjuntos Numéricos 4 EQUAÇÃO Dizemos que uma igualdade entre duas expressões matemáticas que se verifica para determinados valores das variáveis é chamada de equação. Resolver uma equação é determinar quais os valores satisfazem determinadas condições indicadas na equação. Esses valores são chamados de raízes da equação. Ao conjunto de todas as soluções de uma equação é chamado de conjunto solução. Por exemplo, o número 3 é solução da equação 4x – 3 = 3x, pois a igualdade é verificada quando se substitui x por 3, note 4.3 – 3 = 3.3. 4.1 Equações do 1º Grau Caro(a) aluno(a), neste tópico iremos discutir conceitos envolvidos em equações do 1º grau, em especial a sua resolução. Mas, afinal, o que é uma equação do primeiro grau? Uma equação do primeiro grau é toda igualdade do tipo ax + b = 0, com a e b ∈ R e a ≠ 0, sendo x um número real a ser determinado, chamado de incógnita. O problema fundamental das equações é a determinação de suas raízes, isto é, determinar a solução da equação. Assim, poderíamos nos perguntar: uma equação tem solução, isto é, tem raízes? Quantas são as raízes? Como determinar essas raízes da 14UNIDADE I Matemática Básica e Conjuntos Numéricos equação? Para obter as raízes de uma equação do tipo ax + b = 0, com a e b ∈ R e a ≠ 0, existem vários métodos. Propriedades: Aditiva: somar ou subtrair um número nos dois membros de uma equação, encontrando outra equivalente. Multiplicativa: multiplicar ou dividir por um número não nulo nos dois membros de uma equação, encontrando outra equivalente. Exemplo resolvido Resolver cada uma das equações: a) 5x – 12 = 8 b) 3x – 10 = 2x + 8 Resolução: a) As operações aditiva e multiplicativa podem ser substituídas pelo processo de isolar o valor de x, observe: Podemos “levar” o – 12 para o segundo membro invertendo a operação, daí: 5x = 8 + 12 5x = 20 Agora, como o valor 5 está multiplicando o valor de x então “transferimos” o 5 para o outro membro invertendo a operação: Logo: 4x 5 20 x == b) Pode-se usar o método aplicado em a), mas faremospelo processo aditivo e multiplicativo. Para obtermos a solução dessa equação devemos somar 10 a cada um de seus membros: 3x – 10 + 10 = 2x + 8 + 10 3x = 2x + 18 Ainda podemos somar –2x em ambos os membros: 3x + (–2x) = 2x + (–2x) + 18 x = 18 Logo, x = 18. Podemos então indicar o conjunto solução S = {18}. 15UNIDADE I Matemática Básica e Conjuntos Numéricos 4.2 Equações do 2º Grau Caro(a) aluno(a), agora você terá contato com um tipo de equação particular, as equações chamadas de equações polinomiais do segundo grau ou equação quadrática. Nós iremos apresentar a você um método de resolução conhecido como Bhaskara. Antes desse método, iremos indicar as equações incompletas que também podem ser resolvidas como o método citado, mas existe a possibilidade de diminuir esforços e tempo na resolução. Vamos então para a definição: Uma equação de segundo grau ou quadrática com coeficientes a, b e c é a equação na forma completa representada por: ax2 + bx + c = 0 a, b e c ∈ R e a ≠ 0 e x a incógnita a ser determinada. Observe que a é o coeficiente que acompanha o x2, o coeficiente b acompanha o x e o c é o termo independente da equação. Não se esqueça de atentar a esses fatores, pois são essenciais para resolver uma equação do 2º grau. Observe as equações a seguir: a) 3x2 – 7x + 9 = 0 é uma equação do 2º grau, com a = 3, b = –7 e c = 9. b) –2x2 – x – 1 = 0 é uma equação do 2º grau, com a = –2, b = –1 e c = –1. c) 9x2 – 12x = 0 é uma equação do 2º grau, com a = 9, b = –12 e c = 0. Considere a equação do segundo grau ax2 + bx + c = 0, com a ≠ 0. Para obtermos sua solução, um dos processos que pode ser usado é a fórmula resolutiva de Bhaskara: 2a b 2a 4ac b bx 2 − = −− = Note que usamos ∆ = b2 – 4ac. Esse valor é chamado de delta. Então, conforme temos a, b e c esse valor pode variar o sinal. Acompanhe: 1. Se ∆ > 0, então existem duas raízes reais distintas, pois √∆ representa um número real positivo. 2. Se ∆ = 0 então as duas raízes são iguais, uma vez que √∆ é igual a zero. 3. Se ∆ < 0 então não existem raízes reais, pois √∆ não representa um número real. Exemplo resolvido: 01. Considere a equação dada por x2 – 5x + 6 = 0. Determine, se houver, as raízes dessa equação. 16UNIDADE I Matemática Básica e Conjuntos Numéricos Resolução: Comparando a sentença da equação como ax2 + bx + c = 0 temos a = 1, b = –5 e c = 6. Para obtermos, se houver, raízes, usaremos o processo de Bhaskara, assim: 2 15x 1.2 1)5(x 12425 6.1.4)5( 2 = −− = =−= −−= Logo x1 = 2 e x2 = 3. 02. Calcule o valor de m para que a equação do segundo grau x2 – 4x + m = 0 tenha uma única raiz. Resolução: Para que a equação quadrática tenha uma única raiz real devemos ter seu discriminante, delta, igual a zero. Usando a = 1, b = – 4 e c = m temos = (–4)2 – 4.1.m = 0 16 – 4m = 0 m = 4 4.3 Sistemas de Equações do Primeiro Grau Em várias situações encontradas nas descrições matemáticas de fenômenos físicos nos deparamos com a necessidade da solução simultânea de um conjunto de equações. Esses conjuntos apresentam m equações com n incógnitas. A esse conjunto de equações daremos o nome de sistemas. Iremos discutir sistemas lineares de segunda ordem, que são aqueles casos que apresentam duas incógnitas e duas equações. Se um sistema está com as incógnitas x e y, nesta ordem, representamos a solução por S = {(x,y)}. Existem vários métodos para encontrarmos a solução de um sistema linear de ordem dois, aqui apresentaremos o método de adição. Caro(a) aluno(a), este método consiste em somar as equações do sistema, buscando obter uma equação com apenas uma incógnita. Em vários casos ocorrerá a necessidade de multiplicarmos uma ou mais equações por um número de forma conveniente, de modo que uma incógnita tenha coeficientes opostos nas duas equações. Exemplo resolvido: Determine a solução do sistema =+ −=− 1745 323 yx yx . 17UNIDADE I Matemática Básica e Conjuntos Numéricos Resolução: Pelo método de adição devemos obter equações equivalente à do sistema de forma que possamos somar essas equações e, assim, obtermos uma incógnita. Neste caso, se optarmos em obter o valor de x podemos multiplicar a primeira equação por 2. =+ −=− 1745 646 yx yx Agora, somando essas duas equações temos que: 1111 1745 646 = =+ −=− x yx yx Desta forma temos 11 11 =x . Logo, x = 1. Para obtermos o valor de y devemos escolher uma das equações e substituir x = 1, escolheremos a segunda, 1745 =+ yx . Desta forma: 3 4 12 124 5174 1745 1741.5 == = −= =+ =+ yy y y y y Concluímos que a solução do sistema é S = {(1, 3)}. 18UNIDADE I Matemática Básica e Conjuntos Numéricos 5 INEQUAÇÕES Chamamos de desigualdade uma expressão que estabelece uma ordem entre elementos. No conjunto dos números reais, quando pretendemos indicar uma desigualdade usamos um dos símbolos: >, que significa maior que, <, que significa menor que, ≥ para representar maior ou igual a, e ≤ para menor ou igual a. Também podemos incluir o símbolo ≠ para representar diferente. Dados a, x e y, números reais, então a desigualdade tem como propriedades (< e > podem ser substituídos por ≤ e por ≥): 1. x > y ⇒ x + a > y + a 2. x > y ⇒ x – a > y – a 3. a > 0 ⇒ x > y então ax > ay 4. a < 0 ⇒ x > y então ax < ay Ainda, damos o nome de inequação à desigualdade literal que é satisfeita por valores específicos para suas incógnitas. Pode também ser definida como uma sentença matemática expressas por um dos sinais de desigualdade, fato que a faz diferenciar-se da equação que representa relações de equivalência. As inequações são usadas em 19UNIDADE I Matemática Básica e Conjuntos Numéricos experiências, estatísticas, análise de dados e comparações, ela serve de recurso da linguagem para organizar problemas. Determinar a solução de uma inequação é obter os valores das incógnitas que satisfazem a desigualdade, tornando-a, assim, uma expressão numérica. Iremos trabalhar, nas unidades seguintes desse material vários tipos de inequações. Exemplos: 01. As expressões 2x + 9 > 0, x2 – 8x ≤ 0, 6x + 7 ≤ 0 são inequações. 