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Ensino Médio ANGLO Manual do Professor • Matemática 8 ª- série2 296061_CAPA_EM_CA_MP_REGULAR_Mat.indd 1 30/06/17 13:12 Manual do Professor Matemática Antonio Carlos ROSSO Junior GLENN Albert Jacques van Amson Roberto Teixeira Cardoso (ROBBY) EM_REG_01a03_MAT_MP8_Iniciais.indd 1 30/06/17 16:31 Direção de inovação e conteúdo: Guilherme Luz Direção executiva: Irina Bullara Martins Lachowski Direção editorial: Luiz Tonolli e Renata Mascarenhas Gestão de projeto editorial: Duda Albuquerque, Henrique Braga e Rodolfo Marinho Supervisão da disciplina: Roberto Teixeira Cardoso Gestão e coordenação de área: Julio Cesar Augustus de Paula Santos e Juliana Grassmann dos Santos Edição: Tadeu Nestor Neto Gerência de produção editorial: Ricardo de Gan Braga Planejamento e controle de produção: Paula Godo, Adjane Oliveira e Paula P. O. C. Kusznir Revisão: Hélia de Jesus Gonsaga (ger.), Kátia Scaff Marques (coord.), Rosângela Muricy (coord.), Adriana Rinaldi, Ana Curci, Brenda T. de Medeiros Morais, Celina I. Fugyama, Danielle Modesto, Larissa Vazquez, Lilian M. Kumai, Luciana B. de Azevedo, Luís Maurício Boa Nova, Marília Lima, Marina Saraiva, Patricia Cordeiro, Patrícia Travanca, Raquel A. Taveira, Ricardo Miyake, Sueli Bossi, Rita de Cássia Costa, Vanessa Nunes S. Lucena Edição de arte: Daniela Amaral (coord.) e Antonio Cesar Decarli Diagramação: Casa de Tipos Iconografia e licenciamento de texto: Sílvio Kligin (superv.), Denise Durand Kremer (coord.), Claudia Bertolazzi, Claudia Cristina Balista, Ellen Colombo Finta, Fernanda Regina Sales Gomes, Jad Silva, Roberta Freire Lacerda Santos, Sara Plaça (pesquisa iconográfica), Liliane Rodrigues, Thalita Corina da Silva (licenciamento de textos) Tratamento de imagem: Cesar Wolf e Fernanda Crevin Capa: Daniel Hisashi Aoki Foto de capa: Keith Ladzinski/National Geographic Creative/Getty Images Projeto gráfico de miolo: Talita Guedes da Silva Todos os direitos reservados por SOMOS Sistemas de Ensino S.A. Rua Gibraltar, 368 – Santo Amaro São Paulo – SP – CEP: 04755-070 Tel.: 3273-6000 © SOMOS Sistemas de Ensino S.A. Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP) (Câmara Brasileira do Livro, SP, Brasil) Rosso Junior, Antonio Carlos Ensino médio : matemática : cadernos de 5 a 8 : manual do professor / Antonio Carlos Rosso Junior, Glenn Albert Jacques van Amson, Roberto Teixeira Cardoso (Robby). -- 1. ed. -- São Paulo : SOMOS Sistemas de Ensino, 2017. 1. Matemática (Ensino médio) I. Amson, Glenn Albert Jacques van. II. Cardoso, Roberto Teixeira. III. Título. 16-08085 CDD-510.7 Índices para catálogo sistemático: 1. Matemática : Ensino médio 510.7 2017 ISBN 978 85 4680 391 0 (PR) Código da obra 826251417 1a edição 1a impressão Impressão e acabamento Uma publicação EM_REG_01a03_MAT_MP8_Iniciais.indd 2 30/06/17 16:31 Sumário Matemática ............................................................................................................................................................ 4 Setor A ...................................................................................................................................................................... 5 Aulas 55 e 56 – Probabilidade: o método binomial ............................................................................................... 5 Aula 57 – Números complexos: introdução ........................................................................................................... 5 Aula 58 – Números complexos: igualdade e conjugado ..................................................................................... 6 Aula 59 – Números complexos: divisão .................................................................................................................. 6 Aula 60 – Números complexos: potências naturais de i ....................................................................................... 6 Aulas 61 e 62 – Polinômios e equações polinomiais: conceitos básicos ............................................................ 7 Aula 63 – Polinômios e equações polinomiais: divisão ........................................................................................ 8 Aula 64 – Polinômios e equações polinomiais: divisão por x – α, teorema do resto ........................................... 9 Aulas 65 e 66 – Polinômios e equações polinomiais: divisibilidade e exercícios................................................. 9 Aula 67 – Polinômios e equações polinomiais: TFA, teorema da decomposição ............................................. 10 Aula 68 – Polinômios e equações polinomiais: relações entre coefi cientes e raízes ....................................... 11 Aula 69 – Polinômios e equações polinomiais: raízes imaginárias, raízes inteiras ............................................. 12 Aula 70 – Polinômios e equações polinomiais: inequações polinomiais .......................................................... 12 Aulas 71 e 72 – Polinômios e equações polinomiais: resolução de equações ................................................. 13 Setor B .................................................................................................................................................................... 15 Aulas 37 e 38 – Pirâmide regular ........................................................................................................................... 15 Aulas 39 e 40 – Tetraedro ....................................................................................................................................... 16 Aulas 41 e 42 – Cilindro circular reto ..................................................................................................................... 17 Aulas 43 e 44 – Cone circular reto ........................................................................................................................ 18 Aulas 45 e 46 – Esfera ............................................................................................................................................ 19 Aulas 47 e 48 – Sólidos semelhantes ................................................................................................................... 20 Atividades Interdisciplinares .............................................................................................................................. 21 EM_REG_01a03_MAT_MP8_Iniciais.indd 3 30/06/17 16:31 Caderno 8 No setor A deste caderno vamos concluir o tema probabilidade, que teve início no Caderno 7, e com isso finalizaremos o eixo de Tratamento da informação da 2a série. Na sequência, voltaremos a trabalhar com o eixo de Conhecimentos algébricos, com o estudo de números complexos, polinômios e equações algébricas. Vale a pena destacar que, nesse momento, o objetivo do estudo sobre números complexos é oferecer uma ferramenta para o desenvolvimento do tema polinômios e equações algébricas. Assim, abordaremos apenas a forma algébrica, assim como as operações elementares e a igualdade entre números complexos na forma algébrica. Uma abordagem histórica desse tema pode ser interessante para a formação dos alunos e para despertar um interesse maior sobre esse assunto. Em polinômios e equações algébricas, sugerimos privilegiar aplicações práticas. Procure mostrar aos alunos que eles já estudaram isso com as funções afins e quadrática e que agora faremos uma extensão desses temas. No setor B daremos continuidade ao tema Geometria do espaço, que foi abordado durante todo esse setor no Caderno 7. Iniciamos esse setor com o estudo das pirâmides, sendo duas aulas sobre pirâmides regulares e outras duas sobre tetraedros. Em seguida, estuda- remos os corpos redondos com duas aulas sobre cilindros, duas sobre cones e duas sobre esferas e suas partes. Finalizamos o caderno com duas aulas sobre sólidos semelhantes. Optamos por apresentar apenas os principais sólidos, por serem os maiscomuns em situações do cotidiano e permitem que o aluno tenha uma visão mais abrangente sobre o tema. É interessante fazer com que o aluno perceba as similaridades e as diferenças entre prismas (Caderno 7) e cilindros, bem como entre pirâmides e cones. Se possível, faça uso de modelos em madeira ou acrílico, pois isso auxilia os alunos que encontram mais dificuldades em visualizar e concretizar as ideias e relações existentes entre esses sólidos. Escolhemos apresentar os sólidos semelhantes depois de explicar sobre os corpos redondos, assim temos a possibilidade de tratar a semelhança de modo mais geral e aplicar essa ideia a diferentes tipos de sólidos. 4 Matem‡tica EM_REG_04a14_MAT_A_MP8.indd 4 30/06/17 16:33 Setor A aulas 55 e 56 Probabilidade: o método binomial Objetivos Apresentar o método binomial e resolver exercícios sobre o tema. Encaminhamento Apresente o método a partir do exemplo que se encontra no resumo da aula. Mostre que nele há dois fatos a serem analisados: a probabilidade de o aluno acertar ou errar cada questão e de quantas maneiras o aluno pode acertar 7 das 10 questões. A conclusão dessa análise é a resposta: ? ? 