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Volume 04 MATEMÁTICA 2 Coleção Estudo Su m ár io - M at em át ic a Frente A 07 3 Princípio fundamental da contagem e arranjos Autores: Paulo Vinícius Ribeiro Luiz Paulo 08 9 Permutações Autor: Luiz Paulo Frente B 07 13 Prismas Autor: Paulo Vinícius Ribeiro 08 19 Pirâmides Autor: Paulo Vinícius Ribeiro Frente C 07 25 Inequações Autor: Luiz Paulo 08 31 Função modular Autor: Luiz Paulo Frente D 07 39 Triângulo retângulo Autor: Paulo Vinícius Ribeiro 08 45 Lei dos senos e lei dos cossenos Autor: Paulo Vinícius Ribeiro Frente E 13 51 Cônicas Autor: Frederico Reis 14 61 Números complexos: forma algébrica Autor: Paulo Vinícius Ribeiro 15 65 Números complexos: forma trigonométrica Autor: Paulo Vinícius Ribeiro 16 73 Estatística Autor: Paulo Vinícius Ribeiro FRENTE 3Editora Bernoulli MÓDULOMATEMÁTICA INTRODUÇÃO A análise combinatória é a parte da Matemática que se preocupa em contar as possibilidades. Alguns problemas bem simples podem ser resolvidos enumerando-se todas as possibilidades. Por exemplo: Quantos são os números ímpares entre 10 e 20? Em outras situações, entretanto, a enumeração torna-se muito trabalhosa. Nesses casos, é necessária a utilização de algumas técnicas de contagem. Por exemplo: Quantas são as placas de carros que podem ser formadas com 3 letras e 4 algarismos? O princípio fundamental da contagem nos dá a resposta. COMO CONTAR, SEM CONTAR? Se dispomos de 3 bermudas e 2 camisas, todas distintas, de quantas formas podemos vesti-las para ir a um churrasco? Vamos, inic ialmente, escolher a bermuda. Há 3 possibilidades. Para cada uma delas, independentemente de qual escolhemos, teremos sempre 2 opções de camisa. Vejamos: Bermuda 1 Camisa 1 Camisa 2 Bermuda 2 Camisa 1 Camisa 2 Bermuda 3 Camisa 1 Camisa 2 O número de maneiras de vestir-se é, portanto, 3 x 2 = 6. Nesse exemplo, aplicamos, de maneira intuitiva, o princípio fundamental da contagem (P.F.C.), que podemos enunciar assim: Se um determinado evento pode ocorrer de x maneiras, e um outro evento pode ocorrer de y maneiras (independentemente do resultado do primeiro evento), então os dois juntos podem ocorrer de x.y maneiras. OBSERVAÇÃO Esse princípio multiplicativo pode ser estendido para três ou mais eventos independentes. Exemplos 1º) Quantos são os resultados possíveis para o lançamento de uma moeda três vezes? Resolução: Para cada vez que lançarmos a moeda, temos duas possibilidades: cara (K) ou coroa (C) K 1ª vez 2ª vez 3ª vez Resultado K K C C C K C K C K C K C (K, K, K) (K, K, C) (K, C, K) (K, C, C) (C, K, K) (C, K, C) (C, C, K) (C, C, C) Pela árvore anterior, verificamos que são 8 resultados possíveis. Pelo P.F.C., temos: 2 2 2 8 1 2 3ª ª ª . . vez vez vez = 2º) Quantos são os números de três algarismos distintos que podemos formar com os algarismos do sistema decimal? Resolução: Temos três posições para preencher. Como não podemos começar com zero e os algarismos devem ser distintos, pelo P.F.C., temos: =9 9 8 648 possibilidades . . Princípio fundamental da contagem e arranjos 07 A 4 Coleção Estudo 3º) De quantas maneiras dois casais podem se sentar em dois degraus de uma escada para tirar uma fotografia, se em cada degrau deve ficar um casal? Resolução: Temos quatro posições a serem preenchidas na escada. 3ª 1ª 4ª 2ª Na 1ª posição, podemos colocar qualquer pessoa (4 possibil idades). Depois de preenchida a 1ª posição, para o 2º lugar, temos sempre uma única possibilidade (pois o casal é definido). Para a 3ª posição, temos duas possibilidades e, para a 4ª posição, temos uma possibilidade. Assim, pelo P.F.C., temos, então, 4.1.2.1 = 8 formas diferentes de os dois casais se sentarem na escada. 2 4 1 1 4º) Quantos são os números pares com três algarismos distintos que podemos formar com algarismos do sistema decimal? Resolução: Temos de preencher 3 posições: 1ª 2ª 3ª. Se escolhermos os algarismos 2 e 3, por exemplo, para as duas primeiras posições, teremos 4 possibilidades para o 3º algarismo, que deve ser par (0, 4, 6, 8). Porém, se escolhermos inicialmente os algarismos 2 e 6, teremos 3 possibilidades para o 3º algarismo (0, 4, 8). Isso, como vemos, cria um problema que pode ser resolvido iniciando o preenchimento das posições pela casa que possui a maior restrição. Assim, devemos separar o problema em dois casos: 1º caso: Pares terminados em zero. 0 1 $ $ possibilidade Logo, pelo P.F.C., teremos: =9 8 1 72 Todos, menos {0} Todos, menos os dois já utilizados . . 2º caso: Pares não terminados em zero. 4 {2, 4, 6, 8} possibilidades Logo, pelo P.F.C., teremos: =8 8 4 256 Todos, menos os dois números já utilizados Todos, menos o zero e o número par utilizado . . Somando-se as quantidades de pares, teremos o total: Total = 72 + 256 = 328 NOTAÇÃO FATORIAL No estudo de problemas de análise combinatória, frequentemente nos deparamos com produtos em que os termos são números naturais consecutivos. Para facilitar a representação desses produtos, foi criada a notação fatorial. Assim, define-se: n! = n(n – 1)(n – 2) ... 3.2.1 0! = 1 Exemplos 1º) Simplificação de frações. A) 6 5 3 6 5 5 3 2 6 6 1 ! !. ! . ! !. . = = = B) 4 9 10 7 4 9 10 9 7 6 5 4 1 2 100 !. ! !. ! !. ! . !. . . . ! = = C) 10 10 10 10 10 10 9 10 9 1 .( )! !.( ) .( ).( )! . !.( n n n n n + + = + + + 00 9 9) ( )! ! = +n 2º) Calcular o valor de n. ( )! ( )! n n + + =10 8 110 Resolução: ( ).( ).( )! ( )! n n n n + + + + =10 9 8 8 110 ⇒ n2 + 19n + 90 = 110 n2 + 19n – 20 = 0 ⇒ n = –20 ou n = 1 n = –20 (matematicamente inconsistente) Portanto, n = 1. Frente A Módulo 07 M A TE M Á TI C A 5Editora Bernoulli ARRANJOS SIMPLES Considere o seguinte problema: Quantos números de 3 algarismos distintos podem ser formados com os dígitos 1, 2, 3, 4, 5, 6? Observe que, em um número de três algarismos distintos, a ordem ocupada por um determinado algarismo é importante, pois, ao trocarmos esse algarismo de posição, o número como um todo se altera. Pelo princípio fundamental da contagem, temos: 6 5. . 4 = 120 números Centena Dezena Unidade Observe que 6.5.4 = 6 5 4 3 2 1 3 2 1 6 3 . . . . . . . ! ! = . É interessante verificar que há 6 elementos à disposição, e que cada grupo formado terá 3 elementos cada. Dizemos que cada grupo formado é um arranjo simples de 6 elementos, tomados 3 a 3. De maneira geral, seja um conjunto A = {a1, a2, a3, ..., an} com n elementos distintos. Queremos formar grupos com p elementos cada (n > p), de modo que a ordem dos elementos em cada grupo seja importante. Assim, temos: n n – 1 n – 2 Posição 1 Posição 2 Posição 3 ... n – (p – 1) ... Posição p Observe que há p posições a serem preenchidas. Temos que • a primeira posição pode ser preenchida de n modos. • a segunda posição pode ser preenchida de n – 1 modos. • a terceira posição pode ser preenchida de n – 2 modos. • a p-ésima posição pode ser preenchida de n – (p – 1) modos. Pelo princípio fundamental da contagem, temos que o total de grupos formados é igual a: n.(n – 1).(n – 2). … .[n – (p – 1)] = n.(n – 1).(n – 2). … .[n – p + 1] = n n n n p n p n p .( ).( ). .( )( )! ( )! − − − + − − …1 2 1 = n n p ! ( )!− Esse resultado corresponde ao número de arranjos simples de n elementos, tomados p a p, que indicamos por An, p. An, p= n n p ! ( )!− Exemplo Quantos números de 4 algarismos distintos podem ser formados com os elementos do conjunto A = {2, 3, 5, 6, 7, 8, 9}? Temos A7, 4 = 7 7 4 7 3 ! ( )! ! !− = = 7.6.5.4 = 840 números. OBSERVAÇÃO As permutações simples de n elementos de um conjunto podem ser consideradas arranjos simples, nos quais n = p. Assim, temos: Pn = An, n = n n n n n! ( )! ! ! ! − = = 0 1 = n! EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO01. (FGV-SP) Uma pessoa vai retirar dinheiro num caixa eletrônico de um banco, mas, na hora de digitar a senha, esquece-se do número. Ela lembra que o número tem 5 algarismos, começa com 6, não tem algarismos repetidos e tem o algarismo 7 em alguma posição. O número MÁXIMO de tentativas para acertar a senha é A) 1 680 D) 224 B) 1 344 E) 136 C) 720 02. (UFMG) Numa cidade A, os números de telefones têm sete algarismos, sendo que os três primeiros constituem o prefixo da cidade. Os telefones que terminam em 10 são reservados para as farmácias e os que têm os dois últimos algarismos iguais, para os médicos e hospitais. A quantidade dos demais números de telefones disponíveis na cidade A é A) 1 650 D) 8 900 B) 2 100 E) 9 000 C) 4 800 03. (UFMG) Observe o diagrama. R Y Z S X O número de ligações distintas entre X e Z é A) 41 B) 45 C) 35 D) 39 Princípio fundamental da contagem e arranjos 6 Coleção Estudo 04. (UFMG) O número de múltiplos de 10, compreendidos entre 100 e 9 999 e com todos os algarismos distintos, é A) 250 B) 321 C) 504 D) 576 05. (UECE–2007) Utilizando apenas os algarismos 2 e 3, a quantidade de números inteiros positivos e menores que 1 000 000 (incluindo-se aqueles com algarismos repetidos) que podem ser escritos no sistema decimal é A) 125 B) 126 C) 127 D) 128 EXERCÍCIOS PROPOSTOS 01. (UFJF-MG) Temos sete cores distintas e queremos pintar um painel com quatro listras, cada listra de uma cor diferente. O número de maneiras com que isso pode ser feito é A) 35 C) 2 401 B) 840 D) 16 384 02. (VUNESP) DETERMINE quantos são os números de três algarismos, múltiplos de 5, cujos algarismos das centenas pertencem a {1, 2, 3, 4}, e os demais algarismos, a {0, 5, 6, 7, 8, 9}. 03. (Cesgranrio) Durante a Copa do Mundo, que foi disputada por 24 países, as tampinhas de Coca-Cola traziam palpites sobre os países que se classificariam nos três primeiros lugares (por exemplo: 1º lugar, Brasil; 2º lugar, Nigéria; 3º lugar, Holanda). Se, em cada tampinha, os três países são distintos, quantas tampinhas diferentes poderiam existir? A) 69 D) 12 144 B) 2 024 E) 13 824 C) 9 562 04. (UFRJ) A mala do Dr. Z tem um cadeado cujo segredo é uma combinação com cinco algarismos, cada um dos quais podendo variar de 0 a 9. Ele esqueceu a combinação que escolhera como segredo, mas sabe que atende às condições: A) Se o primeiro algarismo é ímpar, então o último algarismo também é ímpar. B) Se o primeiro algarismo é par, então o último algarismo é igual ao primeiro. C) A soma dos segundo e terceiro algarismos é 5. Quantas combinações diferentes atendem às condições estabelecidas pelo Dr. Z? 05. (UFRGS) O número de múltiplos de três, com quatro algarismos distintos, escolhidos entre 3, 4, 6, 8 e 9, é A) 24 B) 36 C) 48 D) 72 E) 96 06. (UFU-MG) Considere uma teia de aranha com 7 fios, sendo 3 deles ligando A até B e 4 ligando B até C, conforme a figura a seguir. Uma aranha posicionada em A deseja realizar um passeio pela teia saindo de A, caminhando até B, posteriormente até C, regressando a B e, finalmente, retornando a A. De quantas maneiras diferentes esse passeio poderá ser realizado sem que a aranha passe duas vezes pelo mesmo fio da teia? A B C A) 24 B) 36 C) 18 D) 72 07. (Mackenzie-SP) Uma prova de atletismo é disputada por 9 atletas, dos quais apenas 4 são brasileiros. Os resultados POSSÍVEIS para a prova, de modo que pelo menos um brasileiro fique numa das três primeiras colocações, são em número de A) 426 B) 444 C) 468 D) 480 E) 504 08. (UNITAU-SP) Na área de Ciências Humanas, existem treze opções no Vestibular da UNITAU. Um candidato tem certeza quanto à 1ª opção, mas, quanto à segunda, está em dúvida, por isso resolve escolher aleatoriamente qualquer uma nessa área. De quantas maneiras ele poderá preencher sua ficha de inscrição, sendo a 2ª necessariamente diferente da 1ª? A) 156 D) 169 B) 144 E) 12 C) 13 09. (UFRJ) Um construtor dispõe de quatro cores (verde, amarelo, cinza e bege) para pintar cinco casas dispostas lado a lado. Ele deseja que cada casa seja pintada com apenas uma cor e que duas casas consecutivas não possuam a mesma cor. Por exemplo, duas possibilidades diferentes de pintura seriam: verde begeamarelo cinzaverde verde verdecinza cinzabege Primeira: Segunda: DETERMINE o número de possibilidades diferentes de pintura. Frente A Módulo 07 M A TE M Á TI C A 7Editora Bernoulli 10. (UNIRIO-RJ) Com os algarismos de 1 a 9, o total de números de 4 algarismos diferentes, formados por 2 algarismos pares e 2 ímpares, é igual a A) 126 D) 1 440 B) 504 E) 5 760 C) 720 11. (UFCE) Considere os números inteiros maiores que 64 000 que possuem 5 algarismos, todos distintos, e que não contêm os dígitos 3 e 8. A quantidade desses números é A) 2 160 D) 2 280 B) 1 320 E) 2 400 C) 1 440 12. (UFRRJ) Para diminuir o emplacamento de carros roubados, um determinado país resolveu fazer um cadastro nacional, no qual as placas são formadas com 3 letras e 4 algarismos, sendo que a 1ª letra da placa determina um estado desse país. Considerando o alfabeto com 26 letras, o número MÁXIMO de carros que cada estado poderá emplacar será de A) 175 760 D) 6 760 000 B) 409 500 E) 175 760 000 C) 6 500 000 13. (FUVEST-SP) Os números de 3 algarismos, todos distintos, que existem no nosso sistema de numeração são A) 650 D) 640 B) 648 E) N.d.a C) 649 14. (UFSCar-SP) Considere a figura a seguir. O número de caminhos mais curtos, ao longo das arestas dos cubos, ligando os pontos A e B é A O B A) 2 B) 4 C) 12 D) 18 E) 36 15. (PUC-Campinas-SP) Com os elementos do conjunto A = {1, 2, 3, 4, 5, 6} são formados números de três algarismos distintos. A quantidade de números formados cuja soma dos algarismos é um número par é A) 30 D) 60 B) 36 E) 72 C) 52 16. (PUC-SP) Uma jarra cilíndrica deve ser pintada com três faixas de cores diferentes, usando-se as tintas disponíveis verde, vermelha, amarela, azul e preta. O número de jarras que se pode pintar, com padronagens diferentes, é A) 120 D) 70 B) 100 E) 60 C) 90 17. (UFU-MG–2006) Para gerar a sua senha de acesso, o usuário de uma biblioteca deve selecionar cinco algarismos de 0 a 9, permitindo-se repetições e importando a ordem em que eles foram escolhidos. Por questões de segurança, senhas que não tenham nenhum algarismo repetido são consideradas inválidas. Por exemplo, as senhas 09391 e 90391 são válidas e diferentes, enquanto a senha 90381 é inválida. O número total de senhas válidas que podem ser geradas é igual a A) 69 760 C) 50 000 B) 30 240 D) 19 760 18. (PUC Rio) A partir de outubro, os telefones do Rio de Janeiro irão gradualmente adotar oito algarismos, em vez de sete, por causa da necessidade de oferta de novas linhas. O algarismo a ser acrescentado será o primeiro e será necessariamente 3 ou 8. Supondo-se que, no sistema em vigor, qualquer combinação de sete algarismos é um número de linha possível, o número de possíveis novas linhas é A) 710 D) 3 x 107 B) 107 E) 108 C) 2 x 107 19. (UFTM-MG) Um cartógrafo, para fazer o mapa do Sudeste brasileiro mostrado na figura, deverá colorir cada estado com uma cor, tendo disponíveis 4 cores e podendo repeti-las no mapa. Estados que fazem divisa entre si devem ter cores distintas. Sabendo que somente SP e ES não fazem divisa entre si, o número de formas distintas de colorir o mapa é MG ES RJ SP A) 12 B) 24 C) 36 D) 48 E) 60 Princípio fundamental da contagem e arranjos 8 Coleção Estudo SEÇÃO ENEM 01. (Enem–2004) No Nordeste brasileiro, é comum encontrarmos peças de artesanato constituídas por garrafaspreenchidas com areia de diferentes cores, formando desenhos. Um artesão deseja fazer peças com areia de cores cinza, azul, verde e amarela, mantendo o mesmo desenho, mas variando as cores da paisagem (casa, palmeira e fundo), conforme a figura. Fund o O fundo pode ser representado nas cores azul ou cinza; a casa, nas cores azul, verde ou amarela; e a palmeira, nas cores cinza ou verde. Se o fundo não pode ter a mesma cor nem da casa nem da palmeira, por uma questão de contraste, então o número de variações que podem ser obtidas para a paisagem é A) 6 B) 7 C) 8 D) 9 E) 10 02. (Enem–2002) O código de barras, contido na maior parte dos produtos industrializados, consiste num conjunto de várias barras que podem estar preenchidas com cor escura ou não. Quando um leitor óptico passa sobre essas barras, a leitura de uma barra clara é convertida no número 0 e a de uma barra escura, no número 1. Observe a seguir um exemplo simplificado de um código em um sistema de código com 20 barras. Se o leitor óptico for passado da esquerda para a direita irá ler: 01011010111010110001 Se o leitor óptico for passado da direita para a esquerda irá ler: 10001101011101011010 No sistema de código de barras, para se organizar o processo de leitura óptica de cada código, deve-se levar em consideração que alguns códigos podem ter leitura da esquerda para a direita igual à da direita para a esquerda, como o código 00000000111100000000, no sistema descrito anteriormente. Em um sistema de códigos que utilize apenas cinco barras, a quantidade de códigos com leitura da esquerda para a direita igual à da direita para a esquerda, desconsiderando-se todas as barras claras ou todas as escuras, é A) 14 B) 12 C) 8 D) 6 E) 4 03. (Enem–2007) Estima-se que haja, no Acre, 209 espécies de mamíferos, distribuídas conforme a tabela a seguir: Grupos taxonômicos Número de espécies Artiodáctilos 4 Carnívoros 18 Cetáceos 2 Quirópteros 103 Lagomorfos 1 Marsupiais 16 Perissodáctilos 1 Primatas 20 Roedores 33 Sirênios 1 Edentados 10 Total 209 T&C AMAZÔNIA, ano 1, nº 3, dez. 2003. Deseja-se realizar um estudo comparativo entre três dessas espécies de mamíferos — uma do grupo cetáceos, outra do grupo primatas e a terceira do grupo roedores. O número de conjuntos distintos que podem ser formados com essas espécies para esse estudo é igual a A) 1 320 D) 6 600 B) 2 090 E) 7 245 C) 5 845 GABARITO Fixação 01. B 02. D 03. A 04. D 05. B Propostos 01. B 08. E 15. D 02. 48 09. 324 16. E 03. D 10. D 17. A 04. 1 800 11. A 18. C 05. D 12. D 19. D 06. D 13. B 07. B 14. E Seção Enem 01. B 02. D 03. A Frente A Módulo 07 FRENTE 9Editora Bernoulli MÓDULOMATEMÁTICA INTRODUÇÃO Considere o seguinte problema: Quantos números de três algarismos distintos podemos formar com os dígitos 1, 3 e 7? Observe que o total de dígitos à disposição é igual à quantidade de elementos (algarismos) de cada número formado. Os números formados são 137, 173, 317, 371, 713 e 731. Tais números diferem entre si somente pela ordem na qual os elementos estão dispostos. Esses agrupamentos são chamados permutações simples dos dígitos 1, 3 e 7. PERMUTAÇÃO SIMPLES Considere um conjunto A = {a1, a2, a3, ..., an} com n elementos distintos. Vamos considerar o problema de formar grupos com n elementos distintos, de modo que a ordem dos elementos dentro de cada um desses grupos seja importante. Posição 1 Posição 2 Posição 3 ... ... Posição n n n – 1 n – 2 1 Observe que há n posições a serem preenchidas. Assim, temos: A primeira posição pode ser preenchida de n modos. A segunda posição pode ser preenchida de n – 1 modos. A terceira posição pode ser preenchida de n – 2 modos. A n-ésima posição pode ser preenchida de 1 modo. Pelo princípio fundamental da contagem, temos que o número de grupos é igual a: n.(n – 1).(n – 2).(n – 3). ... .1, ou seja, n! Esses grupos formados são chamados permutações simples dos n elementos, e são indicados por Pn. Pn = n! Exemplo Determinar o número de anagramas obtidos a partir das letras da palavra DOCE. Cada anagrama é obtido mediante a troca da posição das letras fornecidas. Portanto, trata-se de um problema de permutações simples. Assim, temos: P4 = 4! = 4.3.2.1 = 24 anagramas PERMUTAÇÕES COM ELEMENTOS REPETIDOS Considere o seguinte problema: Quantos são os anagramas da palavra AMANHECE? Devemos, inicialmente, distribuir as 8 letras em 8 posições. i) A distribuição das letras A e A pode ser feita de A 8 2 2 , ! modos. Observe que dividimos o resultado por 2!, porque as permutações das letras A e A são idênticas. ii) Após definirmos as posições das letras A e A, restam 6 posições. A distribuição das letras E e E pode ser feita de A 6 2 2 , ! modos. iii) Após distribuirmos as letras A, A, E e E, restam 4 posições. As letras restantes podem ser distribuídas de 4! modos. O número de anagramas é dado por: A A 8 2 6 2 2 2 4 8 6 2 6 4 2 4 8 2 2 , , ! . ! . ! ! !. ! . ! !. ! . ! ! !. ! = = Permutações 08 A 10 Coleção Estudo Generalizando, temos: P n n α β θ α β θ , , ..., ! !. !. ... . ! = Em que α, b, ..., q indicam o número de repetições de cada elemento do conjunto. No exemplo, temos P 8 2 2 8 2 2 , ! !. ! = = 10 080 anagramas. PERMUTAÇÃO CIRCULAR Chamamos de permutações circulares as permutações de elementos dispostos em torno de um círculo. Duas distribuições são consideradas idênticas quando uma delas pode ser obtida a partir da outra, mediante uma rotação simples. Observe o problema a seguir: De quantos modos podemos distribuir três objetos a, b e c em torno de um círculo? Considere as seguintes configurações: a c b abc b a c bca c b a cab a b c acb c a b cba b c a bac A princípio, podemos pensar que temos P3 = 3! = 6 modos de distribuir a, b e c. No entanto, em cada uma das linhas do esquema anterior há três configurações idênticas. Cada uma das figuras de uma linha pode ser obtida a partir das demais figuras da mesma linha com uma rotação simples. Porém, cada configuração em uma linha não pode ser obtida a partir de uma rotação simples de uma configuração da outra linha. Desse modo, temos apenas P 3 3 3 3 6 3 = =! = 2 permutações circulares. Observe que dividimos o total de permutações por 3, pois cada uma das permutações consideradas gera 3 configurações idênticas, que devem contar como uma. De maneira geral, podemos considerar que, ao permutar circularmente n objetos distintos, cada uma das n! permutações gera n configurações idênticas, que devem ser “descontadas” do total. Fazemos isso dividindo n! por n. PCn = n n n n n n ! .( ).( ). ... . .= − −1 2 2 1 ⇒ PCn = (n – 1).(n – 2). … . 2.1 ⇒ PCn = (n – 1)! Em que PCn é o número de permutações circulares de n objetos distintos. EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO 01. (UFSM-RS) Para efetuar suas compras, o usuário que necessita sacar dinheiro no caixa eletrônico deve realizar duas operações: digitar uma senha composta de 6 algarismos distintos e outra composta de 3 letras, escolhidas num alfabeto de 26 letras. Se essa pessoa esqueceu a senha, mas lembra que 8, 6 e 4 fazem parte dos três primeiros algarismos, e que as letras são todas vogais distintas, sendo E a primeira delas, o número MÁXIMO de tentativas necessárias para acessar sua conta será A) 210 B) 230 C) 2 520 D) 3 360 E) 15 120 02. (UNIFESP–2006) As permutações das letras da palavra PROVA foram listadas em ordem alfabética, como se fossem palavras de cinco letras em um dicionário. A 73ª palavra nessa lista é A) PROVA. D) ROVAP. B) VAPOR. E) RAOPV. C) RAPOV. 03. (UFMG) Num grupo constituído de 15 pessoas, cinco vestem camisas amarelas, cinco vestem camisas vermelhas e cinco vestem camisas verdes. Deseja-se formar uma fila com essas pessoas de forma queas três primeiras vistam camisas de cores diferentes e que as seguintes mantenham a sequência de cores dada pelas três primeiras. Nessa situação, de quantas maneiras distintas se pode fazer tal fila? A) 3.(5!)3 C) (5!)3.(3!) B) (5!)3 D) 15 3 5 ! !. ! 04. (UFES) De quantas maneiras 10 clientes de um banco podem se posicionar na fila única dos caixas de modo que as 4 mulheres do grupo fiquem juntas? A) 4!.7! D) 10.6! B) 5!.6! E) 4! + 10! C) 6.6! 05. (UFSM-RS) De quantas maneiras distintas podem-se alinhar cinco estacas azuis idênticas, uma vermelha e uma branca? A) 12 B) 30 C) 42 D) 240 E) 5 040 EXERCÍCIOS PROPOSTOS 01. (UFJF-MG) Podemos ordenar as pessoas que estão numa certa fila de 24 maneiras diferentes. Então, nessa fila estão A) 4 pessoas. D) 12 pessoas. B) 5 pessoas. E) 24 pessoas . C) 6 pessoas. 02. (Mackenzie-SP) O número de filas diferentes que podem ser formadas com 2 homens e 3 mulheres, de modo que os homens não fiquem juntos, é A) 96 B) 72 C) 48 D) 84 E) 120 Frente A Módulo 08 M A TE M Á TI C A 11Editora Bernoulli 03. (VUNESP) Quatro amigos, Pedro, Luísa, João e Rita, vão ao cinema, sentando-se em lugares consecutivos na mesma fila. O número de maneiras em que os quatro podem ficar dispostos de modo que Pedro e Luísa fiquem sempre juntos, e João e Rita fiquem sempre juntos é A) 2 B) 4 C) 8 D) 16 E) 24 04. (UEL-PR) Usando uma vez a letra A, uma vez a letra B e n – 2 vezes a letra C, podemos formar 20 anagramas diferentes com n letras em cada anagrama. O valor de n é A) 3 B) 4 C) 5 D) 6 E) 7 05. (ITA-SP) Quantos anagramas da palavra CADERNO apresentam as vogais na ordem alfabética? A) 2 520 D) 840 B) 5 040 E) 680 C) 1 625 06. (UFMG) Um clube resolve fazer uma Semana de Cinema. Para isso, os organizadores escolhem sete filmes, que serão exibidos um por dia. Porém, ao elaborar a programação, eles decidem que três desses filmes, que são de ficção científica, devem ser exibidos em dias consecutivos. Nesse caso, o número de maneiras diferentes de se fazer a programação dessa semana é A) 144 B) 576 C) 720 D) 1 040 07. (UNESP) O número de maneiras que 3 pessoas podem sentar-se em uma fileira de 6 cadeiras vazias de modo que, entre duas pessoas próximas (seguidas), sempre tenha exatamente uma cadeira vazia é A) 3 B) 6 C) 9 D) 12 E) 15 08. (FGV-SP) De quantas formas podemos permutar as letras da palavra ELOGIAR de modo que as letras A e R fiquem juntas em qualquer ordem? A) 360 D) 1 440 B) 720 E) 1 800 C) 1 080 09. (UFMG) Um aposentado realiza diariamente, de segunda a sexta-feira, estas cinco atividades: I. Leva seu neto Pedrinho, às 13 horas, para a escola; II. Pedala 20 minutos na bicicleta ergométrica; III. Passeia com o cachorro da família; IV. Pega seu neto Pedrinho, às 17 horas, na escola; V. Rega as plantas do jardim de sua casa. Cansado, porém, de fazer essas atividades sempre na mesma ordem, ele resolveu que, a cada dia, vai realizá-las em uma ordem diferente. Nesse caso, o número de maneiras POSSÍVEIS de ele realizar essas cinco atividades, em ordem diferente, é A) 24 B) 60 C) 72 D) 120 10. (ITA-SP) Quantos números de seis algarismos distintos podemos formar usando os dígitos 1, 2, 3, 4, 5 e 6, nos quais o 1 e o 2 nunca ocupam posições adjacentes, mas o 3 e o 4 sempre ocupam posições adjacentes? A) 144 B) 180 C) 240 D) 288 E) 360 11. (UFMG) Considere formados e dispostos em ordem crescente todos os números que se obtêm permutando os algarismos 1, 3, 5, 7 e 9. O número 75 391 ocupa, nessa disposição, o lugar A) 21º B) 64º C) 88º D) 92º E) 120º 12. (UFOP-MG) De quantas maneiras diferentes, oito crianças podem ser dispostas ao redor de um círculo em uma brincadeira de roda? A) 8! B) 7! C) 8 D) 7 E) 16 13. (UnB-DF) Em um tabuleiro quadrado, de 5 x 5, mostrado na figura I, deseja-se ir do quadrado esquerdo superior (ES) ao quadrado direito inferior (DI). Somente são permitidos os movimentos horizontal (H), vertical (V) e diagonal (D), conforme ilustrado na figura II. ES DI (H) (V) Figura I Figura II (D) Com base nessa situação e com o auxílio dos princípios de análise combinatória, julgue os itens que se seguem. ( ) Se forem utilizados somente movimentos horizontais e verticais, então o número de percursos possíveis será igual a 70. ( ) Se forem utilizados movimentos horizontais e verticais e apenas um movimento diagonal, o número de percursos possíveis será igual a 140. ( ) Utilizando movimentos horizontais, verticais e três movimentos diagonais, o número de percursos possíveis é igual a 10. 14. (UFJF-MG) Newton possui 9 livros distintos, sendo 4 de Geometria, 2 de Álgebra e 3 de Análise. O número de maneiras pelas quais Newton pode arrumar esses livros em uma estante, de forma que os livros de mesmo assunto permaneçam juntos, é A) 288 C) 864 B) 296 D) 1 728 15. (UFRJ–2007) Um sítio da Internet gera uma senha de 6 caracteres para cada usuário, alternando letras e algarismos. A senha é gerada de acordo com as seguintes regras: i) Não há repetição de caracteres; ii) Começa-se sempre por uma letra; iii) O algarismo que segue uma vogal corresponde a um número primo; iv) O algarismo que segue uma consoante corresponde a um número par. Quantas senhas podem ser geradas de forma que as três letras sejam A, M e R, em qualquer ordem? Permutações 12 Coleção Estudo 16. (UFJF-MG) Um vagão de metrô tem 8 bancos individuais, sendo 4 de frente e 4 de costas. De 8 passageiros, 3 preferem sentar de frente, 2 preferem sentar de costas e os demais não têm preferência. De quantos modos 8 passageiros podem se sentar, respeitando-se as preferências? 17. (UFMG) Observe a figura. A 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 B 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 C Considere os caminhos ligando A a C, passando por B, traçados a partir de A, deslocando-se sempre, ou 1 unidade para a direita, na horizontal, ou 1 unidade para cima, na vertical. DETERMINE o número total de caminhos distintos obtidos dessa forma. SEÇÃO ENEM 01. O cerimonial de um evento deve acomodar quatro delegações participantes em um auditório. Sabe-se que o evento contará com a part ic ipação de 5 representantes de Minas Gerais, 4 representantes de São Paulo, 7 representantes do Rio de Janeiro e 6 representantes do Ceará. Para acomodar os participantes, o cerimonial separou 22 poltronas em uma das fileiras do auditório, cada uma marcada com o nome do respectivo participante. Porém, os representantes do Ceará e de São Paulo desejam sentar-se juntos, enquanto as demais delegações não fizeram tal exigência. O total de maneiras de o cerimonial posicionar os participantes na fileira, atendendo às condições apresentadas, é dado por A) 14!.6!.4! B) 22!.6!.4! C) 5!.7!.6!.4! D) 10!.6!.4! E) 15!.12!.4! 02. A fim de aumentar a competitividade, as empresas necessitam aprimorar suas técnicas de gerenciamento de recursos, equipamentos e informações. Tais técnicas são chamadas de Logística e são fundamentais para operações de carga e descarga em larga escala, como no porto ilustrado na figura a seguir: Disponível em: <http://g1.globo.com/Noticias/Vestibular/ foto/0,,15366097>. Acesso em: 10 set. 2010. Considere que a administração do porto da figura pretende alocar 5 contêiners contendo minério de ferro (tipo A), 3 contêiners contendo produtos eletrônicos (tipo B) e 4 contêiners contendo peças automotivas (tipo C). Cada contêiner possui um número de identificação diferente. Um determinado setor do navio tem capacidade para 6 contêiners, e deve ser preenchido, obrigatoriamente, com dois contêiners de cada tipo. O total de maneiras de se colocar os contêiners nesse setor, em fila, de modo que contêiners do mesmo tipo permaneçam juntos, é iguala A) 8 640 D) 5 320 B) 7 240 E) 4 600 C) 6 280 GABARITO Fixação 01. E 02. E 03. C 04. A 05. C Propostos 01. A 10. A 02. B 11. C 03. C 12. B 04. C 13. V V F 05. D 14. D 06. C 15. 432 07. D 16. 1 728 08. D 17. 