02. A figura a seguir mostra uma balança ao final de uma pesagem. Em cada um dos pratos, há um peso de valor conhecido e esferas de peso x, todos representados na mesma unidade de medida. Podemos expressar a situação através da inequação 3x + 5 > 2x + 8. 20UNIDADE I Matemática Básica e Conjuntos Numéricos 6 TEORIA DOS CONJUNTOS Um conceito importante em Matemática é a Teoria dos Conjuntos. No seu dia a dia se depara com vários conjuntos, a nossa família, os habitantes de uma cidade dentre outros, então como você definiria um conjunto? Conjunto é um ente primitivo, ou seja, um conceito aceito sem definição formal. Então você deve continuar com a ideia formada de coleção e para fixarmos bem, observe os exemplos: a) Os dias da semana formam um conjunto. Sábado é um dia da semana, logo dizemos que ele é um elemento desse conjunto. b) O Brasil é constituído de 26 estados. São Paulo é um deles. Logo São Paulo é um elemento que pertence a esse conjunto. c) Saturno tem várias Luas. Essas Luas formam um conjunto e Titãs pertence a esse conjunto. Evidente que em seu pensamento deve pendurar “qualquer tipo de elemento tem possibilidade de ser reunido em um conjunto”. Você está correto! Faremos uma análise à Teoria dos Conjuntos, ela é aplicada na maioria das vezes a elementos que são relevantes a algum estudo para a matemática ou alguma outra ciência. 21UNIDADE I Matemática Básica e Conjuntos Numéricos 6.1 Conjunto Unitário e Conjunto Vazio Um conjunto caracterizado por possuir apenas um elemento é chamado de conjunto unitário. Por exemplo,o conjunto A = {x/x é dia da semana que começa com a letra D} só tem um elemento. Se um conjunto não possui nenhum elemento ele é chamado de conjunto vazio. O conjunto B = {x/x é mês do ano que começa com T} é um exemplo de conjunto sem elementos, logo, é um conjunto vazio. A sua representação pode ser feita utilizando duas simbologias: { } ou Ø. 6.2 Relação de pertinência e de inclusão Quando um elemento x faz parte do conjunto A, dizemos que ele pertence ao conjunto A, indicamos essa relação por x ∈ A. De forma contrária, quando o elemento não faz parte de A, dizemos que ele não pertence a A, então indicamos por x ∉ A. Exemplo. Sejam o conjunto A = {0, 2, 4, 8} temos que 4 ∈ A e 7 ∉ A. Um conjunto A é subconjunto de B, se e só se, todo elemento que pertence a A pertence a B. A ⊂ B → lê-se A está contido em B (relação de inclusão). Exemplo. Seja B o conjunto formado por todos os estados do Brasil. Consideremos S o conjunto dos estados da região Sul do Brasil, que é composta por Paraná, Santa Catarina e Rio Grande do Sul. Então, podemos dizer que o conjunto S é subconjunto de B, pelo fato de todos os seus elementos também pertencerem a B. Figura 1 - Divisão dos estados brasileiros Fonte: pixabay.com/pt/vectors/mapa-mapa-do-brasil-divis%C3%A3o-estados-3716232/ 22UNIDADE I Matemática Básica e Conjuntos Numéricos Observações: • ∅ ⊂ A, ∀ A. • A ⊂ A, ∀ A. • Dois conjuntos são iguais A = B, se e só se, A ⊂ B e B ⊂ A. • A ⊃ B, significa A contém B. • A B e C D significa, respectivamente, A não está contido em B e C não contém D. 23UNIDADE I Matemática Básica e Conjuntos Numéricos 7 OPERAÇÕES COM CONJUNTOS Até agora comentamos algumas indicações e alguns tipos de conjuntos. Quando falamos de operações logo nos vem à mente a adição, subtração, divisão, multiplicação entre números. Os conjuntos também têm sua álgebra, é possível operá-los. Iremos estudar as principais operações com conjuntos e saber como aplicá-las. Essas operações são conhecidas como: União de conjuntos, Interseção de conjuntos, Diferença de conjuntos, Complementar de conjuntos. O jogo de futebol representa uma operação entre dois conjuntos. 7.1 União ou Reunião entre Conjuntos Chamamos de união entre os conjuntos A e B um conjunto gerado pelo agrupamento de todos os elementos do conjunto A com todos os elementos do conjunto B, ou seja, a união de A com B é o conjunto formado por todos os elementos pertencentes a A ou a B. Simbolicamente representamos a União entre dois conjuntos A e B, pelo símbolo 𝐴𝐴 ∪ 𝐵𝐵, e definimos da seguinte maneira: 𝐴𝐴 ∪ 𝐵𝐵 = {𝑥𝑥/𝑥𝑥 ∈ 𝐴𝐴 𝑜𝑜𝑜𝑜 𝑥𝑥 ∈ 𝐵𝐵} Preste atenção no cognitivo “ou” na definição, com sentido inclusivo, ele é o indicador da união (ou reunião) entre conjuntos. 24UNIDADE I Matemática Básica e Conjuntos Numéricos Exemplo: Seja A = {1, 2, 3, 7} e B = {3, 5, 7}, então 𝐴𝐴 ∪ 𝐵𝐵 = {1,2,3,5,7} . Podemos representar essa operação também através de um diagrama: Propriedades da União: Sejam A, B e C conjuntos quaisquer, temos: P1. 𝐴𝐴 ∪ 𝐵𝐵 = 𝐵𝐵 ∪ 𝐴𝐴 P2. (𝐴𝐴 ∪ 𝐵𝐵) ∪ 𝐶𝐶 = 𝐴𝐴 ∪ (𝐵𝐵 ∪ 𝐶𝐶) P3. 𝐴𝐴 ⊂ 𝐵𝐵 ⇔ 𝐴𝐴 ∪ 𝐵𝐵 = 𝐵𝐵 7.2 Intersecção entre Conjuntos Consideramos como Intersecção entre os conjuntos A e B, um conjunto gerado pelos elementos que aparecem simultaneamente entre eles, ou seja, a intersecção de A com B é o conjunto formado pelos elementos comuns a A e B. Simbolicamente representamos a União entre dois conjuntos A e B, pelo símbolo 𝐴𝐴 ∩ 𝐵𝐵, e definimos da seguinte maneira: 𝐴𝐴 ∩ 𝐵𝐵 = {𝑥𝑥/𝑥𝑥 ∈ 𝐴𝐴 𝑒𝑒 𝑥𝑥 ∈ 𝐵𝐵} O cognitivo “e” na definição, com sentido de simultaneidade, é o indicador da intersecção entre conjuntos, observe esse detalhe. Exemplo: Seja A = {1, 2, 3, 7} e B = { 3, 5, 7}, então 𝐴𝐴 ∩ 𝐵𝐵 = {3,7}. Como acontece com a União, podemos representar essa operação também por uma área hachurada em diagrama: Dois conjuntos A e B são chamados disjuntos se não tiverem nenhum elemento em comum. Em outras palavras, dois conjuntos são disjuntos se sua intersecção representar um conjunto vazio. Exemplo: Seja A = {1, 2, 3, 7} e B = { 5, 6, 8}, são disjuntos pois 𝐴𝐴 ∩ 𝐵𝐵 = ∅ . 25UNIDADE I Matemática Básica e Conjuntos Numéricos Propriedades da União: Sejam A, B e C conjuntos quaisquer, temos: P1. 𝐴𝐴 ∩ 𝐵𝐵 = 𝐵𝐵 ∩ 𝐴𝐴. P2. (𝐴𝐴 ∩ 𝐵𝐵) ∩ 𝐶𝐶 = 𝐴𝐴 ∩ (𝐵𝐵 ∩ 𝐶𝐶). P3. 𝐴𝐴 ⊂ 𝐵𝐵 ⇔ 𝐴𝐴 ∩ 𝐵𝐵 = 𝐴𝐴. Por consequência desta propriedade temos que 𝐴𝐴 ∩ 𝜙𝜙 = 𝜙𝜙 e 𝐴𝐴 ∩ 𝐴𝐴 = 𝐴𝐴. Além das propriedades anteriores, há duas propriedades que são importantes, elas envolvem operações de união e intersecção. P4. 𝐴𝐴 ∩ (𝐵𝐵 ∪ 𝐶𝐶) = (𝐴𝐴 ∩ 𝐵𝐵) ∪ (𝐴𝐴 ∩ 𝐶𝐶). P5. 𝐴𝐴 ∪ (𝐵𝐵 ∩ 𝐶𝐶) = (𝐴𝐴 ∪ 𝐵𝐵) ∩ (𝐴𝐴 ∪ 𝐶𝐶) Analisando as operações de União e Intersecção entre os conjuntos A e B, é fácil verificar que o número de elementos da união é igual a soma do número de elementos do conjunto A com o número de elementos do conjunto B subtraído do número de elementos da intersecção entre eles. 𝑛𝑛(𝐴𝐴 ∪ 𝐵𝐵) = 𝑛𝑛(𝐴𝐴) + 𝑛𝑛(𝐵𝐵) − 𝑛𝑛(𝐴𝐴 ∩ 𝐵𝐵) Observe que se os dois conjuntos forem disjuntos temos 𝑛𝑛(𝐴𝐴 ∪ 𝐵𝐵) = 𝑛𝑛(𝐴𝐴) + 𝑛𝑛(𝐵𝐵) 7.3 Diferença entre Conjuntos Chamamos de diferença entre dois conjuntos A e B, nesta ordem, os elementos do conjunto A que não pertencem ao conjunto B. Observe que a diferença entre A e B é o conjunto formado pelos elementos exclusivos de A, isto é, retira-se de A o que for comum com B. A operação de diferença não é comutativa. Exemplo: Seja A = {1, 2, 3, 7} e B = { 3, 5, 7}, então A – B = {1, 2} e B – A = {5}. Note a diferença pela área hachurada nos diagramas: 26UNIDADE I Matemática Básica e Conjuntos Numéricos Obs.: O conjunto gerado por A – B, quando todos os elementos do conjunto B são elementos de A, é chamado de complementar de B em relação a A, indicamos B AC . BAC BA −= , com 𝐵𝐵 ⊂ 𝐴𝐴. Exemplo: Sejam os conjuntos A = {2, 4, 6, 8, 9} e B = {4, 6, 8}. Vemos que 𝐵𝐵 ⊂ 𝐴𝐴, então o complementar de B em A é }9,2{=−= BAC B A . A área hachurada do diagrama a seguir mostra esse complementar. Propriedades da diferença. Sejam A e B conjuntos quaisquer, temos: P1. 𝐴𝐴 ∩ 𝐵𝐵 = 𝜙𝜙 ⇔ 𝐴𝐴 − 𝐵𝐵 = 𝐴𝐴. P2. 𝐴𝐴 ≠ 𝐵𝐵 ⇔ 𝐴𝐴 − 𝐵𝐵 ≠ 𝐵𝐵 − 𝐴𝐴. P3. 