10 7 1 5 4 5 7 3 Fixe a fórmula com os alunos e, em seguida, resolva os exer- cícios de aula, com a preocupação de deixar um tempo razoável para que eles possam pensar, antes que seja apresentada uma resolução. Os exercícios 4 e 5 não se referem necessariamente ao método binomial; eles estão na aula para que assim fosse possível revisar conceitos vistos em aulas anteriores. Sugestão de exercícios extras 1. Em uma urna há três cartões, numerados de 1 a 3. São retirados sucessivamente três cartões, com reposição. Dado que a soma dos números obtidos é 6, podemos concluir que a probabilidade de ter ocorrido três vezes o número 2 é: a) 1 3 b) 1 6 cc) 1 7 d) 1 8 e) 1 9 2. Um dado, não viciado, de jogo é lançado 6 vezes. A probabilidade de obter no mínimo 5 pontos em pelo menos 5 dos 6 lançamentos é: a) 1 729 b) 2 729 c) 3 729 d) 11 729 ce) 13 729 3. Um número inteiro n, com 1 < n < 100, é escolhido ao acaso. A probabilidade de ter 1 < n < 50 é p e a probabilidade de ter 51 < n < 100 é 3p. A probabilidade de n ser um quadrado perfeito é: a) 5% b) 7,5% cc) 8% d) 9% e) 16% 4. Um aluno de uma turma será sorteado para receber um prêmio. Todos os alunos têm a mesma probabilidade de serem sorteados, e a probabilidade de um rapaz ser sorteado é 2 3 da probabilidade de uma moça ser sorteada. Dado que a turma tem 30 alunos, podemos concluir que o número de rapazes é: a) 10 cb) 12 c) 15 d) 18 e) 20 aula 57 Números complexos: introdução Objetivos Apresentar o conjunto C dos números complexos. Encaminhamento Explique que a ideia dos números complexos começou a surgir no século XVI (Renascimento), na Itália, para resolver equações cúbicas. Nas fórmulas apareciam raízes quadradas de números negativos, mesmo em equações (cúbicas) com soluções reais. No Livro-texto, há um trecho que explica a situação de forma mais detalhada. Com o tempo, os números complexos mostraram-se indispensáveis em muitos outros ramos da Matemática. 5 EM_REG_04a14_MAT_A_MP8.indd 5 30/06/17 16:33 Siga a sequência de exercícios da aula, mostrando como pode ser conveniente e prático substituir 21 por i2, ou, em geral, 2b por bi2. Sugestão de exercícios extras 1. Obtenha dois números, u e v, tais que u 1 v 5 2 e u ? v 5 2. Resposta: 1 1 i e 1 2 i 2. Resolva, em C, a equação biquadrada x4 1 8x2 2 9 5 0. Resposta: {1, 21, 3i, 23i} 3. Obtenha as raízes imaginárias (complexas não reais) da equação x3 5 1. Resposta: 1 2 2 6 i 3 2 aula 58 Números complexos: igualdade e conjugado Objetivos Apresentar o conceito de conjugado complexo e resolver equa- ções em C. Encaminhamento Esclareça eventuais dúvidas (coletivas) da tarefa da aula anterior. Depois, siga o resumo, dando o exemplo da igualdade e os exemplos de conjugados. Apresente as propriedades dos conjugados, sem demonstrá-las formalmente; pode ser conveniente dar um ou dois exemplos numéricos para melhor compreensão por parte dos alunos. Sugestão de exercício extra Resolva em C: 2z 1 iz 5 22 1 29i Resposta: {5 1 12i} aula 59 Números complexos: divisão Objetivos Apresentar uma aplicação do conceito de conjugado: a divisão de números complexos. Encaminhamento Inicie a aula resolvendo com os alunos o exercício 1, aplicando os dois modos sugeridos. Em seguida, separe um tempo para que os alunos pensem nos demais exercícios, antes de mostrar as suas respectivas resoluções. Sugestão de exercícios extras 1. Simplifique os itens a seguir. a) i21 b) (1 1 i)21 Respostas: a) 2i b) 1 i 2 2 2. Para que valores reais de x a expressão x i 4 xi 1 1 representa um número real? Resposta: 2 e 22. 3. Simplifique a expressão 2 3i 1 i 1 1 1 2 1 i2 . Resposta: 7 3i 2 1 aula 60 Números complexos: potências naturais de i Objetivos Apresentar as potências naturais da unidade imaginária. Encaminhamento Inicie a aula resolvendo com os alunos o exercício 1. Comple- tada a tabela, eles perceberão que os valores de in, com n natural, repetem-se de 4 em 4. Em seguida, conclua a “descoberta” com o resumo da aula; in, com n [ N, é igual a ir, em que r é o resto da divisão de n por 4. Por formalidades, pode-se apresentar uma demonstração desse resultado: Temos n 5 4q 1 r, em que q é o quociente da divisão e in 5 i4q 1 r 5 (i4)q ? ir 5 1q ? ir 5 ir. Resolva os demais exercícios da aula junto com os alunos. Sugestão de exercícios extras Simplifique: a) (2i)2 018 b) 1 2 4 2i 1 2i 2 018 2 018 ) ) ( ( c) 1 2 4 2i 1 2i 2 019 2 018 ) ) ( ( Respostas: a) 222 018 b) 222 018 c) 222 019(2 1 i) 6 EM_REG_04a14_MAT_A_MP8.indd 6 30/06/17 16:33 aulas 61 e 62 Polinômios e equações polinomiais: conceitos básicos Objetivos Apresentar os conceitos básicos de polinômios. Encaminhamento Explique cada item apresentado no resumo teórico, pois nele há muitos conceitos importantes para o aprendizado do aluno, e bus- que apresentá-los com pelo menos um exemplo numérico para cada. É provável que sobre muito tempo na primeira aula e, ao discutir o grau da soma de dois polinômios, deve-se ter um cuidado maior no caso em que eles têm o mesmo grau. É muito importante que os alunos leiam o item 8 do capítulo 2, Unidade 13 do Livro-texto 4, que trata do grau da soma de dois polinômios. Veja a seguir: Sendo m e n, com m . n, os graus de A(x) e B(x), o grau de A(x) 1 B(x) é igual a m. Sendo m e n, com m , n, os graus de A(x) e B(x), o grau de A(x) 1 B(x) é igual a n. Sendo m e n, com m 5 n, os graus de A(x) e B(x), o grau de A(x) 1 B(x) é menor ou igual a n, se A(x) ? 2B(x), porém não é definido se A(x) 5 2B(x). Exemplos: A(x) B(x) A(x) 1 B(x) Grau de A(x) Grau de B(x) Grau de A(x) 1 B(x) x3 1 2x 3x2 1 x 1 5 x3 1 3x2 1 3x 1 5 3 2 3 3x2 1 x 1 5 x2 1 7x 1 6 4x2 1 8x 1 11 2 2 2 3x2 1 x 1 5 23x2 1 x 1 4 2x 1 9 2 2 1 3x2 1 x 1 5 23x2 2 x 1 4 9 2 2 0 3x2 1 x 1 5 23x2 2 x 2 5 0 2 2 Não é definido. Sugestão de exercícios extras 1. Dado que existem constantes m e n, tais que 12x 2 17 ; m(x 2 2) 1 n(x 2 1), obtenha os seus respectivos valores. Resolução: x 5 2 ⇒ 12 ? 2 2 17 5 n ∴ n 5 7 x 5 1 ⇒ 12 ? 1 2 17 5 2m ∴ m 5 25 Esse modo de resolução pode ser usado no exercício 4 da aula. Os alunos devem entender que não há a divisão por 0. 2. Dê uma relação entre os coeficientes a, b e c, com a ? 0, dado que o trinômio ax2 1 bx 1 c é o quadrado de um polinômio. Resolução: Da existência de constantes m e n tais que ax2 1 bx 1 c 5 (mx 1 n)2, temos: ax2 1 bx 1 c 5 m2x2 1 2mnx 1 n2, assim: m2 5 a, 2mn 5 b e n2 5 c 2mn 5 b ⇒ 4m2n2 5 b2 4ac 5 b2 ∴ b2 2 4ac 5 0 Conclusão: se o trinômio é um quadrado perfeito, então seu discriminante (D) é nulo. 7 EM_REG_04a14_MAT_A_MP8.indd 7 30/06/17 16:33 aula 63 Polinômios e equações polinomiais:divisão Objetivos Apresentar o teorema de divisão de polinômios. Encaminhamento Peça aos alunos que copiem as duas condições a seguir: ? 1 , P(x) D(x) Q(x) R(x) R(x) 0 ou grau de R(x) grau de D(x) dividendo divisor quociente resto ; ; Dados os polinômios P(x) e D(x), não sendo D(x) o polinô- mio nulo, existe um único par de polinômios Q(x) e R(x) nas duas condições acima. A demonstração é apresentada a seguir, porém não é adequada para ser feita em aula, pois é extensa e relativamente sofisticada. Teorema da existência do quociente e do resto da divisão de A(x) por B(x) Dados os polinômios A(x) e B(x), sabendo que B(x) não é o polinômio nulo, existe um par de polinômios (Q(x), R(x)), tal que: A(x) ; B(x) ? Q(x) 1 R(x) e R(x) ; 0 ou g(R(x)) , g(B(x)) (g(P(x)) denota o grau do polinômio P(x)) A prova será feita pela segunda forma do princípio da indução completa. 1o caso: A(x) 5 a 0 (constante) e B(x) 5 b 0 (constante) Nesse caso, temos b 0 ? 0, pois B(x) não é o polinômio nulo. Com Q(x) ; a b 0 0 e R(x) ≡ 0, temos ? 1A(x) B(x) Q(x) R(x) a0 b0 a0 b0 0 ; 2o caso: A(x) 5 a 0 (constante) e g(B(x)) > 1 Com Q(x) ; 0 e R(x) 5 a 0 , temos ? 1A(x) B(x) Q(x) R(x) a0 0 a0 ; Note que R(x) ; 0 ou g(R(x)) 5 0 (g(R(x)) , g(B(x))). Agora podemos começar a prova por indução sobre n, o grau do dividendo. Hipótese: sendo P(x) um polinômio constante ou um polinô- mio de grau menor que ou igual a n e B(x) um polinômio diferente do polinômio nulo, existe um par de polinômios (q(x), r(x)), tal que: P(x) ; B(x) ? q(x) 1 r(x) e r(x) ; 0 ou g(r(x)) , g(B(x)). Tese: sendo A(x) um polinômio constante ou um polinômio de grau igual a n 1 1 e B(x) um polinômio diferente do polinômio nulo, existe um par de polinômios (Q(x), R(x)), tal que: A(x) ; B(x) ? Q(x) 1 R(x) e R(x) ; 0 ou g(R(x)) , g(B(x)) Demonstração: 1o caso: B(x) 5 b 0 , com b 0 ? 0 (constante) Sendo Q(x) 5 1 b0 A(x) e R(x) ; 0, temos: ? 1A(x) B(x) Q(x) R(x) b0 1 b0 A(x) 0 ; 2o caso: g(B(x)) > 1 Sejam B(x) 5 b m xm 1 b m 2 1 xm 2 1 1 ... 1 b 1 x 1 b 0 , com b m ? 0, e A(x) 5 a n 1 1 xn 1 1 1 a n xn 1 a n 2 1 xn 2 1 1 ... 1 a 1 x 1 a 0 , com a n 1 1 ? 0. Consideremos o polinômio P(x) 5 A(x) 2 a b n 1 m 1 xn 1 1 2 m ? B(x). Podemos concluir que g(P(x)) < n, ou P(x) ; 0. E, pela hipótese, podemos afirmar que existe um par de polinômios (q(x), r(x)), tal que: P(x) ; B(x) ? q(x) 1 r(x), com r(x) ; 0, ou g(r(x)) , g(B(x)) Logo, A(x) 2 a b n 1 m 1 xn 1 1 2 m ? B(x) ; B(x) ? q(x) 1 r(x) e A(x) ; a b n 1 m 1 xn 1 1 − m ? B(x) 1 B(x) ? q(x) 1 r(x) A(x) ; B(x) 1 1 1 2 a b x q(x)n 1 m n 1 m 1 r(x), com r(x) ; 0, ou g(r(x)) , g(B(x)) Com Q(x) 5 a b n 1 m 1 xn 1 1 2 m 1 q(x) e R(x) 5 r(x), temos: A(x) ; B(x) ? Q(x) 1 R(x), com R(x) ; 0, ou g(R(x)) , g(B(x)) (c.q.d.) Teorema da unicidade do quociente e do resto da divisão de A(x) por B(x) Sejam A(x) e B(x) polinômios, sabendo que B(x) não é o poli- nômio nulo. Suponhamos que existam pares de polinômios (Q 1 (x), R 1 (x)) e (Q 2 (x), R 2 (x)), tais que: A(x) ; B(x) ? Q 1 (x) 1 R 1 (x), com R 1 (x) ; 0 ou g(R 1 (x)) , g(B(x)) e A(x) ; B(x) ? Q 2 (x) 1 R 2 (x), com R 2 (x) ; 0 ou g(R 2 (x)) , g(B(x)) (g(P(x)) denota o grau do polinômio P(x)). 