2 025 09. B Seção Enem 01. A 02. A Frente A Módulo 08 FRENTE 13Editora Bernoulli MÓDULOMATEMÁTICA DEFINIÇÃO Prisma é todo poliedro convexo construído tomando-se dois polígonos congruentes situados em planos paralelos e unindo-se os pontos desses polígonos através de segmentos paralelos. Na figura a seguir, temos um prisma cujas bases são os pentágonos congruentes ABCDE e FGHIJ. Os paralelogramos que unem as duas bases do prisma são denominados faces laterais. Base A B C DE F G H IJ Aresta lateral Aresta da base Face lateral Vértice Podemos, então, identificar no prisma mostrado os seguintes elementos: i) Bases: faces ABCDE e FGHIJ ii) Arestas da base: (AB, BC, CD, DE, EA) e (FG, GH, HI, IJ, JF) iii) Faces laterais: paralelogramos BCHG, CDIH, DEJI, EAFJ, ABGF iv) Arestas laterais: CH, DI, EJ, AF, BG A altura de um prisma é a distância h entre os planos das bases. h α NOMENCLATURA Um prisma será chamado triangular, quadrangular, pentagonal, etc., conforme sua base seja um triângulo, um quadrilátero, um pentágono, etc. CLASSIFICAÇÃO Prisma reto é aquele cujas arestas laterais são perpendiculares aos planos das bases. Num prisma reto, as faces laterais são retângulos. Prisma pentagonal reto Prisma oblíquo é aquele cujas arestas são oblíquas aos planos das bases. Prisma pentagonal oblíquo Prisma regular é um prisma reto cujas bases são polígonos regulares. SECÇÕES Secção de um prisma é a interseção do prisma com um plano que intercepta todas as arestas laterais. Notemos que a secção de um prisma é um polígono com vértice em cada aresta lateral. Secção reta ou secção normal é uma secção cujo plano é perpendicular às arestas laterais. Secção reta Prismas 07 B 14 Coleção Estudo Secção transversal é uma secção cujo plano é paralelo às bases. Secção transversal ÁREAS Área lateral (A l ) é a soma das áreas das faces laterais. Área total é a soma da área lateral com as áreas das bases. AT = Al + 2.AB VOLUME O volume de um prisma é o produto da área da base pela medida da altura. V = AB.h Pode-se demonstrar também que o volume de um prisma é o produto da área da secção reta pela medida da aresta. V = S.a S a h PARALELEPÍPEDOS Paralelepípedo é um prisma cujas bases são paralelogramos. A superfície total de um paralelepípedo é a reunião de seis paralelogramos. Paralelepípedo (oblíquo) Paralelepípedo reto é um prisma reto cujas bases são paralelogramos. A superfície total de um paralelepípedo reto é a reunião de quatro retângulos (faces laterais) e de dois paralelogramos (bases). Paralelogramo Paralelepípedo (reto) Retângulo Paralelepípedo reto retângulo ou paralelepípedo retângulo, ou ortoedro, é um prisma reto cujas bases são retângulos. A superfície total de um paralelepípedo retângulo é a reunião de seis retângulos. A’ D’ C’ BA A base (face) D B C f d ca b B D D’ f a b B’ C D f ad c c A) Cálculo da diagonal d No triângulo BCD, temos f2 = a2 + b2. No triângulo BDD’, temos d2 = f 2 + c2 ⇒ d2 = a2 + b2 + c2 ⇒ d = ¹a2 + b2 + c2 B) Cálculo da área total S A área total do paralelepípedo é a soma das áreas de seis retângulos: dois deles (ABCD, A’B’C’D’) com dimensões a e b, outros dois (ABB’A’, DCC’D’) com dimensões a e c e os últimos dois (ADD’A’, BCC’B’) com dimensões b e c. Logo: S = 2ab + 2ac + 2bc ⇒ S = 2(ab + ac + bc) C) Cálculo do volume V O volume de um prisma, como sabemos, é o produto da área da base pela altura, ou seja, V = AB.h. Assim, para o paralelepípedo retângulo, temos: AB = a.b e h = c Então: V = a.b.c Frente B Módulo 07 M A TE M Á TI C A 15Editora Bernoulli CUBO Cubo é um paralelepípedo retângulo cujas arestas são congruentes. A’ B’ D’ D’ C’ C BA D D base (face) C A B D f d aa a B f f a a a a d a Dado um cubo de aresta a, calculemos sua diagonal d, sua área total S e seu volume V. A) Cálculo da diagonal d Inicialmente, calculemos a medida f de uma diagonal de face. No triângulo BAD, temos f2 = a2 + a2 ⇒ f2 = 2a2 ⇒ f = a¹2. No triângulo BDD’, temos d2 = a2 + f2 ⇒ d2 = a2 + 2a2 ⇒ d2 = 3a2 ⇒ d = a¹3 B) Cálculo da área total S A superfície total de um cubo é a reunião de seis quadrados congruentes de lado a. A área de cada um é a2. Então, a área total do cubo é: a a a S = 6a2 C) Cálculo do volume V No cubo de aresta a, temos: AB = a.a e h = a Então: V = a3 EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO 01. (UFRGS–2006) Na figura a seguir, está representada a planificação de um prisma hexagonal regular de altura igual à aresta da base. Se a altura do prisma é 2, seu volume é A) 4¹3 D) 10¹3 B) 6¹3 E) 12¹3 C) 8¹3 02. (UFOP-MG–2009) Maíra adora brincar na piscina da casa de Jean. A piscina tem 3 m de largura por 4 m de comprimento. A parte rasa tem 0,5 m de profundidade, e a parte funda, 1 m de profundidade. O piso da piscina é o usual: uma rampa plana. A quantidade de litros de água necessária para enchê-la é A) 6 000 C) 9 000 B) 8 000 D) 10 000 03. (FUVEST-SP–2007) O cubo de vértices ABCDEFGH, indicado na figura, tem arestas de comprimento a. H G C E F D M A B Sabendo-se que M é o ponto médio da aresta AE, então a distância do ponto M ao centro do quadrado ABCD é igual a A) a 3 5 D) a¹3 B) a 3 3 E) 2a¹3 C) a 3 2 04. (UFMG) Um reservatório cúbico de 50 cm de profundidade está com água até a metade e precisa ser totalmente esvaziado. O volume de água a ser retirado desse reservatório é de A) 62,5 litros. C) 250 litros. B) 125 litros. D) 25 litros. Prismas 16 Coleção Estudo 05. (VUNESP) As arestas do cubo ABCDEFGH, representado pela figura, medem 1 cm. Se M, N, P e Q são os pontos médios das arestas a que pertencem, então o volume do prisma DMNCHPQG é G Q H D A M B F P NC E A) 0,625 cm3. D) 0,825 cm3. B) 0,725 cm3. E) 0,845 cm3. C) 0,745 cm3. EXERCÍCIOS PROPOSTOS 01. (UFMG–2008) Considere um reservatório, em forma de paralelepípedo retângulo, cujas medidas são 8 m de comprimento, 5 m de largura e 120 cm de profundidade. Bombeia-se água para dentro desse reservatório, inicialmente vazio, a uma taxa de 2 litros por segundo. Com base nessas informações, é CORRETO afirmar que, para se encher completamente esse reservatório, serão necessários A) 40 min. C) 400 min. B) 240 min. D) 480 min. 02. (UFMG) A capacidade de um reservatório em forma de um paralelepípedo retângulo, cujas dimensões são 50 cm, 2 m e 3 m, é, em litros, A) 3 D) 3 000 B) 30 E) 30 000 C) 300 03. (FUVEST-SP) Dois blocos de alumínio, em forma de cubo, com arestas medindo 10 cm e 6 cm, são levados juntos à fusão e, em seguida, o alumínio líquido é moldado como um paralelepípedo reto de arestas 8 cm, 8 cm e x cm. O valor de x é A) 16 B) 17 C) 18 D) 19 E) 20 04. (UFV-MG) Um recipiente, contendo água, tem a forma de um paralelepípedo retangular e mede 1,20 m de comprimento, 0,50 m de largura e 2,00 m de altura. Uma pedra de forma irregular é colocada no recipiente, ficando totalmente coberta pela água. Observa-se, então, que o nível da água sobe 1 m. Assim, é CORRETO concluir que o volume da pedra, em m3, é A) 0,06 B) 0,6 C) 6 D) 60 E) 600 05. (PUC Minas–2006) Em um reservatório cúbico, enquanto o nível de água varia de 8,0 cm para 10,4 cm, o volume de água aumenta de 143,2 litros para 179,0 litros. Com base nesses dados, é CORRETO afirmar que, com um acréscimo de 2,4 cm no nível da água, o volume de água tem um aumento percentual igual a A) 18%. B) 20%. C) 25%. D) 30%. 06. (UFMG) Dona Margarida comprou terra adubada para sua nova jardineira, que tem a formade um paralelepípedo retângulo, cujas dimensões internas são: 1 m de comprimento, 25 cm de largura e 20 cm de altura. Sabe-se que 1 kg de terra ocupa um volume de 1,7 dm3. Nesse caso, para encher totalmente a jardineira, a quantidade de terra que Dona Margarida deverá utilizar é, aproximadamente, A) 85,0 kg. B) 8,50 kg. C) 29,4 kg. D) 294,1 kg. 07. (UFJF-MG) Uma caixa tem a forma de um paralelepípedo retângulo. O volume da caixa será duplicado se A) dobrarmos todas as suas dimensões. B) triplicarmos todas as suas dimensões. C) dobrarmos duas das suas dimensões, mantendo-se a terceira dimensão inalterada. D) triplicarmos sua altura, mantendo-se as duas outras dimensões inalteradas. E) dobrarmos uma de suas dimensões, mantendo-se as outras duas dimensões inalteradas. 08. (Cesgranrio) Na figura, cada aresta do cubo mede 3 cm. Prolongando-se uma delas de 5 cm, obtemos o ponto M. A distância, em centímetros, de M ao vértice A é 3 cm A M 5 cm A) 2¹21 B) ¹82 C) 8¹3 D) 8¹2 E) 9 Frente B Módulo 07 M A TE M Á TI C A 17Editora Bernoulli 09. (VUNESP) As faces de um paralelepípedo retangular têm por área 6 cm2, 9 cm2 e 24 cm2. O volume desse paralelepípedo é A) 1 296 cm3. B) 48 cm3. C) 39 cm3. D) 36 cm3. E) 6¹6 cm3. 10. (PUC-SP) Um tanque de uso industrial tem a forma de um prisma, cuja base é um trapézio isósceles. Na figura a seguir, são dadas as dimensões, em metros, do prisma. 5 5 2 8 O volume desse tanque, em metros cúbicos, é A) 50 B) 60 C) 80 D) 100 E) 120 11. (Unicamp-SP) Ao serem tirados 128 litros de água de uma caixa-d’água de forma cúbica, o nível da água baixa 20 centímetros. A) CALCULE o comprimento das arestas da referida caixa. B) CALCULE sua capacidade em litros (1 litro equivale a 1 decímetro cúbico). 12. (UFU-MG) Considere uma cruz formada por 6 cubos idênticos e justapostos, como na figura adiante. Sabendo-se que a área total da cruz é de 416 cm2, pode-se afirmar que o volume de cada cubo é igual a A) 16 cm3. B) 64 cm3. C) 69 cm3. D) 26 cm3. 13. (FUVEST-SP) Na figura a seguir, I e J são os centros das faces EFGH e BCGF do cubo ABCDEFGH de aresta a. Os comprimentos dos segmentos AI e IJ são, respectivamente, H G C BA E D F I J A) a 6 2 , a¹6 D) a¹6, a¹2 B) a 6 2 , a 2 2 E) 2a, a 2 C) a¹6, a 2 2 14. (VUNESP) Uma caixa-d’água, com a forma de um paralelepípedo reto de 1 m x 1 m de base e 3 2 m de altura, está sobre uma laje horizontal com água até a altura h. Suponhamos que a caixa fosse erguida lateralmente, apoiada sobre uma das arestas da base (que é mantida fixa), sem agitar a água. Assim, a água começaria a transbordar exatamente quando o ângulo da base da caixa com a laje medisse 30°. CALCULE a altura h. 15. (Unicamp-SP) A figura a seguir é a planificação de uma caixa sem tampa. 2x x x 5 x 5 A) ENCONTRE o valor de x, em centímetros, de modo que a capacidade dessa caixa seja de 50 litros. B) Se o material utilizado custa R$ 10,00 por metro quadrado, qual é o custo de uma dessas caixas de 50 litros, considerando-se apenas o custo da folha retangular plana? 16. (FGV-SP–2006) Antes que fosse reparado um vazamento em uma piscina retangular, com 20 m de comprimento e 10 m de largura, ocorreu uma perda de 20 000 litros de água, fazendo com que o nível de água baixasse em A) 1 m. D) 0,2 m. B) 0,5 m. E) 0,01 m. C) 0,1 m. Prismas 18 Coleção Estudo SEÇÃO ENEM 01. (Enem–2003) Prevenindo-se contra o período anual de seca, um agricultor pretende construir um reservatório fechado, que acumule toda a água proveniente da chuva que cair no telhado de sua casa, ao longo de um período anual chuvoso. As ilustrações a seguir apresentam as dimensões da casa, a quantidade média mensal de chuva na região, em milímetros, e a forma do reservatório a ser construído. (mm) 300 200 4 m 2 m Reservatório 2 m x 4 m x p m p m 8 m 10 m 100 Ja n Fe v M ar A b r M ai Ju n Ju l A g o S et O u t N ov D ez Sabendo que 100 milímetros de chuva equivalem ao acúmulo de 100 litros de água em uma superfície plana horizontal de um metro quadrado, a profundidade p do reservatório deverá medir A) 4 m. B) 5 m. C) 6 m. D) 7 m. E) 8 m. 02. (Enem–2006) Eclusa é um canal que, construído em águas de um rio com grande desnível, possibilita a navegabilidade, subida ou descida de embarcações. No esquema a seguir, está representada a descida de uma embarcação, pela eclusa do Porto Primavera, do nível mais alto do Rio Paraná até o nível da jusante. 20 m Válvula de dreno Nível da jusante Válvula de enchimento 6 m Câmara Câmara P O R T A 1 P O R T A 2 Enquanto a válvula de enchimento está fechada e a de dreno, aberta, o fluxo de água ocorre no sentido indicado pelas setas, esvaziando a câmara até o nível da jusante. Quando, no interior da câmara, a água atinge o nível da jusante, a porta 2 é aberta, e a embarcação pode continuar navegando rio abaixo. A câmara dessa eclusa tem comprimento aproximado de 200 m e largura igual a 17 m. A vazão aproximada da água durante o esvaziamento da câmara é de 4 200 m3 por minuto. Assim, para descer do nível mais alto até o nível da jusante, uma embarcação leva cerca de A) 2 minutos. D) 16 minutos. B) 5 minutos. E) 21 minutos. C) 11 minutos. 03. (Enem–2010) Uma fábrica produz barras de chocolates no formato de paralelepípedos e de cubos, com o mesmo volume. As arestas da barra de chocolate no formato de paralelepípedo medem 3 cm de largura, 18 cm de comprimento e 4 cm de espessura. Analisando as características das figuras geométricas descritas, a medida das arestas dos chocolates que têm o formato de cubo é igual a A) 5 cm. D) 24 cm. B) 6 cm. E) 25 cm. C) 12 cm. 04. (Enem–2010) Um porta-lápis de madeira foi construído no formato cúbico, seguindo o modelo ilustrado a seguir. O cubo de dentro é vazio. A aresta do cubo maior mede 12 cm e a do cubo menor, que é interno, mede 8 cm. O volume de madeira utilizado na confecção desse objeto foi de A) 12 cm3. D) 1 216 cm3. B) 64 cm3. E) 1 728 cm3. C) 96 cm3. GABARITO Fixação 01. E 02. C 03. C 04. A 05. A Propostos 01. C 10. D 02. D 11. A) a = 8 dm 03. D B) V = 512 litros 04. B 12. B 05. C 13. B 06. C 14. 3 3 metros 07. E 15. A) 50 cm 08. B B) R$ 8,40 09. D 16. C Seção Enem 01. D 02. D 03. B 04. D Frente B Módulo 07 FRENTE 19Editora Bernoulli MÓDULOMATEMÁTICA DEFINIÇÃO Pirâmide é todo poliedro convexo construído unindo-se os vértices de um polígono qualquer (base da pirâmide) a um mesmo ponto (vértice da pirâmide) situado fora do plano desse polígono. Na figura a seguir, temos uma pirâmide de base ABCDEF e vértice V. Com exceção da base, as demais faces são formadas por um lado da base e pelo vértice da pirâmide. São sempre triângulos e denominadas faces laterais. face lateralaresta lateral aresta da base vértice da pirâmideV A B CF E D Podemos, então, identificar, na pirâmide mostrada, os seguintes elementos: i) Base: face ABCDEF ii) Arestas da base: AB, BC, CD, DE, EF e FA iii) Faces laterais: os triângulos BCV, CDV, DEV, EFV, FAV e ABV iv) Arestas laterais: CV, DV, EV, FV, AV e BV A altura de uma pirâmide é a distância h entre o vértice e o plano da base. h α NOMENCLATURA Uma pirâmide será triangular, quadrangular, pentagonal, etc., conforme sua base seja um triângulo, um quadrilátero, um pentágono, etc. PIRÂMIDE REGULAR Pirâmide regular é uma pirâmide cuja base é um polígono regular, e a projeção ortogonal do vértice sobre o plano da base é o centro da base. Numa pirâmide regular, as arestas laterais são congruentes, e as faces laterais são triângulos isósceles congruentes. Chama-se apótema de uma pirâmide regular a altura (relativa ao lado da base) de uma face lateral.Pirâmide regular hexagonal (apótema da pirâmide) h TETRAEDRO Tetraedro é uma pirâmide triangular. Tetraedro regular é um tetraedro que possui as seis arestas congruentes entre si. Tetraedro Pirâmides 08 B 20 Coleção Estudo RELAÇÕES NUMA PIRÂMIDE REGULAR Considere a pirâmide quadrangular regular VABCD: V L A R B M C D h O aB ap Em que: VM = ap é o apótema da pirâmide regular (altura da face lateral); OM = aB é o apótema da base; OA = R é o raio da circunferência circunscrita à base; VA = L é a aresta lateral da pirâmide; VO = h é a altura da pirâmide. Dos triângulos sombreados na figura anterior, tiramos as seguintes relações, válidas para toda pirâmide regular: V h O aB ap M V h OR L A ap 2 = h2 + aB 2 L2 = h2 + R2 ÁREAS LATERAL E TOTAL Para uma pirâmide qualquer, a área lateral corresponde à soma das áreas de todas as faces laterais. Como em uma pirâmide regular as faces laterais são triângulos isósceles congruentes, para calcularmos a área lateral, fazemos a área de uma face lateral multiplicada pelo número de faces laterais. A área total de uma pirâmide corresponde à soma da área lateral com a área da base: A T = Al + AB VOLUME Sejam AB a área da base e h a altura de uma pirâmide qualquer. O volume V dessa pirâmide é dado por: AB h V = 1 3 .AB.h EXERCÍCIO RESOLVIDO 01. De um tetraedro regular de aresta a, calcular A) a área total A T. B) a medida h da altura. C) o seu volume V. Resolução: C G C a a B . D B A D G = h a Tetraedro Base do tetraedro a¹3 2a¹3 2 a¹3 3 2 3 A) Área total: A T = 4AB ⇒ A T = 4 1 2 3 2 . .a a ⇒ A T = a 2¹3 B) Cálculo da altura: Do triângulo AGB, temos: h2 = a2 – (BG)2 ⇒ h2 = a2 – a 3 3 2 ⇒ h2 = 6 9 2a ⇒ h = a 6 3 C) Volume: V = 1 3 .AB.h, em que AB = a2 3 4 e h = a 6 3 . Então: V = 1 3 . a 2 3 4 . a 6 3 ⇒ V = a 3 2 12 Frente B Módulo 08 M A TE M Á TI C A 21Editora Bernoulli SECÇÃO DE UMA PIRÂMIDE POR UM PLANO PARALELO À BASE Quando seccionamos uma pirâmide por um plano paralelo à base, separamos essa pirâmide em dois sólidos. O sólido que contém o vértice é uma nova pirâmide, e o sólido que contém a base da pirâmide é um tronco de pirâmide de bases paralelas. V A A’ C C’ D D’ B B’ V A A’ C C’ D D’ B B’ A nova pirâmide e a pirâmide primitiva têm bases semelhantes, e os elementos lineares homólogos (arestas das bases, arestas laterais, alturas, etc.) são proporcionais. Assim, dizemos que elas são semelhantes. Razão de semelhança Dadas duas pirâmides semelhantes, a razão entre dois elementos lineares homólogos é denominada razão de semelhança. Essa razão será representada por k. AB aB h L � H H h L k= = l Para razões entre áreas homólogas, temos: A a L L kB B = = = 2 2 2 2 l l Para razões entre volumes das pirâmides semelhantes, em que V e v são os volumes das pirâmides grande e pequena, respectivamente, temos: V v A H a h A a H h k k k B B B B = = = = 1 3 1 3 2 3 . . . . . . Podemos, então, generalizar da seguinte maneira: i) A razão entre áreas homólogas de quaisquer dois sólidos semelhantes é igual ao quadrado da razão de semelhança. ii) A razão entre os volumes de dois sólidos semelhantes é igual ao cubo da razão de semelhança. VOLUME DO TRONCO DE PIRÂMIDE Dadas a área AB da base maior, a área aB da base menor e h a medida da altura do tronco, o volume do tronco da pirâmide pode ser obtido por meio da fórmula: h AB aB VT VT = h 3 A + A .a + a B B B B EXERCÍCIO RESOLVIDO 02. (UFSC) A base quadrada de uma pirâmide tem 144 m2 de área. A 4 m do vértice, traça-se um plano paralelo à base, e a secção assim feita tem 64 m2 de área. Qual a altura da pirâmide? Resolução: A A’ V B’ C’D’ B CD 4 m AB AB = 144 m 2 aB = 64 m 2 aB H Fazendo semelhança entre as pirâmides VABCD e VA’B’C’D’, temos: A a H h H H H mB B = ⇔ = ⇔ = ⇒ = 2 2 144 64 4 12 8 4 6 EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO 01. (UFMG) Observe a figura. A C B E F D Essa figura representa um prisma reto de base triangular. O plano que contém os vértices B, D e F divide esse prisma em dois sólidos: DACFB, de volume V1, e DEFB, de volume V2 . Assim, a razão V V 1 2 é A) 1 B) 3 2 C) 2 D) 5 2 Pirâmides 22 Coleção Estudo 02. (UFSCar-SP) As bases ABCD e ADGF das pirâmides ABCDE e ADGFE são retângulos e estão em planos perpendiculares. Sabe-se também que ABCDE é uma pirâmide regular de altura 3 cm e apótema lateral 5 cm, e que ADE é a face lateral comum às duas pirâmides. F G E D C BA Se a aresta AF é 5% maior que a aresta AD, então o volume da pirâmide ADGFE, em cm3, é A) 67,2 B) 80 C) 89,6 D) 92,8 E) 96 03. (UFMG) Corta-se uma pirâmide regular de base quadrangular e altura 4 cm por um plano paralelo ao plano da base, de maneira que os volumes dos dois sólidos obtidos sejam iguais. A altura do tronco de pirâmide obtido é, em centímetros, A) 1 D) 4 – ¹2 B) 4 – 2 43 E) 4 – 24 C) 2 04. (UFOP-MG–2009) Considere um prisma cuja base é um hexágono regular de lado l, e uma pirâmide cuja base é um triângulo equilátero com lados medindo o triplo de l. Se o volume do prisma é o dobro do volume da pirâmide, a altura da pirâmide é A) o quádruplo da altura do prisma. B) o triplo da altura do prisma. C) o dobro da altura do prisma. D) igual à altura do prisma. 05. (FUVEST-SP) A figura a seguir representa uma pirâmide de base triângular ABC e vértice V. Sabe-se que ABC e ABV são triângulos equiláteros de lado l, e que M é o ponto médio do segmento AB. Se a medida do ângulo VMC é 60º, então o volume da pirâmide é A C V B M 60º A) 3 4 l 3 B) 3 8 l 3 C) 3 12 l 3 D) 3 16 l 3 E) 3 18 l 3 EXERCÍCIOS PROPOSTOS 01. (FUVEST-SP) Um telhado tem a forma da superfície lateral de uma pirâmide regular, de base quadrada. O lado da base mede 8 m, e a altura da pirâmide, 3 m. As telhas para cobrir esse telhado são vendidas em lotes que cobrem 1 m2. Supondo que possa haver 10 lotes de telhas desperdiçadas (quebras e emendas), o número MÍNIMO de lotes de telhas a ser comprado é A) 90 B) 100 C) 110 D) 120 E) 130 02. (UFES) Considere um cubo de aresta igual a 1 cm. Sejam ABCD e A’B’C’D’ duas faces opostas desse cubo. Podemos obter uma pirâmide tomando o quadrado ABCD como base e A’ como vértice. A área lateral dessa pirâmide mede A) (1 + ¹2) cm2. D) 2(2 + ¹2) cm2. B) 2(1 + ¹2) cm2. E) (2 + ¹2) cm2. C) (3 + ¹2) cm2. 03. (Cesgranrio) Em um tetraedro OABC, os ângulos entre as arestas que concorrem em O são todos iguais a 90º. Se OA = 3, OB = 5 e OC = 12, o comprimento da maior aresta do tetraedro é A) 20 B) 15 C) 13 D) 25 2 E) 12 04. (VUNESP) Em cada um dos vértices de um cubo de madeira, recorta-se uma pirâmide AMNP, em que M, N e P são os pontos médios das arestas, como se mostra na figura. Se V é o volume do cubo, o volume do poliedro que resta, ao retirar as 8 pirâmides, é igual a M A N P A) 1 2 V B) 3 4 V C) 2 3 V D) 5 6 V E) 3 8 V 05. (VUNESP) A figura a seguir mostra uma pirâmide regular de base quadrada cuja altura tem a mesma medida que as arestas da base. Pelo ponto médio M da altura OQ, traça-se o segmento MN perpendicular à aresta OA. O D CB N M A a Q Se a expressa a medida de MN, DETERMINE o volume da pirâmide em função de a. Frente B Módulo 08 M A TE M Á TI C A 23Editora Bernoulli 06. (UFG–2008) A figura a seguir representa uma torre, na forma de uma pirâmide regular de base quadrada na qual foi construída uma plataforma, a 60 metros de altura, paralela à base. Se os lados da base e da plataforma medem, respectivamente, 18 e 10 metros, a altura da torre, em metros, é Plataforma A) 75 B) 90 C) 120 D) 135 E) 145 07. (UFSCar-SP) Os segmentos de reta que unem os pontos centrais das faces adjacentesde um cubo determinam um octaedro (ver figura a seguir). Se a aresta do cubo mede l cm, então o volume do octaedro é igual a A) l 3 8 cm3. D) l 3 7 cm3. B) l 3 4 cm3. E) l 3 6 cm3. C) l 3 5 cm3. 08. (UFF-RJ–2006) Considere ABCDEFGH um cubo cuja aresta mede 1 cm e I um ponto no prolongamento da aresta AB, de tal modo que o volume do tetraedro ADFI tenha o mesmo volume do cubo ABCDEFGH. F E H G A B D C I DETERMINE a medida do segmento BI. 09. (Cesgranrio) Em um cubo de aresta 3 ¹6, considere-se o tetraedro VABC, como indicado na figura. O volume do tetraedro é A) 2 V C B A B) ¹2 C) 3 ¹3 D) 6 3 E) 1 10. (UFMG) Sabe-se que, no tetraedro da figura, AB = 5 m, BD = 4 m, AD = 3 m e DAC = 60°. Se CD é perpendicular ao plano de ABD, então o volume do tetraedro, em m3, é C D BA 60º A) 6¹3 D) 18¹3 B) 3¹3 E) 4¹3 C) 2¹3 11. (FUVEST-SP) Qual a altura de uma pirâmide quadrangular que tem as oito arestas iguais a ¹2? A) 1 B) ¹1,5 C) ¹2 D) ¹2,5 E) ¹3 12. (UFSM-RS) Assinale a alternativa que apresenta a razão entre os volumes de um tetraedro regular e de um cubo cujas arestas são iguais. A) 4 3 B) 3 4 C) 1 2 D) 2 6 E) 2 12 13. (UFMG) Nesta figura, estão representados um cubo, cujas arestas medem, cada uma, 3 cm, e a pirâmide MABC, que possui três vértices em comum com o cubo. O ponto M situa-se sobre o prolongamento da aresta BD do cubo. Os segmentos MA e MC interceptam as arestas desse cubo, respectivamente, nos pontos N e P, e o segmento ND mede 1 cm. B C DN P M A Considerando-se essas informações, é CORRETO afirmar que o volume da pirâmide MNPD é, em cm3, A) 1 6 B) 1 4 C) 1 2 D) 1 8 14. (UEL-PR) Considere uma pirâmide regular, de altura 25 m e base quadrada de lado 10 m. Seccionando essa pirâmide por um plano paralelo à base, à distância de 5 m desta, obtém-se um tronco cujo volume, em m3, é A) 200 3 B) 500 C) 1 220 3 D) 1 280 3 E) 1 220 15. (UFRJ) Uma pirâmide regular tem base quadrada de área 4. Ela é seccionada por um plano paralelo à base de modo a formar um tronco de pirâmide de altura 2 e de base superior de área 1. DETERMINE o valor da aresta lateral do tronco da pirâmide. Pirâmides 24 Coleção Estudo SEÇÃO ENEM 01. (Enem–2009) Uma fábrica produz velas de parafina em forma de pirâmide quadrangular regular com 19 cm de altura e 6 cm de aresta da base. Essas velas são formadas por 4 blocos de mesma altura – 3 troncos de pirâmide de bases paralelas e 1 pirâmide na parte superior –, espaçados 1 cm entre eles, sendo que a base superior de cada bloco é igual à base inferior do bloco sobreposto, com uma haste de ferro passando pelo centro de cada bloco, unindo-os, conforme a figura. 6 m 6 m Se o dono da fábrica resolver diversificar o modelo, retirando a pirâmide da parte superior, que tem 1,5 cm de aresta na base, mas mantendo o mesmo molde, quanto ele passará a gastar com parafina para fabricar uma vela? A) 156 cm3 D) 216 cm3 B) 189 cm3 E) 540 cm3 C) 192 cm3 02. (Enem–2009) Um artesão construiu peças de artesanato interceptando uma pirâmide de base quadrada com um plano. Após fazer um estudo das diferentes peças que poderia obter, ele concluiu que uma delas poderia ter uma das faces pentagonal. Qual dos argumentos a seguir justifica a conclusão do artesão? A) Uma pirâmide de base quadrada tem 4 arestas laterais e a interseção de um plano com a pirâmide intercepta suas arestas laterais. Assim, esses pontos formam um polígono de 4 lados. B) Uma pirâmide de base quadrada tem 4 faces triangulares e, quando um plano intercepta essa pirâmide, divide cada face em um triângulo e um trapézio. Logo, um dos polígonos tem 4 lados. C) Uma pirâmide de base quadrada tem 5 faces e a interseção de uma face com um plano é um segmento de reta. Assim, se o plano interceptar todas as faces, o polígono obtido nessa interseção tem 5 lados. D) O número de lados de qualquer polígono obtido como interseção de uma pirâmide com um plano é igual ao número de faces da pirâmide. Como a pirâmide tem 5 faces, o polígono tem 5 lados. E) O número de lados de qualquer polígono obtido interceptando-se uma pirâmide por um plano é igual ao número de arestas laterais da pirâmide. Como a pirâmide tem 4 arestas laterais, o polígono tem 4 lados. 03. (Enem–2010) Devido aos fortes ventos, uma empresa exploradora de petróleo resolveu reforçar a segurança de suas plataformas marítimas, colocando cabos de aço para melhor afixar a torre central. Considere que os cabos ficarão perfeitamente esticados e terão uma extremidade no ponto médio das arestas laterais da torre central (pirâmide quadrangular regular) e a outra no vértice da base da plataforma (que é um quadrado de lados paralelos aos lados da base da torre central e centro coincidente com o centro da base da pirâmide), como sugere a ilustração. Torre central Base da plataforma Se a altura e a aresta da base da torre central medem, respectivamente, 24 m e 6¹2 m e o lado da base da plataforma mede 19¹2 m, então a medida, em metros, de cada cabo será igual a A) ¹288 B) ¹313 C) ¹328 D) ¹400 E) ¹505 GABARITO Fixação 01. C 02. C 03. B 04. D 05. D Propostos 01. A 09. E 02. A 10. A 03. C 11. A 04. D 12. E 05. 8¹3a3 13. B 06. D 14. C 07. E 15. 3 2 2 08. 5 cm Seção Enem 01. B 02. C 03. D Frente B Módulo 08 FRENTE 25Editora Bernoulli MÓDULOMATEMÁTICA INTRODUÇÃO Sabemos que uma inequação é uma relação caracterizada pela presença dos seguintes sinais de desigualdade: >, <, ≥ ou ≤. Vejamos alguns exemplos: 1º) Resolver, em , a inequação x – 3 > 18. Resolução: x – 3 > 18 ⇒ x > 21 S = {x ∈ | x > 21} 2º) Resolver, em , a inequação –2 ≤ x + 4 3 < 8. Resolução: Multiplicando-se todos os termos da inequação por 3, temos: –6 ≤ x + 4 < 24 Subtraindo-se –4 de todos os termos, temos: –10 ≤ x < 20 S = {x ∈ | –10 ≤ x < 20} 3º) Resolver, em , a inequação x2 – 5x + 6 > 0. Resolução: Inicialmente, vamos calcular as raízes da função: x2 – 5x + 6 = 0 Δ = 25 – 4.1.6 = 1 x = 5 1 2 ± ⇒ x1 = 2 ou x2 = 3 Representando o gráfico, temos: Sinal y > 0 ⇔ x < 2 ou x > 3 y < 0 ⇔ 2 < x < 3 x32 ++ – Portanto, o conjunto solução é dado por: S = {x ∈ | x < 2 ou x > 3} INEQUAÇÃO PRODUTO Chamamos de inequação produto a toda inequação na qual o primeiro membro é formado por um produto de funções do primeiro grau e / ou funções do segundo grau, e o segundo membro é nulo. Exemplos 1º) (x – 2).(x – 3) ≥ 0 2º) (x – 1).(x2 – 4x + 3) ≥ 0 3º) (2x2 – 5x).(2 + x – x2) < 0 Para resolvermos uma inequação produto, devemos estudar o sinal de cada uma das funções que estão sendo multiplicadas. Em seguida, obtemos o resultado, analisando os sinais obtidos e utilizando o chamado quadro de sinais. Exemplos 1º) Resolver, em , a inequação (x – 2).(x – 3) ≥ 0. Resolução: Vamos denotar cada função por y1 e y2 e estudar o sinal de cada uma delas. ( ).( )x x y y − −2 3 0 1 2��� �� ��� �� ≥ Estudo do sinal y1 = x – 2 Raiz: x = 2 x + – 2 y2 = x – 3 Raiz: x = 3 x + – 3 Inequações 07 C 26 Coleção Estudo Quadro de sinais y1 – + + – – + x 2 3 y2 y1.y2 + – + Como queremos saber em quais intervalos o produto é positivo ou igual a zero, temos: S = {x ∈ | x ≤ 2 ou x ≥ 3} OBSERVAÇÃO As inequações do 2º grau que possuam raízes reais podem ser fatoradas e, portanto, transformadas em inequações produto. Nesse caso, podem ser resolvidas como descrito anteriormente. Por exemplo, a inequação x2 – 5x + 6 ≥ 0 pode ser escrita na forma (x – 2)(x – 3) ≥ 0 e resolvida com o uso do quadro de sinais. 2º) Resolver, em , a inequação (x – 1).(x2 – 4x + 3) ≥ 0. Resolução: ( ).( )x x x y y − − +1 4 3 0 1 2 2 ��� �� � ��� ��� ≥ Estudo do sinal y1 = x – 1 Raiz: x = 1 x + – 1 y2 = x 2 – 4x + 3 Raiz: x1 = 1 e x2= 3 x31 ++ – Quadro de sinais y1 – + + + – + x 1 3 y2 y1.y2 – – + Portanto, S = {x ∈ | x = 1 ou x ≥ 3}. 3º) Resolver, em , a inequação (2x2 – 5x).(2 + x – x2) < 0. Resolução: ( ).( )2 5 2 02 2 1 2 x x x x y y − + − < � �� �� � ��� ��� y1 = 2x 2 – 5x Suas raízes são 0 e 5 2 . Estudo do sinal Sinal y1 > 0 ⇔ x < 0 ou x > 5 2 y1 < 0 ⇔ 0 < x < 5 2 x0 ++ – 5 2 y2 = 2 + x – x 2 Suas raízes são –1 e 2. Estudo do sinal Sinal y2 > 0 ⇔ –1 < x < 2 y2 < 0 ⇔ x < –1 ou x > 2 x 2–1 –– + Estudo do sinal do produto y1.y2 y1 + – + + + – x –1 2 y2 y1.y2 + + – – – – – – + 0 5 2 Queremos saber para que valores de x temos y1.y2 < 0. Portanto, S = x x ou x ou x∈ < − < < > | 1 0 2 5 2 . Frente C Módulo 07 M A TE M Á TI C A 27Editora Bernoulli INEQUAÇÃO QUOCIENTE Chamamos de inequação quociente a toda inequação na qual o primeiro membro é formado por uma divisão envolvendo funções do primeiro grau e / ou funções do segundo grau, e o segundo membro é nulo. Convém ressaltar que, como se trata de uma divisão, devemos verificar suas condições de existência, ou seja, o denominador não pode ser nulo. Exemplos 1º) x x x 2 2 1 3 − + − ≤ 0 2º) x x x x 2 2 2 8 6 9 − − − + ≥ 0 O procedimento para resolução é análogo ao adotado nas inequações produto. Exemplos 1º) Resolver, em , a inequação x x x 2 2 1 3 − + − ≤ 0. Condição de existência: x ≠ 3 x x x y y 2 2 1 3 1 2 − + − � �� �� � ≤ 0 Estudo do sinal y1 = x 2 – 2x + 1 Possui uma raiz dupla igual a 1. x1 ++ y2 = x – 3 Sua raiz é igual a 3. x + – 3 Quadro de sinais y1 + + + – – + x 1 3 y2 – – +y1 y2 Portanto, S = {x ∈ | x < 3}. 2º) Resolver, em , a inequação x x x x 2 2 2 8 6 9 − − − + ≥ 0. Resolução: x x x x y y 2 2 2 8 6 9 1 2 − − − + � ��� ��� � ��� ��� ≥ 0 Temos: y1 = x 2 – 2x – 8, com raízes –2 e 4 y2 = x 2 – 6x + 9, com raiz dupla 3 Condição de existência: x ≠ 3 Estudo do sinal de y1 Sinal y1 > 0 ⇔ x < –2 ou x > 4 y1 < 0 ⇔ –2 < x < 4 x4–2 ++ – Estudo do sinal de y2 Sinal y2 > 0 ⇔ x ≠ 3 x3 ++ Quadro de sinais y1 – – + + + + x –2 4 y2 – + + + – + 3 y1 y2 Queremos saber para que valores de x temos y y 1 2 ≥ 0. S = {x ∈ | x ≤ –2 ou x ≥ 4} Inequações 28 Coleção Estudo EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO 01. (UFMG) Considere a função f(x) = 2 2 3 x x + − . O conjunto dos valores de x para os quais f(x) ∈ {y ∈ : 0 < y ≤ 4} é A) {x ∈ | x ≥ 7} B) {x ∈ | x < –1 ou x ≥ 7} C) {x ∈ | –1 < x ≤ 7} D) {x ∈ | x < –1} 02. (UFG–2006) Duas empresas A e B comercializam o mesmo produto. A relação entre o patrimônio y e o tempo de atividade em anos x de cada empresa é representada, respectivamente, por: A: x – 2y + 6 = 0 e B: x – 3y + 15 = 0 Considerando essas relações, o patrimônio da empresa A será superior ao patrimônio da empresa B a partir de quantos anos? A) 3 D) 12 B) 5 E) 15 C) 9 03. (UFPI) O conjunto solução da inequação ( ) ( ) − + − − x x x x 2 3 2 5 20 1 < 0 é o intervalo A) (1, ∞) B) (–∞, -1] C) (–∞, 1) D) [0, ∞) E) (–∞, 0) 04. (UFJF-MG–2006) Os valores de x que satisfazem a inequação x x x 2 2 3 2 0 − − − ≥ pertencem a A) [–1, 2) ∪ [3, ∞) B) (–1, 2] ∪ (3, ∞) C) [1, 3] D) [–3, 2) E) [–3, –2] ∪ (2, ∞) 05. (Umesp) A função f(x)= 3 4 4 2 x x x + − tem como domínio, no campo dos reais, os valores de x que se encontram na alternativa A) – {4} B) x < –4 ou x ≥ 0 C) 0 ≤ x < 4 D) 0 ≤ x < 2 E) 0 < x < 2 EXERCÍCIOS PROPOSTOS 01. (PUC Rio–2006) Quantos números inteiros satisfazem simultaneamente as desigualdades: 2x + 3 ≤ x + 7 ≤ 3x + 1 A) 4 B) 1 C) 3 D) 2 E) 5 02. (UFMG) O conjunto solução da inequação –3x + a > 7 é {x ∈ | x < 2}. Então, o valor de a é A) 1 D) 10 B) 2 E) 13 C) 7 03. (UFOP–MG) O conjunto solução da inequação 2 1 1x x − > é A) {x ∈ | 0 < x < 1} B) {x ∈ | x < 0 ou x > 1} C) {x ∈ | x > 1} D) {x ∈ | x ≠ 0} E) {x ∈ | x < 0 ou x ≥ 1} 04. (FUVEST-SP) Um estacionamento cobra R$ 6,00 pela primeira hora de uso, R$ 3,00 por hora adicional e tem uma despesa diária de R$ 320,00. Considere um dia em que sejam cobradas, no total, 80 horas de estacionamento. O número MÍNIMO de usuários necessário para que o estacionamento obtenha lucro nesse dia é A) 25 D) 28 B) 26 E) 29 C) 27 05. (UFMG) O número real x satisfaz 4 3 1 x x − + > 2. Assinale a alternativa em que estão incluídas todas as possibilidades para x. A) –1 < x < 5 2 C) x > 5 2 B) x < –1 ou x > 5 2 D) x < –1 06. (UFV-MG) Seja p um número real positivo menor que a sua raiz quadrada. Sobre a inequação (p – 1)x < p – 1, em , é CORRETO afirmar que A) 0 < x < p D) x > 1 B) p < x < 1 E) 0 ≤ x ≤ 1 C) x < 1 07. (UFSM-RS) O conjunto solução da inequação x x x x 2 2 1 9 1 3 + − − − ≥ é dado por A) [–3, 3[ D) [–2, 2] B) ]–∞, –2] ∪ [2, ∞[ E) [2, ∞[ C) ]–3, –2] ∪ [2, 3[ Frente C Módulo 07 M A TE M Á TI C A 29Editora Bernoulli 08. (PUC Minas) O polinômio p(x) = (m + 2)x2 + 2(m – 3)x + m2 é negativo para x = 1. Nesse caso, o MAIOR valor inteiro de m é A) 0 B) –1 C) –2 D) –3 09. (PUC Minas) O conjunto dos valores de x para os quais os pontos do gráfico de f(x) = x3 – 4x2 – 5x estão acima do eixo das abscissas é A) {x ∈ | x < –1 ou 0 < x < 5} B) {x ∈ | –1 < x < 0 ou x > 5} C) {x ∈ | –1 < x < 5} D) {x ∈ | x < –1 ou x > 5} 10. (UNESP) Todos os POSSÍVEIS valores de m que satisfazem a desigualdade 2x2 – 20x + 2m > 0, para todo x pertencente ao conjunto dos reais, são dados por A) m > 10 B) m > 25 C) m > 30 D) m < 5 E) m < 30 11. (UFV-MG) Sejam as funções reais f e g dadas por f(x) = ¹x e g(x) = 4 3 1 8 3 2( ) ( )x x− + + ; o domínio da função composta f o g é A) {x ∈ | –2 ≤ x ≤ 0 ou x ≥ 1} B) {x ∈ | –2 < x ≤ 0 ou x > 1} C) {x ∈ | x ≤ –2 ou 0 ≤ x ≤ 1} D) {x ∈ | x ≥ 0} E) {x ∈ | –2 < x < 0 ou x ≥ 1} 12. (UFF-RJ) No triângulo retângulo representado a seguir, cada um dos catetos mede 3 cm. FA B E C Dx Considere um ponto C da hipotenusa e o retângulo ABCD, sendo x a medida de AD. DETERMINE A) a área S do retângulo ABCD em função de x. B) para que valor(es) de x se tem S ≤ 1,25 cm2. 13. (UFRGS) Os gráf icos seguintes representam, respectivamente, as funções y = f(x) e y = g(x). Essas funções se anulam somente nos pontos indicados nas figuras. y xO–3 2 y xO–3 2 A solução da inequação f(x).g(x) > 0 é A) (–∞, 0) D) (–∞, –3) ∪ (2, +∞) B) (0, +∞) E) (–3, 0) ∪ (0, 2) C) (–3, 2) 14. (UERJ) Sabe-se que o polinômio p(x) = –2x3 – x2 + 4x + 2 pode ser decomposto na forma p(x) = (2x + 1)(–x2 + 2). Representando as funções reais f(x) = 2x + 1 e g(x) = –x2 + 2, num mesmo sistema de coordenadas cartesianas, obtém-se o gráfico a seguir: y f g xO ¹2–¹2 1 2 Tendo por base apenas o gráfico, é possível resolver a inequação –2x3 – x2 + 4x + 2 < 0. Todos os valores de x que satisfazem a essa inequação estão indicados na seguinte alternativa: A) x < –¹2 ou x > – 1 2 C) x < –¹2 ou – 1 2 < x < ¹2 B) x < –¹2 ou x > ¹2 D) –¹2 < x < – 1 2 ou x > ¹2 15. (UFRJ–2006) Uma operadora de celular oferece dois planos no sistema pós-pago. No plano A, paga-se uma assinatura de R$ 50,00 e cada minuto em ligações locais custa R$ 0,25. No plano B, paga-se um valor fixo de R$ 40,00 para até 50 minutos em ligações locais e,a partir de 50 minutos, o custo de cada minuto em ligações locais é de R$ 1,50. A) CALCULE o valor da conta em cada plano para um consumo mensal de 30 minutos em ligações locais. B) DETERMINE a partir de quantos minutos, em ligações locais, o plano B deixa de ser mais vantajoso do que o plano A. Inequações 30 Coleção Estudo 16. (FEI-SP) DETERMINE o domínio da função f tal que f(x) = x x x − + − 2 62 . 