𝐴𝐴 ⊂ 𝐵𝐵 ⇔ 𝐴𝐴 − 𝐵𝐵 = 𝜙𝜙. 27UNIDADE I Matemática Básica e Conjuntos Numéricos 8 RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS ENVOLVENDO CONJUNTOS Certas situações que se referem à conjuntos finitos podem ser representados através de diagramas de Venn. Isso facilita de forma significativa a sua resolução. Daremos como exemplo a resolução de um problema passa a passo. Exemplo resolvido: Uma pesquisa realizada com 200 pessoas teve como foco verificar a eficiência de um anúncio sobre dois produtos, A e B. Ao final dessa pesquisa verificou-se que, dos entrevistados, precisamente, • 120 conhecem o produto A. • 110 conhecem o produto B. • 50 conhecem ambos os produtos. Quantas pessoas, dentre as entrevistadas na pesquisa, não conhecem nenhum dos produtos? Resolução: Pelas informações oferecidas no problema, o número de elementos do conjunto 𝐴𝐴 ∩ 𝐵𝐵 é 80. Para facilitar, iremos representar essa operação no diagrama indicando essa quantidade de pessoas. 28UNIDADE I Matemática Básica e Conjuntos Numéricos O conjunto A tem 120 elementos. Observe que desses, 50 já foram representados, faltando, portanto, 70 pessoas. Esse número é a quantidade de elementos do conjunto A – B. De mesmo modo do passo anterior, o conjunto B tem 110 elementos, como 50 já foram indicados, então o conjunto B – A tem 60 elementos. O diagrama mostra esse conjunto. Para finalizar, o conjunto 𝐴𝐴 ∪ 𝐵𝐵 tem 70+50+60=180 elementos. Como estamos nosreferindo a um universo de 200 pessoas, logo temos que 20 delas não conhecem o produto A nem o produto B. 29UNIDADE I Matemática Básica e Conjuntos Numéricos 9 CONJUNTOS NUMÉRICOS Caro(a) aluno(a), número é um objeto matemático usado para descrever ordem, medida ou quantidade. Você se depara com números o dia todo, na escola, no trabalho, na igreja, no carro, na sua conta bancária, entre outros. Iremos fazer uma abordagem aos conjuntos formados por números, motivo pelos quais são chamados de conjuntos numéricos. Podemos agrupar números conforme alguma característica. Iremos tratar de alguns agrupamentos específicos que serão chamados de Conjunto dos Números Naturais, Conjunto dos Números Inteiros, Conjunto dos Números Racionais, Conjunto dos Números Irracionais e, por fim, Conjunto dos Números Reais. Vamos lá! SAIBA MAIS Os homens primitivos não tinham necessidade de contar, pois o que necessitavam para a sua sobrevivência era retirado da própria natureza. A necessidade de contar começou com o desenvolvimento das atividades humanas. Leia mais em: http://www.uel.br/projetos/matessencial/fundam/numeros/numeros.htm Fonte: Gongorra e Sodré (2016). #SAIBA MAIS# 30UNIDADE I Matemática Básica e Conjuntos Numéricos SAIBA MAIS Os homens primitivos não tinham necessidade de contar, pois o que necessitavam para a sua sobrevivência era retirado da própria natureza. A necessidade de contar começou com o desenvolvimento das atividades humanas. Leia mais em: http://www.uel.br/projetos/matessencial/fundam/numeros/numeros.htm Fonte: Gongorra e Sodré (2016). 9.1 Conjunto dos Números Naturais Nos deparamos com situações que envolvem contagens, quantos objetos existem em determinadas situações, quantos irmãos você tem, quantas pessoas tem sem seu trabalho, entre outras. Os números envolvidos no processo de contagem são chamados de Naturais. Definimos como Conjunto dos Números Naturais aquele formado por todos os elementos usados no processo de contagem. Simbolicamente escrevemos: 𝑁𝑁 = {0, 1, 2, 3, 4, ...} 𝑁𝑁* = {1, 2, 3, 4, ...} 9.2 Conjunto dos Números Inteiros Dizemos que um número k é inteiro se ele for natural ou oposto em relação a um natural. Mas o que é um número oposto? Dois números são chamados de opostos se a soma entre eles for zero, por exemplo, 2 e – 2 são opostos. Como 2 é natural ele é inteiro, ainda, –2 é inteiro, pois é oposto de um natural. É comum nos depararmos com várias situações de números negativos, por exemplo, um termômetro em Paranavaí que, em um dia de inverno, marcou 15° C acima de zero durante o dia, à noite e na manhã seguinte o mesmo termômetro passou a marcar 1° C abaixo de zero, é uma dessas situações. Quando indicamos acima de zero estamos nos referindo aos números positivos e quando falamos dos números abaixo de zero estamos referindo aos números negativos. Figura 2 - Termômetro graduado Fonte: pixabay.com/pt/photos/term%C3%B4metro-pagar-escala-1176354/ Para reforçar, definimos como Conjunto dos Números Inteiros aquele constituído por todos os naturais unidos com os opostos dos naturais. 31UNIDADE I Matemática Básica e Conjuntos Numéricos Simbolicamente escrevemos. 𝑍𝑍 = {..., –3, –2, –1, 0, 1, 2, 3, ... } 9.3 Conjunto dos Números Racionais Outro conjunto importante é o chamado Conjunto dos Números Racionais. Definimos como racional todo número que pode ser escrito na forma b a , com Za e *Zb . Em outras palavras, o conjunto dos números racionais é formado por todos os quocientes entre dois números inteiros a e b, com b sendo não nulo. Simbolicamente escrevemos: == 0 e ,/ bZba b axQ Você deve ter percebido que, pela definição, um número inteiro também é racional, basta ver que podemos escrever um inteiro k com a forma k/1. Alguns exemplos de racionais: a) 2,45 pois 20 49 100 245 = = 2,45. b) 8 pois 1 8 = 8. c) 0,3333... pois ...3333,0 3 1 = Os números racionais podem ser representados de várias formas. A seguir listamos algumas: frações (próprias ou impróprias), números mistos (que é uma variação das frações impróprias), números decimais de escrita com forma finita, dízimas periódicas, que são números decimais em cuja escrita aparecem períodos numéricos infinitos. Veja: I) Em forma de fração ordinária: Exemplos: 5 3 , 11 4 , 9 7 . II) Números mistos: Exemplos: 5 26 , 4 13− , 19 34 . III) Números Decimais com forma finita: Exemplos: 5 48,0 = ; 50 6122,1 = ; 2 55,2 −=− . 32UNIDADE I Matemática Básica e Conjuntos Numéricos IV) Dízimas Periódicas: Exemplos: 3 5...6666,1 = ; 11 8...727272,0 = ; 3 10...3333,3 = . 9.4 Conjunto dos Números Irracionais Vamos agora falar sobre outra classificação, o conjunto dos números irracionais. Para introduzirmos uma ideia inicial, imagine um triângulo retângulo isósceles, cujos catetos medem 1, que, com a aplicação do teorema de Pitágoras, conseguimos ver que a hipotenusa mede 2 . O número encontrado para a hipotenusa é uma raiz não exata, logo não existe a possibilidade de escrevê-la como divisão entre dois números inteiros. Outro número irracional bem conhecido, surge da divisão entre o comprimento de uma circunferência de raio qualquer e seu diâmetro, que resulta um número constante e igual a 3,141592... que representamos pela letra grega π (lê-se pi). Note que nos exemplos citados, no primeiro caso temos uma raiz não exata e no segundo um número decimal não periódico. Ao conjunto dos números com essas características chamamos de conjunto dos números Irracionais. Outros exemplos de irracionais: 2,3456734... ; 7 . 9.5 Conjunto dos Números Reais Caro(a) estudante, você já teve contato com os números naturais, inteiros, racionais e irracionais. Algumas observações podem ser feitas, entre elas uma relação de inclusão entre esses conjuntos, por exemplo, todo natural é inteiro, logo, o conjunto dos naturais está contido no conjunto dos inteiros. Ainda, todo número inteiro é racional, logo o conjunto dos números inteiros está contido no conjunto dos racionais. Agora iremos introduzir um conjunto no qual todos os conjuntos citados até aqui estão contidos, o chamado Conjunto dos Números Reais. Definimos como Conjunto dos Números Reais como sendo o conjunto formado por todos os números racionais e todos os irracionais. 