8 EM_REG_04a14_MAT_A_MP8.indd 8 30/06/17 16:33 Segue que: B(x) ? Q 1 (x) 1 R 1 (x) ; B(x) ? Q 2 (x) 1 R 2 (x) B(x) ? [Q 1 (x) 2 Q 2 (x)] ; R 2 (x) 2 R 1 (x) Suponhamos que R 2 (x) 2 R 1 (x) ò 0. (*) Podemos concluir que Q 1 (x) 2 Q 2 (x) ò 0 e, assim, o grau de B(x) ? [Q 1 (x) 2 Q 2 (x)] é maior que ou igual ao grau de B(x). No entanto, por R 1 (x) e R 2 (x) serem os restos das divisões por B(x), é impossível que o grau de R 2 (x) 2 R 1 (x) seja maior que ou igual ao grau de B(x). Logo, a proposição em (*) é falsa; então R 2 (x) 2 R 1 (x) ; 0, ou seja, R 2 (x) ; R 1 (x). Segue que B(x) ? [Q 1 (x) 2 Q 2 (x)] ; 0 e, como B(x) ò 0, temos Q 1 (x) 2 Q 2 (x) ; 0, ou seja, Q 2 (x) ; Q 1 (x) (c.q.d.). Explique o método da chave mediante um exemplo e, no exercí- cio 1, mostre como obter o resto pelo segundo modo. Em seguida, resolva o exercício 2 da aula junto com os alunos. Sugestão de exercícios extras 1. Dê o quociente e o resto da divisão de 2x 1 7 por x3 1 3x2 1 x 1 8. Resposta: O quociente é 0 (polinômio nulo) e o resto é 2x 1 7. 2. Qual é o resto da divisão de x2 016 1 7x 1 18 por x2 2 1? Resolução: O resto é da forma ax 1 b, pois o divisor é de grau 2. Sendo Q(x) o quociente, temos: x2 016 1 7x 1 18 ; (x2 2 1)Q(x) 1 ax 1 b x 5 1 ⇒ 26 5 a 1 b x 5 21 ⇒ 12 5 2a 1 b Resulta em b 5 19 e a 5 7; logo, o resto é 7x 1 19. 3. (FGV-SP) Se x2 2 x 2 1 é um dos fatores da fatoração de mx3 1 nx2 1 1, com m e n inteiros, então, n 1 m é igual a: a) 22 cb) 21 c) 0 d) 1 e) 2 4. (Aman-RJ) O polinômio f(x) 5 x5 2 x3 1 x2 1 1, quando dividido por q(x) 5 x3 2 3x 1 2, deixa resto r(x). Sabendo disso, o valor numérico de r(21) é: ca) 210 b) 24 c) 0 d) 4 e) 10 aula 64 Polinômios e equações polinomiais: divisão por x 2 a, teorema do resto Objetivos Apresentar o teorema do resto e o dispositivo prático de Briot- -Ruffini. Encaminhamento Trata-se de uma aula técnica e relativamente fácil. Siga a sequência da aula do Caderno do Aluno e, se for conveniente, justifique o algoritmo, como é feito no Livro-texto 4, Unidade 13 (item 10 do capítulo 2). Sugestão de exercícios extras 1. Obtenha o quociente Q(x) e o resto da divisão de xn 1 1 1 1, com n [ N, por x 2 1. Resposta: Q(x) 5 xn 1 xn 2 1 1 ... 1 x 1 1 e o resto é 2. 2. Obtenha o resto da divisão de xn 1 1, com n [ N, por: a) x 2 1 b) x 1 1 Respostas: a) 2 b) Se n é par, então o resto é 2; se n é ímpar, então o resto é nulo. aulas 65 e 66 Polinômios e equações polinomiais: divisibilidade e exercícios Objetivos Discutir critérios de divisibilidade de polinômios e resolver exer- cícios sobre o tema. Encaminhamento Inicie a aula revisando conceitos vistos nas aulas anteriores: di- visão de polinômios, divisibilidade e teorema do resto. Reforce que na divisão de P(x) por D(x), com D(x) ò 0, temos: • ? 1P(x) D(x) Q(x) R(x) dividendo divisor quociente resto ; , com R(x) ; 0 ou grau (R(x)) , grau(D(x)). • Dizemos que P(x) é divisível por D(x) se, e somente se, R(x) é o polinômio nulo. 9 EM_REG_04a14_MAT_A_MP8.indd 9 30/06/17 16:33 • Na divisão de P(x) por x 2 a, sendo a uma constante, o resto é igual a P(a). Em seguida, apresente os dois critérios de divisibilidade. • Se um polinômio P(x) é divisível por x 2 a e o quociente Q(x) dessa divisão é divisível por x 2 β, então P(x) é divisível pelo produto (x 2 a)(x 2 β). P(x) e 0 x 2 a Q(x) P(x) 0 (x 2 a)(x 2 b) q(x) Q(x) 0 x 2 b q(x) • Se P(x) é divisível por x 2 a e P(x) é divisível por x 2 β, com a ? β, então P(x) é divisível pelo produto (x 2 a)(x 2 β). Portanto, se a ? β, P(a) 5 0 e P(β) 5 0, então P(x) é divisível pelo produto (x 2 a)(x 2 β). P(x) ex 2 a A(x) P(x) 0 (x 2 a)(x 2 b) q(x) P(x) 0 5 P(b)0 5 P(a) x 2 b B(x) Resolva o primeiro exercício junto com os alunos e, nos demais, separe um tempo para que eles possam pensar nas suas resoluções, para depois apresentá-las. Sugestão de exercícios extras Os restos das divisões de um polinômio P(x) por x 2 1, x 2 2 e x 2 3 são, todos, iguais a 10. E o resto da divisão de P(x) por x 2 4 é 22. Obtenha o resto da divisão de P(x) por x 2 5, dado que o grau de P(x) é 3. Resolução: P(x) ; (x 2 1)A(x) 1 10 ∴ P(x) 2 10 ; (x 2 1)A(x) P(x) ; (x 2 2)B(x) 1 10 ∴ P(x) 2 10 ; (x 2 2)B(x) P(x) ; (x 2 3)C(x) 1 10 ∴ P(x) 2 10 ; (x 2 3)C(x) Logo, P(x) 2 10 é divisível pelo produto e existe uma constante k, k ? 0, tal que P(x) 2 10 ; k(x 2 1)(x 2 2)(x 2 3), pois o grau de P(x) 2 10 é 3 e, portanto, P(x) ; k(x 2 1)(x 2 2)(x 2 3) 1 10. Dado que P(4) 5 22, temos: k(3)(2)(1) 1 10 5 22 6k 1 10 5 22 ∴ k 5 2 P(x); 2(x 2 1)(x 2 2)(x 2 3) 1 10 P(5) 5 2(4)(3)(2) 1 10 P(5) 5 58 Resposta: 58 aula 67 Polinômios e equações polinomiais: TFA, teorema da decomposição Objetivos Apresentar o teorema fundamental da Álgebra, o teorema de D’Alembert, o teorema da decomposição e o conceito de multiplici- dade de uma raiz. 10 EM_REG_04a14_MAT_A_MP8.indd 10 30/06/17 16:33 Encaminhamento Inicie a aula apresentando, nesta ordem, os quatro teoremas a seguir. 1. Teorema fundamental da Álgebra Toda equação polinomial de grau n, n [ N*, tem pelo me- nos uma raiz em C. Exemplo: A equação x4 2 2x3 2 3x2 1 8x 2 4 5 0 tem pelo menos uma raiz (real ou imaginária). 2. Teorema de D’Alembert Seja P(x) um polinômio de grau n, n [ N*. Se um número a é raiz da equação P(x) 5 0, então P(x) é divisível por x 2 a; isto é, existe um polinômio Q(x), tal que P(x) ; (x 2 a) ? Q(x). Exemplo: Seja P(x) 5 x4 2 2x3 2 3x2 1 8x 2 4. Se 1 é raiz da equação P(x) 5 0, então P(x) é divisível por x 2 1. 1 22 23 8 24 1 1 21 24 4 0 Logo, P(x) 5 (x 2 1)(x3 2 x2 2 4x 1 4). Note que o polinômio x3 2 x2 2 4x 1 4 5 0 tem pelo menos uma raiz em C. 3. Teorema da decomposição de um polinômio Consideremos um polinômio P(x) 5 a n xn 1 a n 2 1 xn 2 1 1 1 a n 2 2 xn 2 2 1 ... 1 a 1 x 1 a 0 , de grau n (n [ N*), e a equação P(x) 5 0. O teorema fundamental da Álgebra e o teorema de D’Alembert dão origem aos seguintes teoremas. Toda equação polinomial P(x) 5 0 de grau n admite exata- mente n raízes em C. Sendo x 1 , x 2 , ... x n as n raízes complexas da equação P(x) 5 0, podemos expressar P(x) na forma fatorada P(x) 5 a n (x 2 x 1 )(x 2 x 2 ) ? ... ? (x 2 x n ). Exemplo: Sendo P(x) 5 (x 2 1)(x3 2 x2 2 4x 1 4), temos: P(x) 5 (x 2 1)[x2(x 2 1) 2 4(x 2 1)] P(x) 5 (x 2 1)(x 2 1)(x2 2 4) P(x) 5 (x 2 1)2(x 2 2)(x 1 2) 4. Multiplicidade de uma raiz Um número a é raiz de multiplicidade m (m [ N) de uma equação polinomial P(x) 5 0 se, e somente se, P(x) 5 (x 2 a)m ? Q(x), em que Q(x) é um polinômio que não tem a como raiz: Q(a) ? 0. Exemplo: Sendo P(x) 5 (x 2 1)2(x 2 2)(x 1 2), podemos afirmar que 1 é raiz de multiplicidade 2 e os números 2 e 22 são raízes de multiplicidade 1, ou seja, 1 é raiz dupla e 2 e 22 são raízes simples. Continue a aula com as resoluções dos exercícios do Caderno do Aluno e, se for necessário, utilize os exercícios da seção a seguir. Sugestão de exercícios extras 1. Resolva, em C, a equação x3 5 8. Resolução: A equação é equivalente a x3 2 8 5 0; como 2 é raiz, x3 2 8 é divisível por x 2 2 e o quociente tem grau 2. Portanto, temos a seguinte solução: {2, 21 1 i 3, 21 2 i 3}. 2. Resolva a equação ax3 1 bx2 1 kax 1 kb 5 0, com a ? 0. Resolução: x2(ax 1 b) 1 k(ax 1 b) 5 0 (x2 1 k)(ax 1 b) 5 0 Então x2 1 k 5 0 ou ax 1 b 5 0. Para x2 1 k 5 0 ⇒ x2 5 2k, temos: • Se k 5 0, o conjunto solução é { }0, ba 2 (0 é raiz dupla). • Se k , 0, o conjunto solução é { }k, k, ba2 2 . • Se k . 0, o conjunto solução é { }i k , i k , ba2 2 . aula 68 Polinômios e equações polinomiais: relações entre coeficientes e raízes Objetivos Apresentar as relações existentes entre os coeficientes de uma equação polinomial e suas raízes (relações de Girard). Encaminhamento Comece com a sequência de proposições, para conduzir esta aula. Sendo a, b, c e d constantes (reais ou imaginárias), com a ? 0, temos as relações a seguir. 11 EM_REG_04a14_MAT_A_MP8.indd 11 30/06/17 16:33 • A equação do 1o grau, ax 1 b 5 0, admite apenas uma raiz x 1 . Assim, temos x 1 5 b a 2 . • A equação do 2o grau, ax2 1 bx 1 c 5 0, admite duas raízes x 1 e x 2 . Assim, temos x x b a x x c a 1 2 1 2 1 5 2 ? 5 Vejamos um modo de justificar esse resultado. Sendo x 1 e x 2 as raízes de ax2 1 bx 1 c 5 0, temos, pelo teorema da decomposição, a identidade ax2 1 bx 1 c ; a(x 2 x 1 )(x 2 x 2 ). Dividindo ambos os membros pela constante a, temos x2 1 b a x 1 c a ≡ (x 2 x 1 )(x 2 x 2 ). Desenvolvendo a expressão no segundo membro, temos: x2 1 b a x 1 c a ≡ x2 2 x 1 x 2 x 2 x 1 x 1 x 2 x2 1 b a x 1 c a ≡ x2 2 (x 1 1 x 2 )x 1 x 1 x 2 x2 2 b a 2 x 1 c a ≡ x2 2 (x 1 1 x 2 )x 1 x 1 x 2 Dessa identidade, resultam as relações x 1 1 x 2 5 b a 2 e x 1 x 2 5 c a . • De modo análogo, podemos deduzir as relações existentes na equação de grau 3. Sendo x 1 , x 2 e x 3 as raízes da equação ax3 1 bx2 1 cx 1 d 5 0, temos x x x b a x x x x x x c a x x x d a 1 2 3 1 2 1 3 2 3 1 2 3 1 1 5 2 ? 1 ? 1 ? 5 ? ? 5 2 Resolva os exercícios junto com os alunos e atente para o tempo de aula, para que não deixe de abordar todo o conteúdo. aula 69 Polinômios e equações polinomiais: raízes imaginárias, raízes inteiras Objetivos Apresentar o teorema das raízes imaginárias e um caso parti- cular do teorema das raízes racionais: as raízes inteiras. Encaminhamento Comece com o teorema das raízes imaginárias e observe que muitos alunos já notaram nas aulas e tarefas anteriores que, nas equações com coeficientes reais, as raízes imaginárias ocorrem aos pares (raízes conjugadas). É importante ressaltar que os coeficientes são todos reais. Apresente o exemplo a seguir: Dado que 2 1 3i é raiz da equação 2x3 2 9x2 1 30x 2 13 5 0, podemos concluir que outra raiz dessa equação é o número 2 2 3i, pois todos os coeficientes da equação são reais. O teorema das raízes inteiras tem uma demonstração relativa- mente imediata. Vejamos um exemplo: Consideremos a equação 5x3 1 bx2 1 cx 1 12 5 0, em que b e c são coeficientes inteiros (positivos, negativos ou nulos). Será que o número 7 pode ser raiz dessa equação? Para 7 ser uma raiz, devemos ter: 5 ? 