17. (CEFET-MG) O número de soluçõesinteiras e estritamente positivas da inequação 1 3 1 1 1x x− + ≥ é A) 0 D) 3 B) 1 E) 4 C) 2 18. (UFOP-MG) O conjunto solução da inequação x x 2 4 3 0 − + ≥ é A) ]–∞, –2] B) ]–3, +∞[ C) [–2, 2] D) ]–3, –2] ∪ [2, +∞[ E) ]–∞, –2] ∪ [2, +∞[ 19. (UFTM-MG) O intervalo que satisfaz a inequação x2 + bx + 8 ≤ 0 tem comprimento 2. Portanto, o módulo de b é A) 4 D) 7 B) 5 E) 8 C) 6 20. (FGV-SP–2006) O conjunto solução da inequação ax2 – (a2 + 1)x + a ≤ 0, sendo a um número real positivo e menor do que 1, é A) a a , 1 B) − 1 a a, C) ]0, a] D) [–a, 0[ E) 0 1 , a 21. (UFLA-MG) Os valores de a para os quais a inequação x x x a x2 24 1+ > + + seja verdadeira para todo x são A) a < – 3 4 ou a > 3 4 B) – 3 4 < a < 3 4 C) a < – 3 4 D) – 4 3 < a < 4 3 E) a > 4 3 SEÇÃO ENEM 01. A tabela apresenta parte da planilha de custos de uma fábrica: Descrição Custo por unidade produzida (R$) Matéria-prima 0,8 Mão de obra / Impostos 3 Transporte 0,3 Armazenagem 0,1 Energia 1,8 Além dos custos por unidade produzida, indicados na tabela anterior, essa fábrica possui um custo fixo mensal igual a R$ 46 000,00 devido à locação de máquinas e equipamentos. Devido a limitações da linha de montagem, o número mínimo de peças que podem ser produzidas é igual a 3 000. Sabendo-se que cada unidade é revendida por R$ 11,00, pode-se afirmar que o número de unidades que devem ser produzidas em um mês, para que o lucro líquido mensal da fábrica seja superior a R$ 94 000,00, é A) 28 000 D) 38 000 B) 31 000 E) 40 000 C) 35 000 GABARITO Fixação 01. B 02. D 03. A 04. A 05. D Propostos 01. D 03. B 05. B 07. C 09. B 02. E 04. C 06. D 08. A 10. B 11. B 12. A) S = 3x – x2, 0 < x < 3 B) 0 < x ≤ 1 2 ou 5 2 ≤ x < 3 13. D 14. D 15. A) Plano A: 57, 50; Plano B: R$ 40,00 B) A partir de 68 minutos em ligações locais. 16. D(f) = {x ∈ | x > –3 e x ≠ 2} 17. B 18. D 19. C 20. A 21. C Seção Enem 01. B Frente C Módulo 07 FRENTE 31Editora Bernoulli MÓDULOMATEMÁTICA MÓDULO OU VALOR ABSOLUTO DE UM NÚMERO REAL O módulo de um número real a é representado por |a|. Em que |a| = a se a a se a , , ≥ 0 0− < Exemplos 1º) |3| = 3 2º) |–4| = –(–4) = 4 Geometricamente, o módulo de um número real representa a distância do ponto a até a origem da reta real. Propriedades do módulo i) |x| ≥ 0, ∀ x ∈ ii) |x| = 0 ⇔ x = 0 iii) |x|.|y| = |x.y|, ∀ x, y ∈ iv) |x|2 = x2, ∀ x ∈ v) |x| = x2 , ∀ x ∈ vi) x y x y = , ∀ y ≠ 0 EQUAÇÃO MODULAR É toda equação na qual a incógnita se encontra na forma de módulo. Exemplos 1º) Resolver a equação |x| = 8. Resolução: Há dois valores que satisfazem a equação: x = –8 ou x = 8 Portanto, S = {–8, 8}. 2º) Resolver a equação |x – 4| = 10. Resolução: Se um número possui módulo 10, esse número pode ser igual a –10 ou 10. Portanto, temos: x ou x x ou x − = − = − ⇔ = = − 4 10 4 10 14 6 Portanto, S = {–6, 14}. 3º) Resolver a equação |2x + |x – 1|| = 5. Resolução: Resolvendo a equação anterior, temos: 2 1 5 2 1 5 1 2 5 1 x x ou x x x x ou x + = + = − ⇔ = − + – – – – == − − ⇔ 2 5x x x x x ou x x ou x – – 1 2 5 1 2 5 1 2 5 1 = − + ⇔ − = − + − = − ⇔ = −− − ⇔ − = − − − = + ⇔2 5 1 2 5 1 2 5 x x x ou x x x ou x x ou x = = = − = − 2 4 4 3 6 Substituindo cada um dos resultados na equação original, verificamos que x = –6 ou x = 2 são soluções da equação. Portanto, S = {–6, 2}. 4º) Resolva a equação |x – 1| + |x + 3| = 14 Resolução: Inicialmente, vamos calcular as raízes das expressões dentro dos módulos. x – 1 = 0 ⇒ x = 1 e x + 3 = 0 ⇒ x = –3 Função modular 08 C 32 Coleção Estudo Observe que, i) para valores de x menores do que –3, os termos x – 1 e x + 3 são negativos. ii) para valores de x entre –3 e 1, o termo x – 1 é negativo, e o termo x + 3 é positivo. iii) para valores de x maiores do que 1, os termos x – 1 e x + 3 são positivos. Assim, podemos representar esse fato no esquema a seguir: x < –3 –3 –3 < x < 1 1 x > 1 –(x – 1) – (x + 3) = 14 –x + 1 – x – 3 = 14 –2x = 16 x = –8 (convém) –(x – 1) + (x + 3) = 14 –x + 1 + x + 3 = 14 4 = 14 (absurdo) x – 1 + x + 3 = 14 2x = 12 x = 6 (convém) Devemos verificar também se as raízes –3 e 1 são soluções da equação: i) Para x = –3, temos 4 = 14. (absurdo) ii) Para x = 1, temos 4 = 14. (absurdo) Assim, as soluções são x = –8 ou x = 6. Portanto, S = {–8, 6}. INEQUAÇÃO MODULAR Uma inequação é dita modular quando a incógnita se encontra na forma de módulo. Exemplos 1º) Resolver a inequação |x| > 7. Resolução: Observe que há dois intervalos reais que satisfazem a essa condição: x < –7 ou x > 7 Portanto, S = {x ∈ | x < –7 ou x > 7}. 2º) Resolver a inequação |x| < 7. Resolução: Observe que há apenas um intervalo que satisfaz a essa condição: –7 < x < 7 Portanto, S = {x ∈ | –7 < x < 7}. Generalizando: Seja a um número real positivo. Há dois casos possíveis: 1º caso: |x| > a ⇔ x < –a ou x > a 2º caso: |x| < a ⇔ –a < x < a 3º) Resolver a inequação |3x – 2| ≤ 7. Resolução: –7 ≤ 3x – 2 ≤ 7 ⇒ –7 + 2 ≤ 3x – 2 + 2 ≤ 7 + 2 ⇒ –5 ≤ 3x ≤ 9 ⇒ − 5 3 ≤ x ≤ 3 Portanto, S = x x∈ − | 5 3 3≤ ≤ . FUNÇÃO MODULAR É uma função f: → definida por f(x) = |x|. Essa função, de acordo com a definição de módulo, pode ser escrita da seguinte forma: f(x) = |x| ⇔ f(x) = x se x x se x , , ≥0 0− < y O x O gráfico da função modular é a reunião de duas semirretas de mesma origem. Observe que: Para x ≥ 0, temos o gráfico da reta y = x. Para x < 0, temos o gráfico da função y = –x. A imagem da função modular é o conjunto Im = {y ∈ | y ≥ 0}. GRÁFICOS DE FUNÇÕES MODULARES Gráficos de funções da forma y = |f(x)| Esse tipo de gráfico é obtido pela “reflexão” ou “rebatimento”, em relação ao eixo x, das partes do gráfico nas quais f(x) < 0. Frente C Módulo 08 M A TE M Á TI C A 33Editora Bernoulli Exemplos 1º) Esboçar o gráfico da função y = |x – 2|. Resolução: Inicialmente, vamos desconsiderar o módulo e esboçar o gráfico da função y = x – 2. y O –2 2 x Agora, basta efetuarmos uma reflexão, em torno do eixo x, da parte do gráfico que possui ordenada negativa. y O –2 2 2 x OBSERVAÇÃO O gráfico da função básica y = |x| também pode ser obtido por esse processo. 2º) Esboçar o gráfico da função y = |x2 – 4x + 3|. Resolução: Inicialmente, vamos desconsiderar o módulo e esboçar o gráfico da função y = x2 – 4x + 3. y O 31 2 –1 3 x Efetuando a reflexão em torno do eixo x, temos o seguinte gráfico: y O 31 2 3 1 x Outros gráficos Exemplos 1º) Esboçar o gráfico da função y = |x| + 3. Resolução: Basta esboçarmos o gráfico da função y = |x| e, em seguida, deslocarmos esse gráfico 3 unidades para cima. y = |x| y = |x| + 3 O 3 x y 2º) Esboçar o gráfico da função y = |x – 1| – 2. Resolução: Basta esboçarmos o gráfico da função y = |x – 1| e, em seguida, deslocarmos esse gráfico 2 unidades para baixo. 1º passo: Esboço do gráfico da função y = |x – 1|: Nesse caso, podemos utilizar o “rebatimento” em relação ao eixo x, descrito anteriormente. Inicialmente, desconsideramos o módulo e esboçamos o gráfico de y = x – 1. O –1 1 x y Função modular 34 Coleção Estudo Agora, basta efetuarmos uma reflexão em torno do eixo x, da parte do gráfico que possui ordenada negativa. y = |x – 1| O 1 –1 1 x y 2º passo: A partir do gráfico da função y = |x – 1| construído anteriormente, promoveremos uma translação do mesmo 2 unidades para baixo. Para isso, é necessário encontraros pontos de interseção de y = |x – 1| – 2 com os eixos ordenados: • Interseção com o eixo Oy Fazendo x = 0 ⇒ y = |0 – 1| – 2 ⇒ y = 1 – 2 ⇒ y = –1 • Interseção com o eixo Ox Fazendo y = 0 ⇒ 0 = |x – 1| – 2 ⇒ |x – 1| = 2 ⇒ x ou x x ou x − = − = − ⇔ = = − 1 2 1 2 3 1 y = |x – 1| y = |x – 1| – 2 O 1 –1 –1 1 2 3 –2 x y 3º) Esboçar o gráfico da função y = |x – 1| + |x + 2|. Resolução: Vamos calcular as raízes das expressões dentro dos módulos: x – 1 = 0 ⇒ x = 1 ou x + 2 = 0 ⇒ x = –2 Logo, podemos usar o seguinte esquema: x ≤ –2 –2 –2 < x < 1 1 x ≥ 1 y = –(x – 1) – (x + 2) y = –x + 1 – x – 2 y = –2x – 1 (função I) y = –(x – 1) + x + 2 y = –x + 1 + x + 2 y = 3 (função II) y = x – 1 + x + 2 y = 2x + 1 (função III) Daí, observe que há três funções, uma para cada intervalo de x. Representando tais funções em um mesmo sistema de coordenadas cartesianas, temos: Função I Função II Função III O 1 3 –1 –2 1 x y 1 2 – 4º) Esboçar o gráfico da função y = ||x| – 1|. Resolução: Inicialmente, esboçamos o gráfico da função y = |x|. Em seguida, deslocamos esse gráfico 1 unidade para baixo, obtendo o gráfico da função y = |x| – 1. Finalmente, “rebatemos”, em relação ao eixo x, a parte do gráfico com ordenada negativa, obtendo o gráfico da função y = ||x| – 1|. y = |x| y O x y = |x| – 1 y O x –1 –1 1 y = ||x| – 1| y O x –1 –1 1 1 Frente C Módulo 08 M A TE M Á TI C A 35Editora Bernoulli EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO 01. (UECE) Se f(x) = x 2 2 – 2, então as raízes irracionais da equação |f(x) – 6| = 8 são A) 2¹2 e –2¹2 C) 4¹2 e –4¹2 B) 3¹2 e –3¹2 D) 5¹2 e –5¹2 02. (UFLA-MG–2009) Se y = |x|2 – 5|x| + 6, a afirmativa CORRETA é A) y se anula somente para quatro valores de x. B) y possui apenas um ponto de mínimo. C) y se anula somente para dois valores de x. D) y não é uma função par. 03. (Cesgranrio) No gráfico a seguir, está representada a função do 1º grau f(x). f(x) 5 xO 3 O gráfico que MELHOR representa g(x) = |f(x)| – 1 é A) g(x) 5 xO 3 B) g(x) 5 –1 x O 4 C) g(x) 4 1 xO 3 D) g(x) 4 xO 2,4 E) g(x) 4 –1 x O 3 04. O conjunto imagem da função f(x) = |x2 – 4x + 8| + 1 é o intervalo A) [5, +∞[ B) [4, +∞[ C) [3, +∞[ D) [1, +∞[ E) [0, +∞[ 05. (FGV-SP) A soma dos valores inteiros de x que satisfazem, simultaneamente, as desigualdades |x – 5| < 3 e |x – 4| ≥ 1 é A) 25 B) 13 C) 16 D) 18 E) 21 EXERCÍCIOS PROPOSTOS 01. (UFTM-MG–2007) Dada a desigualdade 1 < |x + 3| < 4, então a quantidade de valores inteiros não nulos de x que satisfaz é A) 7 B) 6 C) 5 D) 4 E) 3 02. (UEMS) Considerando as funções reais de variável real f(x) = ¹x e g(x) = x2 – 2x + 1, tem-se que A) (f o g)(x) = x – 1 B) (f o g)(x) = |x – 1| C) (f o g)(x) = x D) (f o g)(x) = x + 1 E) (f o g)(x) = |x + 1| 03. (UFF-RJ) Com relação aos conjuntos P = {x ∈ | |x| ≤ ¹7} e Q = {x ∈ | x2 ≤ 0,333...}, afirma-se: I. P ∪ Q = P II. Q – P = {0} III. P ⊂ Q IV. P ∩ Q = Q Somente são VERDADEIRAS as afirmativas A) I e III. B) I e IV. C) II e III. D) II e IV. E) III e IV. Função modular 36 Coleção Estudo 04. (UFJF-MG) Sobre os elementos do conjunto solução da equação |x2| – 4|x| – 5 = 0, podemos dizer que A) são um número natural e um número inteiro. B) são números naturais. C) o único elemento é um número natural. D) um deles é um número racional, o outro é um número irracional. E) não existem, isto é, o conjunto solução é vazio. 05. (UEL-PR) Seja f : → dada por f(x) = |x2| + |x|. O gráfico da função g: → , definida por g(x) = –f(x + 1), é A) y xO –1 1 2 –1 –2 –3 –2 B) y xO–1 1 3 2 1 2–2 C) y xO–1 1 3 2 1 2–2 D) y xO –1 1 2 1 –1 –2 2–2 E) y xO–1–2 1 –1 –2 –3 2 06. (UECE) Dados os conjuntos A = {x ∈ | |x – 5| < 3} e B = {x ∈ | |x – 4| ≥ 1}, a soma dos elementos de A ∩ B é igual a A) 19 B) 20 C) 21 D) 22 E) 18 07. (UFMG) Seja f : → uma função ta l que f(x) = y = |2x2 – 8|. O gráfico de y = f(x) é A) y x2 8 –2 O B) y x2O 8 –2 C) y x2 8 –2 O D) y xO 2 –8 –2 E) y x 2 –8 –2 O 08. (UFRGS) Para –1 < x < 1 2 , o gráfico da função y = |x + 1| + |2x – 1| coincide com o gráfico da função y = ax + b. Os valores de a e b são, respectivamente, A) –1 e –1 B) 2 e –1 C) –1 e 2 D) 1 2 e –1 E) – 1 2 e 1 Frente C Módulo 08 M A TE M Á TI C A 37Editora Bernoulli 09. (UFLA-MG) O gráfico da expressão |x| + |y| = 4 é dado por A) 4 O –4 –4 x y 4 D) O–4 x y 4 B) O–4 –4 x y 4 E) O 4 –4 x y 4 C) O 4 –4 –4 x y 4 10. (UFMG–2010) Considere a função f(x) = x|1 – x|. Assinale a alternativa em que o gráfico dessa função está CORRETO. A) y x O 1 B) y x O 1 C) y x O 1 D) y xO 1 11. (UFCE) Seja f uma função real de variável real cujo gráfico está representado a seguir. Se g(x) = 2.f(x) – 1, assinale a alternativa cujo gráfico MELHOR representa |g(x)|. f(x) 1O 2 3 4 x 1 –1 A) 1 |g(x)| 2 4 xO 1 2 7 2 –1 B) |g(x)| 2 4 x 1 3 –1 1 2 7 2 O C) |g(x)| 1 2 3 4 x 1 3 O D) |g(x)| 1 2 3 4 x 1 O E) 1 2 7 2 |g(x)| 2 4 x 1 3 O 12. (UFC–2008) Dadas as funções f: → e g: → definidas por f(x) = |1 – x2| e g(x) = |x|, o número de pontos na interseção do gráfico de f com o gráfico de g é igual a A) 5 D) 2 B) 4 E) 1 C) 3 13. (ITA-SP) Sabendo-se que as soluções da equação |x|2 – |x| – 6 = 0 são raízes da equação x2 – ax + b = 0, podemos afirmar que A) a = 1 e b = 6 B) a = 0 e b = –6 C) a = 1 e b = –6 D) a = 0 e b = –9 E) não existem a e b a menos que x2 – ax + b = 0 contenha todas as raízes da equação dada. Função modular 38 Coleção Estudo 14. (UFMG) Observe a figura. y xO 1 1 –1 2 3 r 2 A reta r é o gráfico de uma função g. Seja f a função dada por f(x) = |x – 1|. Pode-se afirmar que f(x) ≤ g(x) tem como conjunto solução A) {x ∈ | x ≤ 3} D) ∅ B) {x ∈ | x ≥ 3} E) C) {x ∈ | x ≤ 2} 15. (UFRJ) Seja f a função real dada por f(x) = ax2 + bx + c, com a > 0. DETERMINE a, b e c, sabendo que as raízes da equação |f(x)| = 12 são –2, 1, 2 e 5. JUSTIFIQUE sua resposta. 16. (UFES) y xO 1 1 2–1–2 O gráfico anterior representa a função A) f(x) = ||x| – 1| B) f(x) = |x – 1| + |x + 1| – 2 C) f(x) = ||x| + 2| – 3 D) f(x) = |x – 1| E) f(x) = ||x| + 1| – 2 SEÇÃO ENEM 01. Em uma gincana escolar, uma das etapas consistia na resolução de um desafio matemático. O professor forneceu uma série de informações acerca de um número Y. A primeira equipe que conseguisse determinar esse número venceria a prova. As informações eram as seguintes: • O número Y é natural. • O número |Y – 2| + 4 encontra-se a 10 unidades da origem da reta real. Acerca do número Y, podemos concluir que A) é um número primo. B) possui 6 divisores naturais. C) é divisor de 56. D) é um número ímpar. E) é múltiplo de 3. GABARITO Fixação 01. C 02. A 03. E 04. A 05. E Propostos 01. E 10. B 02. B 11. E 03. B 12. B 04. A 13. D 05. A 14. B 06. C 15. a = 2 07. B b = –6 08. C c = –8 09. A 16. A Seção Enem 01. C 02. B 02. A elaboração de um programa de computadores consiste em fornecer uma série de comandos ao computador para que o mesmo execute uma determinada tarefa. Tais comandos devem ser dados em uma linguagem apropriada, chamada linguagem de programação. É comum que um programador, antes de digitar o programa propriamente dito, crie um algoritmo, ou seja, uma espécie de rascunho que contém a sequência de operações que o futuro programa deverá executar. Um programador escreveu em um papel o seguinte algoritmo: Passo 1) Dados iniciais x0: valor de entrada Passo 2) Faça x0 – 1. Passo 3) Se |x0 − 1| = 6, então FIM. Passo 4) Se |x0 −1| ≠ 6, então VOLTE AO PASSO 2, UTILIZANDO|x0 − 1| COMO DADO DE ENTRADA. Após a implementação do programa, foram feitos vários testes. Em um desses testes, verificou-se que o passo 2 foi repetido uma única vez, antes de o programa terminar. O número de valores reais possíveis para o dado de entrada x0, nessas condições, é igual a A) 1 B) 2 C) 3 D) 4 E) 5 Frente C Módulo 08 FRENTE 39Editora Bernoulli MÓDULOMATEMÁTICA INTRODUÇÃO Considere o triângulo retângulo ABC a seguir: a HB A C c b m n h Em que: • b e c são as medidas dos catetos; • a é a medida da hipotenusa; • h é a medida da altura relativa à hipotenusa; • m é a medida da projeção ortogonal do cateto AB sobre a hipotenusa. • n é a medida da projeção ortogonal do cateto AC sobre a hipotenusa. Pela altura relativa à hipotenusa, separamos o triângulo retângulo em dois outros triângulos semelhantes a ele, como mostrado a seguir: a m n h h B A A A C B CH H c c b b Pela semelhança entre esses triângulos, temos: Δ ABC ~ Δ HBA ⇔ a c b h c m = = ⇔ ah bc c am ch bm = = = 2 Δ ABC ~ Δ HAC ⇔ a b b n c h = = ⇔ b an2 = ah = bc bh = cn Δ HBA ~ Δ HAC ⇔ c b h n m h = = ⇔ bh = cn ch = bm h = mn2 Para demonstrar o Teorema de Pitágoras, basta adicionar, membro a membro, as relações b2 = an e c2 = am, obtendo: b2 + c2 = an + am ⇒ b2 + c2 = a(n + m) Como n + m = a, concluímos que: b2 + c2 = a2 OBSERVAÇÃO O recíproco Teorema de Pitágoras também é válido, ou seja, se em um triângulo o quadrado de um lado for igual à soma dos quadrados dos outros dois, então o triângulo será retângulo. Resumindo as relações encontradas e excluindo as repetidas, vale a pena memorizar as seguintes: i) b2 = an iv) ah = bc ii) c2 = am v) a2 = b2 + c2 iii) h2 = mn MEDIDA DA MEDIANA RELATIVA À HIPOTENUSA “Em todo triângulo retângulo, a mediana relativa à hipotenusa mede metade da hipotenusa.” B A C M (Ponto médio) AM = BC 2 Para provar essa propriedade, construa o retângulo ABDC e suas diagonais. As diagonais de um retângulo são congruentes e o ponto comum às duas é o ponto médio de cada uma. Triângulo retângulo 07 D 40 Coleção Estudo Logo, este é o ponto médio, M, da hipotenusa do triângulo ABC: B A D C M Como AD = BC e AM = AD 2 , concluímos que AM = BC 2 . Outra maneira de verificar tal propriedade é através da circunferência circunscrita ao triângulo retângulo. B A C M Como o ângulo inscrito na circunferência é reto, o arco B¹C que ele “enxerga” mede 180º. Portanto, o segmento BC é o diâmetro, e o ponto médio M é o centro da circunferência. Logo, a medida AM é igual ao raio da circunferência, de onde conclui-se que AM = BC 2 . EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO 01. (UFMG–2006) Nesta figura, estão representadas três circunferências, tangentes duas a duas, e uma reta tangente às três circunferências. Sabe-se que o raio de cada uma das duas circunferências maiores mede 1 cm. Então, é CORRETO afirmar que a medida do raio da circunferência menor é A) 1 3 cm. B) 1 4 cm. C) 2 2 cm. D) 2 4 cm. 02. (UFRGS) O lampião, representado na figura, está suspenso por duas cordas perpendiculares presas ao teto. Sabendo que essas cordas medem 1 2 e 6 5 , a distância do lampião ao teto é A) 1,69 B) 1,3 C) 0,6 D) 1 2 E) 6 13 03. (UFTM-MG–2009) Uma praça tem a forma de um pentágono convexo, mostrado na figura, em que as dimensões estão indicadas em metros. B C D (figura fora de escala) A E 120 80 60 Existem duas opções para ir do ponto A até o ponto C, contornando a praça. São elas: I. Saindo de A, pode-se seguir em linha reta até E, depois até D e, finalmente, encaminhar-se até C. II. Saindo de A, pode-se seguir em linha reta até B e depois dirigir-se até C. Se, nas duas opções, a distância total a ser percorrida é a mesma e, sendo DE > DC, então a distância entre D e E, em metros, é igual a A) 70 B) 80 C) 90 D) 100 E) 110 Frente D Módulo 07 M A TE M Á TI C A 41Editora Bernoulli 04. (FUVEST-SP) Os lados de um triângulo medem ¹5, ¹10 e 5. Qual o comprimento da altura relativa ao lado maior? 05. (FUVEST-SP–2006) Na figura a seguir, tem-se AC = 3, AB = 4 e CB = 6. O valor de CD é A DC B A) 17 12 B) 19 12 C) 23 12 D) 25 12 E) 29 12 EXERCÍCIOS PROPOSTOS 01. (UFMG) Observe a figura. D C A S B Q R P Nessa figura, ABCD representa um quadrado de lado 11 e AP = AS = CR = CQ. O perímetro do quadrilátero PQRS é A) 11¹3 B) 22¹3 C) 11¹2 D) 22¹2 02. (PUC Minas) Constrói-se um triângulo retângulo de catetos AB e AC = 1 2 AB. O seno do maior ângulo agudo desse triângulo é igual a A) 2 5 5 B) 3 5 5 C) 4 5 5 D) ¹5 E) 6 5 5 03. (PUC Minas) A interseção de duas retas perpendiculares, r e s, é um ponto A. Um ponto B, de r, está a 3 m de A e um ponto C, de s, está a 4 m de A. A distância de A à reta BC, em metros, mede A) 2,5 B) 2,4 C) 2,3 D) 2,0 E) 1,5 04. (UFU-MG) Num triângulo ABC, o ângulo  é reto. A altura hA divide a hipotenusa a em dois segmentos m e n (m > n). Sabendo-se que o cateto b é o dobro do cateto c, podemos afirmar que m n é A) 4 D) 7 2 B) 3 E) 5 C) 2 05. (UFG) O perímetro de um triângulo isósceles de 3 cm de altura é 18 cm. Os lados deste triângulo, em cm, são A) 7, 7, 4 D) 4, 4, 10 B) 5, 5, 8 E) 3, 3, 12 C) 6, 6, 6 06. (Cesgranrio) No quadrado ABCD da figura, tem-se AB = 4, AH = CI = 1 e AG = 2. Então, HI mede A H G B D C I A) ¹5 B) 5 C) 16 3 D) 3¹3 E) 2¹5 07. (UEPA) No quadrilátero ABCD a seguir, tem-se AB = 4 cm, BC = 5 cm, CD = 6 cm e AC perpendicular a BD. A medida do lado AD vale A B C D A) 7 cm. D) 3¹5 cm. B) 3 cm. E) 3¹3 cm. C) ¹2 cm. Triângulo retângulo 42 Coleção Estudo 08. (USS-RJ) Em um triângulo retângulo, o quadrado da hipotenusa é o dobro do produto dos catetos. Então, um dos ângulos agudos do triângulo vale A) 30° B) 60° C) 45° D) 15° E) 10° 09. (Mackenzie-SP) A circunferência de raio a é tangente às duas semicircunferências menores e à semicircunferência maior. Se MN = NP = R, então a é igual a a M N P A) R 2 2 D) R 3 B) R 3 2 E) R 2 C) R 4 10. (FUVEST-SP) A secção transversal de um maço de cigarros é um retângulo que acomoda exatamente os cigarros como na figura. Se o raio dos cigarros é r, as dimensões do retângulo são A) 15r e 2r(1 + ¹3) D) 15r e 3r B) 7r e 3r E) (2 + 3¹3)r e 2r¹3 C) 15r e 6r 11. (UNESP) Uma gangorra é formada por uma haste rígida AB, apoiada sobre uma mureta de concreto no ponto C, como na figura. Quando a extremidade B da haste toca o chão, a altura da extremidade A em relação ao chão é DC = CE = DE = 1 m A B 1,2 m D E C 1,8 m A) ¹3 m. D) 5 3 6 m. B) 3 3 m. E) 2¹2 m. C) 6 3 5 m. 12. (UFRJ) Na figura, o triângulo AEC é equilátero, e ABCD é um quadrado de lado 2 cm. CALCULE a distância BE. A D B E C 13. (UFF-RJ) Na figura a seguir, os triângulos ABC e DEF são equiláteros. Sabendo que AB, CD e DE medem, respectivamente, 6 m, 4 m e 4 m, CALCULE a medida de BE. B E FDCA 14. (FUVEST-SP) Um lenhador empilhou 3 troncos de madeira num caminhão de largura 2,5 m, conforme a figura a seguir. Cada tronco é um cilindro reto, cujo raio da base mede 0,5 m. Logo, a altura h, em metros, é h 2,5 m A) 1 7 2 + B) 1 7 3 + C) 1 7 4 + D) 1 + 7 3 E) 1 + 7 4 15. (FUVEST-SP) Em um triângulo retângulo OAB, retângulo em O, com OA = a e OB = b, são dados os pontos P em OA e Q em OB de tal maneira que AP = PQ = QB = x. Nessas condições, o valor de x é A B O Q P A) ¹ab – a – b D) a + b + ¹2ab B) a + b – ¹2ab E) ¹ab + a + b C) ab Frente D Módulo 07 M A TE M Á TI C A 43Editora Bernoulli 16. (FCMSC-SP) Seja um triângulo ABC, retângulo em A, tal que AB = 30 cm e BC = 50 cm. Se um ponto D émarcado no lado AC, de modo que BD = DC, então o segmento DC mede A) 31,25 cm. B) 32,5 cm. C) 31,75 cm. D) 32 cm. E) 32,25 cm. 17. (FUVEST-SP) Em uma semicircunferência de centro C e raio R, inscreve-se um triângulo equilátero ABC. Seja D o ponto em que a bissetriz do ângulo BCA intercepta a semicircunferência. O comprimento da corda AD é B D A C R A) R 2 3− B) R 3 2− C) R 2 1− D) R 3 1− E) R 3 2− SEÇÃO ENEM 01. Antônio adora soltar pipas. Para confeccionar uma pipa nova, ele faz uma armação com dois quadrados iguais ABCD e EFGH, ambos com lado a e centro O, conforme a figura. Se EP = 2 cm, então podemos afirmar que o lado a do quadrado é, em cm, F B G C H D E A 2 P O A) 4(¹3 + 1) B) 4 + ¹2 C) ¹3 + 2 D) 2¹2 E) 4(¹2 + 1) 02. (Enem–2010) Um arquiteto está fazendo um projeto de iluminação de ambiente e necessita saber a altura que deverá instalar a luminária ilustrada na figura. Luminária g = 5 m h Sabendo-se que a luminária deverá iluminar uma área circular de 28,26 m2, considerando p ≅ 3,14, a altura h será igual a A) 3 m. D) 9 m. B) 4 m. E) 16 m. C) 5 m. 03. Uma torre de transmissão vertical possui vários cabos de sustentação, conforme ilustração a seguir: α O A B C Torre Cabo de sustentação Pontos de apoio do cabo O local de instalação da torre será representado pelo plano α, os pontos de apoio dos cabos serão colocados em pontos das circunferências l1, l2, l3, concêntricas e de centro O, sendo as medidas dos raios 30 m, 50 m e 90 m, respectivamente. Os pontos de apoio dos cabos serão vértices de um triângulo equilátero, inscrito em cada circunferência. Sabendo-se que OA = AB = BC = 60 m, e que os pontos de apoio que estão sobre uma mesma circunferência são equidistantes um do outro, o valor mínimo de cabo com apoio na circunferência de raio 30 m, em metros, usada na sustentação da torre é A) 30¹5 D) 90¹5 B) 55¹5 E) 120¹5 C) 70¹5 Triângulo retângulo 44 Coleção Estudo 04. O cálculo da vela de uma asa-delta é importante para a segurança dos praticantes desse esporte. Um dos modelos de asa-delta consiste em dois triângulos isósceles, ΔABC de base AC e ΔAOC de base AC, ligados ao longo da quilha, formando um ângulo de 90º no nariz, conforme a figura a seguir: A B C O Nariz Quilha Sabendo que OA = OB = OC = a, então o valor do segmento AB é A) a. 2 2− D) a. 2 3+ B) a. 2 2+ E) a 2 C) a. 2 3− 05. Na confecção do número de dentes e da profundidade dos sulcos (fresas) das engrenagens, é importante determinar as medidas do triângulo imaginário ABC, como na figura a seguir. Para regulagem das máquinas, é necessário calcular a altura BD do triângulo ABC. Processo de usinagem para confecção de engrenagens cônicas D A C Roda B Pi n h ão S eç ão a p ro xi m ad a d as e n g re n ag en s Se, nessa engrenagem, AB = 12 cm e BC = 16 cm, a altura BD do triângulo ABC é A) 9,2 cm. D) 9,5 cm. B) 9,3 cm. E) 9,6 cm. C) 9,4 cm. GABARITO Fixação 01. B 02. E 03. B 04. 1 05. E Propostos 01. D 02. A 03. B 04. A 05. B 06. E 07. E 08. C 09. D 10. A 11. D 12. BE = ¹6 – ¹2 13. BE = 2¹21 14. E 15. B 16. A 17. A Seção Enem 01. E 02. B 03. D 04. A 05. E Frente D Módulo 07 FRENTE 45Editora Bernoulli MÓDULOMATEMÁTICA LEI DOS SENOS Considere um triângulo ABC qualquer, inscrito em uma circunferência l de raio R. Traçando o diâmetro BD, temos que o triângulo BCD é retângulo em C, pois o ângulo BCD “enxerga” um arco de 180º. O ângulo D é congruente ao ângulo A, pois ambos são inscritos na circunferência e “enxergam” o mesmo arco B²C. A D CB O a R c b R A B C A λ Do triângulo BCD, temos que: sen A = a R2 ⇒ a sen A = 2R Analogamente, conclui-se que b sen R e c sen R B C = =2 2 . A Lei dos Senos pode, então, ser enunciada da seguinte maneira: Em todo triângulo, os lados são proporcionais aos senos dos ângulos opostos a eles, e a constante de proporcionalidade é o dobro do raio da circunferência circunscrita a esse triângulo, ou seja: a b c sen sen senA B C = = = 2R OBSERVAÇÃO Os valores dos senos de dois ângulos suplementares são iguais, isto é: sen (180° – x) = sen x Por exemplo, sendo x = 60°, temos: sen x = sen 60° = 3 2 e sen (180º – x) = sen 120° = sen 60° = 3 2 LEI DOS COSSENOS Considere um triângulo ABC qualquer e sua altura AD. B m a – m B C A c b D h Aplicando o Teorema de Pitágoras nos triângulos retângulos formados, temos: c h m b h a m h c m I b h a m 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 = + = + − ⇒ = − = + −( ) ( ) ( )) ( )2 II Substituindo (I) em (II): b2 = c2 – m2 + (a – m)2 ⇒ b2 = c2 + a2 – 2.am (III) Mas, no triângulo ABD, cos B = m c ⇒ m = c.cos B. (IV) Substituindo (IV) em (III): b2 = a2 + c2 – 2.ac.cos B Analogamente, conclui-se que a b c bc c a b ab 2 2 2 2 2 2 2 2 = + − = + − . .cos . .cos A C . Lei dos senos e lei dos cossenos 08 D 46 Coleção Estudo A Lei dos Cossenos pode, então, ser enunciada da seguinte maneira: Em todo triângulo, o quadrado de qualquer um dos lados é igual à soma dos quadrados dos outros dois, diminuída do dobro do produto desses lados pelo cosseno do ângulo por eles formado, ou seja: a2 = b2 + c2 – 2.b.c.cos A b2 = a2 + c2 – 2.a.c.cos B c2 = a2 + b2 – 2.a.b.cos C OBSERVAÇÃO Os valores dos cossenos de dois ângulos suplementares diferem apenas no sinal, ou seja: cos (180° – x) = –cos x Por exemplo, sendo x = 45°, temos: cos x = cos 45° = 2 2 e cos (180° – x) = cos 135° = –cos 45° = – 2 2 NATUREZA DE UM TRIÂNGULO Um triângulo, quanto aos seus ângulos, é classificado em acutângulo, retângulo ou obtusângulo. Sabe-se que, num triângulo, ao maior lado opõe-se o maior ângulo, e vice-versa. Assim, conhecendo as medidas dos três lados, podemos determinar as medidas dos três ângulos pela Lei dos Cossenos e, portanto, classificar o triângulo. Seja o triângulo ABC, com lados medindo a, b e c, em que a ≥ b ≥ c. Tem-se três possibilidades quanto à natureza do triângulo ABC: i) O Δ ABC é acutângulo se, e somente se, a2 < b2 + c2. ii) O Δ ABC é retângulo se, e somente se, a2 = b2 + c2. iii) O Δ ABC é obtusângulo se, e somente se, a2 > b2 + c2. EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO 01. (UFMG–2006) Esta figura representa o quadrilátero ABCD. A D B 120º C Sabe-se que AB = 1 cm e AD = 2 cm; o ângulo ABC mede 120°; e o segmento CD é perpendicular aos segmentos AD e BC. Então, é CORRETO afirmar que o comprimento do segmento BD é A) ¹3 cm. C) 6 2 cm. B) 5 2 cm. D) ¹2 cm. 02. (PUC Minas) A Lei dos Cossenos diz o seguinte: o quadrado do lado de um triângulo é igual à soma dos quadrados dos outros dois lados, menos o duplo produto desses dois lados pelo cosseno do ângulo entre eles. O cosseno do ângulo q, do triângulo da figura, é igual a 4 23 θ A) – 1 2 D) – 1 5 B) – 1 3 E) – 1 6 C) – 1 4 03. (FUVEST-SP) Na figura a seguir, AD = 2 cm, AB = ¹3 cm, a medida do ângulo BAC é 30° e BD = DC, em que D é ponto do lado AC. A medida do lado BC, em cm, é A CD B A) ¹3 D) ¹6 B) 2 E) ¹7 C) ¹5 Frente D Módulo 08 M A TE M Á TI C A 47Editora Bernoulli 04. (UFU-MG) Considere o triângulo retângulo a seguir: C A B D α Sabendo-se que α = 120º, AB = AC = 1 cm, então AD é igual a A) 2 3 cm. B) 2 3 cm. C) 2 3 cm. D) 3 2 cm. 05. (UFJF-MG) Dois lados de um triângulo medem 8 m e 10 m, e formam um ângulo de 60°. O terceiro lado desse triângulo mede A) 2¹21 B) 2¹31 C) 2¹41 D) 2¹51 E) 2¹61 EXERCÍCIOS PROPOSTOS 01. (FUVEST-SP) Um triângulo T tem lados iguais a 4, 5 e 6. O cosseno do maior ângulo de T é A) 5 6 B) 4 5 C) 3 4 D) 2 3 E) 1 8 02. (PUC-SP–2008) Leia com atenção o problema proposto a Calvin na tira seguinte: OS MORTOS-VIVOS NÃO PRECISAMRESOLVER JOGOS DE PALAVRAS. O ponto A é duas vezes mais distante do ponto C do que o ponto B é de A. Se a distância de B a C é de 5 cm, qual é a distância do ponto A ao ponto C? O ESTADO DE S. PAULO, 28 abr. 2007. Supondo que os pontos A, B e C sejam vértices de um triângulo cujo ângulo do vértice A mede 60º, então a resposta CORRETA que Calvin deveria encontrar para o problema é, em centímetros, A) 5 3 3 D) 5¹3 B) 8 3 3 E) 10¹3 C) 10 3 3 03. (EESC-SP) Dado o triângulo ABC, tal que AC = 2, BC = ¹3, C = π 6 , temos A) AB = 3 D) AB= ¹2 B) AB = ¹3 E) N.d.a. C) AB = 2 04. (PUC-SP) Sejam a, b e c as medidas dos lados de um triângulo ABC. Então, se A) a2 < b2 + c2, o triângulo ABC é retângulo. B) a2 = b2 + c2, o lado a mede a soma das medidas de b e c. C) a2 > b2 + c2, o ângulo oposto ao lado que mede a é obtuso. D) b2 = a2 + c2, a é a hipotenusa, e b e c são catetos. E) Nenhuma das anteriores é correta. Lei dos senos e lei dos cossenos 48 Coleção Estudo 05. (UNESP–2009) Paulo e Marta estão brincando de jogar dardos. O alvo é um disco circular de centro O. Paulo joga um dardo, que atinge o alvo num ponto que vamos denotar por P; em seguida, Marta joga outro dardo, que atinge um ponto denotado por M, conforme figura. P OM 14 cm 10 cm Sabendo-se que a distância do ponto P ao centro O do alvo é PO = 10 cm, que a distância de P a M é PM = 14 cm e que o ângulo POM mede 120º, a distância, em centímetros, do ponto M ao centro O é A) 12 D) 6 B) 9 E) 5 C) 8 06. (FUVEST-SP) ABC é equilátero de lado 4; AM = MC = 2, AP = 3 e PB = 1. O perímetro do triângulo APM é A B C P M A) 5 + ¹7 B) 5 + ¹10 C) 5 + ¹19 D) 5 + 13 6 3− E) 5 + 13 6 3+ 07. (UFBA) Na figura a seguir, AB = 3 cm, BC = 4 cm e B = 60°. AD é, aproximadamente, igual a A D CB α α A) 1,2 cm. D) 1,8 cm. B) 1,4 cm. E) 2,04 cm. C) 1,54 cm. 08. (UFJF-MG–2007) Os lados AB e AC de um triângulo ABC formam um ângulo α, tal que cos α = 1 3 . Sabe-se que a medida do lado BC é igual a ¹32 cm e que a medida do lado AC é o triplo da medida do lado AB. Sendo b o ângulo formado entre os lados AC e BC, podemos afirmar que A) b < 30°, e a medida do lado AB é um inteiro par. B) b < 30°, e a medida do lado AB é um inteiro ímpar. C) 30° ≤ b < 45°, e a medida do lado AB é um inteiro par. D) 30° ≤ b < 45°, e a medida do lado AB é um inteiro ímpar. E) 45° ≤ b < 60°, e a medida do lado AB é um inteiro par. 09. (Cesesp-PE) “Com três segmentos de comprimentos iguais a 10 cm, 12 cm e 23 cm, A) é possível formar apenas um triângulo retângulo.” B) é possível formar apenas um triângulo obtusângulo.” C) é possível formar apenas um triângulo acutângulo.” D) não é possível formar um triângulo.” E) é possível formar qualquer um dos triângulos: retângulo, acutângulo ou obtusângulo.” 10. (PUC-SP) A diagonal de um paralelogramo divide um dos ângulos internos em dois outros, um de 60º e outro de 45º. A razão entre os lados menor e maior do paralelogramo é A) 3 6 B) 2 2 C) 2 3 9 D) 6 3 E) 3 3 11. (Cesgranrio) Se 4 cm, 5 cm e 6 cm são as medidas dos lados de um triângulo, então o cosseno do seu menor ângulo vale A) 5 6 B) 4 5 C) 3 4 D) 2 3 E) 1 2 Frente D Módulo 08 M A TE M Á TI C A 49Editora Bernoulli 12. (UFG) No triângulo a seguir, os valores de x e y, nessa ordem, são 15º 135º x y ¹2 A) 2 e ¹3 B) ¹3 – 1 e 2 C) 2 3 3 6 2 3 e − D) 6 2 3 2 3 3 − e E) 2 e ¹3 – 1 13. (FESP-PR) Na figura a seguir, ABC e BDE são triângulos equiláteros de lados 2a e a, respectivamente. Podemos afirmar, então, que o segmento CD mede A E D C B A) 5 2 a D) a¹2 B) 3 2 a E) a¹3 C) 2a 14. (UFC) Os lados AC e CD dos triângulos equiláteros ABC e CED medem, respectivamente, 6 m e 3 m. Os segmentos AC e CD estão numa reta r, são consecutivos e AD mede 9 m. Se os vértices B e E estão no mesmo semiplano determinado por r, então o perímetro, em metros, do quadrilátero ABED é igual a A) 3(6 + ¹3) B) 3 6 5 3 + C) 3 7 2 2 + D) 3 8 2 4 − E) 3 7 3 2 + 15. (FEI-SP) Assinale a alternativa FALSA quanto ao tipo de triângulo, dados os lados a, b e c. A) Se a = 13, b = 5, c = 12, o triângulo é retângulo. B) Se a = 18, b = 5, c = 12, é um triângulo. C) Se a = 5, b = 5, c = 5, o triângulo é equilátero. D) Se a = 5, b = 7, c = 7, o triângulo é isósceles. E) Se a = 1, b = 2, c = 3, não é triângulo. 