33UNIDADE I Matemática Básica e Conjuntos Numéricos Simbolicamente o conjunto dos números reais é representado por ℝ. ℝ = {x/x é racional ou x é irracional} Exemplos: Os números 4; 3,25; 7 e 0,444... são casos de números reais. Os números 16− e 6 6− são casos de números que não são reais. REFLITA Pitágoras dizia que o “Universo deve ser visto como um todo harmonioso, onde tudo emite um som ou vibração e obedece a uma ordem criada pelos números”. Os números estão muito enraizados em nosso dia a dia que nem pensamos mais sobre eles, mas o que eles representam? São formas apenas de medir ou quantificar o que existe ao nosso redor? Fonte: Pereira (2013). #REFLITA# 34UNIDADE I Matemática Básica e Conjuntos Numéricos REFLITA Pitágoras dizia que o “Universo deve ser visto como um todo harmonioso, onde tudo emite um som ou vibração e obedece a uma ordem criada pelos números”. Os números estão muito enraizados em nosso dia a dia que nem pensamos mais sobre eles, mas o que eles representam? São formas apenas de medir ou quantificar o que existe ao nosso redor? Fonte: Pereira (2013). 35UNIDADE I Matemática Básica e Conjuntos Numéricos CONSIDERAÇÕES FINAIS Pronto! Você chegou ao final da Unidade I de nosso material. Passou por uma sequência didática que te proporcionou uma base sólida em conteúdos de Matemática Básica e Conjuntos. Aqui você estudou as expressões numéricas, teve contato com as operações ele- mentares e o uso de sinaisseparadores, como colchetes, chaves e parênteses. Depois você estudou regra de três, que nada mais é do que problemas que envolvem grandezas diretas e inversas. Também envolvemos, neste material, o conceito de porcentagem, por ser algo cotidiano, a todo momento estamos trabalhando com isso. Fizemos um procedimento para calcular casos que envolvem esse conceito. Ainda ampliamos os nossos conhecimentos sobre expressões do primeiro grau, no caso equações e sistemas. Nas equações indicamos um procedimento para encontrar a solução e os sistemas que trabalhamos são os sistemas lineares com duas incógnitas. Fi- nalmente, tratamos da teoria de conjuntos. Você notou que os conjuntos são caracterizados por coleção de elementos. Conforme a estrutura do conjunto podemos classificá-lo. Apre- sentamos algumas formas de classificação. Ainda vimos que existe uma álgebra estrutural para os conjuntos, que são as operações de união, intersecção e diferença, todas geram conjuntos. A primeira indica uma junção, a segunda o que se tem em comum e a terceira, os elementos que um conjunto tem e o outro não. Tratamos de problemas que envolvem conjuntos, neste caso usamos as operações juntamente com os diagramas de Venn. Para finalizar, falamos sobre as classificações dos números, os chamados conjuntos numéricos, nos casos, números naturais, números inteiros, números racionais, números irracionais e números reais. Espero que você tenha aproveitado ao máximo esse material e que ele sirva como referência para futuras consultas. 36UNIDADE I Matemática Básica e Conjuntos Numéricos MATERIAL COMPLEMENTAR LIVRO Título: Matemática Básica Para Cursos Superiores Autor: Sebastião Medeiros da Silva Editora: Atlas Sinopse: Esta obra tem como principal objetivo oferecer uma revi- são dos conhecimentos de Matemática para os alunos ingressan- tes no Ensino Superior, apresentando as ferramentas necessárias para o desenvolvimento de seu raciocínio lógico. Ele apresenta exercícios e incentivos para o uso de recursos eletrônicos, como calculadoras programáveis e tabelas em Excel. Livro-texto para a disciplina Matemática do ciclo básico de cursos nas áreas de Ciências Humanas e Ciências Sociais Aplicadas. FILME/VÍDEO Título: Donald No País Da Matemágica Ano: 1959 Sinopse: É uma aventura voltada para o mundo infantil, mas também é muito interessante para adultos. Espécie de documentário, com 27 minutos, no qual Disney usa a animação para explicar como a matemática pode ser fácil de entender e como ela está aplicada em coisas muitos simples do cotidiano. WEB O site Matemática Básica é uma boa referência para rever conteú- dos desta unidade. Conta com conteúdos matemáticos do Ensino Fundamental, Médio, Superior e Matemática Financeira incluindo teoria e exercícios. Acesse em: https://matematicabasica.net/ 37 Plano de Estudo: • Plano Cartesiano. • Produto Cartesiano. • Relação Binária. • Funções. • Domínio, Contradomínio e imagem de uma função. • Função real de variável real. • Zeros ou raízes de uma função. • Domínio real de funções. • Funções do primeiro grau. • Inequações do primeiro grau. Objetivos de aprendizagem: • Desenvolver habilidades para localização de pontos no Plano Cartesiano. • Conceituar e contextualizar conceitos referentes a produto cartesiano. • Compreender e interpretar situações que envolvem casos de relação binária. • Diferenciar gráficos que representam ou não funções. • Identificar o domínio e imagem de uma função. • Ser capaz de extrair dados significativos de um gráfico através de sua análise. • Conhecer a função do primeiro grau e reconhecer o seu gráfico. • Identificar os coeficientes da função do primeiro grau e saber o significado de cada um deles. • Ser capaz de trabalhar com estudo de sinais e resolver inequações do primeiro grau. UNIDADE II Relações e Funções Professor Mestre Luciano Xavier de Azevedo 38UNIDADE II Relações e Funções INTRODUÇÃO Olá, caro(a) aluno(a). Você já estudou a Unidade I, agora entraremos em nossa segunda unidade, nela estaremos introduzindo um dos conceitos mais importantes e fun- damentais no estudo de vários assuntos em Matemática, que é: funções. Desenvolvemos a sequência didática pensando em propor uma orientação que aprimore o pensamento sobre os temas que serão aqui abordados. Em boa parte do que fazemos existem funções. Por exemplo, se você vai à panifi- cadora comprar pão, estamos usando função, a quantidade de pães que pretende comprar está diretamente ligada com o dinheiro que você irá pagar. Também nos deparamos com outros casos de funções, como o número de questões que você acerta em um teste estará ligado com a nota que irá tirar, velocidade de um automóvel e o tempo de duração de uma viagem, entre outros. Mas o que é função? Para responder essa pergunta nossa unidade irá se iniciar com o conceito de plano cartesiano, faremos uma explanação para que você tenha a possibili- dade de localizar pontos no plano. Se você já jogou batalha naval sua vida irá ser facilitada. Em seguida faremos um estudo sobre o produto cartesiano, que nada mais é do que uma operação envolvendo conjuntos. Também iremos falar sobre as relações binárias, que são subconjuntos de um produto cartesiano, este assunto é importante pois nos remeterá uma base para as funções. A partir das relações binárias estudaremos os casos elementares de funções, bem como sua definição e ainda iremos representá-las com notações especiais. E, para finalizar, iremos fazer um estudo das funções do primeiro grau. Essa função é amplamente usada em várias áreas do conhecimento, como Engenharia, Química, Física, Geografia, Economia e outras. Ainda estudaremos as desigualdades, em especial o caso da inequação do primeiro grau. Espero que você aproveite ao máximo esta unidade, até porque ela é uma referên- cia inicial para as Unidades III e IV deste material. Vamos começar? 1 PLANO CARTESIANO Chama-se de Sistema de Coordenadas no plano cartesiano um esquema usado para especificar pontos no plano. Ele é formado por dois eixos perpendiculares, um horizontal, chamado abscissa, é representado por x, e outro vertical, chamado de ordenada, e representado por y. Os eixos são enumerados e orientados conforme o conjunto dos números reais com o encontro dos eixos sendo o zero, chamado de origem do sistema. A seguir temos uma figura que representa esse plano cartesiano. Esse sistema recebe esse nome por ter sido criado por René Descartes. Figura 1 – Plano cartesiano Fonte: o autor. A indicação de uma localização, as chamadas coordenadas cartesianas, é da forma (x,y). Assim, se queremos o ponto P(a,b), primeiramente observamos o valor a no eixo x, fazemos uma linha r paralela à y, passando por a, e, em seguida, observamos o valor b no eixo y, traçamos outra linha t paralela à x, passando por b. O encontro de r e t é o ponto P. Por exemplo, vamos localizar o ponto P(2,1). 