73 1 b ? 72 1 c ? 7 1 12 5 0 7(5 ? 72 1 b ? 7 1 c) 5 212 5 ? 72 1 b ? 7 1 c 5 12 7 2 Sendo b e c números inteiros, é impossível que a igualdade seja verificada, pois o primeiro membro é um número inteiro, enquanto o segundo membro é um número racional não inteiro. Logo, o número 7 não é raiz da equação, independentemente dos valores dos coeficientes inteiros b e c. Se um número inteiro p, não nulo, é raiz dessa equação, temos: 5 ? p3 1 b ? p2 1 c ? p 1 12 5 0 p(5 ? p2 1 b ? p 1 c) 5 212 5 ? p2 1 b ? p 1 c 5 12 p 2 Nessas condições, podemos concluir que, se o inteiro p é raiz da equação, então p é um fator (ou divisor) de 12. Segue, assim, o seguinte teorema: Seja a n xn 1 a n 2 1 xn 2 1 1 a n 2 2 xn 2 2 1 ... 1 a 1 x 1 a 0 5 0 uma equação polinomial de coeficientes todos inteiros e seja p um número inteiro. Se p é uma raiz da equação, então p é um fator do termo independente a 0 . Esse teorema pode ser muito útil nos casos em que se queira achar raízes por tentativas. Resolva os exercícios de aula junto com os alunos. aula 70 Polinômios e equações polinomiais: inequações polinomiais Objetivos Apresentar um método para resolver inequações produto e inequações quociente. 12 EM_REG_04a14_MAT_A_MP8.indd 12 30/06/17 16:33 Encaminhamento Inicie a aula resolvendo como exemplo a inequação (x 2 2)(x 2 5)4(x2 1 x 1 7) < 0. 1o passo: localizar na reta real as raízes de P(x) 5 0 P(x) 5 (x 2 2)(x 2 5)4(x2 1 x 1 7) x2 1 x 1 7 5 0 não admite raízes reais (D , 0) x 2 2 5 0 ⇔ x 5 2 e (x 2 5)4 5 0 ⇔ x 5 5 x sinal de P(x)0 2 0 5 (Nesse caso, temos três intervalos.) 2o passo: obter o sinal de P(x) em cada intervalo • No intervalo ]5, 1`[, podemos tomar, por exemplo, x 5 6. Temos 5 2 2 1 1 1 1 1 123124 34 1 24 34 P(6) (6 2)(6 5) (6 6 7)4 2 ∴ P(6) . 0. Logo, em ]5, 1`[, P(x) é positivo. 1 x sinal de P(x)0 2 0 5 • No intervalo ]2, 5[, podemos tomar, por exemplo, x 5 3. Temos 5 2 2 1 1 1 1 1 123124 34 1 24 34 P(3) (3 2)(3 5) (3 3 7)4 2 ∴ P(3) . 0. Logo, em ]2, 5[, P(x) é positivo. 1 1 x sinal de P(x)0 2 0 5 • No intervalo ]2 ,̀ 2[, podemos tomar, por exemplo, x 5 0. Temos 5 2 2 1 1 2 1 1 123124 34 1 24 34 P(0) (0 2)(0 5) (0 0 7)4 2 ∴ P(0) , 0. Logo, em ]2 ,̀ 2[, P(x) é negativo.2 1 1 x sinal de P(x)0 2 0 5 3o passo: O conjunto solução da inequação (x 2 2)(x 2 5)4(x2 1 x 1 7) < 0 é {x [ R | x < 2 ou x 5 5}. Explique que, pelo método, podemos resolver inequações das formas p(x) . 0, p(x) > 0, p(x) , 0 e p(x) < 0. Para resolver, por exemplo, uma inequação da forma p(x) , k, considere a ine- quação p(x) 2 k , 0 e mostre que para resolver a inequação 1 x 1, , consideramos a inequação equivalente 1 x 1 02 , , ou seja, 1 x x 2 , 0. Assim, resolvemos essa inequação como se fosse x(1 2 x) , 0 e, ao dar o conjunto solução, excluímos os valores de x que anulam o denominador. Sugestão de exercícios extras 1. Resolva em R a inequação 1 x 1, . Resposta: {x [ R | x , 0 ou x . 1} 2. Resolva em R a inequação 1 x x> . Resposta: {x [ R | x < 21 ou 0 , x < 1} 3. Qual é o domínio da função ( )f x 2 x x 2x3 2 5 2 2 ? Resposta: {x [ R | 21 , x , 0 ou x . 2} aulas 71 e 72 Polinômios e equações polinomiais: resolução de equações Objetivos Apresentar o teorema das raízes racionais e o de Bolzano e resolver exercícios sobre o tema. Encaminhamento Comece explicando o teorema das raízes racionais: Seja a n xn 1 a n 2 1 xn 2 1 1 a n 2 2 xn 2 2 1 ... 1 a 1 x 1 a 0 5 0 uma equação polinomial de coeficientes todos inteiros e sejam p e q, com q ? 0, números inteiros e primos entre si. (Assim, p q é uma fração irredutível de números inteiros.) Se p q é uma raiz da equação, então p é um fator de a 0 e q é um fator de a n . Exemplo: Dado que p e q são números inteiros primos entre si e que p q é raiz da equação 2x3 2 9x2 1 30x 2 13 5 0, podemos afir- mar que p é um divisor de 213 e q é um divisor de 2. Portanto, p [ {1, 13, –1, –13} e q [ {1, 2, 21, 22}. Dessas duas condições, temos uma lista, um conjunto, dos possíveis valores de p q : 13 EM_REG_04a14_MAT_A_MP8.indd 13 30/06/17 16:33 L 5 { }1, 13, 1, 13, 12 , 13 2 , 1 2 , 13 2 2 2 2 2 Logo, se p q é raiz da equação, então ele é um dos elementos de L. Resolva, junto com os alunos, os exercícios 1 e 2 do Caderno do Aluno. Em seguida, apresente o teorema de Bolzano: Seja f : R → R uma função polinomial de coeficientes reais e sejam a e b, com a , b, dois números reais. Se f(a) e f(b) têm sinais contrários, isto é, se f(a) ? f(b) , 0, então a equação f(x) 5 0 tem um número ímpar de raízes reais no intervalo aberto ]a, b[. f(x) f(a) . 0 f(b) . 0 f(a) . 0 f(b) , 0 f(b) , 0f(a) , 0 a b x f(x) a Raiz de multiplicidade par, > 2 b x f(x) a b x f(x) a b x Sendo f(a) e f(b) ambos positivos ou ambos negativos, temos f(a) ? f(b) . 0 e, nesses casos, a equação f(x) 5 0 tem um número par de raízes no intervalo aberto ]a, b[. Observe que a equação pode não ter raiz nesse intervalo. f(b) . 0 f(a) . 0f(x) a b x f(b) . 0 f(a) . 0 f(x) a b x f(b) , 0f(a) , 0 f(x) a b x Para concluir, resolva os demais exercícios do Caderno do Aluno com a turma. 14 EM_REG_04a14_MAT_A_MP8.indd 14 30/06/17 16:33 Setor B aulas 37 e 38 Pirâmide regular Objetivos Apresentar as pirâmides regulares e seus elementos e como determinar a área de suas superfícies e o seu volume. Encaminhamento Inicie a aula perguntando se os alunos conhecem ou já viram pessoalmente alguma pirâmide. Se achar importante, mostre algumas imagens de pirâmides existentes no mundo. Em seguida, comente que estas aulas tratarão do sólido geométrico que tem esse nome e, então, apresente-o retomando as noções de prismas, pois muitos elementos das pirâmides têm a mesma nomenclatura. Mostre as propriedades das pirâmides regulares e como calcular as áreas e o volume de uma pirâmide. É importante que os alunos percebam tanto as semelhanças quanto as diferenças entre prismas e pirâmides, para que eles não confundam esses sólidos. Caso tenha disponível, utilize modelos de prismas e pirâmides, pois eles auxiliam os alunos a concretizar um pouco melhor as ideias apresentadas nas aulas. Se achar conveniente, faça o primeiro exercício com a sala, explicando a resolução passo a passo. Em seguida, reserve um tempo para que os alunos façam os demais exercícios. Caso tenha tempo disponível, utilize os exercícios da seção a seguir. Sugestão de exercícios extras 1. (AFA-SP) Um sólido maciço foi obtido quando a base de uma pirâmide hexagonal regular de altura 6 cm foi colada à base de uma pirâmide reta de base retangular e altura 3 cm, de forma que 4 dos 6 vértices da base da primeira coincidam com os vértices da base da segunda, conforme figura. Desprezando-se o volume da cola, se a aresta da base da pirâmide hexagonal mede 5 cm, então, o volume do sólido obtido, em cm3, é igual a: 3 cm 6 cm a) 15 3 cb) 20 3 c) 25 3 d) 30 3 15 EM_REG_15a21_MAT_B_MP8.indd 15 30/06/17 16:33 2. (Uepa) As pirâmides comunicam, ainda hoje, os valores cul- turais de uma das civilizações mais intrigantes da huma- nidade. Foram construídas para a preservação do corpo do faraó. De acordo com a lenda de Heródoto, as grandes pirâmides foram construídas de tal modo que a área da face era igual ao quadrado da altura da pirâmide. Texto Adaptado: “Contador”, Paulo Roberto Martins. A Matemática na arte e na vida – 2. ed. rev. – São Paulo: Editora Livraria da Física, 2011. Considere a pirâmide de base quadrada, cujo lado mede 2a, a altura H e a altura da face h, construída segundo a lenda de Heródoto. Se S expressa a área da face da pirâmide, então é correto afirmar que: a) S 5 (a 1 h)(a 2 h) cb) S 5 (h 1 a)(h 2 a) c) S 5 (a 1 h)2 d) S 5 (h 2 a)2 e) S 5 a2 ? h2 3. (Insper-SP) Em uma pirâmide quadrangular regular, a área lateral é o dobro da área da base. Nesse caso, cada face lateral forma com o plano da base um ângulo que mede: a) 15° b) 30° c) 45° cd) 60° e) 75° aulas 39 e 40 Tetraedro Objetivos Apresentar os tetraedros, os tetraedros trirretângulos e os te- traedros regulares. Encaminhamento Inicie a aula mostrando que o tetraedro é uma pirâmide de base triangular e, como todas as faces dessa pirâmide são triângulos, precisamos escolher uma dessas faces como base para avaliar a altura, ou seja, podemos ter quatro alturas diferentes, sendo uma relativa a cada base. Contudo, isso não altera o volume, pois trata-se do mesmo sólido, que apenas está em uma nova posição. Na sequência, apresente o tetraedro trirretângulo e a vantagem de se calcular o volume usando um dos triângulos retângulos como base. Em seguida, mostre o tetraedro regular e a propriedade de que todos os triângulos desse tipo de tetraedro são equiláteros. Mostre como determinar a área total e o volume de um tetrae- dro regular e realize a demonstração da fórmula do volume apenas em salas mais avançadas. Caso tenha tempo disponível, utilize os exercícios da seção a seguir. Sugestão de exercícios extras 1. (UFRGS-RS) Considere ABCDEFGH um paralelepípedo reto-retângulo, conforme representado na figura a seguir. D H E A B C F G Se as arestas do paralelepípedo medem 3, 6 e 10, o volume do sólido ACDH é: a) 10 b) 20 cc) 30 d) 60 e) 90 2. (UPE) Para a premiação dos melhores administradores de uma galeria comercial, um designer projetou um peso de papel com a forma de um tetraedro regular reto, de aresta 20 cm, que será entregue aos vencedores. Esse peso de papel será recoberto com placas de platina nas faces laterais e com uma placa de prata na base. Se o preço da platina é de 30 reais por centímetro quadrado e o da prata é de 50 reais por