16. (ITA-SP) O triângulo ABC, inscrito numa circunferência, tem um lado medindo 20 π cm, cujo ângulo oposto é de 15º. O comprimento da circunferência, em cm, é A) 20¹2(1 + ¹3) B) 40(2 + ¹3) C) 80(1 + ¹3) D) 10(2¹3 + 5) E) 20(1 + ¹3) 17. (Mackenzie-SP) Três ilhas A, B e C aparecem num mapa, em escala 1:10 000, como na figura. Das alternativas, a que MELHOR se aproxima de distância entre as ilhas A e B é B A 105º 30º C12 cm A) 2,3 km. B) 2,1 km. C) 1,9 km. D) 1,4 km. E) 1,7 km. 18. (UFPE–2007) Na ilustração a seguir, ABCD e ABEF são retângulos, e o ângulo DAF mede 60°. Se AB mede 2¹30, BE mede 6 e BC mede 10, qual a distância entre os vértices C e F? A 60º D C B E F Lei dos senos e lei dos cossenos 50 Coleção Estudo 19. (ITA-SP) Num triângulo ABC, BC = 4 cm, o ângulo C mede 30° e a projeção do lado AB sobre BC mede 2,5 cm. O comprimento da mediana que sai do vértice A mede A) 1 cm. B) ¹2 cm. C) 0,9 cm. D) ¹3 cm. E) 2 cm. 20. (Unifor-CE) Um terreno de forma triangular tem frentes de 10 m e 20 m, em ruas que formam, entre si, um ângulo de 120º. A medida do terceiro lado do terreno, em metros, é A) 10¹5 B) 10¹6 C) 10¹7 D) 26 E) 20¹2 SEÇÃO ENEM 01. Em escolas infantis, é comum encontrar um brinquedo, chamado escorregador, constituído de uma superfície plana inclinada e lisa (rampa), por onde as crianças deslizam, e de uma escada. No pátio da escolinha Casa Feliz, há um escorregador, apoiado em um piso plano e horizontal, cuja escada tem 8 degraus espaçados de 25 cm e forma um ângulo de 60º com o piso. 60º 45º O comprimento da rampa, sabendo-se que ela forma com o chão um ângulo de 45º, é de A) ¹3 m. B) ¹6 m. C) 2¹2 m. D) 2¹3 m. E) 2¹6 m. 02. Uma empresa ao construir uma linha férrea acaba por deparar-se com uma nascente de água e seu curso será alterado para garantir um custo menor de construção, figuras 1 e 2. Sabe-se que o aumento do custo de construção depende da diferença entre a distância efetiva de construção (soma das distâncias dos segmentos AC e BC) e a distância inicialmente planejada (medida do segmento AB). O valor encontrado pela construtora nessa diferença de percurso, em km, é A 60° 10 km Figura 2 Figura 1 20 kmC B A) 5 3 1−( ) B) 5 2 3−( ) C) 10 3 1−( ) D) 10 2 3−( ) E) 10 3 3−( ) GABARITO Fixação 01. A 02. C 03. A 04. A 05. A Propostos 01. E 11. C 02. C 12. E 03. E 13. E 04. C 14. A 05. D 15. B 06. A 16. A 07. C 17. E 08. A 18. 14 09. D 19. A 10. D 20. C Seção Enem 01. B 02. E Frente D Módulo 08 FRENTE 51Editora Bernoulli MÓDULOMATEMÁTICA ELIPSE Considerem-se, num plano α, dois pontos fixos e distintos F1 e F2, e seja 2c a distância entre eles. Uma elipse E é o conjunto dos pontos de α, cuja soma das distâncias a F1 e F2 é uma constante 2a maior que 2c. F1 2c PE F2 F1 e F2: focos da elipse; F1F2 = 2c: distância focal; Em símbolos: P ∈ E ⇔ PF1 + PF2 = 2a ELEMENTOS DA ELIPSE i) A elipse possui dois eixos de simetria A1A2 e B1B2 perpendiculares em C, ponto médio de A1A2 e B1B2. A1A2 é chamado eixo maior. B1B2 é chamado eixo menor. C é chamado centro da elipse. A1 C A2 B2 B1 E ii) O eixo maior A1A2 tem medida 2a. De fato: A1 ∈ E ⇒ A1F1 + A1F2 = 2a (1) Mas, A1F1 = A2F2 (simetria). (2) Substituindo(2) em (1), temos: A2F2 + A1F2 = 2a ⇒ A1A2 = 2a F1 2a E F2 A1 A2C iii) Os segmentos B1F1 e B1F2 têm medida a. De fato: B1F1 + B1F2 = 2a ⇒ B1F1 = B1F2 = a F1 E a a F2 B1 B2 C iv) Relação fundamental: Sendo B1B2 = 2b, então B1C = b. F1 E a b B1 B2 Cc Do triângulo CB1F1, tem-se: a2 = b2 + c2 v) Chama-se excentricidade da elipse o número e, tal que: e = c a (0 < e < 1) Cônicas 13 E 52 Coleção Estudo EQUAÇÃO REDUZIDA DA ELIPSE Serão estudadas as equações das elipses que possuem eixos de simetria paralelos aos eixos coordenados. Haverá dois casos: 1º caso: O eixo maior é paralelo ao eixo x. F1 F2 P(x, y) C c c y xx0 y0 O Sendo C(x0, y0) o centro da elipse, tem-se: F1(x0 – c, y0) e F2(x0 + c, y0) Se P(x, y) é um ponto genérico da elipse, pode-se escrever: PF1 + PF2 = 2a ⇒ ¹(x – x0 + c)2 + (y – y0)2 + ¹(x – x0 – c)2 + (y – y0)2 = 2a Fazendo-se x – x0 = X e y – y0 = Y, vem: ¹(X + c)2 + Y2 + ¹(X – c)2 + Y2 = 2a ⇒ ¹(X + c)2 + Y2 = 2a – ¹(X – c)2 + Y2 Elevando-se ao quadrado, tem-se: X2 + 2Xc + c2 + Y2 = 4a2 – 4a¹(X – c)2 + Y2 + X2 – 2Xc + c2 + Y2 Simplificando-se e isolando-se o radical, tem-se: 4a¹(X – c)2 + Y2 = 4a2 – 4Xc Dividindo-se por 4 e elevando-se ao quadrado, tem-se: a2X2 – 2Xa2c + a2c2 + a2Y2 = a4 – 2Xa2c + X2c2 Agrupando-se, tem-se: (a2 – c2)X2 + a2Y2 = a2(a2 – c2) Como a2 – c2 = b2, a equação fica: b2X2 + a2Y2 = a2b2 Dividindo-se ambos os membros por a2b2: X a Y b 2 2 2 2 + = 1 Como X = x – x0 e Y = y – y0, tem-se: ( ) ( )x x a y y b − + − 0 2 2 0 2 2 = 1 Caso particular: C(0, 0) ⇒ x a y b 2 2 2 2 + = 1 2º caso: O eixo maior é paralelo ao eixo y. F1 F2 P(x, y) C c c y xx0 y0 O Sendo C(x0, y0) o centro da elipse, tem-se: F1(x0, y0 + c) e F2(x0, y0 – c) Se P(x, y) é um ponto genérico da elipse, pode-se escrever: PF1 + PF2 = 2a E, com procedimento análogo ao anterior, chega-se a: ( ) ( )x x b y y a − + − 0 2 2 0 2 2 = 1 Caso particular: C(0, 0) ⇒ x b y a 2 2 2 2 + = 1 EXERCÍCIO RESOLVIDO 01. Na figura a seguir, o ponto P pertence à elipse de focos F1 e F2. Dar a equação reduzida da elipse. F1(–3, 0) F2(3, 0) y xO 2 5 P 4, 1 Resolução: O centro C da elipse é o ponto médio de F1F2. Logo, C(0, 0). F1 F2 y x P C 2a Frente E Módulo 13 M A TE M Á TI C A 53Editora Bernoulli Sendo 2a a medida do eixo maior, então 2a = PF1 + PF2, ou seja: 2a = ( ) ( )4 3 12 5 0 4 3 12 5 02 2 2 2 + + − + − + − ⇒ 2a = 49 144 25 1 144 25 + + + ⇒ 2a = 37 5 13 5 + ⇒ 2a = 10 ⇒ a = 5 Sendo b a medida do semieixo menor, tem-se: F1 F2 y x 5b C 3 b2 + c2 = a2 ⇒ b2 + 32 = 52 ⇒ b = 4 Portanto, a equação da elipse é x y2 2 25 16 + = 1. HIPÉRBOLE Considerem-se num plano α, dois pontos fixos e distintos F1 e F2, e seja 2c a distância entre eles. Uma hipérbole H é o conjunto dos pontos de α cuja diferença, em valor absoluto, das distâncias a F1 e F2 é uma constante 2a menor que 2c. F1 F2 P 2c H F1 e F2: focos da hipérbole. F1F2 = 2c: distância focal. Em símbolos: P ∈ H ⇔ |PF1 – PF2| = 2a ELEMENTOS DA HIPÉRBOLE i) A hipérbole possui dois eixos de simetria A1A2 e B1B2 perpendiculares em C, ponto médio de A1A2 e B1B2. A1A2 é chamado eixo real (ou transverso). B1B2 é chamado eixo imaginário. C é chamado centro da hipérbole. F1 B1 A1 A2 B2 C F2 H ii) O eixo real A1A2 tem medida 2a. De fato: A1 ∈ H ⇔ A1F2 – A1F1 = 2a (1) Mas, A1F1 = A2F2 (simetria). (2) Substituindo (2) em (1), temos: A1F2 – A2F2 = 2a ⇒ A1A2 = 2a F1 A1 A2 F2 H 2a iii) O ponto B1 é tal que os segmentos B1A1 e B1A2 têm medida c. iv) Relação fundamental: Sendo B1B2 = 2b, então B1C = b. B1 A1 A2a b c C H Do triângulo CB1A2, tem-se: c2 = a2 + b2 Cônicas 54 Coleção Estudo v) Chama-se excentricidade da hipérbole o número e, tal que: e = c a (e > 1) OBSERVAÇÃO Hipérbole equilátera é aquela em que a = b. Sua excentricidade é ¹2. EQUAÇÃO REDUZIDA DA HIPÉRBOLE Serão estudadas as equações das hipérboles que possuem eixos de simetria paralelos aos eixos coordenados. Haverá dois casos: 1º caso: O eixo real é paralelo ao eixo x. Sendo C(x0, y0) o centro da hipérbole, tem-se: F1(x0 – c, y0) e F2(x0 + c, y0) F1 c C F2 P(x, y) Hy xx0 y0 O � ���� ��� c � ���� ��� Se P(x, y) é um ponto genérico da hipérbole, pode-se escrever: |PF1 – PF2| = 2a ⇒ ( ) ( ) ( ) ( )x x c y y x x c y y a− + + − − − − + − = 0 2 0 2 0 2 0 2 2 Fazendo-se x – x0 = X e y – y0 = Y, vem: ( ) ( )X c Y X c Y a+ + − − + =2 2 2 2 2 Eliminando-se o módulo, tem-se: ( ) ( )X c Y X c Y a+ + = − + ±2 2 2 2 2 Elevando-se ao quadrado, tem-se: X2 + 2Xc + c2 + Y2 = X2 – 2Xc + c2 + Y2 ± 4a ( )X c Y− +2 2 + 4a2 Simplificando-se e isolando-se o radical: ± 4a ( )X c Y− +2 2 = 4a2 – 4Xc Dividindo-se por 4 e elevando-se ao quadrado, tem-se: a2X2 – 2Xa2c + a2c2 + a2Y2 = a4 – 2Xa2c + X2c2 Agrupando-se, tem-se: (c2 – a2)X2 – a2Y2 = a2(c2 – a2) Substituindo c2 – a2 = b2, tem-se a equação: b2X2 – a2Y2 = a2b2 Dividindo-se ambos os membros por a2b2: X a Y b 2 2 2 2 − = 1 Como X = x – x0 e Y = y – y0, tem-se: ( ) ( )x x a y y b − − − 0 2 2 0 2 2 = 1 Caso particular: C(0, 0) ⇒ x a y b 2 2 2 2 − = 1 2º caso: O eixo real é paralelo ao eixo y. Sendo C(x0, y0) o centro da hipérbole, tem-se: F1(x0, y0 + c) e F2(x0, y0 – c) F1 C F2 P(x, y) y xx0 y0 O Se P(x, y) é um ponto genérico da hipérbole, pode-se escrever: |PF1 – PF2| = 2a E, com procedimento análogo ao anterior, chega-se a: ( ) ( )y y a x x b − − − 0 2 2 0 2 2 = 1 Caso particular: C(0, 0) ⇒ y a x b 2 2 2 2 − = 1 Frente E Módulo 13 M A TE M Á TI C A 55Editora Bernoulli EXERCÍCIO RESOLVIDO 02. Na figura a seguir, o ponto P pertence à hipérbole de focos F1 e F2. Dar a equação reduzida da hipérbole. F1(–¹5, 0) F2(¹5, 0) P(¹5, 4) H y xC Resolução: O centro C da hipérbole é o ponto médio de F1F2. Logo, C(0, 0). Sendo 2a a medida do eixo real, tem-se 2a = |PF1 – PF2|, ou seja: 2a = 5 5 4 0 5 5 4 0 2 2 2 2 +( ) + −( ) − −( ) + −( ) ⇒ 2a = 2 5 4 0 4 2 2 2 2( ) + − + ⇒ 2a = 36 16– ⇒ 2a = |6 – 4| ⇒ 2a = 2 ⇒ a = 1 Sendo b a medida do semieixo imaginário, tem-se: H b 1 ¹5 c2 = a2 + b2 ⇒ b2 = c2 – a2 ⇒ b2 =(¹5)2 – 1 ⇒ b2 = 4 ⇒ b = 2 Portanto, a equação da hipérbole é x y2 2 4 − = 1. PARÁBOLA Considerem-se, num plano α, uma reta d e um ponto fixo F não pertencente a d. Uma parábola P é o conjunto dos pontos de α que equidistam de F e d. P P’ d p P FVF’ e F: foco da parábola. d: diretriz da parábola. Em símbolos: P ∈ P ⇔ PF = PP’ ELEMENTOS DA PARÁBOLA A parábola possui um eixo de simetria e, passando por F e perpendicular à diretriz d. V é chamado vértice da parábola. FF’ = p é chamado parâmetro da parábola. FV = VF’ = p 2 (pois V equidista de F e d). EQUAÇÃO REDUZIDA DA PARÁBOLA Serão estudadas as equações das parábolas que possuem eixos de simetria paralelos a um dos eixos coordenados. Haverá dois casos: 1º caso: O eixo de simetria é paralelo ao eixo x. i) Concavidade para a direita: P P’ F’ V d P(x, y) F e y xx0 y0 O � ��� �� p 2 � ��� �� p 2 Sendo V(x0, y0) o vértice da parábola e p o parâmetro, tem-se: F x p y 0 02 + , e (d) x = x0 – p 2 Cônicas 56 Coleção Estudo Se P(x, y) é um ponto genérico da parábola, pode-se escrever: PF = PP’, em que P’ x p y 0 2 − , , ou seja: x x p y y x x p y y− − + −( ) = − + + −( )0 2 0 2 0 2 2 2 2 Fazendo-se x – x0 = X e y – y0 = Y, vem: X p Y X p− + = + + 2 2 0 2 2 2 2 Elevando-se ao quadrado, tem-se: X2 – 2.p 2 X + p2 4 + Y2 = X2 + 2.p 2 X + p2 4 Simplificando, fica: Y2 = 2pX Como X = x – x0 e Y = y – y0, tem-se: (y – y0) 2 = 2p(x – x0) Caso particular: V(0, 0) ⇒ y2 = 2px ii) Concavidade para a esquerda: P P’ F’ V d P(x, y) Fe y xx0 y0 O ������ p 2 ������ p 2 Sendo V(x0, y0) o vértice da parábola e p o parâmetro, tem-se: F x p y 0 02 − , e (d) x = x0 + p 2 Se P(x, y) é um ponto genérico da parábola, pode-se escrever: PF = PP’, em que P’ x p y 0 2 + , E, com procedimento análogo ao anterior, chega-se a: (y – y0) 2 = –2p(x – x0) Caso particular: V(0, 0) ⇒ y2 = –2px EXERCÍCIO RESOLVIDO 03. Dar a equação reduzida da parábola com vértice (0, 0) e foco (1, 0). Resolução: p 2 = d(F, V) = 1 ⇒ p = 2 Como a concavidade é para a direita, temos: y2 = 2.2x ⇒ y2 = 4x 2º caso: O eixo de simetria é paralelo ao eixo y. i) Concavidade para cima: P P’F’ V d P(x, y) F ey xx0 y0 O � � �� ��p 2 � � �� ��p 2 Sendo V(x0, y0) o vértice da parábola e p o parâmetro, tem-se: F x y p 0 0 2 , + e (d) y = y0 – p 2 Se P(x, y) é um ponto genérico da parábola, pode-se escrever: PF = PP’, em que P’ x y p , 0 2 − E, com procedimento análogo ao inicial, chega-se a: (x – x0) 2 = 2p(y – y0) Caso particular: V(0, 0) ⇒ x2 = 2py ii) Concavidade para baixo: P P’F’ V d P(x, y) F ey xx0 y0 O � � �� �� p 2 � � �� �� p 2 Frente E Módulo 13 M A TE M Á TI C A 57Editora Bernoulli Sendo V(x0, y0) o vértice da parábola e p o parâmetro, tem-se: F x y p 0 0 2 , − e (d) y = y0 + p 2 Se P(x, y) é um ponto genérico da parábola, pode-se escrever: PF = PP’, em que P’ x y p , 0 2 + E, com procedimento análogo ao anterior, chega-se a: (x – x0) 2 = –2p(y – y0) Caso particular: V(0, 0) ⇒ x2 = –2py 04. Dar a equação reduzida da parábola com vértice (0, 0) e foco (0, –2). Resolução: p 2 = d(F, V) = 2 ⇒ p = 4 Como a concavidade é para baixo, temos: x2 = –2.4y ⇒ x2 = –8y EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO 01. (UFTM-MG–2007) Considere um corpo celeste (hipotético) que descreve uma órbita elíptica ao redor do Sol, e que o Sol esteja num foco da elipse. Quando o corpo celeste encontra-se no vértice A2 da elipse da figura, sua distância ao Sol é de 0,808. Sabendo-se que F1 e F2 são os focos da elipse, e que a excentricidade de sua órbita é e = 0,01, então a distância x ao Sol, quando o corpo encontra-se no vértice A1, é igual a 2a Sol c c aa b F1 A1 A2 F2 A) 2,203 B) 0,792 C) 0,808 D) 1,616 E) 0,533 02. (UNIRIO-RJ) A área do triângulo PF1F2, em que P(2, –8) e F1 e F2 são os focos da elipse de equação x y2 2 25 9 + = 1, é igual a A) 8 B) 20 C) 64 D) 16 E) 32 03. ( C e s e s p - P E ) D a d a a e l i p s e d e e q u a ç ã o 25x2 + 9y2 – 90y = 0, assinale a alternativa que nos indica CORRETAMENTE as coordenadas do centro, dos focos, as medidas do eixo maior e menor e a distância focal, respectivamente. A) C(0, 0), F1(0, –4), F2(0, 4), 10, 6, 8 B) C(0, 5), F1(0, 1), F2(0, 5), 4, 8, 6 C) C(3, 0), F1(1, 0), F2(5, 0), 10, 6, 3 D) C(5, 0), F1(1, 0), F2(9, 0), 6, 8, 10 E) C(0, 5), F1(0, 1), F2(0, 9), 10, 6, 8 04. (UFJF-MG) Considere as afirmativas: I. As retas de equações 3x – 2y – 5 = 0 e 3x – 2y = 0 são paralelas; II. A equação x y2 2 5 2 + = 1 representa uma hipérbole; III. A equação 4y = x2 representa uma parábola. Assinale a alternativa CORRETA. A) Todas são verdadeiras. B) Apenas II é falsa. C) I e II são falsas. D) II e III são verdadeiras. E) Todas são falsas. 05. (FUVEST-SP) O lugar geométrico dos pontos equidistantes da reta y = 0 e da circunferência x2 + (y – 2)2 = 1 é A) uma reta. B) uma semirreta. C) uma circunferência. D) uma elipse. E) uma parábola. Cônicas 58 Coleção Estudo EXERCÍCIOS PROPOSTOS 01. (UNESP) A equação da elipse de focos F1 = (–2, 0), F2 = (2, 0) e eixo maior igual a 6 é dada por A) x y2 2 10 20 + = 1 B) x y2 2 9 5 + = 1 C) x y2 2 9 15 + = 1 D) x y2 2 6 15 + = 1 E) x y2 2 4 25 + = 1 02. (Unicamp-SP) Os valores de k ∈ , para que o ponto A(–2, k) pertença à elipse 9x2 + 4y2 + 18x – 8y – 23 = 0 são A) k = 1 ± 3 3 2 B) k = 2 ± 3 3 2 C) k = 3 ± 3 3 2 D) k = 4 ± 3 3 2 E) k = –1 ± 3 3 2 03. (UFPE) Considere: S = ( , ) | ( ) ( ) ( ) ( )x y x y x y∈ − + − + − + − ={ }2 2 2 2 21 2 2 4 5 Assinale a ÚNICA alternativa que, no plano xy, corresponde ao gráfico de S. A) Uma circunferência de centro em (1, 2). B) Duas retas perpendiculares. C) Uma elipse. D) Uma parábola. E) Um segmento de reta. 04. (UFC) O número de pontos de interseção das curvas x2 + y2 = 4 e x2 15 + y2 2 = 1 é igual a A) 0 B) 3 C) 4 D) 5 E) 6 05. (AFA-SP) A distância focal da elipse x2 + 16y2 = 4 é A) 1 B) 3 C) ¹15 D) ¹20 06. (AFA-SP) Se A(10, 0) e B(–5, y) são pontos de uma elipse cujos focos são F1(–8, 0) e F2(8, 0), então o perímetro do triângulo BF1F2 mede A) 24 B) 26 C) 36 D) 38 07. (UFPE) Considere, no sistema de coordenadas cartesianas ortogonais, as elipses x a y b e x b y a 2 2 2 2 2 2 2 2 1+ = + = 1 Assinale a alternativa que completa CORRETAMENTE a sentença: “Os pontos comuns às duas elipses dadas A) determinam apenas as retas y = x ou y = –x.” B) estão sobre a reta y = x.” C) estão sobre a circunferência x2 + y2 = a2.” D) satisfazem a equação y2 – x2 = 0.” E) determinam um quadrado de lados não paralelos aos eixos coordenados.” 08. (AFA-SP) A equação reduzida da cônica, representada no gráfico a seguir, é y 9 xO 2–1 1 A) ( ) ( )x y− + −4 9 3 16 2 2 = 1 B) ( ) ( )x y− + +5 9 1 16 2 2 = 1 C) ( ) ( )x y+ + −1 16 5 9 2 2 = 1 D) ( ) ( )x y+ + −1 9 5 16 2 2 = 1 Frente E Módulo 13 M A TE M Á TI C A 59Editora Bernoulli 09. (UFRN) A equação 9x2 + 4y2 – 18x – 8y – 23 = 0 representa uma A) circunferência. B) hipérbole. C) parábola. D) elipse. E) reta. 10. (UFV-MG–2007) Um satélite descreve uma órbita elíptica em torno da Terra. Considerando a Terra como um ponto na origem do sistema de coordenadas, a equação da órb i ta do saté l i te é dada por 9x2 + 25y2 – 288x – 1 296 = 0, em que x e y são medidos em milhares de quilômetros. Nessas condições, é CORRETO afirmar que A) a menor distância do satélite à Terra é 16 000 km. B) a distância do ponto (16, 12) da órbita do satélite à Terra é 28 000 km. C) a maior distância do satélite à Terra é 36 000 km. D) a órbita do satélite passa pelo ponto de coordenadas (0, 36). E) a excentricidade da órbita do satélite é 3 4 . 11. (Unimontes-MG–2006) É um fato bem conhecido que, em um espelho parabólico convexo, todo raio incidente, paralelo ao eixo de simetria, é refletido, passando pelo foco. Um raio incide em uma parábola de equação x2 = 4y, paralelamente ao eixo dos y, conforme o desenho. raio refletido F y x2 = 4y raio incidente xO 1 A equação da reta suporte do raio refletido é A) –3y + 4x + 4 = 0 B) 4x – 3y – 4 = 0 C) 3x + 4y – 4 = 0 D) –4x – 3y – 4 = 0 12. (AFA-SP–2007) Considere as curvas, dadas pelas equações (I) 16x2 + 4y2 + 128x – 24y + 228 = 0 (II) y = 7 – |x| (III) y2 – 6y – x + 5 = 0 Analise cada afirmação a seguir, classificando-a em verdadeira ou falsa. (01) O gráfico de (I) é representado por uma elipse, de (II), por duas retas e de (III), por uma parábola. (02) O centro de (I) é um ponto de (II) e coincide com o vértice de (III). (04) A soma das coordenadas do foco de (III) é um número menor que –1. (08) A excentricidade de (I) é igual a cos π 6 . A soma dos itens VERDADEIROS é um número do intervalo A) [8, 11] B) [4, 7] C) [12, 15] D) [1, 3] 13. (Unicamp-SP) Assinale a ÚNICA alternativa que corresponde à equação da parábola que tem por foco o ponto F(3, 0) e por diretriz a reta x + 3 = 0. A) y – 12x2 = 0 B) y2 – 12x = 0 C) y2 – 9x = 0 D) y – 9x2 = 0 E) y2 + 12x = 0 14. (UFPE) Um determinado fio é constituído de um material que, quando preso a dois pontos distantes um do outro de 20 m e ambos a 13 m dosolo, toma a forma de uma parábola, estando o ponto mais baixo do fio a 3 m do solo. Assinale a alternativa que corresponde à parábola no sistema de coordenadas cartesianas xOy, em que o eixo Oy contém o ponto mais baixo do fio e o eixo Ox está sobre o solo. A) y = x2 + x + 3 B) 10y = –x2 + 30 C) y = x2 + 30 D) 5y = x2 + 15 E) 10y = x2 + 30 Cônicas 60 Coleção Estudo 15. (UFF-RJ) Na parede retangular de um palácio renascentista, há um vitral circular e, acima dele, na mesma parede, uma estreita faixa reta, conforme a figura. vitral faixa Essa parede foi ornamentada com um elemento decorativo em forma de uma curva, que tem a seguinte característica: cada ponto da curva está situado a igual distância do centro do vitral e da faixa. Pode-se afirmar que o elemento decorativo tem a forma de um arco A) de elipse. B) de hipérbole. C) de parábola. D) de circunferência. E) de senoide. 16. (Cesgranrio) Uma montagem comum em laboratórios escolares de Ciências é constituída por um plano inclinado, de altura aproximadamente igual a 40 cm, com 4 canaletas paralelas e apoiado em uma mesa, forrada de feltro, cuja borda é curvilínea. Sobre a mesa, há um ponto marcado no qual se coloca uma bola de gude. A experiência consiste em largar, do alto do plano inclinado, outra bola de gude, a qual, depois de rolar por uma das canaletas, cai na mesa e colide sucessivamente com a borda da mesa e com a primeira bola. A borda da mesa tem a forma de um arco de A) elipse, e o ponto marcado é um de seus focos. B) parábola, e o ponto marcado é seu foco. C) hipérbole, e o ponto marcado é um de seus focos. D) hipérbole, e o ponto marcado é seu centro. E) circunferência, e o ponto marcado é seu centro. 17. (Cesesp-PE) Considere a parábola 2y – x2 – 10x + 2 = 0 Assinale a ÚNICA alternativa que representa as coordenadas do foco e a equação da reta diretriz. A) − − 5 27 2 , e y = 12 B) (–5, –13) e y = –14 C) (–2, 4) e y = 14 D) (–5, –13) e y = 12 E) (–5, –13) e y = –12 18. (EN-RJ) A equação da parábola, cujo foco é o ponto (1, 4) e cuja diretriz é a reta y = 3, é A) y = x2 – 2x + 4 B) y = –x2 + x – 8 C) y = x2 2 – x + 4 D) y = x x2 2 2 − + 2 E) x = y2 – y + 4 19. (AFA-SP) O parâmetro da parábola que passa pelo ponto P(6, 2) e cujo vértice V(3, 0) é o seu ponto de tangência com o eixo das abscissas é A) 9 5 B) 9 4 C) 3 D) 9 2 20. (UFF-RJ) Uma reta r é paralela ao eixo x e contém a interseção das parábolas y = (x – 1)2 e y = (x – 5)2. A equação de r é A) x = 3 B) y = 4 C) y = 3x D) x = 4y E) y = x 3 GABARITO Fixação 01. B 02. E 03. E 04. B 05. E Propostos 01. B 06. C 11. C 16. B 02. A 07. D 12. A 17. B 03. C 08. D 13. B 18. C 04. C 09. D 14. E 19. B 05. C 10. C 15. C 20. B Frente E Módulo 13 FRENTE 61Editora Bernoulli MÓDULOMATEMÁTICA INTRODUÇÃO Ao resolvermos a equação x2 – 4x + 5 =0, encontramos x = 2 ± ¹–1, que não são soluções reais. Euler, em 1777, chamou ¹–1 de i (unidade imaginária), e Gauss, em 1800, associou a cada símbolo a + bi o par ordenado (a, b). Esse par recebe o nome de número complexo e é representado por um ponto no plano. Im b Re P(a, b) aO O número complexo (0, 1) é chamado unidade imaginária e será indicado por i, ou seja, (0, 1) = i. Propriedade fundamental i2 = –1 FORMA ALGÉBRICA DE UM NÚMERO COMPLEXO Todo número complexo z = (a, b), com a e b reais, pode ser escrito na forma z = a + bi, chamada de forma algébrica. O número real a é chamado de parte real de z e é indicado por Re (z). O número real b é chamado de parte imaginária de z e é indicado por Im (z). Se a parte imaginária de z é igual a zero, então z é um número real. z é real ⇔ Im (z) = 0 Se a parte real de z é igual a zero e a parte imaginária é não nula, então z é um número imaginário puro. z é imaginário puro ⇔ Re (z) = 0 e Im (z) ≠ 0 POTÊNCIAS DE i COM EXPOENTE NATURAL Define-se potência de i com expoente natural da mesma maneira que se define potência de um número real. Assim: i0 = 1 i4 = (i2)2 = (–1)2 = 1 i8 = (i4)2 = 12 = 1 i1 = i i5 = i4.i = 1.i = i i9 = i8.i = 1.i = i i2 = i.i = –1 i6 = (i2)3 = (–1)3 = –1 i10 = (i5)2 = i2 = –1 i3 = i2.i = –1.i = –i i7 = i6.i = –1.i = –i i11 = i10.i = –1.i = –i No quadro anterior, verificamos que toda potência de i, com expoente natural n, é igual a um dos quatro valores: 1, i, –1, –i. Como esse ciclo se repete de quatro em quatro termos, para calcularmos uma potência in, procedemos da seguinte maneira: dividimos n por 4 e tomamos o resto r, fazendo in = ir. Exemplo Calcular i70. 70 4 2 17 Assim, i70 = i2 = –1. Números complexos: forma algébrica 14 E 62 Coleção Estudo IGUALDADE ENTRE NÚMEROS COMPLEXOS Definição a + bi = c + di ⇔ a = c e b = d ∀ {a, b, c, d} ⊂ Exemplo Determinar a e b reais, de modo que (a – b) + 3i = 2 + ai. Resolução: Pela definição de igualdade, tem-se que: a b a − = = 2 3 ⇒ b = 1 NÚMEROS COMPLEXOS OPOSTOS E CONJUGADOS Definição de opostos O oposto de um número complexo z = a + bi é o número indicado por –z, tal que –z = –a – bi, ∀ {a, b} ⊂ . Assim: i) O oposto de z = 1 – i é –z = –1 + i. ii) O oposto de z = –2i é –z = 2i. Definição de conjugados Chama-se conjugado do número complexo z = a + bi, {a, b} ⊂ , o número indicado por z, tal que z = a – bi. Assim: i) O conjugado de z = 1 – i é z = 1 + i. ii) O conjugado de z = –2i é z = 2i. iii) O conjugado de z = 3 é z = 3. Propriedades i) z = = z v) z1 + z2 = z1 + z2 ii) z = z ⇔ z ∈ vi) z1.z2 = z1.z2 iii) z + z = 2 Re (z) vii) z z z z z1 2 1 2 2 0 = ( )≠, iv) z – z = 2i Im (z) viii) (z)n =( )nz , n ∈ OPERAÇÕES FUNDAMENTAIS E PROPRIEDADES Adição (a + bi) + (c + di) = (a + c) + (b + d)i Subtração (a + bi) – (c + di) = (a – c) + (b – d)i Exemplo Dados os números z1 = 3 + i, z2 = –1 + 4i, calcular A) z1 + z2. B) z1 – z2. Resolução: A) z1 + z2 = (3 + i) + (–1 + 4i) = (3 – 1) + (1 + 4)i ⇒ z1 + z2 = 2 + 5i B) z1 – z2 = z1 + (–z2) = (3 + i) + (1 – 4i) ⇒ z1 – z2 = (3 + 1) + (1 – 4)i ⇒ z1 – z2 = 4 – 3i Multiplicação Sejam z1 = a + bi e z2 = c + di, aplicando a propriedade distributiva, determinamos z1.z2. z1.z2 = (a + bi).(c + di) = ac +adi + bci + bdi 2 Como i2 = –1, temos: z1.z2 = (a + bi).(c + di) = ac +adi + bci – bd ⇒ z1.z2 = (a + bi).(c + di) = (ac – bd) + (ad + bc)i Frente E Módulo 14 M A TE M Á TI C A 63Editora Bernoulli Exemplo Dados os números complexos z1 = 3 + i e z2 = –1 + 4i, calcular z1.z2. Resolução: z1.z2 = (3 + i).(–1 + 4i) = 3.(–1) + 3.(4i) + i.(–1) + i.(4i) ⇒ z1.z2 = –3 + 12i – i – 4 ⇒ z1.z2 = –7 + 11i Divisão Sejam os números complexos z1 = a + bi e z2 = c + di e a divisão z z 1 2 , o número z, tal que z = z z 1 2 é chamado quociente de z1 por z2. Obtém-se a forma algébrica de z do seguinte modo: i) Toma-se o conjugado de z2, isto é, z2 = c – di. ii) Multiplicam-se o numerador e o denominador de z z 1 2 por z2. Assim: z = a bi c di a bi c di c di c di ac adi bci bdi c d + + = + + ⋅ − − = − + − − 2 2 2ii2 ⇒ z = a bi c di ac bd c d bc ad c d i + + = + + + − +2 2 2 2 ( ) Exemplo Dados os números complexos z1 = 3 + i e z2 = –1 + 4i, calcular z z 1 2 . Resolução: z z i i i i i i i i i1 2 23 1 4 3 1 4 1 4 1 4 3 12 4= + − + = + − + ⋅ − − − − = − − − − (−− −1 42 2 2) i ⇒ z z i i1 2 3 13 4 1 16 1 13 17 = − − + + = − ⇒ z z i1 2 1 17 13 17 = − EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO 01. (UFV-MG) Seja o número complexo z = 1 1 + − i i , então z725 é igual a A) –1 B) 1 C) 2i D) –i E) i 02. (UFU-MG) Se S = i + i2 + i3 + ... + i2 003, em que i2 = –1, então S é igual a A) 0 B) –1 C) i D) i – 1 03. (UFLA-MG–2006) Determine os valores de x, de modo que o número complexo z = 2 + (x – 4i)(2 + xi) seja real. A) ± 2¹2 D) ± ¹2 B) ± 1 3E) ± ¹3 C) ± 2 04. (UFRGS) (1 + i)15 é igual a A) 64(1 + i) D) 256(–1 + i) B) 128(1 – i) E) 256(1 + i) C) 128(–1 – i) 05. (UNIRIO-RJ) Se 2 1 + + i i = a + bi, em que i = −1, então o valor de a + b é A) 1 B) 1 2 C) 2 D) –1 E) 3 2 EXERCÍCIOS PROPOSTOS 01. (UEL-PR) Sejam os números complexos w = (x – 1) + 2i e v = 2x + (y – 3)i, em que x, y ∈ . Se w = v, então A) x + y = 4 D) x = 2y B) xy = 5 E) y = 2x C) x – y = –4 02. (Mackenzie-SP) Se u = 4 + 3i e v = 5 – 2i, então uv é A) 20 – 6i D) 14 – 7i B) 14 + 7i E) 26 + 7i C) 26 – 23i 03. (UFPA) Qual o valor de m para que o produto (2 + mi)(3 + i) seja um imaginário puro? A) 5 B) 6 C) 7 D) 8 E) 10 04. (PUC-SP) Se f(z) = z2 – z + 1, então f(1 – i) é igual a A) i D) i + 1 B) –i + 1 E) –i C) i – 1 Números complexos: forma algébrica 64 Coleção Estudo 05. (UFRN) Se z = 4 + 2i, então z – 3z vale A) 6 + i D) 1 – 8i B) 1 + 8i E) 12 + 6i C) –8 + 8i 06. (UFS) Se o número complexo z é tal que z = 3 – 2i, então (z)2 é igual a A) 5 D) 9 + 4i B) 5 – 6i E) 13 + 12i C) 5 + 12i 07. (UFSM-RS) Sabendo que x é um número real e que a parte imaginária do número complexo 2 2 + + i x i é zero, então x é A) –1 B) 1 C) 2 D) –2 E) 4 08. (PUC-SP) Quantos são os números complexos z que satisfazem as condições z2 = 1 e z – z = 0? A) 0 B) 1 C) 2 D) 3 E) 4 09. (PUC-SP) O número complexo z que verifica a equação iz + 2z + i – 1 = 0 é A) –1 + 2i D) 1 + i B) –1 + i E) 1 5 3 5 − i C) 1 – i 10. (UFBA) Sendo z = 2 – i, o inverso de z2 é A) 5 4 41 + i D) 3 25 4 25 + i B) 2 5 + i E) 3 25 4 25 − i C) 4 25 3 25 − i 11. (PUC Rio) Considere os números complexos z = 2 – i e w = 5 2 + i . Então, A) z = –w D) z = 2w B) z = w E) z = w C) z = –w 12. (PUC-SP) O conjugado do número complexo 1 3 2 + − i i é A) − −1 7 5 i D) − +1 7 5 i B) 1 5 − i E) 1 5 + i C) 1 2 7 + i 13. (UFPR) Dados os números complexos z1 = 4 + ¹3i e z2 = 1 + 3i, efetuando z z 1 2 , obtemos A) − +8 3 7 2 7 i B) 5 + ¹3i C) 2 3 5 7 3 5 + + − ( ) i D) 4 3 3 10 3 12 10 + + − ( ) i E) 3 8 5 3 8 + i 14. (Mackenzie-SP) Seja o número complexo z = 1 1 − + i i , então z1 980 vale A) 1 B) –1 C) i D) –i E) –2i 15. (UNESP) Se z = (2 + i)(1 + i)i, então o conjugado de z será dado por A) –3 – i B) 1 – 3i C) 3 – i D) –3 + i E) 3 + i GABARITO Fixação 01. E 02. B 03. A 04. B 05. A Propostos 01. A 09. E 02. E 10. D 03. B 11. E 04. E 12. A 05. C 13. D 06. C 14. A 07. E 15. A 08. C Frente E Módulo 14 FRENTE 65Editora Bernoulli MÓDULOMATEMÁTICA PLANO DE ARGAND-GAUSS Considere o plano determinado por um sistema de eixos retangulares xOy. y P(a, b) xO Seja a correspondência biunívoca que associa a cada ponto P(a, b) desse plano o número complexo z = a + bi, com a e b reais, em que a abscissa a representa a parte real e a ordenada b, a parte imaginária de z. Nessas condições, o ponto P é chamado afixo do número complexo z. Os eixos Ox e Oy são chamados de eixo real (Re) e de eixo imaginário (Im), respectivamente. Ox = eixo real (Re); Oy = eixo imaginário (Im); P = afixo de z. Assim, o número complexo z = 3 + 2i tem afixo (3, 2). Im 2 z = 3 + 2i Re3O MÓDULO DE UM NÚMERO COMPLEXO Considere, no plano de Argand-Gauss, o afixo P(a, b) do número complexo z = a + bi, e seja ρ a distância do ponto P à origem O do sistema. Im ρ b P = z ReaO Aplicando o Teorema de Pitágoras no triângulo sombreado, tem-se: ρ = ¹a2 + b2 Essa distância ρ é chamada módulo de um número complexo e é representada por |z|. Assim, ρ = |z| = ¹a2 + b2. Exemplos 1º) Calcular o módulo de z = –5 + 12i. Resolução: Parte real: a = –5 e parte imaginária: b = 12. Então, |z| = a b2 2 2 25 12 169+ = − + =( ) = 13. Portanto, |z| = 13. 2º) Calcular o módulo de z = 3 – 2i. Resolução: |z| = a b2 2 2 23 2 13+ = + − =( ) Propriedades Dados os números complexos z, z1 e z2, tem-se que: i) |z| ≥ 0, ∀ z ∈ iv) |z1.z2| = |z1|.|z2| ii) |z| = 0 ⇔ z = 0 + 0i v) z z z z 1 2 1 2 = , (z2 ≠ 0) iii) z.z = |z|2 vi) |z1 + z2| ≤ |z1| + |z2| Exemplo Calcular |(3 + 4i)(5 – 12i)|. Resolução: Pela propriedade iv, tem-se |(3 + 4i)(5 – 12i)| = |3 + 4i|.|5 – 12i| ⇒ |(3 + 4i)(5 – 12i)| = 3 4 5 122 2 2 2+ + −. ( ) ⇒ |(3 + 4i)(5 – 12i)| = 5.13 ⇒ |(3 + 4i)(5 – 12i)| = 65 Números complexos: forma trigonométrica 15 E 66 Coleção Estudo EXERCÍCIO RESOLVIDO 01. Dar o lugar geométrico dos afixos dos números complexos z tais que |z – 1 + i| ≤ 2. Resolução: Seja z = a + bi, com a, b ∈ . |z – 1 + i| ≤ 2 ⇔ |a + bi – 1 + i| ≤ 2 ⇔ |a – 1 + (b + 1)i| ≤ 2 ⇔ ¹(a – 1)2 + (b + 1)2 ≤ 2 Elevando-se os dois membros ao quadrado, tem-se: (a – 1)2 + (b + 1)2 ≤ 4 Resposta: O lugar geométrico é um círculo de centro (1, –1) e raio 2. Im 1 2 –1 O Re ARGUMENTO DE UM NÚMERO COMPLEXO Seja z = a + bi, com a e b reais, um número complexo não nulo de módulo ρ, e seja P seu afixo no plano de Argand-Gauss. Im ρ ϕ b P(a, b) ReaO O ângulo de medida ϕ determinado por OP e pelo semieixo positivo Ox é chamado argumento principal do número complexo z. Tem-se, ainda: i) cos ϕ = a ρ e ii) sen ϕ = b ρ As igualdades (i) e (ii) garantem a unicidade do argumento principal, pois determinam o quadrante do ângulo ϕ. Exemplos 1º) Determinar o argumento principal do número complexo z = 1 + ¹3i. Resolução: No complexo z = 1 + ¹3i, tem-se: parte real a = 1 e parte imaginária b = ¹3 Im 2 P2 P1ϕ ¹3 P(1, ¹3) Re1O Assim: ρ = |z| = ¹a2 + b2 = 1 32 2 + ( ) = 2 No triângulo retângulo sombreado, tem-se: cos sen ϕ ϕ = = 1 2 3 2 ⇒ ϕ = π 3 + 2kp, k ∈ Portanto, o argumento principal de z é ϕ = π 3 ou ϕ = 60º. 2º) Determinar o argumento principal do número complexo z = –1 – i. Im ϕ Re P(–1, –1) O –1 –1 Resolução: O argumento principal de z = –1 – i é ϕ = 5 4 π ou ϕ = 225º. FORMA TRIGONOMÉTRICA DE UM NÚMERO COMPLEXO Seja um número complexo na forma algébrica z = a + bi, z ≠ 0, de módulo ρ e argumento ϕ. Tem-se: Im ρ ϕ b z = a + bi ReaO cos ϕ = a ρ ⇒ a = ρ cos ϕ e sen ϕ = b ρ ⇒ b = ρ sen ϕ Frente E Módulo 15 M A TE M Á TI C A 67Editora Bernoulli Então: z = a + bi = ρ cos ϕ + iρ sen ϕ ⇒ z = ρ(cos ϕ + i sen ϕ) A forma z = ρ(cos ϕ + i sen ϕ) é chamada forma trigonométrica ou forma polar do número complexo z. Exemplo Escrever sob a forma trigonométrica o número complexo z = 2¹3 + 2i. Resolução: A parte real de z é a = 2¹3, e a parte imaginária é b = 2. Assim: ρ = |z| = a + b 2 3 + 22 2 2= ( )2 = 4, e cos sen ϕ ρ ϕ ρ = = = = = = a b 2 3 4 3 2 2 4 1 2 ⇒ ϕ = π 6 Portanto, a forma trigonométrica de z é: z = 4 6 6 cos sen π π+ i MULTIPLICAÇÃO Dados dois números complexos não nulos z1 e z2, tais que z1 = ρ1(cos ϕ1 + i sen ϕ1) e z2 = ρ2(cos ϕ2 + i sen ϕ2). Tem-se: z1.z2 = ρ1.ρ2 [cos (ϕ1 + ϕ2) + i sen (ϕ1 + ϕ2)] Demonstração: z1.z2 = ρ1(cos ϕ1 + i sen ϕ1).ρ2(cos ϕ2 + i sen ϕ2) = ρ1.ρ2(cos ϕ1cos ϕ2 + i sen ϕ2cos ϕ1 + i sen ϕ1cos ϕ2 – sen ϕ1sen ϕ2) = ρ1.ρ2[cos ϕ1cos ϕ2 – sen ϕ1sen ϕ2 + i(sen ϕ1cos ϕ2 + sen ϕ2cos ϕ1)] = ρ1.ρ2[cos (ϕ1 + ϕ2) + i sen (ϕ1 + ϕ2)] Exemplo Sendo z1 = 3 cos sen π π 3 3 + i e z2 = 2 cos sen 2 3 2 3 π π+ i , calcular z1.z2. Resolução: z1.z2 = 3.2 cos sen π π π π 3 2 3 3 2 3 + + + i ⇒ z1.z2 = 6(cos p + i sen p) ⇒ z1.z2 = 6(–1 + i.0) ⇒ z1.z2 = –6 DIVISÃO Dados dois números complexos não nulos z1 e z2, tais que z1 = ρ1(cos ϕ1 + i sen ϕ1) e z2 = ρ2(cos ϕ2 + i sen ϕ2). Tem-se: z z 1 2 1 2 = ρ ρ [cos (ϕ1 – ϕ2) + i sen (ϕ1 – ϕ2)] Demonstração: z z i i 1 2 1 1 1 2 2 2 = + + ρ ϕ ϕ ρ ϕ ϕ (cos sen ) (cos sen ) = ρϕ ϕ ρ ϕ ϕ ϕ ϕ 1 1 1 2 2 2 2 2 (cos sen ) (cos sen ) . (cos sen )+ + −i i i ((cos sen )ϕ ϕ 2 2 − i = ρ ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ 1 1 2 1 2 1 2 1 (cos cos cos sen sen cos sen sen− + +i i 22 2 2 2 2 2 ) (cos sen )ρ ϕ ϕ+ = z z 1 2 1 2 = ρ ρ [cos ϕ1cos ϕ2 + sen ϕ1sen ϕ2 + i(sen ϕ1cos ϕ2 – sen ϕ2cos ϕ1)] = z z 1 2 1 2 = ρ ρ [cos (ϕ1 – ϕ2) + i sen (ϕ1 – ϕ2)] POTENCIAÇÃO (1ª FÓRMULA DE MOIVRE) Considere o número complexo não nulo z = ρ(cos ϕ + i sen ϕ). Calculando-se algumas potências de z, com expoentes naturais, tem-se: z0 = 1 = ρ0(cos 0 + i sen 0) z1 = z = ρ1(cos ϕ + i sen ϕ) z2 = z.z = ρ2(cos 2ϕ + i sen 2ϕ) z3 = z2.z = ρ3(cos 3ϕ + i sen 3ϕ) z4 = z3.z = ρ4(cos 4ϕ + i sen 4ϕ) Números complexos: forma trigonométrica 68 Coleção Estudo Pode-se generalizar os resultados anteriores através do seguinte teorema. Sendo z = ρ(cos ϕ + i sen ϕ) um número complexo não nulo e n um número inteiro qualquer, tem-se: zn = ρn[cos (nϕ) + i sen (nϕ)] Exemplo Dado z = 2 cos sen π π 6 6 + i , calcular z4. Resolução: z4 = 24 cos sen 4 6 4 6 π π+ i ⇒ z4 = 16 cos sen 2 3 2 3 π π+ i ⇒ z4 = 16 − + 1 2 3 2 i ⇒ z4 = –8 + 8¹3i RADICIAÇÃO Sejam z um número complexo e n um número natural não nulo. Um número complexo ϕ é uma raiz enésima de z se, e somente se, ϕn = z. Exemplos 1º) − +1 2 3 2 i é uma raiz cúbica de 1, pois − + 1 2 3 2 3 i = 1. 