39UNIDADE II Relações e Funções Figura 2 - Localização de P Fonte: o autor. Exemplo resolvido: Indique no plano cartesiano os seguintes pontos: A(2, 3), B(–2, 1), C(–4, 3), D(–1, –2), E(4, 0) e F(0, –3) Resolução: Prosseguindo de forma equivalente ao exemplo do ponto P indicado anteriormente temos: 40UNIDADE II Relações e Funções 1.1 Quadrantes Percebemos que, como os eixos se interceptam formando 90º, eles dividem o plano em quatro regiões, designadas quadrantes, que indicaremos, no sentido anti-horário, primeiro, segundo, terceiro e quarto quadrante, contados a partir do lado positivo do eixo x, qualquer ponto que não se encontrar sobre os eixos, estará localizado nos quadrantes. Figura 3 - Indicação dos quadrantes Fonte: o autor. Observe que no I) Primeiro quadrante temos x e y valores positivos. II) Segundo quadrante temos x negativo e y positivo. III) Terceiro quadrante temos x e y negativos. IV) Quarto quadrante temos x positivo ey negativo. Observando o exemplo anterior, vemos que A(2, 3) está no primeiro quadrante, B(–2,1) e C(–4, 3) estão no segundo quadrante, D(–1, –2) está no terceiro quadrante, E(4,0) está sobre o eixo das abscissas e F(0, –3) está no eixo das ordenadas. 41UNIDADE II Relações e Funções 2 PRODUTO CARTESIANO Dados dois conjuntos não vazios, A e B, definimos produto cartesiano A por B, nesta ordem, o conjunto formado por todos os pares ordenados (x,y) de forma que x pertence a A e y pertence a B. Então AxB = {(x,y) / x ∈ A e y ∈ B} Observe que, de forma geral, temos AxB diferente de BxA. Não é difícil notar que o número de elementos do produto cartesiano pode ser dado por: n(AxB) = n(A).n(B). Propriedades: i) A2 = AxB. ii) Ax𝜙𝜙 = 𝜙𝜙 iii) 𝜙𝜙x𝜙𝜙 = 𝜙𝜙 Exemplo resolvido: Sendo A = {x ∈ 𝑁𝑁/ x – 3 < –1} e B = {x ∈ 𝑍𝑍/ –2 < x ≤ 1}. Determine o produto AxB. Resolução: No conjunto A temos x – 3 < –1, então x < –1+3, logo x < 2, assim A = {0, 1}. O conjunto B está bem definido, são os inteiros entre – 2 e 1 incluindo 1, assim B = { – 1, 0, 1}. Agora temos que AxB = {(0, –1); (0,0); (0, 1); (1, –1); (1,0); (1, 1)}. 42UNIDADE II Relações e Funções 43UNIDADE II Relações e Funções 3 RELAÇÃO BINÁRIA Imagine que você tenha em seu guarda roupas certa quantidade de calças e outra quantidade de camisas. Se você pretende se vestir com um dessas calças e uma dessas camisas, temos várias possibilidades. Essas possibilidades são elementos de uma relação binária que iremos definir a seguir. Dados dois conjuntos não vazios A e B, chama-se relação binária de A em B qualquer subconjunto do produto cartesiano A x B. Normalmente esses subconjuntos estão associados a uma lei de formação. Obs.: o número de relações é dado por: 2n(A).n(B). Exemplos resolvidos: 01. Considere os seguintes conjuntos: A = { –2, –1, 0, 1, 2} e B = {0, 1, 2, 3, 4,5}. Represente cada um dos conjuntos com o uso de diagrama de flechas. a) R1 = {(x, y) ∈ A x B / y = x + 1} a) R2 = {(x, y) ∈ A x B / y = x2 – 1} 44UNIDADE II Relações e Funções Resolução: Em ambos os casos devemos substituir o valor de x pelos elementos de A em suas respectivas leis de formação e relacionar o resultado y, se estiver contido, com os elementos em B. a) R1 = {(–1, 0); (0, 1); (1, 2); (2, 3)} b) R2 = {(–2, 3); (–1, 0); (1, 0); (2, 3)} Obs.: quando temos uma relação R de A em B, chamamos de domínio de R o conjunto dos elementos x de A usados e de imagem de R os valores y de B relacionados com elementos de A. 02. Seja P uma relação definida por P = {(a, b) ∈ 𝑁𝑁2; a + b = 2}. Indique os elementos de P. Resolução: Vemos que se a +b =2, então b = 2 – a. Então como a e b são naturais, eles não podem ser negativos, daí, o maior valor para a é 2. Assim, • se a =0, então b = 2 – 0 = 2. • se a = 1, então b = 2 – 1 = 1. • se a = 2, então b = 2 – 2 = 0. Logo , P = {(2,0), (1, 1), (0, 2)}. 45UNIDADE II Relações e Funções 4 FUNÇÃO Agora, você, estudante, terá contato com a definição de função. Um conceito matemático importante para várias ciências, tais como Engenharia, Física, Economia, Biologia entre outras. Exemplos: o crescimento de bactérias se dá através de uma função que associa o tempo com o número de bactérias, a compra de um item no supermercado também é uma função do dinheiro que você leva para tal fim, o consumo de gás em sua cozinha dentre outros caso. Mas o que é uma função? Sejam dois conjuntos não vazios A e B, chamamos de Função de A em B toda relação que associa cada elemento de A a um único elemento em B. Todo elemento de uma função é da forma (x, y), por efeito de notação usamos: (x, f(x)). 46UNIDADE II Relações e Funções Exemplos resolvidos: 01. Indique se cada uma das relações abaixo representa função: a) b) c) d) e) f) 47UNIDADE II Relações e Funções Resolução: a) Pela definição, é uma função. b) Não é função, pois do primeiro conjunto, o elemento “a” está relacionado com “x” e com “y”, contrariando a definição. c) Temos uma função. d) Não é função. No primeiro conjunto existe um elemento sem relação com algum elemento do segundo conjunto, ou seja, está sobrando um elemento. e) É uma função, basta observar a definição. f) É uma função. 02. Sejam os conjuntos A = {0, 1, 2, 3} e B = { x ∈ 𝑁𝑁 / 2x – 9 < 7}. Considere a função f: A → B definida por y = f(x) = 2x + 1. Calcule f(0), f(1), f(2) e f(3). Faça um diagrama de flechas indicando a função. Resolução: Vemos que 2x – 9 < 7, então 2x < 7 + 9. Assim 2x < 16 implica em x < 8. Logo B = {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7}. Desta forma: f(0) = 2.0 + 1 = 0 + 1 = 1 f(1) = 2.1 + 1 = 2 + 1 = 3 f(2) = 2.2 + 1 = 4 + 1 = 5 f(3) = 2.3 + 1 = 6 + 1 = 7 48UNIDADE II Relações e Funções 5 DOMÍNIO, CONTRADOMÍNIO E IMAGEM DE UMA FUNÇÃO Anteriormente comentamos que um botijão de gás é uma função do tempo de uso. Por exemplo, se você consome em média 500g de gás por dia e seu botijão é de 13 kg então ele irá durar 26 dias. O tempo que ele irá durar é chamado de domínio da função. A seguir iremos conceituar o domínio e introduziremos os conceitos de contradomínio e imagem. Chamamos de domínio de uma função real f: A ∈ R → B ∈ R o conjunto formado pelos elementos de A. Em tese, quando precisamos descobrir esse conjunto A pensamos em todos os valores que podem ser atribuídos à variável independente. Indicamos pelo nome imagem de uma função o conjunto dos elementos de B que estão relacionados com os valores do domínio. O contradomínio de uma função é o conjunto em que estão os elementos que podem estar relacionados com os elementos do domínio. Podemos resumir se f: A ∈ R → B ∈ R dizemos que A é o domínio, B é o contradomínio e os elementos de B que estão relacionados com algum de A são chamados de imagem de f. Dada a função f: A → B escrevemos: • Domínio da função: Dom f = A. • Contradomínio da função: Cd f = B. 49UNIDADE II Relações e Funções • Imagem da função: o conjunto imagem é o conjunto dos elementos y de B que estão associados a x de A. Exemplo resolvido: Sejam os conjuntos A = {–1, 0, 1, 2} e B = {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6}. Obtenha o domínio, contradomínio e imagem da função f: A →B definida por f(x) = x2 + 2. Resolução: Dom f = A Cd f = B Ainda para obter a imagem: f(– 1) = (– 1)2 + 2 = 1 + 2 = 3 f(0) = 02 + 2 = 0 + 2 = 2 f(1) = 12 + 2 = 1 + 2 = 3 f(2) = 22 + 2 = 4 + 2 = 6 Logo Im f = {2, 3, 6}. 