centímetro quadrado, assinale a alternativa que apresenta o valor mais próximo, em reais, do custo desse recobrimento. (Considere 3 1,7< ) ca) 24 000 b) 18 000 c) 16 000 d) 14 000 e) 12 000 3. (UFRJ) A pirâmide ABCD é tal que as faces ABC, ABD e ACD são triângulos retângulos cujos catetos medem a. Considere o cubo de volume máximo contido em ABCD tal que um de seus vértices seja o ponto A, como ilustra a figura a seguir. D B C Determine a medida da aresta desse cubo em função de a. Resposta:a 3 16 EM_REG_15a21_MAT_B_MP8.indd 16 30/06/17 16:33 aulas 41 e 42 Cilindro circular reto Objetivos Apresentar os cilindros circulares retos e seus elementos e como determinar a área de suas superfícies e o seu volume. Encaminhamento Como esta aula é a primeira sobre corpos redondos, é impor- tante fazer com que o aluno perceba que esse tipo de sólido não é um poliedro. Sugerimos que use um prisma como comparação, pois assim os alunos terão a oportunidade de perceber essas diferenças e a semelhança com o cálculo do volume. Apresente o cilindro circular reto e explique que um cilindro pode não ser reto nem de base circular (a base pode, por exemplo, ser uma elipse) e que estudaremos apenas os cilindros circulares retos por serem os mais comuns no cotidiano. Em seguida, mostre as secções transversal e meridiana de um cilindro circular reto e de um cilindro equilátero, apresente a pla- nificação de um cilindro, dê atenção para o cálculo da área lateral e volte à comparação com o prisma para apresentar o cálculo do volume de um cilindro. Reserve um tempo para que os alunos façam os exercícios da aula e em seguida faça a correção com eles. Caso tenha tempo disponível, utilize os exercícios da seção a seguir. Sugestão de exercícios extras 1. (UPE-SSA) A figura a seguir representa um tanque de combustível de certa marca de caminhão a diesel. Sabendo que esse veículo faz, em média, 3 km/L, e observando o marcador de combustível no início e no final de uma viagem, quantos quilômetros esse caminhão percorreu? Considere p < 3. Início Final Marcador de combustível R E P R O D U ‚ Ì O /U P E S S A 2 , 2 0 1 6 . a) 243 km b) 425 km c) 648 km cd) 729 km e) 813 km 2. (Fuvest-SP) A grafite de um lápis tem quinze centímetros de comprimento e dois milímetros de espessura. Dentre os valores abaixo, o que mais se aproxima do número de átomos presentes nessa grafite é: Nota: (1) Assuma que a grafite é um cilindro circular reto, feito de grafita pura. A espessura da grafite é o diâmetro da base do cilindro. (2) Adote os valores aproximados de: • 2,2 g/cm3 para a densidade da grafita; • 12 g/mol para a massa molar do carbono; • 6,0 3 1023 mol21 para a constante de Avogadro. a) 5 3 1023 b) 1 3 1023 cc) 5 3 1022 d) 1 3 1022 e) 5 3 1021 3. (UEM-PR) Um produtor de grãos armazena sua produção em um silo na forma de um cilindro reto de base circular com 3 metros de altura e 1 metro de raio. Para otimizar os custos de armazenamento, o produtor quer saber como alterar as medidas do silo para melhorar a relação entre a capacidade de armazenamento (volume do silo) e a quantidade de material utilizado na sua fabricação (área lateral do silo, incluindo as áreas da base e da tampa). Considerando essa situação, assinale o que for correto sobre as ações do produtor. (01) Se ele dobrar o raio e diminuir a altura pela metade, terá um silo com o mesmo volume e com a mesma área lateral. (02) Se ele dobrar apenas o raio, o novo silo terá o dobro do volume. (04) Se ele dobrar apenas a altura, o novo silo terá o dobro do volume. (08) Se ele diminuir o raio e a altura pela metade, então, proporcionalmente ao silo original, o volume irá diminuir mais do que a área lateral. (16) É impossível alterar o volume do silo original sem alterar a área lateral. Dê como resposta a soma dos números associados às afirmações corretas. Resposta: 04 1 08 5 12. 17 EM_REG_15a21_MAT_B_MP8.indd 17 30/06/17 16:34 aulas 43 e 44 Cone circular reto Objetivos Apresentar os cones circulares retos e seus elementos e como determinar a área de suas superfícies e o seu volume. Encaminhamento Siga a estratégia de apresentar o cone mostrando que é possí- vel pensar que um cilindro está para um prisma assim como um cone está para uma pirâmide. A partir dessa ideia, muitos cálculos ficam similares aos anteriores, às vezes usando as noções de corpos redondos, às vezes as de pirâmides. Mostre as secções transversal e meridiana de um cone circu- lar reto, a relação entre raio da base, altura e geratriz, e o cilindro equilátero. Especificamente para cones, lembre-se de fazer uma revisão sobre ângulos e áreas em um setor circular antes de apresentar o cálculo da área da superfície lateral e do ângulo central da planifi- cação dessa superfície. Volte à comparação com a pirâmide para apresentar o cálculo do volume de um cone. Reserve um tempo para que os alunos façam os exercícios da aula e em seguida faça a correção com eles. Caso tenha tempo disponível, utilize os exercícios da seção a seguir. Sugestão de exercícios extras 1. (UPE) Um torneiro mecânico construiu uma peça retirando, de um cilindro metálico maciço, uma forma cônica, de acordo com a figura 01 a seguir: (Considere p < 3) PeçaFigura 01 3 cm 10 cm 6 cm Qual é o volume aproximado da peça em milímetros cúbicos? ca) 2,16 3 105 b) 7,2 3 104 c) 2,8 3 105 d) 8,32 3 104 e) 3,14 3 105 2. (Enem) Ao se perfurar um poço no chão, na forma de um cilindro circular reto, toda a terra retirada é amontoada na forma de um cone circular reto, cujo raio da base é o triplo do raio do poço e a altura é 2,4 metros. Sabe-se que o volume desse cone de terra é 20% maior do que o volume do poço cilíndrico, pois a terra fica mais fofa após ser escavada. Qual é a profundidade, em metros, desse poço? a) 1,44 cb) 6,00 c) 7,20 d) 8,64 e) 36,00 3. (PUC-RS) Uma casquinha de sorvete na forma de cone foi colocada em um suporte com formato de um cilindro, cujo raio da base e a altura medem a cm, conforme a figura. a a O volume da parte da casquinha que está no interior do cilindro, em cm3, é a) a 2 2 p b) a 3 2 p c) a 2 3 p cd) a 3 3 p e) a 6 3 p 4. (UEMG) Um reservatório de água, de formato cônico, com raio da tampa circular igual a 8 m e altura igual a 9 m, será substituído por outro de forma cúbica, de aresta igual a 10 m. Estando o reservatório cônico completamente cheio, ao se transferir a água para o reservatório cúbico, a altura do nível atingida pela água será de (considere p < 3) ca) 5,76 m. b) 4,43 m. c) 6,38 m. d) 8,74 m. 18 EM_REG_15a21_MAT_B_MP8.indd 18 30/06/17 16:34 aulas 45 e 46 Esfera Objetivos Apresentar a esfera e suas partes, seus elementos e como de- terminar a área de sua superfície e o seu volume. Encaminhamento Estas aulas vêm finalizar a apresentação dos principais corpos redondos, então inicie retomando o conceito de círculo no plano e explique que a esfera tem essa mesma “ideia”, mas no espaço. Apresente o cálculo da área total e do volume sem demons- trações e, em seguida, as secções planas e as partes de uma esfera (hemisfério, fuso e cunha). Depois, mostre como calcular a área do fuso e da cunha e o volume da cunha. No Livro-texto apresentamos uma demonstração da fórmula do volume. Se tiver tempo, realize a experiência de colocar uma esfera de metal em um recipiente com água cujo formato seja um paralelepípedo e estime empiricamente a fórmula do volume da esfera a partir do volume de água deslocado. Faça alguns exemplos antes de pedir aos alunos que trabalhem com os exercícios de aula. Caso tenha tempo disponível, utilize os exercícios da seção a seguir. Sugestão de exercícios extras 1. (Imed-SP) Uma bola maciça, totalmente vedada, em formato de uma esfera perfeita, de diâmetro igual a 2 metros, foi lançada em uma piscina de base retangular com dimensões medindo 5 metros e 12 metros e com água até a altura de 1,2 metros. Sabendo que a bola ficou completamente submersa pela água, quantos metros o nível da água se elevará? a) 180 p b) 90 p cc) 45 p d) 30 p e) 15 p 2. (Cefet-MG) Um artesão resolveu fabricar uma ampulheta de volume total V constituída de uma semiesfera de raio 4 cm e de um cone reto, com raio e altura 4 cm, comunicando-se pelo vértice do cone, de acordo com a figura abaixo. Para seu funcionamento,o artesão depositará na am- pulheta areia que corresponda a 25% de V. Portanto o volume de areia, em cm3, é: ca) 16p b) 64 3 p c) 32p d) 128 3 p e) 64p 3. (Uerj) Na fotografia abaixo, observam-se duas bolhas de sabão unidas. Quando duas bolhas unidas possuem o mesmo tama- nho, a parede de contato entre elas é plana, conforme ilustra o esquema: A B Considere duas bolhas de sabão esféricas, de mesmo raio R, unidas de tal modo que a distância entre seus centros A e B é igual ao raio R. A parede de contato dessas bolhas é um círculo cuja área tem a seguinte medida: a) R 2 2 p b) 3 R 2 2 p cc) 3 R 4 2 p d) 4 R 3 2 p 4. (UFRGS-RS) Um reservatório tem forma de um cilindro circular reto com duas semiesferas acopladas em suas extremidades, conforme representado na figura a seguir. R E P R O D U ‚ Ì O /U F R J, 2 0 1 3 . 