2º) − −1 2 3 2 i é uma raiz cúbica de 1, pois − − 1 2 3 2 3 i = 1. OBSERVAÇÕES i) Um número complexo não nulo admite como raízes enésimas n números distintos. Por exemplo, o número 1 admite como raízes cúbicas os três números: − −1 2 3 2 i e − +1 2 3 2 i, 1 ii) Só se usa o símbolo n¹ para indicar raiz real de um número real. Para indicar as raízes enésimas de um número complexo z, deve-se escrever por extenso “raízes enésimas de z”. Exemplo Determinar as raízes quadradas de –9. Resolução: Seja a + bi, com a e b reais, uma raiz quadrada de –9. Assim, por definição, deve-se ter: (a + bi)2 = –9 ⇒ a2 + 2abi – b2 = –9 ⇒ (a2 – b2) + 2abi = –9 ⇒ a b ab a b I ab II 2 2 2 29 2 0 9 0 − = − = ⇔ − = − = ( ) ( ) De (II), temos a = 0 ou b = 0. Substituindo b = 0 em (I), obtemos a2 = –9. Como, por hipótese, a é real, concluímos que não existe a, tal que a2 = –9. Substituindo a = 0 em (I), obtemos: –b2 = –9 ⇒ b = ±3 Logo, as raízes quadradas de –9 são números da forma a + bi com a = 0 e b = ±3, isto é, são os números 3i e –3i. Resposta: –3i, 3i 2ª FÓRMULA DE MOIVRE Dado o número complexo z = ρ(cos q + i sen q), não nulo, e o número natural n ≥ 2, existem n raízes enésimas de z. Uma das raízes enésimas de z é z0 = ρ n cos sen θ θ n i n + . As demais raízes terão mesmo módulo ρn , e seus argumentos formarão, com o argumento de z0, uma progressão aritmética de primeiro termo θ n e razão 2π n . Exemplo Calcular as raízes cúbicas de –27. Resolução: z = –27 ⇔ z = 27(cos p + i sen p) Im ReO θ = π –27 Z São três as raízes cúbicas de –27. Uma raiz é z0 = ³27 cos sen π π 3 3 + i ⇒ z0 = 3 cos sen π π 3 3 + i ⇒ z0 = 3 2 3 3 2 + i Chamando as outras duas raízes de z1 e z2, temos: ρ1 = ρ2 = 3 e q1 = q0 + 2 3 π = π π 3 2 3 + = p e q2 = q1 + 2 3 π = p + 2 3 5 3 π π= Então: z1 = 3(cos p + i sen p) ⇒ z1 = –3 z2 = 3 cos sen 5 3 5 3 π π+ i ⇒ z2 = 3 2 3 3 2 − i Frente E Módulo 15 M A TE M Á TI C A 69Editora Bernoulli Representação geométrica Os afixos das raízes cúbicas de –27 dividem a circunferência, de centro O e raio 3, em três partes congruentes, isto é, são vértices de um triângulo equilátero. Im ReO–3 3¹3 2 3 2 + i 3¹3 2 3 2 – i RESOLUÇÃO DE EQUAÇÕES DO 2º GRAU EM Resolver em a equação z2 – iz + 2 = 0. Resolução: Temos a = 1, b = –i e c = 2. Logo, Δ = (–i)2 – 4.1.2 = –1 – 8 = –9. As raízes quadradas de Δ = –9 são 3i e –3i; logo: z1 = − − +( )i i3 2 = 2i ou z2 = − − −( )i i3 2 = –i Portanto, S = {–i, 2i}. EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO 01. (Mackenzie-SP) A forma trigonométrica do número complexo i – ¹3 é A) 2. cos . π π 3 3 + i sen B) 2. cos . π π 6 6 + i sen C) 2. cos . 2 3 2 3 π π+ i sen D) 2. cos . 5 3 5 3 π π+ i sen E) 2. cos . 5 6 5 6 π π+ i sen 02. (UEL-PR) A potência (cos 60º + i.sen 60º)601 é igual a A) 1 2 (1 – ¹3i) D) 1 2 (¹3 + i) B) 1 2 (–1 + ¹3i) E) 1 2 (¹3 – i) C) 1 2 (1 + ¹3i) 03. (UFSM-RS–2006) Dado z = x + yi, um número complexo, as soluções da equação |z – 2i| = 5 são representadas graficamente por A) uma reta que passa pela origem. B) uma circunferência com centro (0, 2) e raio 5. C) uma reta que passa por (0, 2). D) uma circunferência com centro (2, 0) e raio 5. E) uma reta que passa por (2, 0). 04. (UNIRIO-RJ) Seja o complexo z = ρ.(cos q + i.sen q) escrito na forma trigonométrica. Então, z.z é A) 2ρ B) 2ρ.(cos 2q – i.sen 2q) C) ρ2 D) ρ2.(cos q2 + i.sen q2) E) cos2 q + i.sen2 q 05. (UFU-MG) As representações gráficas dos números complexos z1 = cos 30º + i.sen 30º e z2 = cos 102º + i.sen 102º, no plano complexo, correspondem a vértices consecutivos de um polígono regular inscrito em uma circunferência com centro na origem. O número de lados desse polígono é igual a A) 12 C) 5 B) 6 D) 10 EXERCÍCIOS PROPOSTOS 01. (UFC–2007) Ao dividir (1 – ¹3i) por (–1 + i), obtém-se um complexo de argumento igual a A) π 4 B) 5 12 π C) 7 12 π D) 3 4 π E) 11 12 π Números complexos: forma trigonométrica 70 Coleção Estudo 02. (FGV-SP–2007) A figura indica a representação dos números Z1 e Z2 no plano complexo. Im 2 2 Z1 Z2 2¹3 ReO Se Z1.Z2 = a + bi, então a + b é igual a A) 4(1 – ¹3) B) 2(¹3 – 1) C) 2(1 + ¹3) D) 8(¹3 – 1) E) 4(¹3 + 1) 03. (UFRGS) O ângulo formado pelas representações geométricas dos números complexos z = ¹3 + i e z4 é A) π 6 B) π 4 C) π 3 D) π 2 E) p 04. (UFPE) Considere o seguinte gráfico que representa o número complexo z = a + bi. π 6 z Im ReO Sabendo-se que o segmento OZ mede duas unidades de comprimento, assinale a alternativa CORRETA. A) z = ¹2 + i B) z = ¹3 + i C) z = 1 + ¹3i D) z = ¹2 + ¹2i E) z = 1 – ¹3i 05. (UEG–2006) O conjunto dos números complexos que satisfazem a condição |z – 3i| = |z – 2| é representado no plano cartesiano por uma reta A) cuja inclinação é positiva. B) que contém a origem do sistema. C) que não intercepta o eixo real. D) cuja inclinação é negativa. 06. (FGV-SP) Admita que o centro do plano complexo Argand-Gauss coincida com o centro de um relógio de ponteiros, como indica a figura. Imaginário Real Se o ponteiro dos minutos tem 2 unidades de comprimento, às 11h55min sua ponta estará sobre qual número complexo? A) –1 + ¹3i B) 1 + ¹3i C) 1 – ¹3i D) ¹3 – i E) ¹3 + i 07. (FUVEST-SP) Entre os números complexos z = a + bi, não nulos, que têm argumento igual a π 4 , aquele cuja representação geométrica está sobre a parábola y = x² é A) 1 + i B) 1 – i C) –1 + i D) ¹2 + 2i E) –¹2 + 2i 08. (Cesgranrio) O conjunto dos pontos z = x + yi do plano complexo que satisfazem |z – 1|2 = 2x e y ≥ 2 é A) o conjunto vazio. B) uma região não limitada do plano. C) todos os pontos x + yi tais que y ≥ 2. D) uma reta. E) diferente dos quatro anteriores. Frente E Módulo 15 M A TE M Á TI C A 71Editora Bernoulli 09. (Cesgranrio-RJ) A representação geométrica dos números complexos z e w é a da figura. w z y xO A representação geométrica POSSÍVEL para o produto zw é A) y xzw O B) y x zw O C) y x zw O D) zwy xO E) y xzw O 10. (UFU-MG) Sejam z1 e z2 dois números complexos representados geometricamente, na figura a seguir, pelos pontosA e B, respectivamente. y B 20º 30º A xO Sabendo-se que OA = 3 cm e que OB = 6 cm, pode-se afirmar que A) z z 2 1 tem módulo igual a 2 cm. B) z1 + z2 tem módulo igual a 9 cm. C) O argumento de z2 – z1 é igual a 40°. D) O argumento de z2.z1 é igual a 50°. 11. (Mackenzie-SP) Seja t = 2 + 3i um número complexo. Se, A = {z ∈ |z – t| ≤ 1} B = {z ∈ z = a + bi e b ≤ 3} então, no plano de Argand-Gauss, A ∩ B é A) um conjunto vazio. B) uma semicircunferência. C) um semicírculo. D) uma circunferência. E) um círculo. 12. (Cesgranrio) No plano complexo, o conjunto dos pontos z = x + yi, tais que |z| ≤ 1 e y ≥ 0, é A) uma circunferência. B) um círculo. C) um quadrado centrado na origem. D) um semicírculo. E) um segmento de reta. 13. (PUC Minas) A forma trigonométrica do número complexo y = 4¹3 + 4i é A) 8.(cos 30° + i.sen 30°) B) 8.(cos 45° + i.sen 45°) C) 8.(cos 60° + i.sen 60°) D) 8.(cos 120° + i.sen 120°) E) 8.(cos 150° + i.sen 150°) 14. (UEBA) Na figura a seguir, o ponto P é o afixo do número complexo z. Im (z) 1 P Re (z)O ¹3 A forma trigonométrica de z2 é A) 4.(cos 15° + i.sen 15°) B) 4.(cos 60° + i.sen 60°) C) 2.(cos 60° + i.sen 60°) D) 2.(cos 30° + i.sen 30°) E) cos 15° + i.sen 15° Números complexos: forma trigonométrica 72 Coleção Estudo 15. (UEL-PR) Sejam z1 e z2 os números complexos z1 = 3.(cos 30° + i.sen 30°) e z2 = 5.(cos 45° + i.sen 45°). O produto de z1 por z2 é o número complexo A) 15.(cos 1 350° + i.sen 1 350°) B) 8.(cos 75º + i.sen 75°) C) 8.(cos 1 350º + i.sen 1 350°) D) 15.(cos 15º + i.sen 15°) E) 15.(cos 75º + i.sen 75°) 16. (UNIFESP–2007) Quatro números complexos representam, no plano complexo, vértices de um paralelogramo. Três dos números são z1 = –3 – 3i, z2 = 1 e z3 = –1 + 5 2 i. O quarto número tem as partes real e imaginária positivas. Esse número é A) 2 + 3i D) 2 + 11 2 i B) 3 + 11 2 i E) 4 + 5i C) 3 + 5i 17. (FUVEST-SP) Dado o número complexo z = ¹3 + i, qual é o MENOR valor do inteiro n ≥ 1 para o qual zn é um número real? A) 2 B) 4 C) 6 D) 8 E) 10 18. (PUC-Campinas-SP) O módulo e o argumento do complexo (¹3 + i)8 são, respectivamente, A) 44 e 4 3 π D) 38 e 5 4 π B) 28 e 8 3 π E) N.d.a. C) 48 e 8 9 π 19. (Unifor-CE–2007) Seja o número complexo z = x + 3i, em que x é um número real negativo. Se |z| = 6, então a forma trigonométrica de z é A) 6. cos . 2 3 2 3 π π+ i sen B) 6. cos . 5 6 5 6 π π+ i sen C) 6. cos . 4 3 4 3 π π+ i sen D) 6. cos . 5 3 5 3 π π+ i sen E) 6. cos . 11 6 11 6 π π+ i sen 20. (Cesgranrio) Seja w = a + bi um complexo, em que a > 0 e b > 0, e seja w o seu conjugado. A área do quadrilátero de vértices w, w, –w e –w é A) a2 + b2 B) 4b¹ab C) 4ab D) 4 a b+ 3 2 E) (a + b)2 GABARITO Fixação 01. E 02. C 03. B 04. C 05. C Propostos 01. E 02. A 03. D 04. B 05. A 06. A 07. A 08. A 09. D 10. D 11. C 12. D 13. A 14. B 15. E 16. B 17. C 18. A 19. B 20. C Frente E Módulo 15 FRENTE 73Editora Bernoulli MÓDULOMATEMÁTICA INTRODUÇÃO A Estatística, objeto de estudo deste módulo, é a área da Matemática que tem por objetivo coletar, organizar, analisar e interpretar dados experimentais. Os conceitos estatísticos têm influenciado largamente a maioria dos ramos do conhecimento humano, seja para determinar índices de inflação, ou desemprego, comumente divulgados, seja para fornecer informações à Medicina que possibilitem combater uma determinada doença. DISTRIBUIÇÃO DE FREQUÊNCIAS Após um levantamento estatístico, os dados coletados podem ser organizados em uma tabela ou em um gráfico de distribuição de frequências. São mais utilizados os gráficos de barras, de colunas ou de setores. Exemplo Um dado foi lançado 50 vezes. A tabela e os gráficos a seguir mostram os seis resultados possíveis e as suas respectivas frequências de ocorrências. Tabela: Resultado 1 2 3 4 5 6 Frequência absoluta 7 9 8 7 9 10 Frequência relativa 7 50 9 50 8 50 7 50 9 50 10 50 Como mostrado na tabela anterior, a frequência relativa é obtida dividindo-se a freqência absoluta pelo total de observações. Por exemplo, o resultado 6 apareceu em 10 das 50 repetições, portanto sua frequência relativa é 10 50 1 5 = ou 0,2 ou 20%. Gráficos: Gráfico de colunas 10 8 6 4 2 0 1 2 3 4 Frequências 5 66 10 6 ias 5 s 5 reqquênc 44 F 33 10 8 6 4 2 0 11 22 Gráfico de setor 7 7 109 1 2 3 4 5 6 8 9 MEDIDAS DE TENDÊNCIA CENTRAL Média aritmética Dados n elementos, calculamos a média aritmética dividindo a soma desses elementos pela quantidade n. Mediana Mediana é o valor que ocupa a posição central em um conjunto ordenado. Se o número de elementos do conjunto for par, a mediana será a média aritmética dos dois valores centrais. Estatística 16 E 74 Coleção Estudo Moda É o valor que apresenta maior frequência em um conjunto (aparece um maior número de vezes). Exemplo Calcular a média aritmética, a mediana e a moda da seguinte distribuição de notas de uma turma. Aluno 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Nota 4,0 7,0 5,0 8,0 7,5 10 6,5 8,0 6,5 5,5 Resolução: Pela definição, a média aritmética A das notas é dada por: A = 4 7 5 8 7 5 10 6 5 8 6 5 5 5 10 + + + + + + + + +, , , , ⇒ A = 6,8 O conjunto ordenado C das notas dos alunos é: C = {4,0; 5,0; 5,5; 6,5; 6,5; 7,0 termos centrais� ��� �� ; 7,5; 8,0; 8,0; 10} Como o número de elementos é par, então a mediana m das notas é: m = 6 5 7 0 2 , ,+ ⇒ m = 6,75 As modas das notas são 6,5 e 8,0, pois esses valores aparecem com maior frequência que os demais. MEDIDAS DE DISPERSÃO Fornecem informações a respeito da concentração dos valores estudados em torno das medidas de tendência central. Amplitude É a diferença entre o maior e o menor valores de um dado conjunto. Desvio É a diferença entre um valor qualquer e a média aritmética do conjunto. di = xi – A Variância É a média aritmética dos quadrados dos desvios. V = d d d n n1 2 2 2 2+ + +... Desvio padrão É a raiz quadrada da variância. σ i V= Exemplo Sobre a distribuição dos lucros de uma empresa nos quatro primeiros meses, representada na tabela a seguir, calcular A) a amplitude. B) os desvios de cada mês. C) a variância. D) o desvio padrão. Mês Janeiro Fevereiro Março Abril Lucro (R$) 10 000 30 000 90 000 30 000 Resolução: Pelas definições: A) A amplitude a é dada por: a = 90 000 – 10 000 = 80 000 reais B) Para calcularmos o desvio, precisamos antes calcular a média aritmética A dos lucros. A = 10 000 30 000 90 000 30 000 4 + + + ⇒ A = 40 000 Assim, os devios dJ, dF dM e dA são dados por: dJ = 10 000 – 40 000 = –30 000 reais dF = 30 000 – 40 000 = –10 000 reais dM = 90 000 – 40 000 = 50 000 reais dA = 30 000 – 40 000 = –10 000 reais C) A variância V é dada por: V = ( ) ( ) ( ) ( )− + − + + −30 000 10 000 50 000 10 000 4 2 2 2 2 ⇒ V = 900 000 000 reais ao quadrado D) O desvio padrão s é dado por: s = ¹900 000 000 = 30 000 reais Frente E Módulo 16 M A TE M Á TI C A 75Editora Bernoulli EXERCÍCIO RESOLVIDO 01. (UFJF-MG) Um professor de Física aplicou uma prova, valendo 100 pontos, em seus 22 alunos e obteve, como resultado, a distribuição das notas vista no quadro seguinte: 40 20 10 20 70 60 90 80 30 50 50 70 50 20 50 50 10 40 30 20 60 60 Faça os seguintes tratamentos de dados solicitados. A) Determinar a frequência relativa da moda. B) Esboçar um gráfico com as frequências absolutas de todas as notas. C) Determinar a mediana dos valores da segunda linha do quadro apresentado. Resolução: A) Resultado 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Frequência absoluta 2 4 2 2 5 3 2 1 1 A moda das notas é 50, e a frequência absoluta destas é 5. Logo, a frequência relativa damoda é 5 22 = 22,7 %. B) O gráfico de colunas com as frequências absolutas de todas as notas é: N ú m er o d e al u n o s Notas y 1 2 3 4 5 O 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 C) Na segunda linha, temos, em ordem crescente, a seguinte sequência de notas: 30, 50, 50, 70, 80, 90. Como temos um número par de termos, então a mediana m será a média aritmética dos dois valores centrais. Assim, m = 50 70 2 + ⇒ m = 60. EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO 01. (FGV-SP) A tabela a seguir apresenta a distribuição de frequências dos salários de um grupo de 50 empregados de uma empresa, num certo mês. Número da classe Salário do mês em reais Número de empregados 1 [1 000, 2 000[ 20 2 [2 000, 3 000[ 18 3 [3 000, 4 000[ 9 4 [4 000, 5 000] 3 O salário médio desses empregados, nesse mês, foi de A) R$ 2 637,00. D) R$ 2 420,00. B) R$ 2 520,00. E) R$ 2 400,00. C) R$ 2 500,00. 02. (UFRGS) Os resultados de uma pesquisa de opinião foram divulgados utilizando um gráfico de setores circulares, como o representado na figura a seguir: a b c d Ao setor a estão associadas 35% das respostas, ao setor b, 270 respostas e, aos setores c e d, um mesmo número de respostas. Esse número é A) 45 D) 450 B) 90 E) 900 C) 180 03. (UNIRIO-RJ) Um dado foi lançado 50 vezes. A tabela a seguir mostra os seis resultados possíveis e as suas respectivas frequências de ocorrências. Resultado 1 2 3 4 5 6 Frequência 7 9 8 7 9 10 A frequência de aparecimento de um resultado ímpar foi de A) 2 5 D) 1 2 B) 11 25 E) 13 25 C) 12 25 Estatística 76 Coleção Estudo 04. (UNESP–2007) O número de ligações telefônicas de uma empresa, mês a mês, no ano de 2005, pode ser representado pelo gráfico a seguir: Ligações 800 900 1 000 1 200 1 200 1 250 1 300 1 300 1 500 1 350 1 220 1 2201 200 1 100 1 000 1 100 1 200 1 300 1 400 1 500 1 600 jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez Com base no gráfico, pode-se afirmar que a quantidade total de meses em que o número de ligações foi maior ou igual a 1 200 e menor ou igual a 1 300 é A) 2 D) 7 B) 4 E) 8 C) 6 05. (UFU-MG) Uma equipe de futebol realizou um levantamento dos pesos dos seus 40 atletas e chegou à distribuição de frequências dada pela tabela seguinte, cujo histograma correspondente é visto a seguir: Peso (kg) Frequência 60 64 2 64 68 5 68 72 10 72 76 12 76 80 6 80 84 3 84 88 2 Total de atletas 40 62 66 70 74 78 82 86 Peso (kg) Fr eq u ên ci a Histograma 2 O 3 5 6 10 12 Com base nestes dados pode-se afirmar que o valor da mediana dos pesos é igual a A) 75 B) 72 C) 74 D) 73 EXERCÍCIOS PROPOSTOS 01. (UFLA-MG–2006) A idade de uma árvore pode ser avaliada pela medida do diâmetro de seu tronco. A construção de diagramas indicando a distribuição em intervalos de classe para o diâmetro é uma forma de analisar a estrutura etária de uma população de árvores. O gráfico a seguir mostra a distribuição das classes de diâmetro para a espécie arbórea Xylopia aromatica. N º d e ár vo re s Classes de diâmetro (cm) 2O 72 40 20 8 4 6 4 6 8 10 12 14 16 Considerando esses dados, quantas árvores possuem troncos com diâmetro não inferiores a 8 cm? A) 8 árvores B) 140 árvores C) 4 árvores D) 18 árvores E) 10 árvores 02. (PUC-SP) O histograma a seguir apresenta a distribuição de frequências das faixas salariais numa pequena empresa. 14 4 2 0 500 1 000 1 500 2 000 2 500 N º d e fu n ci o n ár io s Salários em reais Com os dados disponíveis, pode-se concluir que a média desses salários é, aproximadamente, A) R$ 420,00. B) R$ 536,00. C) R$ 562,00. D) R$ 640,00. E) R$ 708,00. Frente E Módulo 16 M A TE M Á TI C A 77Editora Bernoulli 03. (UFU-MG) Uma empresa seleciona 16 funcionários fumantes e promove um ciclo de palestras com os mesmos para esclarecimentos sobre os efeitos prejudiciais do cigarro à saúde. Após essas palestras, são coletados dados sobre a quantidade de cigarros que cada um desses fumantes está consumindo diariamente. Tais dados são expressos da seguinte maneira: 10, 1, 10, 11, 13, 10, 34, 13, 13, 12, 12, 11, 13, 11, 12, 12 Os dados 1 e 34 são chamados discrepantes, pois são dados muito menores ou muito maiores que a maioria dos dados obtidos. Segundo essa coleta de dados, pode-se afirmar que A) os cálculos da média, da mediana e da moda não sofrem influência dos dados discrepantes. B) o cálculo da mediana sofre influência dos dados discrepantes que surgiram. C) o cálculo da moda sofre influência dos dados discrepantes que surgiram. D) o cálculo da média sofre influência dos dados discrepantes que surgiram. 04. (UFU-MG) O Departamento de Comércio Exterior do Banco Central possui 30 funcionários com a seguinte distribuição salarial em reais. N° de funcionários 10 12 5 3 Salários em R$ 2 000,00 3 600,00 4 000,00 6 000,00 Quantos funcionários que recebem R$ 3 600,00 devem ser demitidos para que a mediana desta distribuição de salários seja de R$ 2 800,00? A) 8 B) 11 C) 9 D) 10 E) 7 05. (FGV-SP–2007) Quatro amigos calcularam a média e a mediana de suas alturas, tendo encontrado como resultados 1,72 m e 1,70 m, respectivamente. A média entre as alturas do mais alto e do mais baixo, em metros, é igual a A) 1,70 D) 1,73 B) 1,71 E) 1,74 C) 1,72 06. (FGV-SP–2007) O gráfico a seguir indica as massas de um grupo de objetos. 0 3 4 6 1 2 3 N º d e o b je to s Massa da cada objeto (em kg) Acrescentando-se ao grupo n objetos de massa 4 kg cada, sabe-se que a média não se altera, mas o desvio padrão reduz-se à metade do que era. Assim, é CORRETO afirmar que n é igual a A) 18 B) 15 C) 12 D) 9 E) 8 07. (UFRGS) As questões de Matemática do Concurso Vestibular da UFRGS de 2004 foram classificadas em categorias quanto ao índice de facilidade, como mostra o gráfico de barras a seguir: 0 4 1 10 14 N º d e q u es tõ es muito fácil fácil mediana difícil muito difícil Categoria Se esta classificação fosse apresentada em um gráfico de setores circulares, a cada categoria corresponderia um setor circular. O ângulo do maior desses setores mediria A) 80° B) 120° C) 157° D) 168° E) 172° Estatística 78 Coleção Estudo 08. (UFPR–2007) Os dados a seguir representam o tempo (em segundos) para carga de um determinado aplicativo, num sistema compartilhado. Tempo (s) Frequência 4,5 5,5 03 5,5 6,5 06 6,5 7,5 13 7,5 8,5 05 8,5 9,5 02 9,5 10,5 01 Total 30 Com base nesses dados, considere as afirmativas a seguir: 1. O tempo médio para carga do aplicativo é de 7,0 segundos. 2. A variância da distribuição é aproximadamente 1,33 segundo ao quadrado. 3. O desvio padrão é a raiz quadrada da variância. 4. Cinquenta por cento dos dados observados estão abaixo de 6,5 segundos. Assinale a alternativa CORRETA. A) Somente as afirmativas 1 e 3 são verdadeiras. B) Somente as afirmativas 2 e 3 são verdadeiras. C) Somente as afirmativas 2 e 4 são verdadeiras. D) Somente as afirmativas 1, 2 e 3 são verdadeiras. E) Somente as afirmativas 1, 3 e 4 são verdadeiras. 09. (UFU-MG–2006) As 10 medidas colhidas por um cientista num determinado experimento, todas na mesma unidade, foram as seguintes: 1,2; 1,2; 1,4; 1,5; 1,5; 2,0; 2,0; 2,0; 2,0; 2,2 Ao trabalhar na análise estatística dos dados, o cientista esqueceu-se, por descuido, de considerar uma dessas medidas. Dessa forma, comparando os resultados obtidos pelo cientista em sua análise estatística com os resultados corretos para esta amostra, podemos afirmar que A) a moda e a média foram afetadas. B) a moda não foi afetada, mas a média foi. C) a moda foi afetada, mas a média não foi. D) a moda e a média não foram afetadas. 10. (FGV-SP) Um conjunto de dados numéricos tem variância igual a zero. Podemos concluirque A) a média também vale zero. B) a mediana também vale zero. C) a moda também vale zero. D) o desvio padrão também vale zero. E) todos os valores desse conjunto são iguais a zero. 11. (UFSCar-SP) Num curso de iniciação à Informática, a distribuição das idades dos alunos, segundo o sexo, é dada pelo gráfico seguinte. 0 2 1 3 4 N ú m er o d e al u n o s 14 15 16 17 18 Idade dos alunos em anos meninas meninos Com base nos dados do gráfico, pode-se afirmar que A) o número de meninas com, no máximo, 16 anos é maior que o número de meninos nesse mesmo intervalo de idades. B) o número total de alunos é 19. C) a média de idade das meninas é 15 anos. D) o número de meninos é igual ao número de meninas. E) o número de meninos com idade maior que 15 anos é maior que o número de meninas nesse mesmo intervalo de idades. 12. (FUVEST-SP) A distribuição dos salários de uma empresa é dada na tabela a seguir: Salário (em R$) Nº de funcionários 500,00 10 1 000,00 5 1 500,00 1 2 000,00 10 5 000,00 4 10 500,00 1 Total 31 A) Qual é a média e qual é a mediana dos salários dessa empresa? B) Suponha que sejam contratados dois novos funcionários com salários de R$ 2 000,00 cada. A variância da nova distribuição de salários ficará menor, igual ou maior que a anterior? Frente E Módulo 16 M A TE M Á TI C A 79Editora Bernoulli 13. (UFJF-MG–2007) Um professor de matemática elaborou, através do computador, um histograma das notas obtidas pela turma em uma prova cujo valor era 5 pontos. Entretanto, o histograma ficou incompleto, pois este professor esqueceu-se de fornecer o número de alunos que obtiveram notas iguais a 2, 4 ou 5. Veja a ilustração a seguir. Histograma de notas em Matemática (Incompleto) N ú m er o d e al u n o s 7 6 5 4 3 2 1 0 0 1 2 3 Notas 4 5 i) Total de alunos que fizeram a prova: 40 ii) Média aritmética das notas: 2,6 iii) Mediana das notas: 2,5 A moda dessas notas é A) 1 D) 4 B) 2 E) 5 C) 3 14. (UFJF-MG) A editora de uma revista de moda resolveu fazer uma pesquisa sobre a idade de suas leitoras. Para isso selecionou, aleatoriamente, uma amostra de 25 leitoras. As idades que constaram da amostra foram 19, 20, 21, 20, 19, 20, 19, 20, 21, 21, 21, 22, 20, 21, 22, 22, 23, 19, 20, 21, 21, 23, 20, 21, 19. Considerando as informações dadas, faça o que se pede. A) COMPLETE a tabela de frequências absoluta (f) e relativa (fr) a partir dos dados anteriores. Idade f fr(%) Total B) Foi escrita uma reportagem dirigida a leitoras de 21 anos. Considerando que a pesquisa admite uma margem de erro de 2%, para mais e para menos, quantas leitoras dessa idade leram a matéria, sabendo-se que foram vendidas 3 500 revistas? 15. (UFJF-MG–2009) Um professor fez o levantamento das notas de uma turma composta de 20 alunos. As notas foram obtidas em uma prova cujo valor era 10 pontos. Veja o gráfico a seguir: 30 1 2 3 Fr eq u ên ci a 4 5 4 5 6 Notas 7 8 9 Depois de confeccionado esse gráfico, o professor percebeu ter errado a nota de um dos alunos e verificou que, feita a correção, a média das notas dessa turma aumentaria em 0,2 ponto e a moda passaria a ser 7 pontos. A nota que estava ERRADA era A) 3 B) 4 C) 5 D) 6 E) 7 16. (Unimontes-MG–2008) Qual a média aritmética (Ma), a moda (Mo) e a mediana (Me), respectivamente, dos dados da tabela de frequências a seguir? Idade dos alunos da 7ª A – Escola Gama – 2007 Idade Frequência 13 14 15 16 3 2 4 1 Total 10 Fonte: SECRETARIA DA ESCOLA GAMA. A) 14,5; 15; 14,3 B) 14,5; 15; 14,5 C) 14,3; 14,5; 15 D) 14,3; 15; 14,5 17. (FGV-SP–2008) Sejam os números 7, 8, 3, 5, 9 e 5 seis números de uma lista de nove números inteiros. O maior valor POSSÍVEL para a mediana dos nove números da lista é A) 5 D) 8 B) 6 E) 9 C) 7 Estatística 80 Coleção Estudo SEÇÃO ENEM 01. (Enem–2009) Na tabela, são apresentados dados da cotação mensal do ovo extra branco vendido no atacado, em Brasília, em reais, por caixa de 30 dúzias de ovos, em alguns meses dos anos 2007 e 2008. Mês Cotação Ano Outubro R$ 83,00 2007 Novembro R$ 73,10 2007 Dezembro R$ 81,60 2007 Janeiro R$ 82,00 2008 Fevereiro R$ 85,30 2008 Março R$ 84,00 2008 Abril R$ 84,60 2008 De acordo com esses dados, o valor da mediana das cotações mensais do ovo extra branco nesse período era igual a A) R$ 73,10. B) R$ 81,50. C) R$ 82,00. D) R$ 83,00. E) R$ 85,30. 02. (Enem–2009) Suponha que a etapa final de uma gincana escolar consista em um desafio de conhecimentos. Cada equipe escolheria 10 alunos para realizar uma prova objetiva, e a pontuação da equipe seria dada pela mediana das notas obtidas pelos alunos. As provas valiam, no máximo, 10 pontos cada. Ao final, a vencedora foi a equipe Ômega, com 7,8 pontos, seguida pela equipe Delta, com 7,6 pontos. Um dos alunos da equipe Gama, a qual ficou na terceira e última colocação, não pôde comparecer, tendo recebido nota zero na prova. As notas obtidas pelos 10 alunos da equipe Gama foram 10; 6,5; 8; 10; 7; 6,5; 7; 8; 6; 0. Se o aluno da equipe Gama que faltou tivesse comparecido, essa equipe A) teria a pontuação igual a 6,5, se ele obtivesse nota 0. B) seria a vencedora, se ele obtivesse nota 10. C) seria a segunda colocada, se ele obtivesse nota 8. D) permaneceria na terceira posição, independentemente da nota obtida pelo aluno. E) empataria com a equipe Ômega na primeira colocação, se o aluno obtivesse nota 9. 03. (Enem–2009) A tabela mostra alguns dados da emissão de dióxido de carbono de uma fábrica em função do número de toneladas produzidas. Produção (em toneladas) Emissão de dióxido de carbono (em partes por milhão – p.p.m.) 1,1 2,14 1,2 2,30 1,3 2,46 1,4 2,64 1,5 2,83 1,6 3,03 1,7 3,25 1,8 3,48 1,9 3,73 2,0 4,00 Cadernos do Gestar II. Matemática TP3. Disponível em: <www.mec.gov.br>. Acesso em: 14 jul. 2009. Os dados na tabela indicam que a taxa média de variação entre a emissão de dióxido de carbono (em p.p.m.) e a produção (em toneladas) é A) inferior a 0,18. B) superior a 0,18 e inferior a 0,50. C) superior a 0,50 e inferior a 1,50. D) superior a 1,50 e inferior a 2,80. E) superior a 2,80. 04. (Enem–2010) O gráfico apresenta a quantidade de gols marcados pelos artilheiros das Copas do Mundo desde a Copa de 1930 até a de 2006. Quantidades de gols dos artilheiros das Copas do Mundo Gols 14 12 10 8 6 4 2 0 Ano 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 Disponível em: <http://www.suapesquisa.com>. Acesso em: 23 abr. 2010 (Adaptação). A partir dos dados apresentados, qual a mediana das quantidades de gols marcados pelos artilheiros das Copas do Mundo? A) 6 gols D) 7,3 gols B) 6,5 gols E) 8,5 gols C) 7 gols Frente E Módulo 16 M A TE M Á TI C A 81Editora Bernoulli 05. (Enem–2010) Marco e Paulo foram classificados em um concurso. Para a classificação no concurso, o candidato deveria obter média aritmética na pontuação igual ou superior a 14. Em caso de empate na média, o desempate seria em favor da pontuação mais regular. No quadro a seguir são apresentados os pontos obtidos nas provas de Matemática, Português e Conhecimentos Gerais, a média, a mediana e o desvio padrão dos dois candidatos. Dados dos candidatos no concurso Matemática Português Conhecimentos gerais Média Mediana Desvio padrão Marco 14 15 16 15 15 0,32 Paulo 8 19 18 15 18 4,97 O candidato com pontuação mais regular, portanto mais bem classificado no concurso, é A) Marco, pois a média e a mediana são iguais. B) Marco, pois obteve menor desvio padrão. C) Paulo, pois obteve a maior pontuação da tabela, 19 em Português. D) Paulo, pois obteve maior mediana. E) Paulo, pois obteve maior desvio padrão. 06. (Enem–2010) O quadro seguinte mostra o desempenho de um time de futebol no último campeonato. A coluna da esquerda mostrao número de gols marcados e a coluna da direita informa em quantos jogos o time marcou aquele número de gols. Gols marcados Quantidade de partidas 0 5 1 3 2 4 3 3 4 2 5 2 7 1 Se X, Y e Z são, respectivamente, a média, a mediana e a moda desta distribuição, então A) X = Y < Z B) Z < X = Y C) Y < Z < X D) Z < X < Y E) Z < Y < X 07. (Enem–2010) Em uma corrida de regularidade, a equipe campeã é aquela em que o tempo dos participantes mais se aproxima do tempo fornecido pelos organizadores em cada etapa. Um campeonato foi organizado em 5 etapas, e o tempo médio de prova indicado pelos organizadores foi de 45 minutos por prova. No quadro, estão representados os dados estatísticos das cinco equipes mais bem classificadas. Dados estatísticos das equipes mais bem classificadas (em minutos) Equipes Média Moda Desvio padrão Equipe I 45 40 5 Equipe II 45 41 4 Equipe III 45 44 1 Equipe IV 45 44 3 Equipe V 45 47 2 Utilizando os dados estatísticos do quadro, a campeã foi a equipe A) I B) II C) III D) IV E) V 08. (Enem–2009) Depois de jogar um dado em forma de cubo e de faces numeradas de 1 a 6, por 10 vezes consecutivas, e anotar o número obtido em cada jogada, construiu-se a seguinte tabela de distribuição de frequências. Número obtido Frequência 1 4 2 1 4 2 5 2 6 1 A média, mediana e moda dessa distribuição de frequências são, respectivamente, A) 3, 2 e 1 B) 3, 3 e 1 C) 3, 4 e 2 D) 5, 4 e 2 E) 6, 2 e 4 Estatística 82 Coleção Estudo 09. (Enem–2009) Cinco equipes A, B, C, D e E disputaram uma prova de gincana na qual as pontuações recebidas podiam ser 0, 1, 2 ou 3. A média das cinco equipes foi de 2 pontos. As notas das equipes foram colocadas no gráfico a seguir; entretanto, esqueceram de representar as notas da equipe D e da equipe E. 0 A B C D ? ? E 1 2 3 Pontuação da gincana Mesmo sem aparecer as notas das equipes D e E, pode-se concluir que os valores da moda e da mediana são, respectivamente, A) 1,5 e 2,0 B) 2,0 e 1,5 C) 2,0 e 2,0 D) 2,0 e 3,0 E) 3,0 e 2,0 06. A 07. D 08. D 09. B 10. D 11. D 12. A) Média: R$ 2 000,00 Mediana: R$ 1 500,00 B) A variância ficará menor. 13. D 14. A) Idade f fr(%) 19 5 20 20 7 28 21 8 32 22 3 12 23 2 8 Total 25 100 B) Entre 1 050 e 1 190 leitoras com 21 anos leram a matéria. 15. A 16. D 17. D Seção Enem 01. D 02. D 03. D 04. B 05. B 06. E 07. C 08. B 09. C GABARITO Fixação 01 E 02. D 03. C 04. E 05. D Propostos 01. D 02. E 03. D 04. D 05. E Frente E Módulo 16 Volume 05 MATEMÁTICA 2 Coleção Estudo Su m ár io - M at em át ic a Frente A 09 3 Combinações I Autor: Luiz Paulo 10 7 Combinações II Autor: Luiz Paulo Frente B 09 11 Cilindros Autor: Paulo Vinícius Ribeiro 10 19 Cones Autor: Paulo Vinícius Ribeiro Frente C 09 27 Função exponencial Autor: Luiz Paulo 10 33 Equações e inequações exponenciais Autor: Luiz Paulo Frente D 09 37 Áreas de polígonos Autor: Paulo Vinícius Ribeiro 10 45 Áreas de círculo e suas partes Autor: Paulo Vinícius Ribeiro Frente E 17 51 Polinômios I Autor: Luiz Paulo 18 55 Polinômios II Autor: Luiz Paulo 19 59 Equações polinomiais I Autor: Luiz Paulo 20 63 Equações polinomiais II Autor: Luiz Paulo FRENTE 3Editora Bernoulli MÓDULOMATEMÁTICA INTRODUÇÃO Nos estudos anteriores, vimos os agrupamentos que diferem entre si pela ordem ou pela natureza dos seus elementos. Neste módulo, estudaremos agrupamentos que diferem entre si somente pela natureza dos seus elementos. Tais agrupamentos são conhecidos como combinações simples. Como exemplo, consideremos o seguinte problema: De quantos modos podemos formar uma comissão de 3 pessoas a partir de um grupo de 6 pessoas? Seja {Antônio, Pedro, João, Thiago, Nelson, Patrícia} o grupo de 6 pessoas. Nota-se que as comissões {Antônio, Pedro, João} e {João, Antônio, Pedro} são idênticas, pois a mudança de ordem dos nomes não determina uma nova comissão. Já as comissões {João, Thiago, Patrícia} e {Nelson, Patrícia, Antônio} são diferentes, pois seus integrantes são diferentes. Cada uma das comissões de três elementos gera 3! sequências, obtidas pela mudança da ordem dos seus elementos (permutações simples). Porém, como vimos anteriormente, cada uma dessas sequências se refere à mesma comissão. Ao calcularmos o total de grupos, considerando que a ordem é importante, temos A6, 3 grupos. A seguir, “descontamos” as permutações dos três elementos, dividindo o resultado obtido por 3!. As comissões obtidas são chamadas combinações simples, e são representadas por C6, 3. Assim, temos C6, 3 = A 6 3 3 , ! = 20 comissões. COMBINAÇÕES SIMPLES Definição Considere um conjunto com n elementos. Chamamos de combinações simples de n elementos, tomados p a p, os agrupamentos com p elementos de um conjunto A nos quais a ordem dos elementos não é importante. Os agrupamentos diferem entre si somente pela natureza dos seus elementos. Assim, temos: Cn, p = A p n n p p n p, ! ! ( )!. ! = − ⇒ Cn, p = n n p p ! ( )!. !− , n ≥ p OBSERVAÇÃO As combinações simples de n elementos tomados p a p, em que n ≥ p, podem ser representadas também nas formas Cn p ou n p . Exemplos 1º) De quantos modos é possível formar uma comissão de 4 alunos a partir de um grupo de 7 alunos? Resolução: Trata-se de um problema de combinações simples de 7 elementos, tomados 4 a 4. Temos, portanto: C7, 4 = 7 7 4 4 7 3 4 ! ( )!. ! ! !. !