50UNIDADE II Relações e Funções 6 FUNÇÃO REAL DE VARIÁVEL REAL Chamamos de gráfico uma figura cujo objetivo é a transmissão de uma informação qualquer. O gráfico é uma maneira de representarmos, visualmente, determinadas situações que envolvem dados numéricos relacionando grandezas. Os meios de comunicação (revistas, jornais, televisão) se utilizam frequentemente deste recurso para transmitir de forma clara, simples e compacta indicadores financeiros, resultados de pesquisas, dados estatísticos dentre vários outros tipos de informações. O termo gráfico matemático, geralmente é usado quando estamos querendo descrever uma situação por meio de uma condição que é satisfeita. Dentre as representações gráficas mais comuns em matemática está o gráfico de uma função. Podemos representar graficamente uma função usando vários tipos de gráficos, de barras, correspondência ou relação entre conjuntos, gráfico cartesiano. 6.1. Reconhecimento de Funções através de Gráficos Chamamos de gráfico cartesiano de uma função o conjunto de todos os pontos (x,y) que satisfazem a condição y = f(x). Podemos também dizer que o gráfico de uma função é o conjunto de todos os pontosdo plano da forma (x, f(x)), com x variando no domínio de f. Os gráficos cartesianos nos fornecem “a forma” geométrica de uma função, bem como suas principais características. Observe que: 51UNIDADE II Relações e Funções • A projeção do gráfico de uma função sobre o eixo das abscissas é o domínio da mesma. • A projeção do gráfico de uma função sobre o eixo das ordenadas é a imagem da mesma. Para que uma relação binária seja função, cada x do domínio deve estar associado com um único y no contradomínio. Assim, podemos identificar se um gráfico cartesiano representa uma função traçando retas paralelas ao eixo y. Então você pode notar que se todas essas retas verticais interceptam o gráfico em apenas um ponto, então, temos uma função. Observe as figuras a seguir: Nessas figuras note que a lei de formação de ambas tem domínio o intervalo D = [x1, x2]. Mas I não representa função pelo fato existir um x∈D com mais de uma imagem, enquanto II representa uma função. 52UNIDADE II Relações e Funções Exemplo resolvido: Dos gráficos a seguir, indique quais representam funções e, caso afirmativo, obtenha o domínio e a imagem. Resolução: Os gráficos representados em a) e b) não são funções. Para ver isso basta traçar retas paralelas ao eixo y que veremos intersecção em mais de um ponto. Isso não ocorre no gráfico representado em c). Então temos uma função f. O domínio da função é a projeção do gráfico sobre o eixo x e a imagem é a projeção sobre o eixo y. Logo, Dom(f) = [1, 7[ e Im(f) = [1, 6[. 6.2 Crescimento e Decrescimento de Função Seja f uma função real cujo domínio é o conjunto D. Considere R um subconjunto de D, então: • f é crescente em R, se e somente se, para quaisquer valores x1 e x2 pertencentes a R, com x1 < x2 temos f(x1) < f(x2). • f é decrescente em R, se e somente se, para quaisquer valores x1 e x2 pertencentes a R, com x1 < x2 temos f(x1) > f(x2). 53UNIDADE II Relações e Funções • f é constante em R, se e somente se, para quaisquer valores x1 e x2 pertencentes a R, com x1 ≠ x2 temos f(x1) = f(x2). A seguir temos dois gráficos de funções, o primeiro crescente e o segundo decrescente. Exemplo resolvido: Determine os intervalos onde a função a seguir é crescente, decrescente ou constante. Resolução: Observando a disposição do gráfico temos que a função é crescente nos intervalos [–1, 1] e [3,4]. Decresce nos intervalos [–3, –1] e [1, 3] e é constante no intervalo [4, 5]. 54UNIDADE II Relações e Funções 7 ZEROS OU RAÍZES DE UMA FUNÇÃO Chamamos de raiz de uma função f, o valor de x pertencente ao seu domínio tal que f(x) = 0. Para obtermos a raiz ou, em alguns casos, as raízes de uma função basta simplesmente resolver a equação gerada quando igualamos a zero a sentença da função. Dependendo da natureza da sentença da função e do domínio, ela pode não possuir raízes reais, pois pode não existir no seu domínio nenhum elemento que a anule, bem como possuir infinitas raízes. Exemplo resolvido: Determine a raiz da função 𝒇𝒇(𝒙𝒙) = 𝟑𝟑𝒙𝒙−𝟔𝟔𝒙𝒙𝟐𝟐+𝟏𝟏. Resolução: Devemos obter o valor de x para que f(x)=0. Assim: 3𝑥𝑥 − 6 𝑥𝑥2 + 1 = 0 3x – 6 = 0 3x = 6 x = 2 55UNIDADE II Relações e Funções 7.1 Representação da Raiz no Gráfico Como vimos anteriormente, a raiz de uma função é obtida resolvendo a equação f(x) = 0. Então temos que os pontos nessa condição têm como característica (x,0). Observe o gráfico da função seguinte e perceba que alguns dos seus pontos estão localizados sobre o eixo das abscissas. Figura 4 - Representação de uma função f. Fonte: o autor. Esses pontos têm como característica (x,0). Todo elemento do domínio da função que tem como imagem o elemento 0, é uma raiz da função. Em resumo, para que você determine as raízes, verifique os valores de x onde o gráfico tem intersecção com o eixo das abscissas. 56UNIDADE II Relações e Funções 8 SINAIS DE UMA FUNÇÃO Quando estudamos os conceitos iniciais de funções onde o seu domínio e contradomínio são subconjuntos dos números reais, vimos que os valores de y são funções dos valores de x, isso significa que os valores de y dependem de x. Conforme a natureza da lei de formação da função poderá ter valores positivos, negativos ou zero para y. Fazer análise de sinal de uma função é exatamente indicar, no domínio, onde existe essa variação. Por exemplo, a curva de Gauss a seguir é uma função positiva. No plano cartesiano, quando traçamos o gráfico de uma função, temos que a parte acima do eixo x tem valores para y positivos e abaixo, negativo. 57UNIDADE II Relações e Funções Exemplo resolvido: A função f a seguir tem domínio D = {x∈ 𝑅𝑅/ -1 ≤ x < 4}. Faça a análise de sinal dessa função. Resolução: Os valores de x onde a função intercepta o eixo x são as raízes, então temos f(x) = 0. Assim a função se anula em –1, 0 e 2. Analisando o sentido do sinal do eixo y temos: Concluímos: • f(x) > 0 para no intervalo {x∈ 𝑅𝑅/ –1 < x < 0} e também em {x∈ 𝑅𝑅/ 0 < x < 2}. • f(x) < 0 para no intervalo {x∈ 𝑅𝑅/ 0 < x < 2}. 58UNIDADE II Relações e Funções 9 DOMÍNIO REAL DE FUNÇÕES Uma função real de variável real é uma função em que tanto os elementos do conjunto de partida ou domínio, bem como o conjunto imagem são números reais, isto é, pertencem ao conjunto R, e representa-se por f: R → R. As funções definidas pelas sentenças f(x) = 2x + 3, f(x) = x2 + 4x + 3, f(x) = -5x + 1/2, são exemplos de funções reais de variável real. Se substituirmos x por um valor real, ao realizar as operações obteremos sempre um número real f(x). Pode acontecer que nem todos os números reais tenham imagem pela função. Nesta figura temos várias fórmulas matemáticas, mas algumas delas você não pode usar qualquer valor real nas variáveis. O conjunto formado pelos números reais que têm imagem chama-se domínio real. Em geral, uma função real de variável real tem a seguinte expressão f: A → R, onde A é um subconjunto dos números reais. Para se obter o domínio real devemos analisar a condição de existência da lei de formação da função. Exemplos resolvidos: 01. Qual o domínio da função real definida por 42)( += xxf ? 59UNIDADE II Relações e Funções Resolução: Temos uma função cuja lei de formação é uma raiz quadrada. Então temos que k existe se 0k . Assim, o domínio será o conjunto dos valores reais de x, tais que: 042 +x 42 −x 2 4 −x 2−x Logo, Dom f = }2/{ − xRx 02. Escreva o domínio da função 1 127)( 2 − +− = x xxxf . Resolução: A lei da função é uma fração, então se temos b a , a condição de existência da sentença é 0b . Assim 01−x , logo devemos ter 1x . Concluímos que: Dom f = }1/{ xRx 60UNIDADE II Relações e Funções 10 FUNÇÕES POLINOMIAIS DO 1º GRAU Em uma loja o vendedor João recebe um salário fixo mensal de R$ 2300,00 e uma comissão de 5% sobre o total de vendas que ele faz. Em um mês que ele vender R$ 10000,00, por exemplo, receberá um salário (S) igual a R$ 2300,00 + 0,05.