19 EM_REG_15a21_MAT_B_MP8.indd 19 30/06/17 16:34 O diâmetro da base e a altura do cilindro medem, cada um, 4 dm, e o volume de uma esfera de raio r é 4 r 3 3 p . Dentre as opções a seguir, o valor mais próximo da ca- pacidade do reservatório, em litros, é: a) 50 b) 60 c) 70 cd) 80 e) 90 aulas 47 e 48 Sólidos semelhantes Objetivos Aplicar os conceitos das aulas anteriores e mostrar as relações entre comprimentos, áreas e volumes entre sólidos semelhantes. Encaminhamento Esta aula finaliza o 2o ano do Ensino Médio; assim, vale a pena tratar esse tema como uma conclusão desse estudo neste mo- mento. Retome a noção de semelhança que estudamos no plano e explique que no espaço a noção de semelhança é a mesma. Escolha um sólido (sugerimos um cone circular reto, pois está no resumo de aula do Caderno do Aluno) e faça um exemplo numérico. A partir dos resultados obtidos, faça a generalização das razões entre áreas e volumes. Caso tenha tempo disponível, utilize os exercícios da seção a seguir. Sugestão de exercícios extras 1. (ESPM-SP) Uma indústria de bebidas criou um brinde para seus clientes com a forma exata da garrafa de um de seus produtos, mas com medidas reduzidas a 20% das originais. Se em cada garrafinha brinde cabem 7 mL de bebida, podemos concluir que a capacidade da garrafa original é de: ca) 875 mL b) 938 mL c) 742 mL d) 693 mL e) 567 mL 2. (Unitau-SP) Aumentando em 10% o raio de uma esfera, a sua superfície aumentará: ca) 21% b) 11% c) 31% d) 24% e) 30% h 3. (Uerj) Um recipiente com a forma de um cone circular reto de eixo vertical recebe água na razão constante de 1 cm3/s. A altura do cone mede 24 cm, e o raio de sua base mede 3 cm. Conforme ilustra a ima- gem, a altura h do nível da água no recipiente va- ria em função do tempo t em que a torneira fica aberta. A medida de h corresponde à distância entre o vértice do cone e a superfície livre do líquido. Admitindo p < 3, a equação que relaciona a altura h, em centímetros, e o tempo t, em segundos, é represen- tada por: ca) h 5 4 t3 b) h 5 2 t3 c) h 5 2 t d) h 5 4 t 4. (UFG-GO) Um cone circular reto de madeira, homogêneo, com 20 cm de altura e 20 cm de diâmetro da base, flutua livremente na água parada em um recipiente, de maneira que o eixo do cone fica vertical e o vértice aponta para baixo, como representado na figura a seguir. h H 5 20 R 5 10 r Denotando-se por h a profundidade do vértice do cone, relativa à superfície da água, por r o raio do círculo for- mado pelo contato da superfície da água com o cone e sabendo-se que as densidades da água e da madeira são 1,0 g/cm3 e 0,6 g/cm3, respectivamente, os valores de r e h, em centímetros, são, aproximadamente: Dados: 3 1,443 < , 5 1,713 < . a) 5,8 e 11,6 b) 8,2 e 18,0 cc) 8,4 e 16,8 d) 8,9 e 15,0 e) 9,0 e 18,0 20 EM_REG_15a21_MAT_B_MP8.indd 20 30/06/17 16:34 21 Atividades Interdisciplinares A atividade interdisciplinar de Química e Biologia está baseada no texto sobre hemodiálise. No Brasil existem 130 mil pessoas que fazem diálise e o número aumenta 10% ao ano, acarretando um custo significativo para o sistema de saúde brasileiro. O conhecimento dos fatores que predispõem a doença renal crônica, principalmente a hipertensão e a diabetes, são fundamentais para possibilitar sua prevenção e a redução do número de doentes. Desse modo, a discussão dessa atividade envolve a contextualização do problema, associada à utilização dos conceitos já apresentados no estudo dos sistemas excretor e circulatório. Na aula de Biologia, após a leitura do texto e a discussão rápida sobre a dimensão do problema no Brasil, resolva com os alunos os exercícios propostos. Os testes 1 a 3 permitem revisar os mecanismos de funcionamento renal. A questão discur- siva 4 analisa o mecanismo da diálise, possibilitando sua comparação com a atividade do néfron e também uma recordação sobre a osmose. Na questão 5, discute-se o efeito da hipertensão arterial sobre a função renal e as consequências da uremia para o organismo. Do ponto de vista da Química, essa atividade retoma vários conceitos trabalhados ao longo do segundo ano, como concentração de soluções, cinética química, equilíbrio químico e algumas reações inorgânicas vistas no primeiro ano. Essa revisão engloba assuntos abordados na apostila 8, quando falamos de equilíbrios em solução aquosa e pH, por exemplo. Sugerimos que inicie a aula explicando que, além da toxicidade dos compostos que devem ser eliminados na hemo- diálise, o principal fator responsável pela realização de tal procedimento é que nosso organismo não consegue mais lidar com o equilíbrio de concentrações de íons e compostos em geral em nosso corpo, e esse é o mote químico para tal aula. O exercício 6 retoma exatamente isso: o tema concentração de soluções com um enfoque interpretativo. Como o texto cita a informação de que a membrana resiste até o dobro da concentração sanguínea, o professor pode retomar o conceito de dissociação dos eletrólitos, que será o responsável pela resposta aos itens a e b. O exercício 7 recorda nos itens a e b assuntos do primeiro ano (ácidos e bases) e que serão discutidos com o enfoque de equilíbrios na apostila 8. Os itens c e d recordam assuntos da própria apostila 7. Já o exercício 8 retoma a ideia de concentração. Como um isotônico apresenta íons em sua composição, que são exa- tamente o que desejamos eliminar na hemodiálise, não é adequado ingeri-lo. Para finalizar, lembre os alunos de que nosso corpo não funciona como em um experimento isolado de diluição. A ingestão de grande quantidade de água não resolve o problema e, pelo contrário, para um indivíduo que apresenta problemas de regulação de concentração iônica, pode até agravar o caso. a n o ta ç õ e s EM_REG_15a21_MAT_B_MP8.indd 21 30/06/17 16:34 22 a n o ta ç õ e s EM_REG_15a21_MAT_B_MP8.indd 22 30/06/17 16:43 S C IE N C E P H O T O L IB R A R Y R F /G E T T Y I M A G E S prof.: aula 55 aula 62 P. 114 P. 124 AD TM TC AD TM TC aula 56 aula 63 P. 114 P. 127 AD TM TC AD TM TC aula 57 aula 64 P. 117 P. 129 AD TM TC AD TM TC aula 58 aula 65 P. 119 P. 131 AD TM TC AD TM TC aula 59 P. 121 AD TM TC aula 66 P. 131 AD TM TC aula 67 P. 133 AD TM TC aula 60 P. 123 AD TM TC aula 61 P. 124 AD TM TC Índice-controle deestudo aula 72 P. 140 AD TM TC aula 71 P. 140 AD TM TC aula 70 P. 139 AD TM TC aula 69 P. 137 AD TM TC aula 68 P. 135 AD TM TC Antonio Carlos ROSSO Junior GLENN Albert Jacques van Amson Roberto Teixeira Cardoso (ROBBY)Matemática Setor A EM_REG_113a144_MAT_A_CA8.indd 113 30/06/17 11:19 aulas 55 e 56 Enem: Conhecimentos de estatística e probabilidade Probabilidade: o método binomial 114 M a te m á ti ca e s u a s Te cn o lo g ia s nestas aulas A seguir temos um exemplo da aplicação do método binomial. Um aluno decide fazer certa prova que é constituída de 10 questões com 5 alternativascada uma. Sem ter um mínimo de conheci- mento da teoria que será abordada nem das habilidades exigidas em cada questão, a sua probabilidade de acerto é de 1 5 e a probabilidade de erro é de 4 5 . Qual é a probabilidade de esse aluno acertar exatamente 7 questões? Sendo C as respostas certas das questões e E as erradas, a probabilidade de acertar as primeiras 7 questões e, portanto, errar as últimas 3 é dada por ( ) P CCCCCCCEEE 1 5 1 5 1 5 1 5 1 5 1 5 1 5 4 5 4 5 4 5 1 5 4 5 7 3 5 ? ? ? ? ? ? ? ? ? 5 ? . Porém, há outras maneiras de acertar 7 questões e errar as outras 3, e cada uma dessas maneiras ocorre com uma probabilidade de 1 5 4 5 7 3 ? . Assim, por exemplo, a probabilidade de acertar as três primeiras questões e as quatro últimas é dada por ( ) P CCCEEECCCC 1 5 1 5 1 5 4 5 4 5 4 5 1 5 1 5 1 5 1 5 1 5 4 5 7 3 5 ? ? ? ? ? ? ? ? ? 5 ? . O número total de maneiras de acertar 7 questões e errar 3 é dado por 10 ! 7 ! 3!? , ou seja, pelo número binomial 10 7 . Logo, a probabilidade de acertar 7 questões e errar 3 é dada por P 10 7 1 5 4 5 7 3 5 ? ? . (Esse resultado é menor que 0,08%.) Sendo p a probabilidade de um evento A ocorrer em um experimento, a probabilidade de ele não ocorrer é 1 2 p. E, sendo P a probabilidade de A ocorrer exatamente m vezes em um total de n repetições do experimento, com n > m, ela é dada por P 5 n m ? pm ? (1 2 p)n 2 m. Observação: ( ) n m C n! m! n m ! n, m5 5 2 EM_REG_113a144_MAT_A_CA8.indd 114 30/06/17 11:19 115 M a te m ‡ ti c a em classe 1. A taxa de fecundidade é uma estimativa do número médio de filhos que uma mulher teria até o fim de seu período reprodutivo. O gráfico a seguir mostra que a taxa de fecundidade no Brasil decresceu no período de 2000 a 2015. 0,0 0,6 1,2 1,8 2,4 Ta x a d e f e c u n d id a d e t o ta l Anos 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 Taxa de fecundidade total – Brasil – 2000 a 2015 Disponível em: <http://brasilemsintese.ibge.gov.br/populacao/ taxas-de-fecundidade-total.html>. Acesso em: 6 abr. 2017. Um casal pretende ter cinco crianças. Qual é a proba- bilidade de eles terem três meninas e dois meninos? a) 1 16 b) 1 8 c) 3 16 d) 1 4 c e) 5 16 Probabilidade de ser uma menina: p 5 1 2 Probabilidade de não ser uma menina: 1 − p 5 1 2 Com m 5 3 e n 5 5, temos: 5 ? ? 2 2P n m p (1 p)m m n 5 ? ?P 5 3 1 2 1 2 3 2 5 ? 5P 10 1 32 5 16 H28 2. De um grupo em que 60% das pessoas são do sexo fe- minino são escolhidas, ao acaso, três pessoas. Qual é a probabilidade de exatamente duas dessas três pessoas serem do sexo feminino? Probabilidade de ser do sexo feminino: p 5 0,6 5 3 5 Probabilidade de não ser do sexo feminino: 1 − p 5 2 5 Com m 5 2 e n 5 3, temos: ( ) 5 ? ? 2 2 P n m p 1 pm n m ( ) 5 ? ? 5 5P 3 2 3 5 2 5 54 125 43,2% 2 1 Portanto, a probabilidade de duas das três pessoas serem do sexo feminino é 54 125 . 3. Um dado será lançado cinco vezes. Qual é a probabi- lidade de sair a face 6 somente uma vez? Probabilidade de sair a face 6: p 5 1 6 Probabilidade de não sair a face 6: 1 − p 5 5 6 Com m 5 1 e n 5 5, temos: 5 ? ?P 5 1 1 6 5 6 1 4 5 ? 