− = = 35 modos 2º) Quantos triângulos podem ser construídos a partir dos vértices de um hexágono convexo? Resolução: Sejam A, B, C, D, E e F os vértices do hexágono. Observe que os triângulos ABC e CBA são idênticos, ou seja, a ordem dos vértices não é importante. Trata-se, portanto, de um problema de combinações simples. Assim, temos: C6, 3 = 6 3 3 ! !. ! = 20 triângulos 3º) Uma escola possui 7 professores de Matemática, 5 professores de Português e 4 professores de Geografia. De quantos modos é possível formar uma comissão de 5 professores contendo 2 professores de Matemática, 2 professores de Português e 1 professor de Geografia? Resolução: Devemos escolher 2 entre 7 professores de Matemática (C7, 2), 2 entre 5 professores de Português (C5, 2) e 1 entre 4 professores de Geografia (C4, 1). Portanto, pelo Princípio Fundamental da Contagem, temos: C7, 2.C5, 2.C4, 1 = 21.10.4 = 840 modos Combinações I 09 A 4 Coleção Estudo 4º) No início de uma festa, foram trocados 66 apertos de mão. Sabendo que cada pessoa cumprimentou uma única vez todas as outras, quantas pessoas havia na festa? Resolução: Seja n o número de pessoas na festa. Cada aperto de mão equivale a um grupo de 2 pessoas. Portanto, o total de apertos de mão é igual ao total de grupos de 2 pessoas obtidos a partir das n pessoas da festa, ou seja, Cn, 2. Cn, 2 = 66 ⇒ n n ! ( )!. !− 2 2 = 66 ⇒ n n n n .( ).( )! ( )! − − − 1 2 2 = 132 ⇒ n2 – n – 132 = 0 Resolvendo a equação anterior, temos n = –11 (não convém) e n = 12 (convém). Portanto, havia 12 pessoas na festa. EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO 01. (UFMG–2006) A partir de um grupo de oito pessoas, quer-se formar uma comissão constituída de quatro integrantes. Nesse grupo, incluem-se Gustavo e Danilo, que, sabe-se, não se relacionam um com o outro. Portanto, para evitar problemas, decidiu-se que esses dois, juntos, não deveriam participar da comissão a ser formada. Nessas condições, de quantas maneiras distintas pode-se formar essa comissão? A) 70 C) 45 B) 35 D) 55 02. (UFSCar-SP) A câmara municipal de um determinado município tem exatamente 20 vereadores, sendo que 12 deles apoiam o prefeito, e os outros são contra. O número de maneiras diferentes de se formar uma comissão contendo exatamente 4 vereadores situacionistas e 3 oposicionistas é A) 27720 D) 495 B) 13 860 E) 56 C) 551 03. (UFJF-MG–2009) De quantas maneiras podemos escolher 3 números naturais distintos entre os inteiros de 1 a 20, de modo que a soma dos números escolhidos seja ímpar? A) 100 D) 720 B) 360 E) 1 140 C) 570 04. (UFJF-MG) Uma liga esportiva elaborou um campeonato de futebol que será disputado em dois turnos. Em cada turno, cada clube jogará exatamente uma partida contra cada um dos outros participantes. Sabendo que o total de partidas será de 306, o número de clubes que participarão do campeonato é igual a A) 34 D) 12 B) 18 E) 9 C) 17 05. (FUVEST-SP) Uma ONG decidiu preparar sacolas, contendo 4 itens distintos cada um, para distribuir entre a população carente. Esses 4 itens devem ser escolhidos entre 8 tipos de produtos de limpeza e 5 tipos de alimentos não perecíveis. Em cada sacola, deve haver pelo menos um item que seja alimento não perecível e pelo menos um item que seja produto de limpeza. Quantos tipos de sacolas distintas podem ser feitos? A) 360 B) 420 C) 540 D) 600 E) 640 EXERCÍCIOS PROPOSTOS 01. (UFPE–2007) Admita que, em um exame com 10 questões, um estudante tem de escolher 8 questões para serem respondidas. Quantas escolhas o estudante fará, se ele deve responder à primeira ou à segunda questão, mas não a ambas? A) 15 B) 16 C) 17 D) 18 E) 19 02. (UFV-MG) Na primeira fase de um campeonato de futebol, os times participantes são divididos em 8 grupos de n times. Se, em cada grupo, todos os times se enfrentam uma única vez, então o número de jogos realizados nessa fase é A) n(n – 1) C) 8n E) 4n B) 8n(n – 1) D) 4n(n – 1) 03. (PUC RS) O número de jogos de um campeonato de futebol disputado por n clubes (n ≥ 2), no qual todos se enfrentam uma única vez, é A) n n2 2 − D) n2 B) n2 2 E) n! C) n2 – n Frente A Módulo 09 M A TE M Á TI C A 5Editora Bernoulli 04. (UFC) O número MÁXIMO de pontos de interseção entre 10 circunferências distintas é A) 100 B) 90 C) 45 D) 32 E) 20 05. (FUVEST-SP) Participam de um torneio de voleibol 20 times distribuídos em 4 chaves, de 5 times cada uma. Na 1ª fase do torneio, os times jogam entre si uma única vez (um único turno), todos contra todos em cada chave, sendo que os 2 melhores de cada chave passam para a 2ª fase. Na 2ª fase, os jogos são eliminatórios; depois de cada partida, apenas o vencedor permanece no torneio. Logo, o número de jogos necessários até que se apure o campeão do torneio é A) 39 B) 41 C) 43 D) 45 E) 47 06. (Mackenzie-SP) Uma padaria faz sanduíches, segundo a escolha do cliente, oferecendo 3 tipos diferentes de pães e 10 tipos diferentes de recheios. Se o cliente pode escolher o tipo de pão e 1, 2 ou 3 recheios diferentes, o número de possibilidades de compor o sanduíche é A) 525 B) 630 C) 735 D) 375 E) 450 07. (UFRJ) Um campeonato de futebol foi disputado por 10 equipes em um único turno, de modo que cada time enfrentou cada um dos outros apenas uma vez. O vencedor de uma partida ganha 3 pontos, e o perdedor não ganha ponto algum; em caso de empate, cada equipe ganha 1 ponto. Ao final do campeonato, tivemos a seguinte pontuação: Equipe 1 20 pontos Equipe 6 17 pontos Equipe 2 10 pontos Equipe 7 9 pontos Equipe 3 14 pontos Equipe 8 13 pontos Equipe 4 9 pontos Equipe 9 4 pontos Equipe 5 12 pontos Equipe 10 10 pontos DETERMINE quantos jogos desse campeonato terminaram empatados. 08. (UFU-MG) Considere A, B, C, D, E, F e G pontos num mesmo plano, tais que, entre esses pontos, não existam três que sejam colineares. Quantos triângulos podem ser formados com vértices dados por esses pontos, de modo que não existam triângulos de lado AB, nem de lado BC? A) 34 B) 35 C) 26 D) 25 09. (PUC Minas) Sobre a reta r, tomam-se três pontos; sobre a reta s, paralela a r, tomam-se cinco pontos. Nessas condições, o número de triângulos distintos e com vértices nesses pontos é A) 45 B) 46 C) 47 D) 48 10. (UFOP-MG) De quantas maneiras podemos distribuir 10 alunos em 2 salas de aula com 7 e 3 lugares, respectivamente? A) 120 B) 240 C) 14 400 D) 86 400 E) 3 608 800 11. (UFJF-MG) Um programa de TV organizou um concurso e, na sua fase final, promoveu o confronto entre os finalistas, de modo que cada um deles se confrontava com cada um dos outros uma única vez. Se foram gravados 28 confrontos, é CORRETO afirmar que o número de finalistas foi A) 2 B) 4 C) 7 D) 8 E) 14 12. (UEL-PR) São dados n pontos, dois a dois distintos entre si, 4 dos quais pertencem a uma reta r, e os demais encontram-se sobre uma reta paralela a r. Se podem ser construídos 126 quadriláteros com vértices nesses pontos, então n é um número A) quadrado perfeito. B) primo. C) múltiplo de 7. D) menor que 10. E) maior que 15. Combinações I 6 Coleção Estudo 13. (VUNESP) Considere os algarismos 2, 3, 5, 7, 11. A quantidade total de números distintos que se obtêm multiplicando-se dois ou mais desses algarismos, sem repetição, é A) 120 B) 52 C) 36 D) 26 E) 21 14. (ITA-SP) Um general possui n soldados para tomar uma posição inimiga. Desejando efetuar um ataque com dois grupos, um frontal com r soldados e outro da retaguarda com s soldados (r + s = n), ele poderá dispor seus homens de A) n r s ! ( )!+ maneiras distintas neste ataque. B) n r s ! !. ! maneiras distintas neste ataque. C) n r s ! ( . )! maneiras distintas neste ataque. D) 2( !) ( )! n r s+ maneiras distintas neste ataque. E) 2( !) !. ! n r s maneiras distintas neste ataque. 15. (UFU-MG) Um sério problema enfrentado pelas autoridades de saúde é diagnosticar a chamada pneumonia asiática. Atualmente, são conhecidos 7 sintomas dessa doença. Se, em um paciente, forem detectados 5 ou mais desses possíveis sintomas, a doença é diagnosticada. Diante disso, pode-se afirmar que o número total de combinações distintas dos sintomas possíveis para que o diagnóstico da pneumonia asiática seja efetivo é igual a A) 21 C) 147 B) 29 D) 210 16. (UFU-MG) Dez equipes disputaram um campeonato de futebol, sendo que cada equipe disputou exatamente duas partidas contra cada uma das demais equipes. De acordo com o regulamento do campeonato, em cada partida foram atribuídos três pontos ganhos para a equipe vencedora, nenhum ponto ganho para a equipe derrotada e, em caso de empate, um ponto ganho para cada uma das duas equipes. Sabendo-se que, ao final do campeonato, foi atribuído um total de 231 pontos ganhos às equipes, DETERMINE quantas partidas terminaram em vitória e quantas terminaram empatadas. SEÇÃO ENEM 01. (Enem–2009) Doze times se inscreveram em um torneio de futebol amador. O jogo de abertura do torneio foi escolhido da seguinte forma: primeiro foram sorteados 4 times para compor o Grupo A. Em seguida, entre os times do Grupo A, foram sorteados 2 times para realizar o jogo de abertura do torneio, sendo que o primeiro deles jogaria em seu próprio campo, e o segundo seria o time visitante. A quantidade total de escolhas possíveis para o Grupo A e a quantidade total de escolhas dos times do jogo de abertura podem ser calculadas através de A) uma combinação e um arranjo, respectivamente. B) um arranjo e uma combinação, respectivamente. C) um arranjo e uma permutação, respectivamente. D) duas combinações. E) dois arranjos. 02. Ao visitar uma cidade histórica, Adelson resolveu levar presentes para a sua família. Em um dos lados de uma rua, há 6 lojas de artesanato e, do outro, 4 lojas de roupas. Sabe-se que cada loja é especializada em um tipo de produto, não havendo a possibilidade de um mesmo item ser encontrado em mais de uma loja. Adelson deseja comprar 3 presentes, sendo apenas 1 em cada loja. Quantos grupos diferentes de presentes podem ser formados por Adelson, de modo que ele compre pelo menos um objetode artesanato e pelo menos uma peça de roupa? A) 24 B) 48 C) 72 D) 96 E) 108 GABARITO Fixação 01. D 02. A 03. C 04. B 05. E Propostos 01. B 09. A 02. D 10. A 03. A 11. D 04. B 12. B 05. E 13. D 06. A 14. B 07. 17 15. B 08. C 16. 51 vitórias e 39 empates Seção Enem 01. A 02. D Frente A Módulo 09 FRENTE 7Editora Bernoulli MÓDULOMATEMÁTICA EXERCÍCIOS RESOLVIDOS 01. (CEFET-MG–2006) Num plano, existem vinte pontos dos quais três nunca são colineares, exceto seis, que estão sobre uma mesma reta. O número de retas determinadas pelos vinte pontos é A) 150 B) 176 C) 185 D) 205 E) 212 Resolução: Inicialmente, consideremos o total de grupos de dois pontos formado a partir dos vinte pontos. Depois, verificamos que, desse total de grupos, devemos subtrair os grupos formados a partir dos 6 pontos colineares. Em seguida, acrescentamos a própria reta, que contém os seis pontos. Assim, temos: C20, 2 – C6, 2 + 1 = 20 18 2 6 4 2 1 ! !. ! ! !. ! − + = 176 retas 02. (UFV-MG–2008) Uma equipe de futebol de salão de cinco membros é formada escolhendo-se os jogadores de um grupo V, com 7 jogadores, e de um grupo W, com 6 jogadores. O número de equipes diferentes que é possível formar de modo que entre seus membros haja, no mínimo, um jogador do grupo W é A) 1 266 B) 1 356 C) 1 246 D) 1 376 Resolução: Do total de equipes que podem ser formadas com os 13 jogadores (7 de V e 6 de W), subtraímos as equipes formadas apenas com jogadores do grupo V. Com isso, garantimos a presença de pelo menos um jogador do grupo W. Assim, temos: C13, 5 – C7, 5 = 13 8 5 7 2 5 ! !. ! ! !. ! − = 1 266 03. (UFVJM-MG–2008) Considere a situação-problema em que, dos 12 funcionários de uma microempresa, 5 são mulheres, os trabalhos são realizados por comissões de três funcionários cada uma, e em nenhuma delas os 3 componentes são do mesmo sexo. Com base nessas informações, é correto afirmar que o número de maneiras de se compor essas comissões, com tais características, é igual a A) 125 B) 155 C) 175 D) 165 Resolução: Do total de comissões possíveis, subtraímos as comissões formadas apenas por homens e apenas por mulheres. Assim, temos: C12, 3 – C5, 3 – C7, 3 = 12 9 3 5 2 3 7 4 3 ! !. ! ! !. ! ! !. ! − − = 175 04. (UFMG) Uma urna contém 12 bolas: 5 pretas, 4 brancas e 3 vermelhas. O número de maneiras possíveis de se retirar simultaneamente dessa urna um grupo de 6 bolas que contém pelo menos uma de cada cor é A) 84 B) 252 C) 805 D) 924 Resolução: Do total de grupos possíveis, retiramos os grupos formados apenas por duas cores, já que não é possível formar grupos com bolas de uma só cor. Portanto, temos: Total de grupos: C12, 6 = 12 6 6 ! !. ! = 924 Apenas bolas pretas e brancas: C9, 6 = 9 3 6 ! !. ! = 84 Apenas bolas pretas e vermelhas: C8, 6 = 8 2 6 ! !. ! = 28 Apenas bolas brancas e vermelhas: C7, 6 = 7 1 6 ! !. ! = 7 Logo, o número de grupos é 924 – 84 – 28 – 7 = 805. Combinações II 10 A 8 Coleção Estudo 05. (CEFET-MG–2007) Em um bar, vende-se três tipos de cervejas: S, B e K. O número de maneiras diferentes que uma pessoa pode comprar quatro garrafas dessas cervejas é A) 6 B) 8 C) 10 D) 12 E) 15 Resolução: Devemos determinar o número de maneiras de se distribuir 4 objetos idênticos (as cervejas) entre as três marcas S, B ou K. Adotaremos a seguinte ideia: I. Inicialmente, escrevemos o 4 como uma sequência de quatro dígitos “1”: 1 1 1 1 = 4 II. Consideramos dois “separadores”, representados por barras (“|”), a fim de dividir a sequência em três partes. Por exemplo: “1 | 1 1 | 1” indica uma cerveja S, duas B e uma K. “1 1 | 1 1 |” indica duas cervejas S, duas B e zero K. Portanto, há 6 caracteres considerados, a saber, quatro dígitos “1” e as duas barras. O número de maneiras de distribuir as cervejas é igual ao número de modos de posicionarmos os dois separadores nas 6 posições possíveis, ou seja: C6, 2 = 6 4 2 ! !. ! = 15 maneiras EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO 01. (Mackenzie-SP) Num grupo de 10 pessoas temos somente 2 homens. O número de comissões de 5 pessoas que podemos formar com 1 homem e 4 mulheres é A) 70 D) 210 B) 84 E) 252 C) 140 02. (UFES) Uma cidade atravessada por um rio tem 8 bairros situados em uma das margens do rio e 5 bairros situados na outra margem. O número de POSSÍVEIS escolhas de 1 bairro qualquer situado em qualquer uma das margens do rio e 3 bairros quaisquer situados na outra margem é A) 280 D) 1 680 B) 360 E) 2 160 C) 480 03. (UFV-MG) Um farmacêutico dispõe de 4 tipos de vitaminas e 3 tipos de sais minerais e deseja combinar 3 desses nutrientes para obter um composto químico. O número de compostos que poderão ser preparados usando-se, no máximo, 2 tipos de sais minerais é A) 32 D) 26 B) 28 E) 30 C) 34 04. (FUVEST-SP–2006) Em uma certa comunidade, dois homens sempre se cumprimentam (na chegada) com um aperto de mão e se despedem (na saída) com outro aperto de mão. Um homem e uma mulher se cumprimentam com um aperto de mão, mas se despedem com um aceno. Duas mulheres só trocam acenos, tanto para se cumprimentarem quanto para se despedirem. Em uma comemoração, na qual 37 pessoas almoçaram juntas, todos se cumprimentaram e se despediram na forma descrita anteriormente. Quantos dos presentes eram mulheres, sabendo que foram trocados 720 apertos de mão? A) 16 B) 17 C) 18 D) 19 E) 20 05. (FJP-MG–2008) O destacamento policial de uma pequena cidade é composto de um tenente (comandante), três sargentos, três cabos e doze soldados. O comandante precisa organizar uma patrulha composta de um sargento, um cabo e quatro soldados, escolhidos por sorteio. Os sargentos chamam-se Antônio, Pedro e João. O número de patrulhas diferentes que poderão ser organizadas sem a participação do sargento João é A) 1 485 C) 2 970 B) 1 890 D) 3 455 EXERCÍCIOS PROPOSTOS 01. (FUVEST-SP–2007) Em uma classe de 9 alunos, todos se dão bem, com exceção de Andreia, que vive brigando com Manoel e Alberto. Nessa classe, será constituída uma comissão de cinco alunos, com a exigência de que cada membro se relacione bem com todos os outros. Quantas comissões podem ser formadas? A) 71 B) 75 C) 80 D) 83 E) 87 02. (UFMG) O jogo de dominó possui 28 peças distintas. Quatro jogadores repartem entre si essas 28 peças, ficando cada um com 7 peças. De quantas maneiras distintas se pode fazer tal distribuição? A) 28 7 4 ! !. ! B) 28 4 24 ! !. ! C) 28 7 4 ! ( !) D) 28 7 21 ! !. ! 03. (UFMG) A partir de um grupo de 14 pessoas, quer-se formar uma comissão de oito integrantes, composta de um presidente, um vice-presidente, um secretário, um tesoureiro e quatro conselheiros. Nessa situação, de quantas maneiras distintas se pode compor essa comissão? A) 14 4 6 ! !. ! B) 14 4 2 ! ( !) C) 14 6 8 ! !. ! D) 14 6 10 ! !. ! 04. (Mackenzie-SP) A partir de um grupo de 10 pessoas, devemos formar k comissões de pelo menos dois membros, sendo que em todas deve aparecer uma determinada pessoa A do grupo. Então, k vale A) 1 024 C) 216 E) 1 023 B) 512 D) 511 Frente A Módulo 10 M A TE M Á TI C A 9Editora Bernoulli 05. (UNIRIO-RJ) Um grupo de 9 pessoas, entre elas os irmãos João e Pedro, foi acampar. Na hora de dormir montaram 3 barracas diferentes, sendo que, na primeira, dormiram duas pessoas; na segunda, três pessoas; e, na terceira, as quatro restantes. De quantos modos diferentes eles podem se organizar, sabendo que a única restrição é a de que os irmãos João e Pedro não podem dormir na mesma barraca? A) 1 260 C) 1 155 E) 910 B) 1 225 D) 1 050 06. (UEL-PR–2006) Na formação de uma Comissão Parlamentar de Inquérito (CPI), cada partido indica um certo número de membros, de acordo com o tamanho de sua representação no Congresso Nacional. Faltamapenas dois partidos para indicar seus membros. O partido A tem 40 deputados e deve indicar 3 membros, enquanto o partido B tem 15 deputados e deve indicar 1 membro. Assinale a alternativa que apresenta o número de possibilidades diferentes para a composição dos membros desses dois partidos nessa CPI. A) 55 D) 40.39.38.15 B) (40 – 3).(15 – 1) E) 40!.37!.15! C) 40 37 3 15 ! !. ! . 07. (FGV-SP–2008) O número de segmentos de reta que têm ambas as extremidades localizadas nos vértices de um cubo dado é A) 12 B) 15 C) 18 D) 24 E) 28 08. (UFMG) Em uma viagem aérea, um passageiro tem, em sua bagagem, 20 livros diferentes, entre os quais um escrito em alemão e um dicionário de alemão. Desses livros, dez pesam 200 g cada um, seis pesam 400 g cada um e quatro, 500 g cada um. No entanto, ele só pode levar 2 kg de livros. Sabendo-se que pretende levar o livro em alemão e o dicionário, que pesam, respectivamente, 200 g e 500 g, de quantas maneiras distintas poderá obter esses 2 kg? 09. (FGV-SP–2007) Três números inteiros distintos de –20 a 20 foram escolhidos de forma que seu produto seja um número negativo. O número de maneiras diferentes de se fazer essa escolha é A) 4 940 C) 3 820 E) 3 280 B) 4 250 D) 3 640 10. (UERJ) Para montar um sanduíche, os clientes de uma lanchonete podem escolher: I) Um entre os tipos de pão: calabresa, orégano e queijo. II) Um entre os tamanhos: pequeno e grande. III) De um até cinco entre os tipos de recheio: sardinha, atum, queijo, presunto e salame, sem possibilidade de repetição de recheio num mesmo sanduíche. CALCULE: A) Quantos sanduíches distintos podem ser montados. B) O número de sanduíches distintos que um cliente pode montar, se ele não gosta de orégano, só come sanduíches pequenos e deseja dois recheios em cada sanduíche. 11. (ITA-SP–2007) Dentre 4 moças e 5 rapazes deve-se formar uma comissão de 5 pessoas com, pelo menos, 1 moça e 1 rapaz. De quantas formas distintas tal comissão poderá ser formada? 12. (UECE–2008) O conjunto {1 995, 1 996, 1 997, ..., 2 008} possui, exatamente, X subconjuntos com, no mínimo, 4 elementos. Assinale a alternativa na qual se encontra o valor de X. A) 210 C) 20 020 B) 24(210 – 1) D) 15 914 13. (Unifor-CE–2008) Três amigos irão ao teatro e seus ingressos permitem que escolham três poltronas, entre cinco pré-determinadas de uma mesma fila, para sentar-se. Nessas condições, de quantas maneiras distintas eles poderão se acomodar para assistir ao espetáculo? A) 10 B) 12 C) 30 D) 45 E) 60 14. (UFC–2007) Escolhemos cinco números, sem repetição, entre os inteiros de 1 a 20. CALCULE quantas escolhas distintas podem ser feitas, sabendo que ao menos dois dos cinco números selecionados devem deixar um mesmo resto quando divididos por 5. 15. (UFMG) Um baralho é composto por 52 cartas divididas em quatro naipes distintos. Cada naipe é constituído por 13 cartas – 9 cartas numeradas de 2 a 10, mais Valete, Dama, Rei e Ás, representadas, respectivamente, pelas letras J, Q, K e A. Um par e uma trinca consistem, respectivamente, de duas e de três cartas de mesmo número ou letra. Um full hand é uma combinação de cinco cartas, formada por um par e uma trinca. Considerando essas informações, CALCULE: 1. De quantas maneiras distintas se pode formar um full hand com um par de reis e uma trinca de 2. 2. De quantas maneiras distintas se pode formar um full hand com um par de reis. 3. De quantas maneiras distintas se pode formar um full hand. 16. (Mackenzie-SP–2008) Na figura, o quadrado ABCD é formado por 9 quadrados congruentes. O total de triângulos distintos, que podem ser construídos, a partir dos 16 pontos, é A B D C A) 516 C) 526 E) 546 B) 520 D) 532 Combinações II 10 Coleção Estudo 17. (UFJF-MG–2006) Um cientista recebeu 5 cobaias para usar em seu estudo sobre uma nova vacina. Seus cálculos indicaram que o número de maneiras POSSÍVEIS de escolher pelo menos 3 cobaias é A) 10 B) 16 C) 50 D) 120 E) 60 SEÇÃO ENEM 01. Comprovou-se, pela 15ª edição do Rally Internacional dos Sertões, realizada em agosto de 2007, que esta é uma das provas mais importantes do mundo em termos do número de inscritos e do grau de dificuldade do percurso. No mapa a seguir, estão o roteiro do rally, que teve largada em Goiânia (GO) e chegada em Salvador (BA), e os diversos postos de controle, que são os pontos destacados, com exceção dos locais de largada e chegada. MARANHÃO PIAUÍ Palmas - TO Alto Parnaíba - MA São Raimundo Nonato - PI Senhor do Bonfim - BA Aracajú - SEBarra - BA BAHIA SERGIPETOCANTINS GOIÁS Goiânia - GO Largada Start Salvador - BA Chegada Finish line LEGENDA Cross Country Lençóis - BA Minaçu - GO MARANHÃO PIAUÍ Palmas - TO Alto Parnaíba - MA São Raimundo Nonato - PI Senhor do Bonfim - BA Aracajú - SEBarra - BA BAHIA SERGIPETOCANTINS GOIÁS Goiânia - GO Largada Start Salvador - BA Chegada Finish line LEGENDA Cross Country Lençóis - BA Minaçu - GO Disponível em: <http://4.bp.blogspot.com/_nVcoxAcauyA/ RpD4w0YOQiI/AAAAAAAAALw/IIW5lcLv9F4/s400/mapa_ maior_2007.jpg>. Acesso em: 06 ago. 2010. Todos os participantes da prova devem passar pelos postos de controle, onde é registrado o tempo que gastaram e é fornecido o apoio logístico necessário. Para cada posto, é necessária uma equipe de 4 ajudantes. Deseja-se selecionar equipes para os postos de controle localizados no estado da Bahia. Sabendo-se que há um total de 14 candidatos, o total de maneiras de se fazer essa seleção é igual a A) C14, 4.C10, 4.C6, 4 B) 3.C14, 4 C) C C 14 4 10 4 2 , , . D) C14, 4 + C10, 4 + C6, 4 E) 2.C14, 4 02. Uma equipe de 5 cientistas deverá ser formada a partir de um grupo constituído por 7 biólogos, 8 físicos e 5 geólogos. Tal equipe deverá conter pelo menos um geólogo e pelo menos um físico. O total de maneiras distintas de se formar tal equipe é A) 15 504 B) 11 730 C) 10 564 D) 9 868 E) 8 543 GABARITO Fixação 01. C 02. B 03. C 04. B 05. C Propostos 01. A 02. C 03. A 04. D 05. E 06. C 07. E 08. 1 071 09. A 10. A) 186 B) 20 11. 125 12. D 13. E 14. 14 480 15. 1. C4, 2.C4, 3 = 24 2. C4, 2.C4, 3.C12, 1 = 288 3. C13, 1.C4, 2.C12, 1.C4, 3 = 3 744 16. A 17. B Seção Enem 01. A 02. B Frente A Módulo 10 FRENTE 11Editora Bernoulli MÓDULOMATEMÁTICA w w w .b lo g ed u ca ci o n al .c o m DEFINIÇÃO Considere dois círculos de mesmo raio, situados em dois planos paralelos, e a reta e, que passa pelos centros destes. Chama-se de cilindro circular a reunião dos segmentos paralelos à reta e que unem os dois círculos. r e O’ rO Podemos identificar em um cilindro circular os seguintes elementos: Bases: círculos congruentes situados em planos paralelos. Eixo: é a reta determinada pelos centros das bases. Geratrizes: são os segmentos, paralelos ao eixo, com extremidades nas circunferências das bases. Altura: distância h entre os planos das bases. O’ r h base geratriz eixo O r NOMENCLATURA Um cilindro circular pode ser oblíquo ou reto, de acordo com a posição relativa entre as geratrizes e os planos das bases. g O’ O Cilindro oblíquo h g=h O’ O Cilindro reto (geratrizes perpendiculares às bases) g=h O cilindro circular reto é também chamado cilindro de revolução, pois é gerado pela rotação de um retângulo em torno de um eixo que contém um dos seus lados. O’ O r eixo Secção meridiana é a interseção do cilindro com um plano que contém a reta OO’ determinada pelos centros das bases. A secção meridiana de um cilindro reto é um retângulo. O’ r secção meridianacilindro reto h 2r h O rr Cilindro equilátero é um cilindro cuja secção meridiana é um quadrado, ou seja, a geratriz e a altura têm medidas iguais ao dobro da medida do raio da base do cilindro. r O r g = h = 2r O’ Cilindros 09 B 12 Coleção Estudo ÁREA LATERAL Planificando a superfície lateral de um cilindro reto, obtemosum retângulo de dimensões 2pr e h. Logo, a superfície lateral de um cilindro circular reto é equivalente a um retângulo de dimensões 2pr (comprimento da circunferência da base) e h (altura do cilindro). 2πr h h r O Portanto, a área lateral do cilindro é: A = 2prh ÁREA TOTAL A área total de um cilindro é a soma da área lateral (A ) com as áreas das duas bases (AB = pr2); logo: A T = A + 2AB ⇒ A T = 2prh + 2pr2 ⇒ A T = 2pr(h + r) 2πr h r r superfície lateral VOLUME DO CILINDRO Consideremos um cilindro e um prisma, ambos de altura h e área da base AB. Suponhamos que os dois sólidos possuam bases num mesmo plano a, como mostrado na figura a seguir: β α h AB AB AB r AB Qualquer plano b paralelo a a que secciona o prisma também secciona o cilindro, determinando secções de mesma área AB. Podemos afirmar, então, que os dois sólidos têm volumes iguais. Vcilindro = Vprisma = AB.h O volume de um cilindro é o produto da área da base pela medida da altura. Como AB = pr2, temos: V = pr2h EXERCÍCIO RESOLVIDO 01. (UNESP) Considerar um cilindro circular reto de altura x cm e raio da base igual a y cm. Usando a aproximação p = 3, determinar x e y nos seguintes casos: A) O volume do cilindro é 243 cm3 e a altura é igual ao triplo do raio. B) A área da superfície lateral do cilindro é 450 cm2 e a altura tem 10 cm a mais que o raio. Resolução: A) yO x = 3y Como o volume do cilindro é 243 cm3, temos: V = AB.H ⇒ 243 = py2.3y ⇒ 243 = 9.y3 ⇒ y3 = 27 ⇒ y = 3 cm Mas, x = 3y ⇒ x = 9 cm. Portanto, x = 9 cm e y = 3 cm. B) yO x = y + 10 Como a área lateral do cilindro é 450 cm2, temos: A = 2py.x ⇒ 450 = 6.y.(y + 10) ⇒ 75= y2 + 10y ⇒ y2 + 10y – 75 = 0 ⇒ y = 5, pois y > 0 Logo, x = y + 10 ⇒ x = 15 cm. Frente B Módulo 09 M A TE M Á TI C A 13Editora Bernoulli EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO 01. (FUVEST-SP) Uma metalúrgica fabrica barris cilíndricos de dois tipos, A e B, cujas superfícies laterais são moldadas a partir de chapas metálicas retangulares de lados a e 2a, soldando lados opostos dessas chapas, conforme ilustrado a seguir: aa 2a a 2a 2a Barril do tipo A Barril do tipo B Se VA e VB indicam os volumes dos barris dos tipos A e B, respectivamente, tem-se A) VA = 2VB B) VB = 2VA C) VA = VB D) VA = 4VB E) VB = 4VA 02. (UFJF-MG) Aumentando-se o raio de um cilindro em 4 cm e mantendo-se a sua altura, a área lateral do novo cilindro é igual à área total do cilindro original. Sabendo-se que a altura do cilindro original mede 1 cm, então o seu raio mede, em cm, A) 1 C) 4 B) 2 D) 6 03. (UNESP–2009) A base metálica de um dos tanques de armazenamento de látex de uma fábrica de preservativos cedeu, provocando um acidente ambiental. Nesse acidente, vazaram 12 mil litros de látex. Considerando a aproximação p = 3, e que 1 000 litros correspondem a 1 m3, se utilizássemos vasilhames na forma de um cilindro circular reto, com 0,4 m de raio e 1 m de altura, a quantidade de látex derramado daria para encher exatamente quantos vasilhames? A) 12 B) 20 C) 22 D) 25 E) 30 04. (UFSM-RS) Um suco de frutas é vendido em dois tipos de latas cilíndricas: uma lata L1 de altura h1 e raio r1 e uma lata L2 de altura h2 e raio r2 . A lata L1 é vendida por R$ 1,50 e a lata L2 é vendida por R$ 0,80. Assinale VERDADEIRA (V) ou FALSA (F) em cada uma das afirmações a seguir: ( ) Se h2 = 4h1 e r2 = 1 2 r1, é mais econômico comprar a lata L2. ( ) Se h2 = 2h1 e r2 = 1 2 r1, é mais econômico comprar a lata L1. ( ) Se h2 = 3 2 h1 e r2 = 2 3 r1, é mais econômico comprar a lata L1. A sequência CORRETA é A) V V F. D) V V V. B) F V F. E) F F V. C) V F V. 05. (UFMG) Num cilindro de 5 cm de altura, a área da base é igual à área de uma seção por um plano que contém o eixo do cilindro, tal como a seção ABCD na figura a seguir: A B C D eixo O volume desse cilindro é de A) 250 π cm3. B) 500 π cm3. C) 625 π cm3. D) 125 π cm3. EXERCÍCIOS PROPOSTOS 01. (UFMG) Um aquário cilíndrico, com 30 cm de altura e área da base igual a 1 200 cm2, está com água até a metade de sua capacidade. Colocando-se pedras dentro desse aquário, de modo que fiquem totalmente submersas, o nível da água sobe para 16,5 cm. Então, o volume das pedras é A) 1 200 cm3. C) 1 500 cm3. B) 2 100 cm3. D) 1 800 cm3. Cilindros 14 Coleção Estudo 02. (UFOP-MG) Num cilindro circular reto, o raio da base e a altura medem 3 2 cm e ¹2 cm, respectivamente. Então, podemos afirmar que o valor de sua área lateral, em cm2, é A) p B) ¹6p C) 2p D) ¹2p E) 6 3 π 03. (UFRRJ) Carlos é um rapaz viciado em beber refrigerante diet. Um dia, voltando do trabalho, ele passou em frente a uma companhia de gás, em que viu um enorme reservatório cilíndrico de 3 metros de altura com uma base de 2 metros de diâmetro e pensou... “Em quanto tempo eu beberia aquele reservatório inteiro, se ele estivesse cheio de refrigerante diet?” Considerando p = 3,14 e sabendo-se que Carlos bebe 3 litros de refrigerante diet por dia, pode-se afirmar que ele consumiria todo o líquido do reservatório em um período de A) 86 dias. B) 86 meses. C) 86 anos. D) 8,6 anos. E) 860 meses. 04. (UNESP) Se quadruplicarmos o raio da base de um cilindro, mantendo a sua altura, o volume do cilindro fica multiplicado por A) 16 B) 12 C) 8 D) 4 E) 4p 05. (UFJF-MG) Uma certa marca de leite em pó era vendida em uma embalagem, completamente cheia, no formato de um cilindro circular reto de altura 12 cm e raio da base 5 cm, pelo preço de R$ 4,00. O fabricante alterou a embalagem, aumentando em 2 cm a altura e diminuindo em 1 cm o raio da base, mas manteve o preço por unidade. Então, na realidade, o preço do produto A) diminuiu. B) se manteve estável. C) aumentou entre 10% e 20%. D) aumentou entre 20% e 30%. E) aumentou entre 30% e 40%. 06. (UNESP) Um tanque subterrâneo, que tem a forma de um cilindro circular reto na posição vertical, está completamente cheio com 30 m3 de água e 42 m3 de petróleo. 12 m Petróleo Água Se a altura do tanque é 12 metros, a altura, em metros, da camada de petróleo é A) 2p C) 7 3 π E) 8 3 π B) 7 D) 8 07. (UFAL) Na figura a seguir têm-se duas vistas de um tanque para peixes, construído em uma praça pública. Suas paredes são duas superfícies cilíndricas com altura de 1,2 m e raios da base medindo 3 m e 4 m. Se, no momento, a água no interior do tanque está alcançando 3 4 de sua altura, quantos litros de água há no tanque? Use: π = 22 7 A) 1 980 C) 6 600 E) 66 000 B) 3 300 D) 19 800 08. (UFPE) Qual das propostas a seguir pode ser utilizada para duplicar o volume de um cilindro modificando seu raio da base e sua altura? A) Duplicar o raio e manter a altura. B) Aumentar a altura em 50% e manter o raio. C) Aumentar o raio em 50% e manter a altura. D) Duplicar o raio e reduzir a altura à metade. E) Duplicar a altura e reduzir o raio à metade. 09. (Fatec-SP) Um tanque para depósito de combustível tem a forma cilíndrica de dimensões: 10 m de altura e 12 m de diâmetro. Periodicamente é feita a conservação do mesmo, pintando-se sua superfície lateral externa. Sabe-se que com uma lata de tinta pintam-se 14 m2 da superfície. Nessas condições, é verdade que a MENOR quantidade de latas que será necessária para a pintura da superfície lateral do tanque é A) 14 B) 23 C) 27 D) 34 E) 54 Frente B Módulo 09 M A TE M Á TI C A 15Editora Bernoulli 10. (UFRN) Um fabr icante de doces ut i l iza duas embalagens, X e Y, para acondicionar seus produtos. A primeira X tem formato de um cubo com aresta de 9 cm, e a segunda Y tem formato de um cilindro reto, cujas medidas da altura e do diâmetro da base medem, cada uma, 10cm. Sendo assim, podemos afirmar que A) a área total da embalagem Y é 3 5 da área total da embalagem X. B) o volume da embalagem Y é 3 4 do volume da embalagem X. C) a área total da embalagem X é menor que a área total da embalagem Y. D) o volume da embalagem X é menor que o volume da embalagem Y. 11. (UERJ) Um recipiente cilíndrico de 60 cm de altura e base com 20 cm de raio está sobre uma superfície plana horizontal e contém água até a altura de 40 cm, conforme indicado na figura. 60 cm 40 cm 20 cm lmergindo-se totalmente um bloco cúbico no recipiente, o nível da água sobe 25%. Considerando p igual a 3, a medida, em cm, da aresta do cubo colocado na água é igual a A) 10¹2 C) 10¹12 B) 10³2 D) 10³12 12. (UFJF-MG) Um certo produtor rural fabrica queijos no formato de cilindro circular reto de 15 cm de raio da base e 5 cm de altura. Depois, esses queijos são cortados em 6 pedaços iguais, cujas bases têm o formato de setor circular (como ilustra a figura), e cada pedaço é embalado com papel alumínio. RESPONDA, justificando sua resposta, se uma folha retangular de papel alumínio, com 30 cm de largura por 15 cm de comprimento, possui papel suficiente para cobrir a superfície total de um desses pedaços de queijo. 