(R$ 10000,00) que equivale R$ 2800,00. Observamos que o salário mensal desse vendedor é dado em função do valor x, em reais que ele vender. Logo, podemos dizer que seu salário S(x) é dado por: S(x) = 2 300,00 + 0,05.x Uma outra situação: um taxista cobra uma taxa fixa de R$ 4,30, chamada bandeirada, mais R$ 0,60 por quilômetro rodado. Então, um cliente que usar o táxi por 25 quilômetros, pagará a quantia (Q) de R$ 4,30 + R$ 0,60.25 que é R$ 19,30. Então, se um cliente percorrer x quilômetros nesse táxi, ele pagará Q(x) = 4,3 + 0,6x Esses dois casos são tipos de funções afins queestaremos retratando nesta unidade. 61UNIDADE II Relações e Funções 10.1 Função Afim Chamamos de função polinomial do primeiro grau aquela cuja fórmula é expressa por um polinômio de grau 1. Então, dizemos que uma função é do primeiro grau, ou afim, se ela é definida como: f(x) = ax + b, com {a, b} ⊂ R e a ≠ 0. Para que uma função seja considerada afim ela deverá assumir alguma característica: toda função do 1º grau deve ser definida de um conjunto dos reais para o outro pertencente aos reais. O valor a é chamado coeficiente angular, b coeficiente linear e x é a variável independente da função. Exemplo resolvido: Determine o coeficiente angular e linear das funções. a) f(x) = x + 2 b) y = -2x + 6 c) f(x) = 7x Resolução: Comparando as sentenças com a forma da lei de formação da função afim, temos que: a) a = 1 e b = 2 b) a = –2 e b = 6 c) a = 7 e b = 0 10.2 Zero ou raiz de uma função do primeiro grau Chamamos de zero ou raiz de uma função do primeiro grau o valor que atribuímos à x, para que f(x) seja igual a zero. Encontramos a raiz dessa função igualando ax + b a zero, e ao resolver essa equação temos que a raiz da função afim é −𝑏𝑏𝑎𝑎 . Exemplo resolvido: Determine a raiz da função f(x) = 2x – 4. Resolução: A raiz de f é o valor de x para que f(x) = 0, assim: 2x – 4 = 0 2x = 4 x = 2 (raiz) 62UNIDADE II Relações e Funções SAIBA MAIS Quando o tronco de uma árvore é cortado, é fácil notar que existem círculos escuros. Cada círculo desse é chamado de anel de crescimento. Cada anel corresponde a um ano de vida. Nas espécies de regiões tropicais, como é o caso do Brasil, os anéis são difíceis de definir. Os anéis são contados de dentro para fora, a partir da medula. Nas árvores que vivem em regiões de clima temperado esses anéis são bem fáceis de contar. Podemos associar essa contagem a uma função do primeiro grau. Fonte: Santos (2020). #SAIBA MAIS# 10.3 Gráfico da Função do Primeiro Grau Como vimos no começo desta aula, chamamos de gráfico cartesiano de uma função o conjunto de todos os pontos (x,y) que satisfazem a condição y = f(x). Assim, podemos construir o gráfico da função do primeiro grau colocando os pontos (x, ax + b) no plano cartesiano. Inicialmente, vamos representar graficamente uma função do primeiro grau atribuindo valores arbitrários para x e obtendo suas respectivas imagens. Para visualizarmos o comportamento de um gráfico, usaremos a função do taxista apresentada na introdução, Q(x) = 4,3 + 0,6x. Construiremos um quadro atribuindo distâncias x, e indicando o valor Q(x). Quadro 1 - Referente a função Q(x) Distância percorrida (km) Valor (em reais) x y 0 4,30 1 4,90 2 5,50 3 6,10 4 6,70 Fonte: o autor. Observe que, como estamos tratando de distância, neste caso, não temos valores tais que x < 0. Colocando no plano cartesiano os pontos apresentados na tabela, e levando em consideração que podemos usar qualquer valor real para x, temos o seguinte gráfico: 63UNIDADE II Relações e Funções SAIBA MAIS Quando o tronco de uma árvore é cortado, é fácil notar que existem círculos escuros. Cada círculo desse é chamado de anel de crescimento. Cada anel corresponde a um ano de vida. Nas espécies de regiões tropicais, como é o caso do Brasil, os anéis são difíceis de definir. Os anéis são contados de dentro para fora, a partir da medula. Nas ár- vores que vivem em regiões de clima temperado esses anéis são bem fáceis de contar. Podemos associar essa contagem a uma função do primeiro grau. Fonte: Santos (2020). Figura 5 - Gráfico referente a Q(x) Fonte: o autor. O gráfico da função do primeiro grau é constituído por uma reta inclinada, que pode ser crescente ou decrescente, podendo determiná-lo apenas com dois pontos. Exemplo resolvido: Construir o gráfico da função 𝑅𝑅 → 𝑅𝑅 definida por f(x) = –x + 3. Resolução: Vemos que temos uma função do primeiro grau, logo seu gráfico será uma reta. Basta, para a construção desse gráfico sabermos dois de seus pontos. Mas, traçaremos através de cinco pontos. f(x) = –(–2) + 3 = 2 + 3 = 5 f(x) = –(–1) + 3 = 1 + 3 = 4 f(x) = –0 + 3 = 3 f(x) = –1 + 3 = 2 f(x) = –2 + 3 = 1 64UNIDADE II Relações e Funções Figura 6 - Gráfico de f. Fonte: o autor. 10.4. Conclusões da Análise Gráfica Perceba que no caso do taxista, Q(x) = 4,3 + 0.6x, à medida que os valores de x no domínio aumentam, os valores de f(x) na imagem também aumentam. Já no exemplo resolvido, f(x) = –x + 3, à medida que os valores de x aumentam, vemos que os valores de y fazem o sentido contrário, ou seja, diminuem. Assim, podemos concluir que a função do taxista é crescente e a do exemplo resolvido é decrescente. O que determina se uma função do primeiro grau é crescente ou decrescente é o coeficiente angular a. Se a > 0, a função será crescente; a < 0, a função será decrescente. Outra observação que você pode notar é que a reta de uma função do primeiro grau toca o eixo y (eixo das ordenadas) quando x = 0, assim teremos f(0) = b, logo tocará no ponto correspondente ao coeficiente b, ou seja, em (0, b). Ainda, você deve ter percebido que a reta de uma função do primeiro grau toca o eixo x (eixo das abscissas) com coordenadas (x, 0). Assim, teremos um ponto correspondente à sua raiz, logo, sempre haverá o ponto (–b/a, 0). 10.5. Análise de Sinais Analisar o sinal da função afim é determinar os intervalos em que a função tem imagem positiva, negativa, bem como os valores em que a função se anula. Para tal, devemos determinar o valor da raiz e, em seguida, verificar o gráfico de f. Os valores da função que ficarem acima de zero têm sinal positivo e abaixo, valores negativos. 65UNIDADE II Relações e Funções Com base no formato do gráfico da função do primeiro grau temos a seguinte análise: Se a > 0 Se a < 0 0)( xf se a bx − 0)( xf se a bx − 0)( =xf se a bx −= 0)( xf se a bx − 0)( xf se a bx − 0)( =xf se a bx −= 10.6. Função Constante Seja f: R → R, f é uma função constante se, e somente se, f(x) = k com k R. Note que a função não depende de x, logo, sua imagem é sempre k, ou seja, Im f = { k }, motivo pelo qual é chamada de função constante. Seu gráfico é uma reta paralela ao eixo x. Se k > 0 Se k < 0 Se k = 0 66UNIDADE II Relações e Funções 11 INEQUAÇÕES DO 1º GRAU Caro(a) aluno(a), fizemos um estudo sobre as funções do primeiro grau, incluindo a análise de sinal dessas funções. A ideia para trabalharmos com inequações do primeiro grau é observar o comportamento da função do primeiro grau. Definimos como inequação do 1° grau, na incógnita x, qualquer expressão do 1° grau, com a, b sendo números reais com a ≠ 0, que pode ser reduzida a uma das seguintes formas: ax + b > 0; ax + b < 0; ax + b ≥ 0; ax + b ≤ 0. Por exemplo, as expressões –5x + 9 > 0, 2x – 10 ≤ 0, 6x + 7 ≤ 0 e 12 – 8x < 0 são inequações do 1º grau. 67UNIDADE II Relações e Funções Exemplo resolvido: A figura a seguir mostra uma balança ao final de uma pesagem. Em cada um dos pratos há um peso de valor conhecido e esferas de peso x, todos representados na mesma unidade de medida. A expressão matemática que relaciona os pesos nos pratos da balança é: a) 3x - 5 < 8 - 2x b) 3x - 5 > 8 - 2x c) 2x + 8 < 5 + 3x d) 2x + 8 > 5 + 3x. e) 3x + 8 > 5 + 2x. Resolução: Observe que o peso no segundo prato é menor que o do primeiro, assim: x + x + 8 < x + x + x + 5, logo 2x + 8 < 5 + 3x. A resposta correta é a C. Os métodos para solucionar uma inequação do 1º grau são bem simples. Podemos fazer a análise de sinal da função f(x) = ax + b e verificar o intervaloque satisfaz a desigualdade ou simplesmente isolar a incógnita e, caso façamos uma operação que envolva a necessidade de um produto por número negativo, em especial –1, invertemos o sinal da desigualdade. Exemplos resolvidos: 01. Resolva a inequação –2x + 7 > 0. Resolução: 1º modo: Usamos o procedimento semelhante ao da resolução de uma equação do 1º grau: –2x > –7, Multiplicando por (-1) 2x < 7 x < 7/2 Portanto, a solução da inequação é S = { x ∈ R/ x < 7/2}. 