5P 5 5 6 5 6 4 5 5 Observação: Aproveite o exercício para esclarecer que, quando não for feita qualquer menção, subentende-se que está sendo usado um dado não viciado. EM_REG_113a144_MAT_A_CA8.indd 115 30/06/17 11:19 M a te m á ti ca e s u a s Te cn o lo g ia s 116 em casa Consulte: Livro-texto 4 – Unidade 12 Caderno de Exercícios 4 – Unidade 12 Tarefa Mínima Aula 55 • Leia o resumo de aula. • Faça os exercícios 1 a 4, cap. 3. Aula 56 • Leia o capítulo 3. • Faça os exercícios 8 a 11, cap. 3. Tarefa Complementar Aula 55 • Faça os exercícios 5 a 7, cap. 3. Aula 56 • Faça os exercícios 12 a 14, cap. 3. • Faça os exercícios 1 a 6 da seção Rumo ao Enem. 4. Hoje, na escola, Pedro conheceu um aluno novo, o João. Conversando com ele, Pedro ficou sabendo que a família de João é composta de duas crianças. A pro- babilidade de que a outra criança da família de João seja uma menina é: a) 1 4 b) 1 3 c) 1 2 c d) 2 3 e) 3 4 Temos o seguinte espaço amostral E: (h, h), (h, m), (m, h), (m, m) Logo, a probabilidade de a outra criança ser uma menina é dada por p 5 2 3 . H28 5. Um dado será lançado cinco vezes. Qual é a probabi- lidade de sair a face 6 no mínimo duas vezes? Probabilidade de não sair a face 6 nos cinco lançamentos: ( )5P 560 5 Probabilidade de sair a face 6 exatamente uma vez nos cinco lança- mentos: ( )5P 561 5 (veja o exercício 3.) Então, a probabilidade de sair a face 6 no mínimo duas vezes em cinco lançamentos é dada por: ( )2 2 5 2 ?1 P P 1 2 560 1 5 EM_REG_113a144_MAT_A_CA8.indd 116 30/06/17 11:19 117 M a te m ‡ ti c a No conjunto dos números reais (R) não existe número x tal que x2 5 21, pois uma de suas características fundamentais é que seus quadrados não são negativos. Isso equivale a dizer que, em R, é impossível extrair raízes quadradas de números negativos. O conjunto C, dos números complexos, contém, além de uma “cópia” de R, números não reais, chamados de números imaginários, entre os quais estão aqueles cujos quadrados podem ser negativos. O mais simples dos números imaginários é a unidade imaginária, denotada pela letra i. Sua propriedade básica é que seu quadrado é igual a 21. i2 5 21 Todo número complexo z pode ser expresso na forma (algé- brica) a 1 bi, em que a e b são números reais, chamados, nessa ordem, de parte real e parte imaginária de z. Exemplos: 1. z 5 3 1 4i 2. z 5 21 1 i 3 3. z 5 12 (5 12 1 0i) 4. z 5 21 (5 21 1 0i) 5. z 5 5i (5 0 1 5i) Os números imaginários com parte real nula, como no exemplo 5, são chamados de números imaginários puros (z 5 bi, com b ? 0). • Sendo x, y, a e b números reais, temos: x 1 yi 5 a 1 bi ⇔ x 5 a e y 5 b • Sendo u e v números complexos, temos: u ? v 5 0 ⇔ u 5 0 ou v 5 0 As identidades a seguir são verificadas para quaisquer números a e b, reais ou imaginários. (a 2 bi)(a 1 bi) (a 2 b)(a 1 b) (a 1 b)2 (a 2 b)2 5 a2 1 b2 5 a2 2 b2 5 a2 1 2ab 1 b2 5 a2 2 2ab 1 b2 (a 1 b)3 (a 2 b)3 5 a3 1 3a2b 1 3ab2 1 b3 5 a3 2 3a2b 1 3ab2 2 b3 (a 1 b)(a2 2 ab 1 b2) (a 2 b)(a2 1 ab 1 b2) 5 a3 1 b3 5 a3 2 b3 aula 57 Enem: Conhecimentos algébricos Números complexos: introdução nesta aula EM_REG_113a144_MAT_A_CA8.indd 117 30/06/17 11:19 em classe 118 M a te m á ti ca e s u a s Te cn o lo g ia s em casa Consulte: Livro-texto 4 – Unidade 13 Caderno de Exercícios 4 – Unidade 13 Tarefa Mínima • Leia o resumo de aula. • Faça os exercícios 1 a 4, cap. 1. Tarefa Complementar • Leia os itens 1 a 7, cap. 1. • Faça os exercícios 5 a 11 cap. 1. • Faça o exercício 7 da seção Rumo ao Enem. 1. Resolva em C. a) x2 5 −1 x2 5 i2 ∴ x 5 6i Resposta: {i, −i} b) x2 5 −4 x2 5 4i2 ∴ x 5 ±2i Resposta: {2i, −2i} c) x2 1 2x 1 4 5 0 x2 1 2x 1 4 5 0 D 5 22 2 4 ? 1 ? 4 D 5 212 ∴ D 5 12i2 x 5 2 62 2i 3 2 Resposta: {21 1 i 3 , 21 2 i 3 } 2. Em 1798, o matemático alemão Carl Friedrich Gauss (1777-1855) provou que, em C, toda equação algébrica tem pelo menos uma raiz (real ou imaginária). Uma con- sequência desse teorema é que, em C, uma equação de grau n tem exatamente n raízes. Assim, a equação x3 5 8 tem três raízes. Uma delas é o número 2, pois 23 5 8 e as outras duas são números imaginários. Obte- nha essas duas raízes. x3 5 23 x3 2 23 5 0 (x 2 2)(x2 1 2x 1 22) 5 0 • x 2 2 5 0 ⇔ x 5 2 • x2 1 2x 1 22 5 0 ⇔ x 5 21 6 i 3 Resposta: {2, 21 1 i 3 , 21 2 i 3 } H21 EM_REG_113a144_MAT_A_CA8.indd 118 30/06/1711:19 em classe 119 M a te m ‡ ti c a 1. Igualdade de números complexos Sendo x, y, a e b números reais, temos: x 1 yi 5 a 1 bi ⇔ x 5 a e y 5 b Exemplo: Sendo x e y números reais, temos: x 1 yi 5 3 1 4i ⇔ x 5 3 e y 5 4 2. Conjugado complexo Chama-se conjugado complexo do número complexo z ao número que se obtém trocando o sinal da sua parte imaginária. Denota- -se o conjugado de z por z . Portanto, sendo a e b números reais, temos a bi1 5 a − bi. Sendo z e w números complexos quaisquer, temos: P1: z 5 z (o conjugado do conjugado de um número é o próprio número) P2: 6z w 5 z 6 w (o conjugado da soma é a soma dos conjugados; e o conjugado da diferença é a diferença dos conjugados) P3: ?z w 5 z ? w (o conjugado do produto é o produto dos conjugados) P4: z ? z > 0 P5: a [ R ⇔ a 5 a (o conjugado complexo de um número real é o próprio número) Exemplos: 1. 3 4i1 5 3 2 4i e 3 4i2 5 3 1 4i 2. 4i 5 24i 3. 3 5 3 aula 58 Enem: Conhecimentos algébricos Números complexos: igualdade e conjugado nesta aula 1. Obtenha os pares ordenados (x, y) de números reais tais que: a) (x − 3) 1 (x 1 y)i5 5 1 7i (x 2 3) 1 (x 1 y)i 5 5 1 7i • x 2 3 5 5 ⇔ x 5 8 • x 1 y 5 7 e x 5 8 ⇒ y 5 21 Resposta: (8, 21) EM_REG_113a144_MAT_A_CA8.indd 119 30/06/17 11:19 120 M a te m á ti ca e s u a s Te cn o lo g ia s b) 2x 1 2yi 1 y 1 xi 5 12 1 9i 2x 1 2yi 1 y 1 xi 5 12 1 9i (2x 1 y) 1 (x 1 2y)i 5 12 1 9i Logo, 2x 1 y 5 12 e x 1 2y 5 9. Somando membro a membro, temos: 3x 1 3y 5 21 x 1 y 5 7 De x 1 x 1 y 5 12 e x 1 y 5 7, temos x 5 5. De x 1 y 1 y 5 9 e x 1 y 5 7, temos y 5 2. Resposta: (5, 2) 2. Se u [ R e z 5 cos u 1 i ? sen u, então z ? z é igual a: a) 1 b) 0 c) cos 2u d) sen 2u e) tg u z ? z 5 (cos u 1 i ? sen u)(cos u 2 i ? sen u) 5 cos2 u 2 i2 ? sen2 u 5 cos2 u 1 sen2 u 5 1 H22 3. Resolva em C: 2z 1 z ? i 5 12 1 9i. Sendo z 5 x 1 yi, com x e y reais, temos: 2(x 1 yi) 1 (x 2 yi)i 5 12 1 9i 2x 1 2yi 1 xi 2 yi2 5 12 1 9i (2x 1 y) 1 (x 1 2y)i 5 12 1 9i x 5 5 e y 5 2 (veja exercício 1b) z 5 5 1 2i Resposta: {5 1 2i} em casa Consulte: Livro-texto 4 – Unidade 13 Caderno de Exercícios 4 – Unidade 13 Tarefa Mínima • Leia o resumo de aula. • Faça os exercícios 12 a 15, cap. 1. Tarefa Complementar • Leia o item 8, cap. 1. • Faça os exercícios 16 a 20, cap. 1. EM_REG_113a144_MAT_A_CA8.indd 120 30/06/17 11:19 em classe 121 M a te m ‡ ti c a Sendo x, y, a e b números reais, temos: x 1 yi 5 a 1 bi ⇔ x 5 a e y 5 b Denota-se o conjugado de z por z , e com a e b números reais, temos: a bi1 5 a − bi Note que (a 1 bi)(a 2 bi) 5 a2 1 b2. Dados os complexos v e w, com w ? 0, temos: ⇔z v w z w v5 ? 5 aula 59 Enem: Conhecimentos algébricos Números complexos: divisão nesta aula 1. Obtenha (x, y), com x [ R e y [ R, de modo que (x 1 yi)(1 1 i) 5 2 1 12i. 1o modo: (x 1 yi)(1 1 i) 5 2 1 12i x 1 xi 1 yi 1 yi2 5 2 1 12i (x 2 y) 1 (x 1 y)i 5 2 1 12i Então, x 2 y 5 2 e x 1 y 5 12. ∴ x 5 7 e y 5 5 Logo, (x, y) 5 (7, 5) 2o modo: x 1 yi 5 1 1 2 12i 1 i x 1 yi 5 1 1 2 12i 1 i ? 2 2 1 i 1 i x 1 yi 5 2 1 2 2 2 2i 12i 12i 1 i 2 2 x 1 yi 5 114 10i 2 x 1 yi 5 7 1 5i x 5 7 e y 5 5 Logo, (x, y) 5 (7, 5) Resposta: (7, 5) EM_REG_113a144_MAT_A_CA8.indd 121 30/06/17 11:19 122 M a te m á ti ca e s u a s Te cn o lo g ia s 2. Obtenha a forma algébrica de 1 cos i senu u2 ? . 5 u 2 ? u ? u 1 ? u u 1 ? u z 1 cos i sen cos i sen cos i sen z 5 u 1 ? u u 1 u cos i sen cos sen2 2 z 5 u 1 ? ucos i sen 1 z 5 cos u 1 i ? sen u 3. Se x é um número real e 1 2 x 2i x i é um número imaginário puro, então a) x é um número negativo. b) x é um número positivo. c) x é um número racional. d) x é um número inteiro. c e) x é menor que 2. z 5 x 2i x i 1 2 z 5 x 2i x i 1 2 ? x i x i 1 1 z 5 x ix 2ix 2i x 1 2 2 2 1 1 1 1 z 5 x 2 3xi x 1 2 2 2 1 1 z 5 x 2 x 1 2 2 2 1 1 1 3x x 12 i z é imaginário puro ⇔ x 2 x 1 2 2 2 1 5 0 e 3x x 12 1 ? 0. Devemos ter x2 1 1 ? 0, x2 2 2 5 0 e 3x ? 0. Logo, x 5 6 2 . H21 em casa Consulte: Livro-texto 4 – Unidade 13 Caderno de Exercícios 4 – Unidade 13 Tarefa Mínima • Leia o resumo de aula. • Faça os exercícios 21 a 24, cap. 1. Tarefa Complementar • Leia o item 9, cap. 1. • Faça os exercícios 25 a 28, cap. 1. • Faça os exercícios 8 e 9 da seção Rumo ao Enem. EM_REG_113a144_MAT_A_CA8.indd 122 30/06/17 11:19 em classe 123 M a te m ‡ ti c a Para todo número natural n, temos in 5 ir, em que r é o resto da divisão de n por 4. aula 60 Enem: Conhecimentos numéricos Números complexos: potências naturais de i nesta aula 1. Complete a tabela. i1 5 i i2 5 21 i3 5 2i i4 5 1 i5 5 i i6 5 21 i7 5 2i i8 5 1 i3 5 i2 ? i1 ∴ i3 5 2i i4 5 i2 ? i2 ∴ i4 5 1 i5 5 i4 ? i1 ∴ i5 5 i i6 5 i4 ? i2 ∴ i6 5 21 i7 5 i4 ? i3 ∴ i7 5 2i i8 5 i4 ? i4 ∴ i8 5 1 2. Simplifique i i i i 2018 2019 2020 2021 1 1 . i i i i i i i i 2018 2019 2020 2021 2 3 4 1 1 1 5 1 1 i i i i 1 i 1 i 1 i 1 i 2018 2019 2020 2021 1 1 5 2 2 1 ? 2 2 i i i i 1 2018 2019 2020 2021 1 1 5 2 3. A expressão i1 ? i2 ? i3 ? i4 ? i5 ? ... ? in ? ... ? i100 é igual a: a) 21 b) 1 c) i d) 2i e) 1 1 i Como, i1 ? i2 ? i3 ? i4 5 i ? (21) ? (2i) ? 1 5 i2 5 21, então: i1 ? i2 ? i3 ? i4 ? i5 ? ... ? in ? ... ? i100 5 (21)25 5 21 4. Simplifique cada uma das expressões a seguir. a) (1 1 i)2 (1 1 i)2 5 1 1 2i 1 i2 (1 1 i)2 5 2i b) (1 1 i)14 (1 1 i)14 5 [(1 1 i)2]7 (1 1 i)14 5 (2i)7 (1 1 i)14 5 2128i c) (1 1 i)15 (1 1 i)15 5 (1 1 i)14 ? (1 1 i) (1 1 i)15 5 2128i(1 1 i) (1 1 i)15 5 128 2 128i H21 em casa Consulte: Livro-texto 4 – Unidade 13 Caderno de Exercícios 4 – Unidade 13 Tarefa Mínima • Leia o resumo de aula. • Faça os exercícios 29 a 32, cap. 1. Tarefa Complementar • Leia o item 10, cap. 1. • Faça os exercícios 33 a 35, cap. 1. EM_REG_113a144_MAT_A_CA8.indd 123 30/06/17 11:20 124 M a te m á ti ca e s u a s Te cn o lo g ia s Uma função f : C → C é polinomial se f(x) pode ser dada por um polinômio em x, isto é, existem constantes a 0 , a 1 , ..., a n (chamados de coeficientes) tais que f(x) 5 a n xn 1 a n 2 1 xn 2 1 1 a n 2 2 xn 2 2 1 ... 