13. (UFV-MG–2008) Um homem utiliza um balde cilíndrico, de 30 cm de diâmetro da base e 35 cm de altura, para pegar água numa fonte com o objetivo de encher um tanque de volume VT = 264 600p cm3. Cada vez que vai à fonte, ele enche 4 5 do balde de água e no caminho derrama 10% deste conteúdo. Estando o tanque inicialmente vazio, o número de viagens à fonte que o homem terá que trazer para que a água no tanque atinja 6 7 do volume VT é A) 40 B) 50 C) 30 D) 20 14. (UFV-MG) Deseja-se construir um recipiente fechado em forma de um cilindro circular reto com área lateral 144p m2 e a altura de 12 m. A) DETERMINE o volume do recipiente. B) Supondo que o metro quadrado do material a ser utilizado custa R$ 10,00, CALCULE o valor gasto na construção do recipiente. (Considere p = 3,14) 15. (UNESP) Considere uma lata cilíndrica de raio r e altura h completamente cheia de um determinado líquido. Esse líquido deve ser distribuído totalmente em copos também cilíndricos, cuja altura é um quarto da altura da lata e cujo raio é dois terços do raio da lata. DETERMINE A) os volumes da lata e do copo, em função de r e h. B) o número de copos necessários, considerando que os copos serão totalmente cheios com o líquido. 16. (UFPE) Na figura a seguir, os pontos A e B estão nos círculos das bases de um cilindro reto de raio da base 15 π e altura 12. Os pontos A e C pertencem a uma geratriz do cilindro e o arco BC mede 60 graus. Qual a MENOR distância entre A e B medida sobre a superfície do cilindro? 60º C A B A) 10 B) 11 C) 12 D) 13 E) 14 17. (Unicamp-SP) Um cilindro circular reto é cortado por um plano não paralelo à sua base, resultando no sólido ilustrado na figura a seguir. CALCULE o volume desse sólido em termos do raio da base r, da altura máxima AB = a e da altura mínima CD = b. JUSTIFIQUE seu raciocínio. A C b a D B r Cilindros 16 Coleção Estudo 18. (UNIFESP–2006) A figura indica algumas das dimensões de um bloco de concreto formado a partir de um cilindro circular oblíquo, com uma base no solo, e de um semicilindro. Dado que o raio da circunferência da base do cilindro oblíquo mede 10 cm, o volume do bloco de concreto, em cm3, é 1,0 m solo 1,2 m A) 11 000p B) 10 000p C) 5 500p D) 5 000p E) 1 100p 19. (UFOP-MG–2008) Um recipiente cilíndrico, com graduação, na altura, em centímetros, está cheio de água até a marca 30. Imerge-se nele uma pedra, elevando-se o nível da água para 40. O raio da base do recipiente mede 8 cm e a densidade da pedra é 2 kg/L (quilogramas por litro). Considerando p = 3,1, a massa da pedra, em quilogramas, está MAIS PRÓXIMA de A) 2 C) 6 B) 4 D) 8 SEÇÃO ENEM 01. (Enem–2009) Em uma padaria, há dois tipos de forma de bolo, formas 1 e 2, como mostra a figura a seguir: A2A1 1 β 2 Sejam L o lado da base da forma quadrada, r o raio da base da forma redonda, A1 e A2 as áreas das bases das formas 1 e 2, e V1 e V2 os seus volumes, respectivamente. Se as formas têm a mesma altura h, para que elas comportem a mesma quantidade de massa de bolo, qual é a relação entre r e L? A) L = r B) L = 2r C) L = pr D) L = r π E) L = πr 2 2 02. (Enem–2008) A figura a seguir mostra um reservatório de água na forma de um cilindro circular reto, com 6 m de altura. Quando está completamente cheio, o reservatório é suficiente para abastecer, por um dia, 900 casas cujo consumo médio diário é de 500 litros de água. 6 m Suponha que, um certo dia, após uma campanha de conscientização do uso da água, os moradores das 900 casas abastecidas por esse reservatório tenham feito economia de 10% no consumo de água. Nessa situação, A) a quantidade de água economizada foi de 4,5 m3. B) a altura do nível da água que sobrou no reservatório, no final do dia, foi igual a 60 cm. C) a quantidade de água economizada seria suficiente para abastecer, no máximo, 90 casas cujo consumo diário fosse de 450 litros. D) os moradores dessas casas economizariam mais de R$ 200,00, se o custo de 1 m3 de água para o consumidor fosse igual a R$ 2,50. E) um reservatório de mesma forma e altura, mas com raio da base 10% menor que o representado, teria água suficiente para abastecer todas as casas. 03. (Enem–2009) Em uma praça pública, há uma fonte que é formada por dois cilindros, um de raio r e altura h1 e o outro de raio R e altura h2. O cilindro do meio enche e, após transbordar, começa a encher o outro. r R Se R = r 2 e h h 2 1 3 = e, para encher o cilindro do meio, foram necessários 30 minutos, então, para se conseguir encher essa fonte e o segundo cilindro, de modo que fique completamente cheio, serão necessários A) 20 minutos. D) 50 minutos. B) 30 minutos. E) 60 minutos. C) 40 minutos. Frente B Módulo 09 M A TE M Á TI C A 17Editora Bernoulli 04. (Enem–2000) Uma empresa de transporte armazena seu combustível em um reservatório cilíndrico enterrado horizontalmente. Seu conteúdo é medido com uma vara graduada em vinte intervalos, de modo que a distância entre duas graduações consecutivas representa sempre o mesmo volume. A ilustração que melhor representa a distribuição das graduações na vara é: A) B) C) D) E) 05. (Enem–2006) Uma artesã confecciona dois diferentes tipos de vela ornamental a partir de moldes feitos com cartões de papel retangulares de 20 cm x 10 cm (conforme ilustram as figuras a seguir). Unindo dois lados opostos do cartão, de duas maneiras, a artesã forma cilindros e, em seguida, os preenche completamente com parafina. 10 cm 20 cm Tipo I 20 cm 10 cm Tipo II Supondo-se que o custo da vela seja diretamente proporcional ao volume de parafina empregado, o custo da vela do tipo I, em relação ao custo da vela do tipo II, será A) o triplo. D) a metade. B) o dobro. E) a terça parte. C) igual. 06. (Enem 2009) Um chefe de cozinha utiliza um instrumento cilíndrico afiado para retirar parte do miolo de uma laranja. Em seguida, ele fatia toda a laranja em secções perpendiculares ao corte feito pelo cilindro. Considere que o raio do cilindro e da laranja sejam iguais a 1 cm e a 3 cm, respectivamente. 3 cm A área da maior fatia possível é A) duas vezes a área da secção transversal do cilindro. B) três vezes a área da secção transversal do cilindro. C) quatro vezes a área da secção transversal do cilindro. D) seis vezes a área da secção transversal do cilindro. E) oito vezes a área da secção transversal do cilindro. 07. (Enem–2010) Dona Maria, diarista na casa da família Teixeira, precisa fazer café para servir as vinte pessoas que se encontram numa reunião na sala. Para fazer o café, Dona Maria dispõede uma leiteira cilíndrica e copinhos plásticos, também cilíndricos. 20 cm 4 cm 4 cm 8 cm Com o objetivo de não desperdiçar café, a diarista deseja colocar a quantidade miníma de água na leiteira para encher os vinte copinhos pela metade. Para que isso ocorra, Dona Maria deverá A) encher a leiteira até a metade, pois ela tem um volume 20 vezes maior que o volume do copo. B) encher a leiteira toda de água, pois ela tem um volume 20 vezes maior que o volume do copo. C) encher a leiteira toda de água, pois ela tem um volume 10 vezes maior que o volume do copo. D) encher duas leiteiras de água, pois ela tem um volume 10 vezes maior que o volume do copo. E) encher cinco leiteiras de água, pois ela tem um volume 10 vezes maior que o volume do copo. Cilindros 18 Coleção Estudo 08. (Enem–2010) Para construir uma manilha de esgoto, um cilindro com 2 m de diâmetro e 4 m de altura (de espessura desprezível) foi envolvido homogeneamente por uma camada de concreto, contendo 20 cm de espessura. Supondo que cada metro cúbico de concreto custe R$ 10,00 e tomando 3,1 como valor aproximado de p, então o preço dessa manilha é igual a A) R$ 230,40. B) R$ 124,00. C) R$ 104,16. D) R$ 54,56. E) R$ 49,60. 09. (Enem–2010) Uma empresa vende tanques de combustíveis de formato cilíndrico, em três tamanhos, com medidas indicadas nas figuras. O preço do tanque é diretamente proporcional à medida da área da superfície lateral do tanque. O dono de um posto de combustível deseja encomendar um tanque com menor custo por metro cúbico de capacidade de armazenamento. Qual dos tanques deverá ser escolhido pelo dono do posto? (Considere p ≅ 3) 4 m 4 m 6 m 8 m 8 m 6 m (I) (II) (III) A) I, pela relação área/capacidade de armazenamento de 1 3 . B) I, pela relação área/capacidade de armazenamento de 4 3 . C) II, pela relação área/capacidade de armazenamento de 3 4 . D) III, pela relação área/capacidade de armazenamento de 2 3 . E) III, pela relação área/capacidade de armazenamento de 7 12 . GABARITO Fixação 01. A 02. B 03. D 04. A 05. B Propostos 01. D 02. E 03. D 04. A 05. E 06. B 07. D 08. D 09. C 10. D 11. D 12. Não 13. A 14. A) 432p m3 B) R$ 6 782,40 15. A) V(lata) = pr2h V(copo) = πr h2 9 B) 9 copos 16. D 17. V = πr a b2 2 ( )+ 18. A 19. B Seção Enem 01. D 02. B 03. C 04. A 05. B 06. E 07. A 08. D 09. D Frente B Módulo 09 FRENTE 19Editora Bernoulli MÓDULOMATEMÁTICA S X C DEFINIÇÃO Considere um círculo de centro O e raio r situado num plano a e um ponto V fora de a. Chama-se cone circular a reunião dos segmentos de reta com uma extremidade em V e a outra no círculo. r α O V Podemos identificar em um cone circular os seguintes elementos: Base: o círculo de centro O e raio r. Vértice: o ponto V. Geratrizes: são os segmentos com uma extremidade em V e a outra na circunferência da base. Altura: distância entre o vértice do cone e o plano da base. Eixo: é a reta que contém o vértice e o centro da base. O raio da base base r V α geratriz eixo h NOMENCLATURA Se o eixo do cone é oblíquo ao plano da base, temos um cone circular oblíquo. eixo V O h Se o eixo do cone é perpendicular ao plano da base, temos um cone circular reto. eixo V O O cone circular reto é também chamado cone de revolução, pois é gerado pela rotação de um triângulo retângulo em torno de um eixo que contém um de seus catetos. h g O r eixo g2 = h2 + r2 Cones 10 B 20 Coleção Estudo Secção meridiana é a interseção do cone com um plano que contém o seu eixo. A secção meridiana de um cone circular reto ou cone de revolução é um triângulo isósceles. secção meridiana gggg h cone reto 2r rO V Cone equilátero é um cone cuja secção meridiana é um triângulo equilátero (g = 2r e h = r¹3). Or r g g g = 2r g = 2r 2r ÁREA LATERAL Planificando a superfície lateral de um cone reto, obtemos um setor circular de raio g (geratriz) e cujo arco correspondente mede 2pr. Logo, a superfície lateral de um cone reto de raio de base r e geratriz g é equivalente a um setor circular de raio g e comprimento do arco 2pr. g g 2πr θ r h A área lateral do cone reto pode, então, ser calculada por uma simples proporção: Comprimento Área do arco do setor 2pg ___________ pg2 2pr ___________ A g 2πrθ Daí, temos: A = 2 2 2π π π r g g . ⇒ A = p r g Para determinarmos o ângulo θ, fazemos uma outra proporção: Comprimento Ângulo do arco 2pg ___________ 2p rad ou 360º 2pr ___________ θ Daí, temos: θ π θ= =2 360r g rad ou r g graus ou θ π θ= =2 360r g rad ou r g graus ÁREA TOTAL A área total de um cone é a soma da área lateral (A ) com a área da base (AB); logo: A T = A + AB ⇒ A T = prg + pr 2 ⇒ AT = pr(g + r) bas e sup erfí cie late ral O g V r θ VOLUME DO CONE Consideremos um cone e um tetraedro, ambos de altura h e área da base AB. Suponhamos que os dois sólidos possuam bases em um mesmo plano a, como mostrado na figura a seguir: hβ α h’ A1 AB AB A2 Qualquer plano b paralelo a a que secciona o cone também secciona o tetraedro. Sendo as áreas das secções A1 e A2, respectivamente, temos: A A h h e A A h h B B 1 2 2 2 = = ' ' Logo, A1 = A2, para todo plano b paralelo a a. Então, o cone e o tetraedro têm volumes iguais. Vcone = Vtetraedro = 1 3 .AB.h O volume de um cone é um terço do produto da área da base pela medida da altura. Como AB = pr 2, temos: V = 1 3 pr2h Frente B Módulo 10 M A TE M Á TI C A 21Editora Bernoulli EXERCÍCIO RESOLVIDO 01. (PUC RS) O raio da base de um cone circular reto e a aresta da base de uma pirâmide quadrangular regular têm mesma medida. Sabendo que suas alturas medem 4 cm, então a razão entre o volume do cone e o da pirâmide é A) 1 B) 4 C) 1 π D) p E) 3p Resolução: 4 a a a Sejam a o raio da base do cone e a a aresta da base da pirâmide. Sejam Vc e Vp o volume do cone e da pirâmide, respectivamente. Logo: Vc = 1 3 .AB.H = 1 3 pa24 = 4 3 pa2 e Vp = 1 3 .AB.H = 1 3 a24 = 4 3 a2 Daí, V V a a c p = 4 3 4 3 2 2 π = p TRONCO DE CONE Seccionando-se um cone por um plano paralelo à base, obtemos um sólido denominado tronco de cone. Veja: Tronco de cone O novo cone e o cone primitivo têm bases semelhantes, e os elementos lineares homólogos (raios das bases, geratrizes, alturas, etc.) são proporcionais. Assim, dizemos que eles são semelhantes. Razão de semelhança Dados dois cones semelhantes, a razão entre dois elementos lineares homólogos é denominada razão de semelhança. Essa razão será representada por k. h Hr R aB AB H h = R r = k Para razões entre áreas homólogas, temos: A a B B = π π R r 2 2 = R r 2 = k2 Para razões entre volumes dos cones semelhantes, em que V e v são os volumes dos cones grande e pequeno, respectivamente, temos: V v = 1 3 1 3 . . . . A H a h B B = A a H h B B .. A a H h B B . = k2.k = k3 Podemos, então, generalizar da seguinte maneira: i) A razão entre áreas homólogas de quaisquer dois sólidos semelhantes é igual ao quadrado da razão de semelhança. ii) A razão entre os volumes de dois sólidos semelhantes é igual ao cubo da razão de semelhança. Volume do tronco de cone Dados o raio R da base maior, o raio r da base menor e h a medida da altura do tronco, o volume do tronco de cone pode ser obtido por meio da fórmula: r R h VT = πh 3 [R2 + Rr + r2] Cones 22 Coleção Estudo EXERCÍCIO RESOLVIDO 02. (FUVEST-SP) Um copo tem a forma de um cone com altura 8 cm e raio da base 3 cm. Queremos enchê-lo com quantidades iguais de suco e de água. Para que isso seja possível, a altura x atingida pelo primeiro líquido colocado deve ser 8 x 3 A) 8 3cm. C) 4 cm. E) 4³4 cm. B) 6 cm. D) 4¹3 cm. Resolução: V V 8 x Chamamos de V o volume de suco e de água. O volume do cone grande é, então, 2V. Como os cones das figuras são semelhantes, então a razão entre os seus volumes é igual ao cubo da razão entre as alturas. Assim, temos: 2 8 2 8 8 2 4 4 3 3 3 3V V x x x x= ⇒ = ⇒ = ⇒ = cm EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO 01. (UFJF-MG) O vinho contido em uma jarra cilíndrica será servido em cálices em forma de cone. A altura de cada cálice é 1 4 da altura da jarra e o diâmetro da circunferência que forma a sua borda é 2 3 do diâmetro da base da jarra. DETERMINE o número de cálices necessários para que o vinho seja todo servido de uma só vez. 02. (UFC–2009) Ao seccionarmos um cone circular reto por um plano paralelo a sua base, cuja distância ao vértice do cone é igual a um terço da sua altura, obtemos dois sólidos: um cone circular reto S1 e um tronco de cone S2. A relação volume S volume S ( ) ( ) 2 1 é igual a A) 33 B) 27 C) 26 D) 9 E) 3 03. (Mackenzie-SP) Planificando a superfície lateral de um cone, obtém-se o setor circular da figura, de centro O e raio 18 cm. Dos valores a seguir, o MAIS PRÓXIMO da altura desse cone é O 160º A) 12 cm. D) 16 cm. B) 18 cm. E) 20 cm. C) 14 cm. 04. (UFMG) Um tanque de água tem a forma de um cone circular reto, com seu vértice apontando para baixo. O raio do topo é igual a 9 m e a altura do tanque é de 27 m. Pode-se afirmar que o volume V da água no tanque, como função da altura h da água, é h A) V = πh3 27 D) V = 3ph3 B) V = πh3 9 E) V = 9ph3 C) V = πh3 3 05. (PUC-SP–2006) Considere o triângulo isósceles ABC, tal que AB = BC = 10 cm e CA = 12 cm. A rotação desse triângulo em torno de um eixo que contém o lado AB gera um sólido, cujo volume, em centímetros cúbicos, é A) 256p D) 316p B) 298,6p E) 328,4p C) 307,2p Frente B Módulo 10 M A TE M Á TI C A 23Editora Bernoulli EXERCÍCIOS PROPOSTOS 01. (UFMG) Um cone é construído de forma que I) sua base é um círculo inscrito em uma face de um cubo de lado a. II) seu vértice coincide com um dos vértices do cubo localizado na face oposta àquela em que se encontra a sua base. Dessa maneira, o volume do cone é de A) πa 3 6 B) πa 3 12 C) πa 3 9 D) πa 3 3 02. (UFJF-MG–2008) Fernando utiliza um recipiente, em forma de um cone circular reto, para encher com água um aquário em forma de um paralelepípedo retângulo. As dimensões do cone são: 20 cm de diâmetro de base e 20 cm de altura, e as do aquário são: 120 cm, 50 cm e 40 cm, conforme ilustração a seguir. 20 cm 20 cm 120 cm 40 cm 50 cm Cada vez que Fernando enche o recipiente na torneira do jardim, ele derrama 10% de seu conteúdo no caminho e despeja o restante no aquário. Estando o aquário inicialmente vazio, qual é o número mínimo de vezes que Fernando deverá encher o recipiente na torneira para que a água despejada no aquário atinja 1 5 de sua capacidade? 03. (UFOP-MG) Um reservatório de água com a forma de um cone circular reto tem 8 m de altura e, sua base, 3 m de raio. Se a água ocupa 40% da capacidade total do reservatório, o volume de água nele contido é A) 960p litros. B) 4 800p litros. C) 2 400p litros. D) 9 600p litros. E) 96 000p litros. 04. (UFSCar-SP) A figura representa um galheteiro para a colocação de azeite e vinagre em compartimentos diferentes, sendo um cone no interior de um cilindro. vinagre azeite h 5 cm 10 cm Considerando h como a altura máxima de líquido que o galheteiro comporta e a razão entre a capacidade total de azeite e vinagre igual a 5, o valor de h é A) 7 cm. D) 12 cm. B) 8 cm. E) 15 cm. C) 10 cm. 05. (UFPE) Um cone reto tem altura 12³2 cm e está cheio de sorvete. Dois amigos vão dividir o sorvete em duas partes de mesmo volume, usando um plano paralelo à base do cone. Qual deverá ser a altura do cone menor assim obtido? A) 12 cm D) 10¹2 cm B) 12¹2 cm E) 10¹3 cm C) 12¹3 cm 06. (Mackenzie-SP) No sólido da figura, ABCD é um quadrado de lado 2 e AE = BE = ¹10. O volume desse sólido é A B CD E A) 5 2 π B) 4 3 π C) 4p D) 5p E) 3p 07. (PUC Minas) Na figura, os triângulos retângulos ∆ ABC e ∆ CDE são isósceles; AC = 3 e CD = 1. A medida do volume do sólido gerado pela rotação do trapézio ABED, em torno do lado BC, é A B CE D A) 26 3 π B) 24 3 π C) 22 3 π D) 21 5 π Cones 24 Coleção Estudo 08. (UFC) Um cone circular reto e uma pirâmide de base quadrada têm a mesma altura e o mesmo volume. Se r é a medida do raio da base do cone, e b é a medida do lado da base da pirâmide, então o quociente b r é igual a A) 1 3 B) 1 C) D) p E) 2p 09. (UFV-MG) Um chapéu, no formato de um cone circular reto, é feito de uma folha circular de raio 30 cm, recortando-se um setor circular de ângulo θ = 2 3 π radianos e juntando os lados. A área da base do chapéu, em cm2, é A) 140p C) 130p E) 120p B) 110p D) 100p 10. (UFRRJ) Considerando um lustre de formato cônico com altura e raio da base igual a 0,25 m, a distância do chão H em que se deve pendurá-lo para obter um lugar iluminado em forma de círculo com área de 25p m2, é de 0,25 m H (distância) A) 12 m. B) 10 m. C) 8 m. D) 6 m. E) 5 m. 11. (UFRJ) Um recipiente em forma de cone circular reto de altura h é colocado com vértice para baixo e com eixo na vertical, como na figura. O recipiente, quando cheio até a borda, comporta 400 mL. h DETERMINE o volume de líquido quando o nível está em h 2 . 12. (UFG) O volume de um tronco de cone circular reto com base de raio R, cuja altura é a quarta parte da altura h do cone correspondente, é A) πR h2 4 C) 55 192 2πR h E) 3 4 2πR h B) πR h2 12 D) 37 192 2πR h 13. (UFSC) A geratriz de um cone equilátero mede 2¹3 cm. CALCULE a área da seção meridiana do cone, em cm2, e MULTIPLIQUE o resultado por ¹3. 14. (PUC-Campinas-SP) Considere o triângulo ABC, representado na figura a seguir, no qual BC = 6 + 6¹3 cm. A B C 45°30° Por uma rotação de 360° em torno do lado BC, obtém-se um sólido que servirá de modelo para a construção de um balão. O volume desse modelo, em centímetros cúbicos, será A) (¹3 + 3)72p D) (¹3 + 1)36p B) (¹3 + 1)72p E) (¹3 + 3)24p C) (¹3 + 3)36p 15. (UFLA-MG–2006) Um reservatório de forma cônica para armazenamento de água tem capacidade para atender às necessidades de uma comunidade por 81 dias. Esse reservatório possui uma marca a uma altura h para indicar que a partir desse nível a quantidade de água é suficiente para abastecer a comunidade por mais 24 dias. O valor de h é A) h = 2 9 H D) h = 1 10 ³H B) h = 2 3 H E) h = 1 2 H C) h = 8 27 ¹H 16. (FUVEST-SP–2006) Um cone circular reto está inscrito em um paralelepípedo reto retângulo, de base quadrada, como mostra a figura. A razão b a entre as dimensões do paralelepípedo é 3 2 e o volume do cone é p. Então, o comprimento g da geratriz do cone é b a a g A) ¹5 B) ¹6 C) ¹7 D) ¹10 E) ¹11 Frente B Módulo 10 M A TE M Á TI C A 25Editora Bernoulli 17. (UFLA-MG–2007) Parte do líquido de um cilindro completamente cheio é transferido para dois cones idênticos, que ficam totalmente cheios. H R R h1 H A relação entre as alturas do líquido restante no cilindro h1 e a altura H do cilindro é A) h1 = H 4 B) h1 = H 2 C) h1 = H 2 D) h1 = H 3 SEÇÃO ENEM 01. (Enem–1999) Assim como na relação entre o perfil de um corte de um torno e a peça torneada, sólidos de revolução resultam da rotação de figuras planas em torno de um eixo. Girando-se as figuras a seguir em torno da haste indicada obtêm-se os sólidos de revolução que estão na coluna da direita. 1 5 2 4 D E 3 C B A A correspondência correta entre as figuras planas e os sólidos de revolução obtidos é A) 1A, 2B, 3C, 4D, 5E. B) 1B, 2C, 3D, 4E, 5A.C) 1B, 2D, 3E, 4A, 5C. D) 1D, 2E, 3A, 4B, 5C. E) 1D, 2E, 3B, 4C, 5A. 02. (Enem–2009) Um vasilhame na forma de um cilindro circular reto de raio da base de 5 cm e altura de 30 cm está parcialmente ocupado por 625p cm3 de álcool. Suponha que sobre o vasilhame seja fixado um funil na forma de um cone circular reto de raio da base de 5 cm e altura de 6 cm, conforme ilustra a figura 1. O conjunto, como mostra a figura 2, é virado para baixo, sendo H a distância da superfície do álcool até o fundo do vasilhame. Volume do cone: Vcone = πr h2 3 6 cm H 30 cm Figura 1 Figura 2 Fundo do vasilhame 6 cm 30 cm H 5 cm 5 cm Considerando-se essas informações, qual é o valor da distância H? A) 5 cm B) 7 cm C) 8 cm D) 12 cm E) 18 cm 03. (Enem–2009) Uma empresa precisa comprar uma tampa para o seu reservatório, que tem a forma de um tronco de cone circular reto, conforme mostrado na figura a seguir: 60º Considere que a base do reservatório tenha raio r = 2¹3 m e que sua lateral faça um ângulo de 60° com o solo. Se a altura do reservatório é 12 m, a tampa a ser comprada deverá cobrir uma área de A) 12p m2. D) 300p m2. B) 108p m2. E) 24 2 3 2 +( ) p m2. C) 12 2 3 2 +( ) p m2. Cones 26 Coleção Estudo 04. (Enem–2010) Alguns testes de preferência por bebedouros de água foram realizados com bovinos, envolvendo três tipos de bebedouros, de formatos e tamanhos diferentes. Os bebedouros 1 e 2 têm a forma de um tronco de cone circular reto, de altura igual a 60 cm, e diâmetro da base superior igual a 120 cm e 60 cm, respectivamente. O bebedouro 3 é um semicilindro, com 30 cm de altura, 100 cm de comprimento e 60 cm de largura. Os três recipientes estão ilustrados na figura. Bebedouro 1 60 cm 120 cm Bebedouro 2 80 cm 60 cm Bebedouro 3 60 cm 30 cm 60 cm A escolha do bebedouro. Biotemas. vol. 22, nº 4, 2009 (Adaptação). Considerando que nenhum dos recipientes tenha tampa, qual das figuras a seguir representa uma planificação para o bebedouro 3? D) 100 cm E) 100 cm 60 cm 60 cm 100 cm 60 cm 60 cm 60 cm A) 100 cm 100 cm 60 cm 60 cm B) C) 05. (Enem–2010) Em um casamento, os donos da festa serviam champanhe aos seus convidados em taças com formato de um hemisfério (figura 1), porém um acidente na cozinha culminou na quebra de grande parte desses recipientes. Para substituir as taças quebradas, utilizou-se um outro tipo com formato de cone (figura 2). No entanto, os noivos solicitaram que o volume de champanhe nos dois tipos de taças fosse igual. R = 3 cm h Figura 1 Figura 2 R = 3 cm Considere: V R e V R h esfera cone = =4 3 1 3 3 2π π Sabendo que a taça com o formato de hemisfério é servida completamente cheia, a altura do volume de champanhe que deve ser colocado na outra taça, em centímetros, é de A) 1,33 D) 56,52 B) 6,00 E) 113,04 C) 12,00 GABARITO Fixação 01. 27 02. C 03. D 04. A 05. C Propostos 01. B 07. A 13. 9 02. 26 08. C 14. B 03. D 09. D 15. B 04. C 10. E 16. D 05. A 11. V = 50 mL 17. D 06. E 12. D Seção Enem 01. D 02. B 03. B 04. E 05. B Frente B Módulo 10 FRENTE 27Editora Bernoulli MÓDULOMATEMÁTICA INTRODUÇÃO Conta uma lenda que um rei havia prometido realizar qualquer desejo a quem executasse uma difícil tarefa. Quando um dos seus súditos conseguiu realizá-la, o rei viu-se obrigado a cumprir a sua promessa. O súdito pediu então que as 64 casas de um tabuleiro de xadrez, jogo muito apreciado no reino, fossem preenchidas com grãos de trigo, do seguinte modo: na primeira casa, seria colocado um grão de trigo e, em cada casa seguinte, seria colocado o dobro de grãos que havia na casa anterior. O rei suspirou aliviado, considerando o pedido fácil de ser atendido e ordenou que providenciassem o pagamento. Tal foi sua surpresa quando os seus conselheiros, alguns dias depois, anunciaram que o reino encontrava-se totalmente sem provisões de trigo, uma vez que apenas na última casa o total de grãos era de 263, o que corresponde a, aproximadamente, 9 223 300 000 000 000 000 = 9,2233 x 1018. Essa quantidade, juntamente com a soma das quantidades colocadas nas outras casas, superava em muito não só a capacidade do reino, mas a de todos os outros de que se tinha notícia. Essa lenda nos dá um exemplo de uma função exponencial, a função y = 2x. As funções exponenciais crescem ou decrescem muito rapidamente, sendo extremamente importantes para descrever diversos fenômenos, tais como crescimento populacional, reprodução de bactérias, decaimento radioativo, juros compostos, entre outros. Seu estudo desenvolveu-se notadamente por volta do século XVI, com o trabalho de dois matemáticos: John Napier (1550-1617) e Henry Briggs (1561-1630). FUNÇÃO EXPONENCIAL Considere uma função f: → , definida por f(x) = ax, com a > 0 e a ≠ 1. Tal função é denominada função exponencial. Exemplos 1°) f(x) = 3x 3°) f(x) = 0,78x 2°) f(x) = 1 4 x 4°) f(x) = 2,23x GRÁFICOS Considere a função y = 3x. Vamos atribuir alguns valores à variável, calcular a imagem correspondente e construir o gráfico. Assim, temos: x y = 3X –2 1 9 –1 1 3 0 1 1 3 2 9 3 27 y 9 –2 –1 1 2 1 1/3 3 xO Do mesmo modo, vamos obter o gráfico da função: f(x) = 1 2 x x f(x) = 1 2 x –3 8 –2 4 –1 2 0 1 1 1 2 2 1 4 3 1 8 y 8 4 2 1 1/2 –2–3 –1 1 2 3 xO De modo geral, há dois tipos de gráfico para a função f(x) = ax. i) Se a > 1, então a função f(x) = ax é crescente. Exemplo f(x) = 2x y 1 xO Função exponencial 09 C 28 Coleção Estudo ii) Se 0 < a < 1, então a função f(x) = ax é decrescente. Exemplo f(x) = 1 5 x y 1 xO Com relação aos gráficos, podemos dizer: i) Trata-se de uma função injetora, pois a cada valor da imagem corresponde um único valor do domínio. ii) O domínio de uma função exponencial é sempre igual ao conjunto dos números reais (D = ). iii) A curva está toda acima do eixo das abscissas, pois y = ax é sempre maior que zero para todo x real. Portanto, a sua imagem Im é dada por Im = *+. iv) A curva corta o eixo das ordenadas no ponto (0, 1). Isso ocorre porque, para x = 0, temos y = a0 = 1. OBSERVAÇÃO O número e Trata-se de um número irracional, cujo valor é 2,71828... . Esse número é conhecido como número neperiano, uma referência ao matemático escocês John Napier, autor da primeira publicação sobre a Teoria dos Logaritmos. O número e é extremamente importante no estudo de juros e de diversos fenômenos naturais, tais como crescimento populacional, decaimento radioativo, crescimento de bactérias, entre outros. O gráfico da função y = ex é dado por: y 1 xO EXERCÍCIOS RESOLVIDOS 01. Determinar os valores de k para os quais a função f x k x ( ) = + 2 3 5 é crescente. Resolução: Para que a função seja crescente, é necessário que 2 3 5 1+ > k . Portanto, temos: 2 3 5 1 3 5 1 3 5 5 3 + > ⇒ > − ⇒ > − ⇒ > − k k k k 02. (PUC-SP) Sobre a função f(x) = ex definida em , podemos afirmar que A) tem um único zero no intervalo [0, 2]. B) ex < ax, qualquer que seja a ∈ *. C) ex > ax, qualquer que seja a ∈ *+. D) assume valores de em *+. E) assume valores apenas em +. Resolução: A função f(x) = ex não possui raízes, pois ex > 0 para todo x real. Portanto, a alternativa A é falsa. Para 0 < a < 1, temos que ex > ax. Portanto, a alternativa B é falsa. Para a > e, temos que ex < ax. Portanto, a alternativa C é falsa. A função f(x) = ex possui o seguinte gráfico: y 1 xO Observe que se trata de uma função com domínio e imagem + * . Portanto, a alternativa D é verdadeira. Conforme visto no item anterior, o domínio não se restringe ao conjunto +. Portanto, a alternativa E é falsa. Frente C Módulo 09 M A TE M Á TI C A 29Editora Bernoulli EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO 01. (UFLA-MG–2007) A figuraé um esboço do gráfico da função y = 2x. A ordenada do ponto P de abscissa a b+ 2 é y d b xa P c O A) ¹cd B) ¹c + d C) cd D) (cd)2 02. (Mackenzie-SP) Na figura, os gráficos I, II e III referem-se, respectivamente, às funções y = ax, y = bx e y = cx. y xO I II III Então, está CORRETO afirmar que A) 0 < a < b < c D) 0 < a < c < b B) 0 < b < c < a E) a < 0 < c < b C) a < 0 < b < c 03. (UNESP) A trajetória de um salto de um golfinho nas proximidades de uma praia, do instante em que ele saiu da água (t = 0) até o instante em que mergulhou (t = T), foi descrita por um observador através do seguinte modelo matemático: h(t) = 4t – t.20,2.t, com t em segundos, h(t) em metros e 0 ≤ t ≤ T. O tempo, em segundos, em que o golfinho esteve fora da água durante esse salto foi A) 1 B) 2 C) 4 D) 8 E) 10 04. (UNIFESP–2009) Sob determinadas condições, o antibiótico gentamicina, quando ingerido, é eliminado pelo organismo à razão de metade do volume acumulado a cada 2 horas. Daí, se K é o volume da substância no organismo, pode-se utilizar a função f(t) = K. 1 2 2 t para estimar a sua eliminação depois de um tempo t, em horas. Neste caso, o tempo MÍNIMO necessário para que uma pessoa conserve no máximo 2 mg desse antibiótico no organismo, tendo ingerido 128 mg numa única dose, é de A) 12 horas e meia. D) 8 horas. B) 12 horas. E) 6 horas. C) 10 horas e meia. 05. (UEL-PR) O crescimento de uma colônia de bactérias é descrito por P(t) = a.4λ.t, em que t ≥ 0 é o tempo, dado em horas, e P(t) é a população de bactérias no instante t. Se, após 4 horas, a população inicial da colônia triplicou, após 8 horas o número de bactérias da colônia será A) 6a C) 9a E) a + 8 B) 8a D) 8a – 4 EXERCÍCIOS PROPOSTOS 01. (FUVEST-SP) Seja f(x) = 22x + 1. Se a e b são tais que f(a) = 4f(b), pode-se afirmar que A) a + b = 2 B) a + b = 1 C) a – b = 3 D) a – b = 2 E) a – b = 1 02. (UNIRIO-RJ) Numa população de bactérias, há P(t) = 10ª.43t bactérias no instante t medido em horas (ou fração da hora). Sabendo-se que inicialmente existem 10ª bactérias, quantos minutos são necessários para que se tenha o dobro da população inicial? A) 20 B) 12 C) 30 D) 15 E) 10 03. (PUC Minas) Os pontos A(1, 6) e B(2, 18) pertencem ao gráfico da função y = n.ax. Então, o valor de an é A) 6 B) 9 C) 12 D) 16 04. (PUC Minas) Cada um dos gráficos adiante representa uma destas funções: f(x) = x2 + 1, g(x) = 2x + 1 e h(x) = 1 2 x x y O x y O x y O Sobre essas funções, foram feitas três afirmativas: I. f(0) = g(0) = h(0) II. g(x) > h(x), para x > 0 III. f(x) > 0 e h(x) > 0, para todo x pertencente aos reais. O número de afirmativas CORRETAS é A) 0 B) 1 C) 2 D) 3 Função exponencial 30 Coleção Estudo 05. (Mackenzie-SP) Na figura, temos os esboços dos gráficos das funções f e g, sendo f(x) = ax. O valor de g(g(–1)) + f(g(3)) é y x1O 3 4 A) 1 B) 2 C) 3 D) 3 2 E) 5 2 06. (CEFET-MG–2008) O conjunto imagem da função real f(x) = 2–3x2 + 6x é A) ]–∞, 3] B) [0, 3] C) R*+ D) [0, +∞[ E) ]0, 8] 07. (UFC) Suponha que um corpo, com temperatura positiva, seja inserido em um meio cuja temperatura é mais baixa do que a do corpo. A tendência natural será a diminuição da temperatura do corpo. Newton, estudando este fenômeno, descobriu que a temperatura T do corpo decresce à medida que o tempo t passa, segundo a equação mostrada adiante: T(t) = A + B.e–kt Em que e é a base do logaritmo natural e A, B e k são constantes positivas. Assinale a alternativa na qual consta o gráfico cartesiano que MELHOR representa, nesse fenômeno, a temperatura T em função do tempo t. A) T O t D) T O t B) T O t E) T O t C) T O t 08. (UFF-RJ) A automedicação é considerada um risco, pois a utilização desnecessária ou equivocada de um medicamento pode comprometer a saúde do usuário. Substâncias ingeridas difundem-se pelos líquidos e tecidos do corpo, exercendo efeito benéfico ou maléfico. Depois de se administrar determinado medicamento a um grupo de indivíduos, verificou-se que a concentração y de certa substância em seus organismos alterava-se em função do tempo decorrido t, de acordo com a expressão: y = y0.2 –0,5t Em que y0 é a concentração inicial e t é o tempo em hora. Nessas circunstâncias, pode-se afirmar que a concentração da substância tornou-se a quarta parte da concentração inicial após A) 1 4 de hora. C) 1 hora. E) 4 horas. B) 1 2 hora. D) 2 horas. 09. (UFRN) No plano cartesiano a seguir, estão representados o gráfico da função y = 2x, os números a, b, c e suas imagens. y xbc aO 2 a 2 x 2 a 4 2 a y = 2 x Observando-se a figura, pode-se concluir que, em função de a, os valores de b e c são, respectivamente, A) a 2 e 4a C) 2a e a 4 B) a – 1 e a + 2 D) a + 1 e a – 2 10. (UFPE –2007) O preço de um automóvel, P(t), desvaloriza-se em função do tempo t, dado em anos, de acordo com uma função de tipo exponencial P(t) = b.at, com a e b sendo constantes reais. Se, hoje (quando t = 0), o preço do automóvel é de R$ 20 000,00, e valerá R$ 16 000,00 daqui a 3 anos (quando t = 3), em quantos anos o preço do automóvel será de R$ 8 192,00? Dado: 8 192 20 000 = 0,84 11. (UERJ) Em um município, após uma pesquisa de opinião, constatou-se que o número de eleitores dos candidatos A e B variava em função do tempo t, em anos, de acordo com as seguintes funções: A(t) = 2.105(1,6)t B(t) = 4.105(0,4)t Considere as estimativas corretas e que t = 0 refere-se ao dia 1 de janeiro de 2000. DETERMINE em quantos meses os candidatos terão o mesmo número de eleitores. Frente C Módulo 09 M A TE M Á TI C A 31Editora Bernoulli 12. (PUC RS) Uma substância que se desintegra ao longo do tempo tem sua quantidade existente, após t anos, dada por M(t) = M t 0 1 0001 4.