68UNIDADE II Relações e Funções 2º modo: Podemos utilizar a análise de sinal da função f(x) = –2x + 7. Observe que temos uma função do primeiro grau decrescente. Igualando a função a zero, obtemos uma raiz que é x = 7/2. Assim, tomando o intervalo em que a função é negativa temos: Logo, a solução da inequação é S = { x ∈ 𝑅𝑅/ x < 7/2}. 02. Determine a solução da inequação: 5(x + 1) – 5 ≤ x + 4. Usaremos 1º modo apresentado no exemplo 1. Primeiramente devemos eliminar os parênteses, efetuando uma multiplicação dos parênteses, depois isolamos a incógnita x em um dos membros da desigualdade. 5(x + 1) – 5 ≤ x + 4 5x + 5 – 5 ≤ x + 4 5x – x ≤ 4 4x ≤ 4. Assim, temos x ≤ 1. Então a solução da inequação é S = {x ∈ R/ x ≤ 1}. REFLITA Nós encontramos em nosso dia-a-dia o uso de função com duas variáveis. Usamos funções ao associarmos a quantidade de leite que compramos ao valor pago, número do sapato em função do tamanho dos pés, ou pessoa em função da impressão digital, entre outros casos. Você percebeu alguma função nas suas atividades hoje? Fonte: o autor. #REFLITA# 69UNIDADE II Relações e Funções REFLITA Nós encontramos em nosso dia-a-dia o uso de função com duas variáveis. Usamos fun- ções ao associarmos a quantidade de leite que compramos ao valor pago, número do sapato em função do tamanho dos pés, ou pessoa em função da impressão digital, entre outros casos. Você percebeu alguma função nas suas atividades hoje? Fonte: o autor. 70UNIDADE II Relações e Funções CONSIDERAÇÕES FINAIS Você terminou mais uma unidade. Mais uma etapa concluída! No decorrer desta unidade você se deparou com o Plano Cartesiano, um instru- mento de localização dentro de um plano. Ainda, falamos um pouco sobre o conceito de relação binária e, em seguida, o foco principal: as funções. Durante a unidade você deve ter notado a importância que as funções têm em nosso cotidiano. Encontramos funções nas mais variadas situações, ao fazer compras, ao escolher um plano de saúde, cálculo de custos financeiros, consumo de combustível em um automóvel, entre outras. A base para o conceito de funções é a correspondência unívoca entre variáveis. Ainda falamos sobre as particularidades de uma relação e quando elas são consi- deradas funções. As leis que regem as funções são regras de correspondência entre dois conjuntos, sejam eles finito ou infinito. Também abordamos o caso particular da função do primeiro grau, uma função que relaciona duas grandezas através de uma reta, tem equação f(x) = ax + b. Como a construção de uma reta se dá por dois pontos diferentes, para representar graficamente a função do primeiro grau, além do valor inicial, precisamos de outro ponto. Você não deve esquecer que as retas, de acordo com o sinal do seu coeficiente angular, podem ser classificadas como crescente ou decrescente. Elas são amplamente usadas na Física, em movimento uniforme, em Economia, nas curvas de oferta e de de- manda que um produto representa, respectivamente, as quantidades que vendedores e consumidores estão dispostos a comercializar em função do preço do produto, que, em alguns casos, essas curvas podem ser representadas por retas. Por fim, as inequações. Estas são sentenças matemáticas abertas indicadas por alguma desigualdade. Espero que você tenha aproveitado ao máximo os conceitos aqui apresentados, pois eles serão base para as unidades seguintes. Bons estudos! 71UNIDADE II Relações e Funções MATERIAL COMPLEMENTAR LIVRO Título: Guias de estudo de Matemática: Relações e Funções Editora: Ciência Moderna Autores: Estela Kaufman Fainguelernt e Franca Cohen Gottlieb Sinopse: O livro apresenta conceitos referentes à relação e função, fazendo uma sequência didática com maestria. O objetivo principal deste livro é conduzir o aluno na construção do significado dos conceitos de relação e função, bem como na compreensão de sua utilidade como instrumento de trabalho nos diferentes contextos em que são utilizados. Ele inicia abordando o conceito de relações e conforme vai avançando a leitura ele constrói os conceitos de funções e apresenta alguns casos particulares. FILME/VÍDEO Título: Cruzada Ano: 2005 Sinopse: Ainda em luto pela repentina morte de sua esposa, o ferreiro Balian junta-se ao seu distante pai, Baron Godfrey, nas cruzadas a caminho de Jerusalém. Após uma jornada muito difícil até à cidade santa, o jovem valente entra no séquito do rei leproso Balduíno IV, que deseja lutar contra os muçulmanos para seu pró- prio ganho político e pessoal. O filme mostra os rudimentos de um sistema de coordenadas perpendiculares e suas vantagens. No filme, é retratada a retomada de Jerusalém pelos muçulmanos, em 1187; mesmo em menor número, o jovem francês Balian cria um sistema de coordenadas para defender Jerusalém, o que lhe per- mite obter maior precisão e otimização de seus recursos bélicos. WEB http://objetoseducacionais2.mec.gov.br/handle/mec/10726 Neste endereço encontra-se um aplicativo que explora a deter- minação de coordenadas cartesianas de um ponto no plano. O intuito do aplicativo é eliminar as minas posicionadas sobre o plano cartesiano em posições distintas. http://objetoseducacionais2.mec.gov.br/handle/mec/10726 72 Plano de Estudo: • Funções Polinomiais. • Função do segundo grau. • Construção do gráfico da função do segundo grau. • Imagem da função polinomial do segundo grau. • Formas da função quadrática. • Inequações do segundo grau. • Inequações produto e inequações quociente. Objetivos de aprendizagem: • Reconhecer uma função polinomial. • Conceituar e contextualizar conceitos elementares de Matemática. • Compreender o processo do cálculo de valor numérico e raízes da função polinomial. • Ser capaz de reconhecer uma função do 2º grau e suas propriedades. • Desenvolver mecanismos para resolver inequações do segundo grau. • Desenvolver habilidades para resolução de problemas envolvendo funções do segundo grau. • Ser capaz de trabalhar com as aplicações que envolvam funções do segundo grau. • Criar prática na manipulação e resolução de inequações produto e quociente. UNIDADE III Funções Polinomiais Professor Mestre Luciano Xavier de Azevedo 73UNIDADE III Funções Polinomiais INTRODUÇÃO Caro(a) aluno(a), começaremos o nosso estudo sobre funções polinomiais. Iremos defini-las e introduzir alguns conceitos. As funções polinomiais são objeto de estudo da ma- temática há séculos, servindo como um processo para facilitar o cálculo de raízes equações gerais que envolvem polinômios. Já estudamos um caso de função polinomial, a função do primeiro grau. Aqui faremos uma abordagem mais geral do que são essas funções. Falaremos sobre valor numérico e raízes dessas funções. Daremos foco, nesta unidade, às funções polinomiais quadráticas, aquelas do segundo grau, pois são uma função interessante e vemos aplicações com uma frequência maior. Vários dos tópicos abordados serão conceitos que você, acredito, já conheça, pois são abordados no ensino médio. Mas, se você não teve contato ainda, não tem proble- mas, você vai conseguir se localizar neste tipo de função de uma forma rápida. Para que possamos fazer um estudo interessante em funções do segundo grau, faremos uma breve revisão, no decorrer da unidade, do processo de resolução de uma equação do segundo grau. Como disse, iremos nos concentrar em estudar, nesta unidade, a análise da função polinomial
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