1 a 1 x 1 a 0 Os expoentes n, n 2 1, n 2 2, ... são todos números naturais. • Se, em a n xn 1 a n − 1 xn − 1 1 a n − 2 xn − 2 1 ... 1 a 1 x 1 a 0 , todos os coeficientes são nulos, temos o polinômio nulo 0xn 1 0xn 2 1 1 0xn 2 2 1 ... 1 0x 1 0. • Se, em a n xn 1 a n − 1 xn − 1 1 a n − 2 xn − 2 1 ... 1 a 1 x 1 a 0 , o coeficiente a n ? 0, dizemos que a n é o coeficiente dominante e o grau do polinômio é n. Exemplo: Vejamos o grau g do polinômio ax3 1 bx2 1 cx 1 d em função dos coeficientes a, b, c e d. • g 5 3 ⇔ a ? 0 • g 5 2 ⇔ a 5 0 e b ? 0 • g 5 1 ⇔ a 5 0, b 5 0 e c ? 0 • g 5 0 ⇔ a 5 0, b 5 0, c 5 0 e d ? 0 Não se define grau do polinômio nulo (0x3 1 0x2 1 0x 1 0). 1. Valor numérico, zero de um polinômio, termo independente e soma dos coeficientes Consideremos, como exemplo, a função polinomial dada por p(x) 5 2x3 1 4x2 1 7x 1 5. • Para cada valor de x corresponde um valor de p(x). Assim, temos, por exemplo, p(10) 5 2 475; dizemos que 2 475 é o valor numé- rico do polinômio para x 5 10. • Dizemos que um número a é um zero, ou uma raiz do polinômio, se, e somente se, p(a) 5 0. Assim, 21 é um zero de p(x), pois p(21) 5 22 1 4 2 7 1 5 5 0. • Em todo polinômio p(x), o termo independente é dado por p(0). No exemplo, p(0) 5 5. • Em todo polinômio p(x), a soma dos coeficientes é dada por p(1). No exemplo, os coeficientes são 2, 4, 7 e 5. Temos p(1) 5 2 1 4 1 7 1 5. 2. Igualdade (identidade) de polinômios Dois polinômios são iguais, ou idênticos, se, e somente se, eles têm ordenadamente os mesmos coeficientes. Assim: a n xn 1 a n 2 1 xn 2 1 1 a n 2 2 xn 2 2 1 ... 1 a 1 x 1 a 0 ; b n xn 1 b n 2 1 xn 2 1 1 b n 2 2 xn 2 2 1 ... 1 b 1 x 1 b 0 se, e somente se, a n 5 b n e a n 2 1 5 b n 2 1 e a n 2 2 5b n 2 2 e ... e a 1 5 b 1 e a 0 5 b 0 aulas 61 e 62 Enem: Conhecimentos algébricos Polinômios e equações polinomiais: conceitos básicos nestas aulas EM_REG_113a144_MAT_A_CA8.indd 124 30/06/17 11:20 em classe 125 M a te m ‡ ti c a Exemplo: • ax2 1 bx 1 c ; 2x 1 3 ⇔ a 5 0, b 5 2 e c 5 3 Sendo f(x) e g(x) dois polinômios idênticos, temos f(x) 5 g(x) para todo valor de x pertencente ao conjunto em que as funções f e g são definidas. 1. O volume, em cm3, de uma caixa de altura x cm mon- tada a partir de um pedaço retangular de papelão é dado por V(x) 5 4x3 1 bx2 1 cx, com 0 , x , 30. Na figura, temos um esboço do gráfico dessa função. 0 0 x V(x) 10 20 30 000 35 000 30 P Q Dado que os pontos P e Q pertencem ao gráfico, pode- mos concluir que a soma dos valores dos coeficientes b e c é igual a: a) 6 300 b) 6 000 c c) 5 980 d) 5 890 e) 5 780 Temos que V(10) 5 35 000, logo: 4 000 1 100b 1 10c 5 35 000 Temos também que V(20) 5 30 000, logo: 32 000 1 400b 1 20c 5 30 000 Resolvendo esse sistema, obtemos b 5 2320 e c 5 6 300. Logo, b 1 c 5 5 980. Observação: O gráfico não é uma parte de uma parábola, pois não se trata de uma função quadrática! H20 2. Partindo de um pedaço retangular de papelão de di- mensões 90 cm × 70 cm, é montada uma caixa sem tampa. Em cada um dos quatro cantos, é recortado um quadrado de lado x cm, com x , 30. Dobrando as laterais da peça remanescente, obtém-se uma caixa de altura x cm. 70 x 90 x O volume (ou capacidade), em cm3, dessa caixa é dado por: c a) V(x) 5 4x3 2 320x2 1 6 300x b) V(x) 5 x3 2 80x2 1 1 575x c) V(x) 5 24x3 1 320x2 2 6 300x d) V(x) 5 4x2 2 320x 1 6 300 e) V(x) 5 (90 2 2x)(70 2 2x) Temos: • comprimento da base: 90 2 2x (cm) • largura: 70 2 2x (cm) • altura: x (cm) Logo, V(x) 5 (90 2 2x)(70 2 2x)x V(x) 5 (6 300 2 180x 2 140x 1 4x2)x V(x) 5 4x3 2 320x2 1 6 300x H22 EM_REG_113a144_MAT_A_CA8.indd 125 30/06/17 11:20 126 M a te m á ti ca e s u a s Te cn o lo g ia s 3. Considere o polinômio (x2 1 3x 1 2)(x3 1 x2 1 5x 1 1) e obtenha: a) o grau do polinômio; Sendo P(x) 5 (x2 1 3x 1 2)(x3 1 x2 1 5x 1 1), temos: um fator de grau 2 e outro fator de grau 3. O grau do produto é 5 (5 2 1 3). b) a soma de seus coeficientes; P(1) 5 (1 1 3 1 2)(1 1 1 1 5 1 1) 5 (6)(8) 5 48; logo, a soma dos coeficientes é 48. c) seu termo independente. P(0) 5 (2)(1) 5 2; logo, o termo independente é 2. em casa Consulte: Livro-texto 4 – Unidade 13 Caderno de Exercícios 4 – Unidade 13 Tarefa Mínima Aula 61 • Leia o resumo de aula. • Faça os exercícios 1 a 3, cap. 2. Aula 62 • Leia os itens 6 a 8, cap. 2. • Faça os exercícios 4 a 7, cap. 2. Tarefa Complementar Aula 61 • Leia os itens 1 a 5, cap. 2. • Faça os exercícios 8 e 9, cap. 2. Aula 62 • Faça os exercícios 10 a 15, cap. 2. • Faça os exercícios 10 a 15 da seção Rumo ao Enem. 4. Sabe-se que existem constantes m e n tais que ( )( ) 12x 17 x 1 x 2 2 2 2 5 m x 12 1 n x 22 , para todo x complexo, com x ? 1 e x ? 2. Obtenha as constantes m e n. De 12x 17 x 1 x 2( )( ) 2 2 2 5 m x 12 1 n x 22 , com x ? 1 e x ? 2, temos: 12x 17 x 1 x 2( )( ) 2 2 2 5 m x 2 n x 1 x 1 x 2 ( ) ( ) ( )( ) 2 1 2 2 2 12x 2 17 5 m(x 2 2) 1 n(x 2 1) 12x 2 17 5 mx 2 2m 1 nx 2 n ⇒ 12x − 17 5 (m 1 n)x 2 2m 2 n 1 5 2 2 5 2 m n 12 2m n 17 Desse sistema, resulta m 5 5 e n 5 7. EM_REG_113a144_MAT_A_CA8.indd 126 30/06/17 11:20 em classe 127 M a te m ‡ ti c a Dados os polinômios P(x) e D(x), D(x) ò 0, existe um único par de polinômios Q(x) e R(x), de modo que: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) P x D x Q x R x R x 0 ou o grau de R x grau de D x 5 ? 1 5 , P(x) R(x) D(x) Q(x) quociente divisordividendo resto Dizemos que: • P(x), D(x), Q(x) e R(x) são, nesta ordem, o dividendo, o divisor, o quociente e o resto da divisão de P(x) por D(x). • P(x) é divisível por D(x) se, e somente se, R(x) ; 0 (o resto é nulo). Exemplo: Como obter o quociente e o resto da divisão do polinômio 2x5 1 7x4 1 7x3 1 2x2 1 x − 5 por x2 1 3x 1 2 pelo método da chave. 1o passo: Dividir 2x5 por x2 2x x 2x 5 2 3 5 2x5 1 7x4 1 7x3 1 2x2 1 x 2 5 x2 1 3x 1 2 2x3 2o passo: Obter o resto parcial 2x5 1 7x4 1 7x3 1 2x2 1 x 2 5 x2 1 3x 1 2 22x5 2 6x4 2 4x3 2x3 x4 1 3x3 1 2x2 1 x 2 5 3o passo: Dividir x4 por x2 x x x 4 2 2 5 2x5 1 7x4 1 7x3 1 2x2 1 x 2 5 x2 1 3x 1 2 22x5 2 3x4 2 4x3 2x3 1 x2 x4 1 3x3 1 2x2 1 x 2 5 4o passo: Obter o resto parcial 2x5 1 7x4 1 7x3 1 2x2 1 x 2 5 x2 1 3x 1 2 22x5 2 3x4 2 4x3 2x3 1 x2 x4 1 3x3 1 2x2 1 x 2 5 2x4 2 3x3 2 2x2 x 2 5 Como o grau de x − 5 é menor que o grau do divisor, concluí- mos que o quociente é 2x3 1 x2 e o resto é x 2 5. Com isso, temos: ( )( ) ; ; 2x 7x 7x 2x x 5 x 3x 2 2x x x 5 5 4 3 2 dividendo 2 divisor 3 2 quociente r esto 1 1 1 1 2 1 1 1 1 2 1 244444 344444 1 244 344 1 24 34 124 34 aula 63 Enem: Conhecimentos algébricos Polinômios e equações polinomiais: divisão nesta aula 1. Obtenha o resto da divisão de x5 1 3x2 1 x 1 2 por x2 2 1. 1o modo (método da chave) x5 1 0x4 1 0x3 1 3x2 1 x 1 2 x2 2 1 2x5 1 x3 x3 1 x 1 3 x3 1 3x2 1 x 1 2 2x3 1 x 3x2 1 2x 1 2 23x2 1 3 2x 1 5 Resposta: O resto é 2x 1 5. (O quociente é x3 1 x 1 3.) 2o modo (método dos coeficientes a determinar) Sendo o divisor um polinômio de grau 2, o resto é da forma ax 1 b, em que a e b são constantes. Sendo Q(x) o quociente, temos: x5 1 3x2 1 x 1 2 ; (x2 − 1)Q(x) 1 ax 1 b • x 5 1 ⇒ 7 5 a 1 b • x 5 21 ⇒ 3 5 2a 1 b Somando membro a membro, temos 2b 5 10, ou seja, b 5 5. De 7 5 a 1 b e b 5 5, temos a 5 2. Enfim, o resto é 2x 1 5. EM_REG_113a144_MAT_A_CA8.indd 127 30/06/17 11:20 128 M a te m á ti ca e s u a s Te cn o lo g ia s 2. Faça o que se pede em cada item. a) Obtenha o quociente e o resto da divisão de x4 1 2x3 1 11x2 1 18x 1 18 por x2 1 2x 1 2. x4 1 2x3 1 11x2 1 18x 1 18 x2 1 2x 1 2 2x4 2 2x3 2 2x2 x2 1 9 9x2 1 18x 1 18 29x2 2 18x 2 18 0 Resposta: O quociente é x2 1 9 e o resto é 0. b) Resolva, em C, a equação x4 1 2x3 1 11x2 1 18x 1 18 5 0. x4 1 2x3 1 11x2 1 18x 1 18 5 0 (x2 1 2x 1 2)(x2 1 9) 5 0 Temos: • x2 1 2x 1 2 5 0 ⇒ x 5 21 6 i • x2 1 9 5 0 ⇒ x 5 63i Resposta: {21 1 i, 21 2 i, 3i, 23i} H21 em casa Consulte: Livro-texto 4 – Unidade 13 Caderno de Exercícios 4 – Unidade 13 Tarefa Mínima • Leia o resumo de aula. • Faça os exercícios 16 a 19, cap. 2. Tarefa Complementar • Leia o item 9, cap. 2. • Faça os exercícios 20 a 24, cap. 2. EM_REG_113a144_MAT_A_CA8.indd 128 30/06/17 11:20 129 M a te m á ti c a 1. Teorema do resto Na divisão de um polinômio P(x) por x 2 a, o resto é igual a P(a). P(x) R 5 P(a) x 2 a Q(x) quociente divisordividendo resto Exemplo: Com P(x) 5 5x3 2 11x 1 1, o resto da divisão de P(x) por x 2 2 é dado por P(2) 5 40 2 22 1 1. Logo, o resto é 19. 2. Dispositivo prático de Briot-Ruffini Exemplo: Divisão de 5x3 2 11x 1 1 por x 2 2. 5 0 211 1 ← todos os coeficientes do dividendo 2 a b c Ra raiz do divisor → 5 0 211 1 2 5 b c R 5 ? 2 1 0 5 10 5 0 211 1 2 5 10 c R 10 ? 2 2 11 5 9 5 0 211 1 2 5 10 9 R 9 ? 2 1 1 5 19 5 0 211 1 2 5 10 9 19 Quociente: 5x2 1 10x 1 9 Resto: 19 aula 64 Enem: Conhecimentos algébricos Polinômios e equações polinomiais: divisão por x − a, teorema do resto nesta aula EM_REG_113a144_MAT_A_CA8.indd 129 30/06/17 11:20 em classe 130 M a te m á ti ca e s u a s Te cn o lo g ia s 1. Sendo P(x) 5 5x4 1 x 1 3, obtenha o resto da divisão de P(x) por: a) x 2 2 P(2) 5 5 ? 24 1 2 1 3 P(2) 5 85 O resto da divisão é 85. b) x 1 1 P(21) 5 5 ? (21)4 2 1 1 3 P(21) 5 7 O resto da divisão é 7. c) (x 2 2)(x 1 1) P(x) ; (x
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