( , ) − , em que M0 representa a quantidade inicial. A porcentagem da quantidade existente após 1 000 anos em relação à quantidade inicial M0 é, aproximadamente, A) 14%. B) 28%. C) 40%. D) 56%. E) 71%. 13. (Mackenzie-SP) A função real definida por f(x) = a.xn, n ∈ *, é tal que f(f(x)) = 8x4. Então, o número real a vale A) 1 4 B) 2 C) 4 D) 1 8 E) 1 2 14. (Unip-SP) O número de raízes reais da equação 1 2 x = –x2 + 4 é A) 0 B) 1 C) 2 D) 3 E) 4 15. (ITA-SP) Sejam f, g: → funções definidas por: f(x) = 3 2 x e g(x) = 1 3 x Considere as afirmações: I. Os gráficos de f e g não se interceptam. II. As funções f e g são crescentes. III. f(–2)g(–1) = f(–1)g(–2). Então, A) apenas a afirmação I é falsa. B) apenas a afirmação III é falsa. C) apenas as afirmações I e II são falsas. D) apenas as afirmações II e III são falsas. E) todas as afirmações são falsas. 16. (FGV-SP–2010) O valor de um carro decresce exponencialmente, de modo que seu valor, daqui a x anos, será dado por V = A.e–k.x, em que e = 2,7182... . Hoje, o carro vale R$ 40 000,00 e daqui a 2 anos valerá R$ 30 000,00. Nessas condições, o valor do carro daqui a 4 anos será A) R$ 17 500,00. D) R$ 25 000,00. B) R$ 20 000,00. E) R$ 27 500,00. C) R$ 22 500,00. 17. (Unicamp-SP) Suponha que o número de indivíduos de uma determinada população seja dado pela função F(t) = a.2–b.t, em que a variável t é dada em anos e a e b são constantes. A) ENCONTRE as constantes a e b de modo que a população inicial (t = 0) seja igual a 1 024 indivíduos e a população após 10 anos seja a metade da população inicial. B) Qual o tempo mínimo para que a população se reduza a 1 8 da população inicial? C) ESBOCE o gráfico da função F(t) para t ∈ [0, 40]. 18. (UERJ) A inflação anual de um país decresceu no período de sete anos. Esse fenômeno pode ser representado por uma função exponencial do tipo f(x) = a.bx, conforme o gráfico a seguir:O x(anos) 960% 7,5% 74 y = f(x) DETERMINE a taxa de inflação desse país no quarto ano de declínio. SEÇÃO ENEM 01. (Enem–2009) A população mundial está ficando mais velha, os índices de natalidade diminuíram e a expectativa de vida aumentou. No gráfico seguinte, são apresentados dados obtidos por pesquisa realizada pela Organização das Nações Unidas (ONU), a respeito da quantidade de pessoas com 60 anos ou mais em todo o mundo. Os números da coluna da direita representam as faixas percentuais. Por exemplo, em 1950 havia 95 milhões de pessoas com 60 anos ou mais nos países desenvolvidos, número entre 10% e 15% da população total nos países desenvolvidos. 461 35 30 25 20 15 10 5 0 1950 70 90 2010 30 50 1 592 95 110 Número em milhões Países em desenvolvimento Países desenvolvidos ESTIMATIVAS 269 490 Disponível em: <www.economist.com>. Acesso em: 9 jul. 2009 (Adaptação). Suponha que o modelo exponencial y = 363.e0,03.x, em que x = 0 corresponde ao ano 2000, x = 1 corresponde ao ano 2001, e assim sucessivamente, e que y é a população em milhões de habitantes no ano x, seja usado para estimar essa população com 60 anos ou mais de idade nos países em desenvolvimento entre 2010 e 2050. Desse modo, considerando e0,3 = 1,35, estima-se que a população com 60 anos ou mais estará, em 2030, entre A) 490 e 510 milhões. D) 810 e 860 milhões. B) 550 e 620 milhões. E) 870 e 910 milhões. C) 780 e 800 milhões. Função exponencial 32 Coleção Estudo 02. A pressão atmosférica P, em mmHg, é dada em função da altura h (em relação ao nível do mar) pela expressão P(h) = 760.eλ.h, sendo e o número neperiano, que vale aproximadamente 2,7182. Um alpinista, ao escalar uma elevação, verificou através de um barômetro (instrumento que mede a pressão atmosférica) que a pressão no ponto em que se encontrava era igual a 600 mmHg. Considerando o parâmetro λ = –0,0002, pode-se afirmar que a altura do alpinista, em relação ao nível do mar, é igual a Dados: e6,63 = 760 e e6,40 = 600 A) 1 150 m. B) 1 370 m. C) 1 520 m. D) 2 240 m. E) 3 000 m. 03. Sob certas condições, o número N de bactérias de uma cultura, em função do tempo t, medido em horas, é dado por N(t) = N0.2 12 t . Isso significa que, após 6 dias, o número inicial de bactérias terá sido multiplicado por A) ¹2 B) 2 C) 16 D) 1 024 E) 4 096 04. A madeira foi um dos primeiros materiais usados pelo homem, na construção de sua habitação e de seus primeiros meios de transporte. Com a alta utilização desse material, intensificaram-se o desmatamento e a significativa diminuição das florestas no mundo. A fim de solucionar esse problema, tende-se à produção de madeira a partir de florestas plantadas ou regeneradas. Para calcular o rendimento V de uma dessas florestas, podemos usar a fórmula: V e t= − 6 7 48 1 , , Em que V nos dá o valor em metros cúbicos de madeira por are, em função da idade da floresta, t. Considerando e–0,481 = 0,62, a quantidade de m3 de madeira que renderá uma floresta de 80 hectares com 100 anos de idade está entre A) 10 000 e 20 000 B) 20 000 e 30 000 C) 30 000 e 40 000 D) 40 000 e 50 000 E) 50 000 e 60 000 GABARITO Fixação 01. A 02. D 03. E 04. B 05. C Propostos 01. E 02. E 03. B 04. D 05. C 06. E 07. E 08. E 09. D 10. 12 anos 11. 6 meses 12. E 13. B 14. C 15. E 16. C 17. A) a = 1 024 e b = 1 10 B) t(mínimo) = 30 anos C) F(t) 1 024 512 256 128 64 O 10 20 30 40 t 18. 60% Seção Enem 01. E 02. A 03. E 04. C Frente C Módulo 09 FRENTE 33Editora Bernoulli MÓDULOMATEMÁTICA EQUAÇÃO EXPONENCIAL Uma equação é dita exponencial quando a variável se apresenta no expoente. Seja a um número real tal que 0 < a ≠ 1. Como a função exponencial é injetora, temos: Se ax = ay, então x = y. EXERCÍCIOS RESOLVIDOS 01. Resolver, em , a equação 32x = 128. Resolução: 32x = 128 ⇒ (25)x = 27 ⇒ 25x = 27 ⇒ 5x = 7 ⇒ x = 7 5 Portanto, S = 7 5 . 02. Resolver, em , a equação 3x + 3–x = 82 9 . Resolução: Podemos escrever 3x + 1 3 82 9x = . Substituindo 3x por y, temos: y + 1 82 9y = ⇒ 9 9 9 82 9 2y y y y + = 9y2 – 82y + 9 = 0 ⇒ ∆ = (–82)2 – 4.9.9 = 6 400 y = 82 80 18 ± ⇒ y = 1 9 ou y = 9 Para y = 1 9 , temos 3x = 1 9 ⇒ 3x = 3–2 ⇒ x = –2. Para y = 9, temos 3x = 9 ⇒ 3x = 32 ⇒ x = 2. Portanto, S = {–2, 2}. 03. Resolver, em , a equação 4x – 2x – 12 = 0. Resolução: 22x – 2x – 12 = 0 ⇒ (2x)2 – 2x – 12 = 0 Substituindo 2x por y, temos: y2 – y – 12 = 0 ⇒ ∆ = (–1)2 – 4.1.(–12) = 49 y = 1 7 2 ± ⇒ y = –3 ou y = 4 Para y = –3, temos 2x = –3 (absurdo). Para y = 4, temos 2x = 4 ⇒ 2x = 22 ⇒ x = 2. Portanto, S = {2}. INEQUAÇÃO EXPONENCIAL Toda desigualdade em que a variável aparece no expoente é uma inequação exponencial. Exemplos 1º) 7x > 343 3º) 1 5 3 21 −x ≥ 25–1 2º) 3x – 4 ≤ 81 De modo geral, uma inequação deve ser resolvida colocando-se a mesma base a nos dois membros da inequação e considerando-se os seguintes casos: 1o caso: a > 1 Como a função f(x) = ax é crescente, observamos que, se ax2 > ax1, então x2 > x1. y ax2 ax1 xx1 f(x) = ax (a > 1) x2O 1 Portanto: Se a > 1, devemos conservar o sinal da desigualdade ao compararmos os expoentes. Equações e inequações exponenciais 10 C 34 Coleção Estudo 2o caso: 0 < a < 1 Como a função f(x) = ax é decrescente, observamos que, se ax2 > ax1, então x2 < x1. y ax2 ax1 xx1 f(x) = ax (0 < a < 1) x2 O 1 Portanto: Se 0 < a < 1, devemos inverter o sinal da desigualdade ao compararmos os expoentes. EXERCÍCIOS RESOLVIDOS 04. Resolver a inequação 7x > 343. Resolução: 7x > 343 ⇒ 7x > 73 Como 7 > 1, devemos conservar a desigualdade, ou seja, x > 3. Portanto, S = {x ∈ | x > 3}. 05. Resolver a inequação 1 5 3 21 −x ≥ 25–1. Resolução: 1 5 3 21 −x ≥ 25–1 ⇒ 1 5 1 25 3 21 ≥ −x ⇒ 1 5 1 5 3 21 2 ≥ −x Como 0 < 1 5 < 1, devemos inverter a desigualdade, ou seja, 3x – 21 ≤ 2 ⇒ 3x ≤ 23 ⇒ x ≤ 23 3 . Portanto, S = x x∈ | ≤ 23 3 . 06. Resolver a inequação 2x + 2 – 2x – 1 + 2x ≤ 18. Resolução: Nesse caso, devemos utilizar as propriedades das potências. 2x.22 – 2 2 x + 2x ≤ 18 ⇒ 4.2x – 2 2 x + 2x ≤ 18 Substituindo 2x por y, temos: 4y – y 2 + y ≤ 18 ⇒ 10 2 y y− ≤18 ⇒ 9y ≤ 36 ⇒ y ≤ 4 Substituindo y por 2x, obtemos: 2x ≤ 4 ⇒ 2x ≤ 22 ⇒ x ≤ 2 Portanto, S = {x ∈ | x ≤ 2}. EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO 01. (PUC Minas) Considere como verdadeiras as igualdades Ax – y = 2 e A3y = 8. Nessas condições, o valor de Ax é A) 4 B) 6 C) 8 D) 10 02. (UFMG) Suponha que a equação 8ax2 + bx + c = 43x + 5.25x2 – x + 8 seja válida para todo número real x, em que a, b, e c são números reais. Então, a soma a + b + c é igual a A) 5 3 B) 17 3 C) 28 3 D) 12 03. (UFSCar-SP) O par ordenado (x, y), solução do sistema 4 32 3 3 x y y x + − = = , é A) 5 3 2 , C) 3 2 3 , E) 1 1 2 , B) 5 3 2 , − D) 1 3 2 , 04. (UNIRIO-RJ) O conjunto solução da inequação x2x ≥ xx + 3, em que x > 0 e x ≠ 1, é A) ]0, 1[ ∪ [3, +∞[ D) B) {x ∈ | 0 < x < 1} E) ∅ C) [3, +∞[ 05. (UFJF-MG) A função c(t) = 200.3kt, com k = 1 12 , dá o crescimento do número C, de bactérias, no instante t em horas. O tempo necessário, em horas, para que haja, nessa cultura, 1 800 bactérias, está no intervalo A) [0, 4] D) [36, 72] B) [4, 12] E) [72, 108] C) [12, 36] EXERCÍCIOS PROPOSTOS 01. (UEL-PR) Considere as soluções reais de 3a.37x.312 = 1. Se a = x2, então a diferença entre a maior e a menor dessas raízes é A) 4 B) 3 C) 2 D) 1 E) 0 02. (UNIRIO-RJ) Assinale o conjunto-solução da inequação 1 2 1 4 3 ≤ x – . A) ]–∞, 5] D) {x ∈ | x ≤ –5} B) [4,+ ∞[ E) {x ∈ | x ≥ –5} C) [5, + ∞[ Frente C Módulo 10 M A TE M Á TI C A 35Editora Bernoulli 03. (UFMG) O produto das raízes da equação 3x + 1 3 4 3 3 x = é A) –3 C) – 1 3 E) 4 3 3 B) – 1 4 D) 1 04. (UFOP-MG) O valor de x que satisfaz a equação seguinte é um número 4x – 15.2x – 16 = 0 A) ímpar. D) primo. B) irracional. E) par. C) negativo. 05. (Fatec-SP) Seja f: * → , em que f(x) = 2 1 x . O conjunto dos valores de x para os quais f(x) < 1 8 é A) ]3, 8[ D) – {0, 8} B) − − ∞, 1 3 E) − 1 3 0, C) ]–∞, 3[ 06. (UEL-PR) A relação a seguir descreve o crescimento de uma população de micro-organismos, sendo P o número de micro-organismos, t dias após o instante 0. O valor de P é superior a 63 000 se, e somente se, t satisfizer à condição P = 64 000.(1 – 2–0,1.t) A) 2 < t < 16 D) t > 60 B) t > 16 E) 32 < t < 64 C) t < 30 07. (UFV-MG) Seja a função real f(x) = ax, a > 1. O conjunto dos valores de x para os quais f(x2 – 3) > f(6) é A) {x ∈ | –3 ≤ x ≤ 3} B) {x ∈ | x ≥ 3} C) {x ∈ | x ≤ 3} D) {x ∈ | x < –3 ou x > 3} E) {x ∈ | x ≤ –3 ou x ≥ 3} 08. (FGV-SP) Seja a função f, de em , definida por f(x) = 53x. Se f(a) = 8, então f − a 3 é A) 1 2 B) 1 4 C) 1 8 D) 4 E) 2 09. (Mackenzie-SP–2010) O valor de x na equação 3 9 1 27 2 2 = −x é A) tal que 2 < x < 3. D) múltiplo de 2. B) negativo. E) 3. C) tal que 0 < x < 1. 10. (UFPE) Quantas soluções reais possui a equação 10 3 1 12 x x − + – 10 = 0? A) 0 B) 1 C) 2 D) 3 E) 10 11. (FGV-SP) Uma instituição financeira oferece um tipo de aplicação tal que, após t meses, o montante relativo ao capital aplicado é dado por M(t) = C.20,04.t, em que C > 0. O menor tempo POSSÍVEL para quadruplicar uma certa quantia aplicada nesse tipo de aplicação é A) 5 meses. B) 2 anos e 6 meses. C) 4 anos e 2 meses. D) 6 anos e 4 meses. E) 8 anos e 5 meses. 12. (PUC Minas) O valor de x que satisfaz a equação 33x – 1.92x + 3 = 273 – x é A) 1 C) 5 2 E) 2 5 B) 3 D) 1 3 13. (UFV-MG) Seja a equação [12x – 3]x – 2 = 1. A soma e o produto de suas soluções são, respectivamente, os números A) 3 e 2 D) –2 e –8 B) 9 e 8 E) 5 e 6 C) –5 e –24 14. (Cesgranrio) Se o quociente de 64x – 1 por 4x – 1 é 2562x, então x é A) – 2 3 B) – 1 3 C) 0 D) 1 4 E) 3 8 15. (FGV-SP) A raiz da equação 2x – 1 + 2x + 1 + 2x = 7 é A) um número primo. B) um número negativo. C) um número irracional. D) um número maior ou igual a 1. E) um múltiplo de 5. 16. (PUC RS) Se 3x – 32 – x = 23, então 15 – x2 vale A) 16 B) 15 C) 14 D) 11 E) 6 17. (UFV-MG–2008) Faça o que se pede. A) ESBOCE o gráfico da função f: → definida por f(x) = 3–x. B) ENCONTRE o conjunto solução da inequação 3 1 3 2 2 1 x x x x x − − + ≤ em . Equações e inequações exponenciais 36 Coleção Estudo 18. (UFV-MG–2009) Para resolver a equação exponencial 42x – 2 – 24.4x – 2 + 8 = 0, Aline tomou o cuidado de inicialmente multiplicar ambos os membros da equação por 16. Tendo resolvido CORRETAMENTE, Aline encontrou dois números reais cujo produto vale A) 5 B) 4 C) 3 D) 2 19. (UFLA-MG) O valor de x que satisfaz a equação 2x + 3 + 2x – 3 = 260 é A) 5 B) 8 C) 3 D) 2 E) 1 SEÇÃO ENEM 01. A fotografia a seguir mostra o famoso monumento conhecido como Gateway Arch. Bu p h o lf f / C re at iv e C o m m o n s Localizado em St. Louis, Missouri, o Gateway Arch foi projetado pelo arquiteto Eero Saarinen. Embora lembre uma parábola, o monumento tem a forma exata de uma curva conhecida como catenária, nesse caso, no formato invertido. A catenária é uma curva formada por um fio pendente, e sua expressão é dada por y e e a ax ax = + – 2 , em que a é uma constante que depende dos parâmetros físicos do fio, e e é o número neperiano. Se a = 1, o valor de x para o qual y = 1 é A) –2 B) –1 C) 0 D) 1 E) 2 GABARITO Fixação 01. A 02. C 03. D 04. A 05. C Propostos 01. D 09. D 02. C 10. C 03. B 11. C 04. E 12. E 05. E 13. E 06. D 14. B 07. D 15. D 08. A 16. D 17. A) 1 –1 1 3 y xO 1 3 B) –1 < x ≤ 1 18. C 19. A Seção Enem 01. C 02. E 02. Uma garrafa de cerveja foi colocada em uma geladeira que tinha temperatura interna igual a 5 ºC. A temperatura da garrafa em função do tempo pode ser descrita pela função: T t T B a t ( ) . – = + 3 2 Em que Ta é a temperatura do ambiente, em graus Celsius, e B é uma constante. Sabe-se que, após 2 horas, a cerveja chegou a 14 ºC. Quanto tempo levou para que essa garrafa atingisse a temperatura de 6 ºC? A) 2 horas B) 3 horas C) 4 horas D) 5 horas E) 6 horas Frente C Módulo 10 FRENTE 37Editora Bernoulli MÓDULOMATEMÁTICA ÁREA DE ALGUMAS FIGURAS PLANAS Retângulo A área A de um retângulo é o produto da medida da base pela medida da altura. b h A = b.h Quadrado O quadrado é um retângulo de lados iguais. Logo, sua área A é o produto da medida da base pela medida da altura. a a A = a2 Paralelogramo A área de um paralelogramo de base b e altura h é igual à área de um retângulo de base b e altura h. Observe: b h b h A = b.h Triângulo Consideremos um triângulo ABC, cuja base AB mede b e a altura relativa a essa base mede h. Traçando por C a reta r paralela à base, e por B a reta s paralela ao lado AC, obtemos o paralelogramo ABDC a seguir: h A B D C s b r Como o triângulo BCD é congruente ao triângulo ABC e a área A do triângulo ABC é metade da área do paralelogramo, então, temos: A = bh. 2 Ou seja, a área do triângulo é metade do produto da medida da base pela medida da altura. Triângulo equilátero Pelo Teorema de Pitágoras, calcula-se facilmente a medida h da altura de um triângulo equilátero de lado , obtendo: �� � 2 � 2 h h = 3 2 Logo, a área A desse triângulo é: A = . . 3 2 2 3 2 1 2 2 ⇒ = ⇒A A = 2 3 4 Áreas de polígonos 09 D 38 Coleção Estudo Hexágono regular As diagonais de um hexágono regular dividem-no em seis triângulos equiláteros. Assim, a área A de um hexágono regular de lado é igual à seis vezes a área de um triângulo equilátero de lado . � � �� � � A= 6. 2 3 4 ⇒ A = 3 3 2 2 Trapézio Traçando uma diagonal de um trapézio de altura h e bases b e B, dividimo-lo em dois triângulos de altura h e bases de medidas b e B. Observe a figura. b B h A área A do trapézio é a soma das áreas desses dois triângulos. Assim, temos: A = B h b h. . 2 2 + ⇒ A = ( ).B b h+ 2 Portanto, a área A do trapézio é igual à metade do produto da altura pela soma das bases. Losango Consideremos um losango cujas diagonais medem D e d. Sabemos que as diagonais de um losango são perpendiculares entre si e o ponto em que elas concorrem é o ponto médio de cada uma. Observe, portanto, que a área A do losango é o dobro da área do triângulo de base d e altura D 2 . Q N D P d M A = 2. d D . 2 2 ⇒ A = d D. 2 Portanto, a área A do losango é metade do produto das medidas das diagonais. OBSERVAÇÃO O losango também é paralelogramo. Logo, sua área pode ser calculada como a área de um paralelogramo. EXPRESSÕES DA ÁREA DE UM TRIÂNGULO Em função das medidas dos lados – Teorema de Herão Dado um triângulo ABC, com lados de medidas a, b e c, sendo o semiperímetro p = a b c+ + 2 , A c B b a C temos que a área do triângulo ABC é: A = p p a p b p c.( ).( ).( )− − − Em função do semiperímetro e do raio da circunferência inscrita Dado um triângulo ABC, com lados de medidas a, b e c, com semiperímetro p = a b c+ + 2 , e a circunferência inscrita de raio r, então a área do triângulo ABC é: A = p.r Frente D Módulo 09 M A TE M Á TI C A 39Editora Bernoulli Demonstração: A c B b a C r r r o A∆ ABC = A∆ BCO + A∆ ACO + A∆ ABO ⇒ A∆ ABC = a r b rc r. . . 2 2 2 + + ⇒ A∆ ABC = a b c r+ + 2 . ⇒ A∆ ABC = p.r Em função da medida de dois lados e do ângulo compreendido entre eles Dado um triângulo ABC, com lados de medidas a, b e c e ângulo de medida Â, compreendido pelos lados b e c, temos que a área desse triângulo é: A = 1 2 .b.c.sen A Demonstração: A A b c a B C h A c h h b h b A b cABC ABC ∆ ∆ = = ⇒ = ⇒ = . sen sen . .sen2 A A A 22 Em função das medidas dos lados e do raio da circunferência circunscrita Dado um triângulo ABC, com lados de medidas a, b e c, inscrito em uma circunferência de raio R. C A B R O c a A b A área do triângulo ABC inscrito na circunferência é: A = ab c R . . 4 Demonstração: A b c a sen R a R A ABC AB ∆ ∆ = = ⇒ = ⇒ 1 2 2 2 . . .sen sen A A A CC a b c R = . . 4 ÁREAS DE POLÍGONOS REGULARES Considere um polígono regular A1A2A3A4...An, de n lados de medida e semiperímetro p = n 2 , inscrito em uma circunferência de centro O e raio R. O polígono pode ser dividido em n triângulos isósceles congruentes. � � � � � � O RR R A1 A4 A2 A3 A6 An A5 R R R R Traça-se, em um dos triângulos, o apótema a do polígono. � R R O A2 A1 a A área AT desse triângulo é dada por AT = .a 2 . Como o polígono possui n triângulos, então sua área AP é dada por: AP = n.AT ⇒ AP = n. .a 2 ⇒ AP = n. 2 .a ⇒ AP = p.a Áreas de polígonos 40 Coleção Estudo EXERCÍCIOS RESOLVIDOS 01. (UNIFESP–2007) Dois triângulos congruentes ABC e ABD, de ângulos 30º, 60º e 90º, estão colocados como mostra a figura, com as hipotenusas AB coincidentes. A B CD Se AB = 12 cm, a área comum aos dois triângulos, em centímetros quadrados, é igual a A) 6 B) 4√3 C) 6√3 D) 12 E) 12√3 Resolução: Dados AB = 12 cm e os ângulos internos dos triângulos ABC e ABD, determinamos as medidas dos outros lados. 30º 30º 60º 60º 30º 30º 6¹3 A B CD E 2¹3 12 6 sen 30o = BC AB BC BC cm⇒ = ⇒ = 1 2 12 6 cos 30o = AC AB AC AC cm⇒ = ⇒ = 3 2 12 6 3 tg 30o = CE BC CE CE cm⇒ = ⇒ = 3 3 6 2 3 Portanto, a área, em cm2, do triângulo ABE vale: A∆ ABE = A∆ ABC – A∆ BEC ⇒ A∆ ABE = 6 6 3 2 6 2 3 2 . . − ⇒ A∆ ABE = 12√3 02. (UFV-MG–2009) Seja f a função definida por f(x) = sen x, x ≥ 0. Num mesmo sistema de coordenadas, considere os pontos A B π π 6 0 2 0, , , , C e D, em que C e D estão sobre o gráfico de f, cujas abscissas são, respectivamente, π π 2 6 e . Unindo-se esses pontos obtém-se o quadrilátero ABCD, cuja área vale A) π 4 B) π 2 C) π 5 D) π 3 Resolução: Temos os pontos A e B π π 6 0 2 0, , . Como os pontos C e D pertencem ao gráfico de f(x) = sen x, temos: C sen C e π π π 2 2 2 1, , ⇒ D sen D π π π 6 6 6 1 2 , , ⇒ Substituindo os pontos A, B, C e D em um mesmo sistema de coordenadas, temos: 1 O D A B C y x 1 2 π 6 π 2 Logo, temos um trapézio retângulo cuja área vale: A A A= + − ⇒ = ⇒ = 1 1 2 2 6 2 3 2 3 2 4 π π π π. EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO 01. (FUVEST-SP–2007) A figura representa um retângulo ABCD, com AB = 5 e AD = 3. O ponto E está no segmento CD, de maneira que CE = 1, e F é o ponto de interseção da diagonal AC com o segmento BE. D E C BA F Então, a área do triângulo BCF vale A) 6 5 B) 5 4 C) 4 3 D) 7 5 E) 3 2 02. (UFRGS) Os quadrados ABCD e APQR, representados na figura a seguir, são tais que seus lados medem 6 e o ângulo PÂD mede 30°. A B R QC D P Ligando-se o ponto B com o ponto R e o ponto D com o ponto P, obtém-se o hexágono BCDPQR, cuja área é A) 90 B) 95 C) 100 D) 105 E) 110 Frente D Módulo 09 M A TE M Á TI C A 41Editora Bernoulli 03. (FUVEST-SP–2008) No retângulo ABCD da figura tem-se CD = e AD = 2. Além disso, o ponto E pertence à diagonal BD, o ponto F pertence ao lado BC e EF é perpendicular a BD. Sabendo que a área do retângulo ABCD é cinco vezes a área do triângulo BEF, então BF mede B F C DA E 2� � A) 2 8 B) 2 4 C) 2 2 D) 3 2 4 E) ¹2 04. (UFMG–2008) O octógono regular de vértices ABCDEFGH, cujos lados medem 1 dm cada um, está inscrito no quadrado de vértices PQRS, conforme mostrado nesta figura. S R G H D C P QA B F E Então, é CORRETO afirmar que a área do quadrado PQRS é A) 1 + 2¹2 dm2. C) 3 + 2¹2 dm2. B) 1 + ¹2 dm2. D) 3 + ¹2 dm2. 05. (PUC Minas) Pelos dados da figura a seguir, a medida da área do triângulo de vértices C, D e E, em m2, é A B C D E Dados: BE = 2AE = 4 m; AD = AE; BC = BE A) 5 B) 6 C) 7 D) 8 E) 9 EXERCÍCIOS PROPOSTOS 01. (UFMG) Observe a figura. A CB F E BC é a hipotenusa do triângulo retângulo ABC, AE = 1 4 AB, FC = 1 4 AC e a área do quadrilátero BCFE é igual a 30 cm2. A área do triângulo AEF é igual a A) 10 D) 80 13 B) 20 E) 90 13 C) 60 13 02. (UFG–2007) No trapézio ABCD a seguir, o segmento AB mede a, o segmento DC mede b, M é o ponto médio de AD e N é o ponto médio de BC. A B CD M N b a Nestas condições, a razão entre as áreas dos trapézios MNCD e ABNM é igual a A) a b a b + + 2 3 D) a b a b + + 2 2 B) a b a b + + 3 2 E) 3 2 2 3 a b a b + + C) a b a b + + 3 3 03. (FUVEST-SP) No quadrilátero ABCD a seguir, ABC = 150°, AD = AB = 4 cm, BC = 10 cm, MN = 2 cm, sendo M e N, respectivamente, os pontos médios de CD e BC. A medida, em cm2, da área do triângulo BCD é A B C D M N A) 10 D) 30 B) 15 E) 40 C) 20 Áreas de polígonos 42 Coleção Estudo 04. (UFES) No t r iângu lo ABC da f igura , temos AD = CF = BE = 2 cm e DC = FB = EA = (1 + ¹3) cm. CALCULE a medida, em graus, do ângulo AÊD e a área do triângulo DEF. A B CF E D 05. (UFRJ) Na figura a seguir, o quadrado ABCD tem lado 6. Q1, Q2, Q3 e Q4 são quadrados de lado x. A região hachurada tem área 16. DETERMINE x. 6 B A C D x Q3 Q2 Q4 Q1 06. (UFMG) Observe a figura. A B CD E F G r s t Nessa figura, as retas r, s, e t são paralelas; a distância entre r e s é 1; a distância entre s e t é 3; EF = 2 e FG = 5. CALCULE a área do quadrilátero ABCD. 07. (UFMG) O comprimento de uma mesa retangular é o dobro de sua largura. Se a mesa tivesse 45 cm a menos de comprimento e 45 cm a mais de largura, seria quadrada. Assim, a área da mesa é de A) 1,62 m2. C) 1,58 m2. B) 1,45 m2. D) 1,82 m2. 08. (UFMG) Observe a figura. A B CD E F Na figura, ABCD é um quadrado de lado 1, EF = FC = FB e DE = 1 2 . A área do triângulo BCF é A) 3 16 B) 1 5 C) 1 6 D) 3 4 09. (UFMG) Nos triângulos ABC e DEF, AB = DE = c, AC = DF = b, BÂC = a, ED̂F = 2a, e a área do triângulo ABC é o dobro da área do triângulo DEF. CALCULE o valor de cos a. 10. (UFMG) Observe esta figura. A B CD P Q Nessa figura, o quadrado ABCD tem área igual a 1; o triângulo BPQ é equilátero; e os pontos P e Q pertencem, respectivamente, aos lados AD e CD. Assim, a área do triângulo BCQ é A) 3 1 2 − B) 2 3 2 + C) 2 3 2 − D) 3 3 2 − 11. (FUVEST-SP) Na figura a seguir, a reta r é paralela ao segmento AC, sendo E o ponto de interseção de r com a reta determinada por D e C. Se as áreas dos triângulos ACE e ADC são 4 e 10, respectivamente, e a área do quadrilátero ABED é 21, então a área do triângulo BCE é A) 6 A B C E D r B) 7 C) 8 D) 9 E) 10 12. (UFU-MG–2007) Na figura a seguir, a área do triângulo ADE corresponde a 20% da área do quadrado ABCD. Para que a área do triângulo EBC seja igual a 30 cm2, o lado do quadrado ABCD deve ser igual a A B CD E A) 10 cm. B) 10¹2 cm. C) 5¹3 cm. D) 5 cm. 13. (UFJF-MG–2008) A área do hexágono regular ABCDEF é 180 cm2. A B C D E F Qual é a área do triângulo sombreado, em centímetros quadrados? A) 10 B) 15 C) 20 D)25 E) 30 Frente D Módulo 09 M A TE M Á TI C A 43Editora Bernoulli 14. (Mackenzie-SP–2006) A figura a seguir representa as peças do tangram – quebra-cabeça chinês formado por 5 triângulos, 1 paralelogramo e 1 quadrado. Sendo a área do quadrado ABCD igual a 4 cm2, a área do triângulo sombreado, em cm2, é A B C D A) 1 6 C) 1 9 E) 1 4 B) 1 8 D) 1 2 15. (FUVEST-SP–2009) A figura representa sete hexágonos regulares de lado 1 e um hexágono maior, cujos vértices coincidem com os centros de seis dos hexágonos menores. Então, a área do pentágono hachurado é igual a A) 3 3 C) 3 3 2 E) 3 2 B) 2 3 D) 3 SEÇÃO ENEM 01. (Enem–2000) Em uma empresa, existe um galpão que precisa ser dividido em três depósitos e um hall de entrada de 20 m2, conforme a figura a seguir. Os depósitos I, II e III serão construídos para o armazenamento de, respectivamente, 90, 60 e 120 fardos de igual volume, e suas áreas devem ser proporcionais a essas capacidades. 10 m 11 m I II III Hall 20 m2 A largura do depósito III dever ser, em metros, igual a A) 1 D) 4 B) 2 E) 5 C) 3 02. (Enem–2002) Um terreno com o formato mostrado na figura foi herdado por quatro irmãos e deverá ser dividido em quatro lotes de mesma área. Rua A Rua D Rua B Rua C Terreno As ruas A e B são paralelas. As ruas C e D são paralelas. Um dos irmãos fez algumas propostas de divisão para que fossem analisadas pelos demais herdeiros. Dos esquemas a seguir, em que lados de mesma medida têm símbolos iguais, o único em que os quatro lotes não possuem, necessariamente, a mesma área é: A) B) D) E) C) 03. (Enem–2008) O tangram é um jogo oriental antigo, uma espécie de quebra-cabeça, constituído de sete peças: 5 triângulos retângulos e isósceles, 1 paralelogramo e 1 quadrado. Essas peças são obtidas recortando-se um quadrado de acordo com o esquema da figura 1. Utilizando-se todas as sete peças, é possível representar uma grande diversidade de formas, como as exemplificadas nas figuras 2 e 3. Figura 1 A B Figura 2 Figura 3 Se o lado AB do hexágono mostrado na figura 2 mede 2 cm, então a área da figura 3, que representa uma “casinha”, é igual a A) 4 cm2. C) 12 cm2. E) 16 cm2. B) 8 cm2. D) 14 cm2. Áreas de polígonos 44 Coleção Estudo 04. (Enem–2009) O governo cedeu terrenos para que famílias construíssem suas residências com a condição de que no mínimo 94% da área do terreno fosse mantida como área de preservação ambiental. Ao receber o terreno retangular ABCD, em que AB = BC 2 , Antônio demarcou uma área quadrada no vértice A, para a construção de sua residência, de acordo com o desenho, no qual AE = AB 5 é lado do quadrado. A E D CB Nesse caso, a área definida por Antônio atingiria exatamente o limite determinado pela condição se ele A) duplicasse a medida do lado do quadrado. B) triplicasse a medida do lado do quadrado. C) triplicasse a área do quadrado. D) ampliasse a medida do lado do quadrado em 4%. E) ampliasse a área do quadrado em 4%. 05. (Enem–2009) A vazão do Rio Tietê, em São Paulo, constitui preocupação constante nos períodos chuvosos. Em alguns trechos, são construídas canaletas para controlar o fluxo de água. Uma dessas canaletas, cujo corte vertical determina a forma de um trapézio isósceles, tem as medidas especificadas na figura I. Neste caso, a vazão da água é de 1 050 m3/s. O cálculo da vazão, Q em m3/s, envolve o produto da área A do setor transversal (por onde passa a água), em m2, pela velocidade da água no local, v, em m/s, ou seja, Q = Av. Planeja-se uma reforma na canaleta, com as dimensões especificadas na figura II, para evitar a ocorrência de enchentes. 30 m 2,5 m 20 m Figura I 49 m 2,0 m 41 m Figura II Disponível em: <http://www2.uel.br>. Na suposição de que a velocidade da água não se alterará, qual a vazão esperada para depois da reforma na canaleta? A) 90 m3/s D) 1 512 m3/s B) 750 m3/s E) 2 009 m3/s C) 1 050 m3/s 06. (Enem–2009) Um fazendeiro doa, como incentivo, uma área retangular de sua fazenda para seu filho, que está indicada na figura como 100% cultivada. De acordo com as leis, deve-se ter uma reserva legal de 20% de sua área total. Assim, o pai resolve doar mais uma parte para compor a reserva para o filho, conforme a figura. a x x b Fazenda do pai Área 100% cultivada (filho) Área de reserva legal (filho) De acordo com a figura anterior, o novo terreno do filho cumpre a lei, após acrescentar uma faixa de largura x metros contornando o terreno cultivado, que se destinará à reserva legal (filho). O dobro da largura x da faixa é A) 10%(a + b)2 B) 10%(ab)2 C) ¹a + b − (a + b) D) ¹(a + b)2 + ab − (a + b) E) ¹(a + b)2 + ab + (a + b) GABARITO Fixação 01. B 02. A 03. E 04. C 05. D Propostos 01. E 08. A 02. C 09. 1 4 03. C 10. C 04. AÊD = 45° 11. B Área = 3 3 2 2cm 12. A 05. x = 1 ou x = 2 13. A 06. 88 3 14. E 07. A 15. E Seção Enem 01. D 02. E 03. B 04. C 05. D 06. D Frente D Módulo 09 FRENTE 45Editora Bernoulli MÓDULOMATEMÁTICA ÁREA DE UM CÍRCULO Considere a circunferência λ de centro O e raio R. Inscreva em λ polígonos regulares, de modo que o número de lados cresça sucessivamente. R R O O OO R R λ λ λ λ R R a a Sabemos que a área de um polígono regular P é o produto do seu semiperímetro p pelo apótema a: AP = p.a Quanto maior o número de lados do polígono regular inscrito em λ, mais seu perímetro se aproxima do perímetro (comprimento) da circunferência, e seu apótema se aproxima do raio. A área do polígono torna-se, portanto, cada vez mais próxima da área do círculo de raio R. Afirma-se, então, que a área de um círculo é o produto do seu semiperímetro pelo raio. Assim, para o círculo de raio R, tem-se: O R λ A = pR.R ⇒ A = pR2 SETOR CIRCULAR Setor circular é uma parte do círculo limitada por um arco de circunferência e dois raios com extremidades nas extremidades do arco. O R R B A Área de um setor circular A área de um setor circular de raio R é proporcional à medida do arco correspondente. 1º caso: A²B medido em graus. R αº R B A O Área Arco pR2 ------------------------- 360º A ------------------------- aº Logo, π α R A 2 360= º º ⇒ A R = π α2 360 º º 2º caso: A²B medido em radianos. O R β rad R B A Área Arco pR2 ------------------------ 2p rad A ------------------------ b rad Logo, π π β R A 2 2= ⇒ A R= β 2 2 3º caso: A²B medido em comprimento. O R � R B A Área Arco pR2 ------------------------ 2pR A ------------------------ Logo, π πR A R2 2= ⇒ A R = 2 Áreas de círculo e suas partes 10 D 46 Coleção Estudo SEGMENTO CIRCULAR Segmento circular é uma parte do círculo limitada por um arco de circunferência e por uma corda com extremidades nas extremidades do arco. O B A A corda AB determina dois segmentos circulares, como mostrado na figura anterior. Área de um segmento circular Para calcularmos a área de um segmento circular de ângulo central 0 < a ≤ p, procedemos como mostrado na figura seguinte: O B A α = –O B A α O B R RR RR R A α A = Asetor – Atriângulo = αR2 2 1 2 − R2.sen a ⇒ A R sen= − 2 2 ( )α α COROA CIRCULAR Dadas duas circunferências concêntricas de raios r e R, com r < R, chama-se coroa circular ao conjunto dos pontos pertencentes ao círculo de raio R e exteriores ao círculo de raio r. O r R Para calcularmos a área de uma coroa circular, fazemos a diferença entre as áreas dos dois círculos: A = pR2 – pr2 ⇒ A = p(R2 – r2) RAZÃO ENTRE ÁREAS DE FIGURAS SEMELHANTES Consideremos os triângulos semelhantes ABC e DEF, sendo K a razão de semelhança do primeiro para o segundo. B EC Fa d p q A D a d p q = = k Calculando a razão da área do primeiro para a área do segundo triângulo, temos: A A ap dq ap dq a d p q ABC DEF∆ ∆ = = =2 2 . = k.k = k2 ⇒ A A kABC DEF ∆ ∆ = 2 Dessa maneira, deduzimos uma importante propriedade: A razão entre as áreas de dois triângulos semelhantes é igual ao quadrado da razão de semelhança entre eles. Essa propriedade pode ser generalizada para quaisquer figuras semelhantes, isto é: A razão entre áreas de duas figuras semelhantes é igual ao quadrado da razão de semelhança entre essas figuras. EXERCÍCIO RESOLVIDO 01. (AFA-SP) Na figura a seguir, o lado do quadrado é 1 cm. Então, a área da região hachurada, em cm2, é A) π 4 1 2 − C) π 4 1 4 − B) π 2 1 2 − D) π 2 1 4 − Frente D Módulo 10 M A TE M Á TI C A 47Editora Bernoulli Resolução: A área hachurada corresponde à quatro vezes a área de um segmento circular de ângulo central 90° e raio 1 2 , como indicado na figura. 1 2 1 2 Assim, Ahac. = 4(Asetor – A∆) ⇒ Ahac. = 4. π 1 2 4 1 2 1 2 2 2 − . ⇒ Ahac. = π 4 1 2 2− cm EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO 01. (UFMG) Observe a figura. C1 C C2 C3 C4 Nela, a circunferência maior C tem raio 2, e cada uma das circunferências menores, C1, C2, C3 e C4, é tangente a C e a um lado do quadrado inscrito. Os centros de C1, C2, C3 e C4 estão em diâmetros de C perpendiculares a lados do quadrado. A soma das áreas limitadas por essas quatro circunferências menores é A) 8p(3 – 2¹2) C) 2p(3 – 2¹2) B) 2p(3 + 2¹2) D) 8p(3 + 2¹2) 02. (UNIFESP–2007) Se um arco de 60° num círculo I tem o mesmo comprimento de um arco de 40° num círculo II, então a razão da área do círculo I pela área do círculo II é A) 2 9 B) 4 9 C) 2 3 D) 3 2 E) 9 4 03. (UFMG) Observe a figura. A H I 45º 45º G F C B E D O Nela, a circunferência de centro O tem raio r e arcos A¹B, B¹C, C¹D, D¹E, E¹F, F¹G, G¹H e H¹A congruentes. O valor da área sombreada, em função de r, é A) r2(p – 2) B) 2r2(p – 1) C) 2r2 D) r2(p – 1) 04. (UFV-MG–2008) A região hachurada da figura 1 a seguir é denominada Triângulo de Reuleaux, em homenagem a Franz Reuleaux (1829-1905). Nesse triângulo, os vértices A, B e C são centros de circunferências de raio r, as quais contêm, respectivamente, os arcos B¹C, A¹C, A¹B, conforme ilustrado. A janela da Catedral de Notre Dame (figura 2) em Bruxelas, na Bélgica, tem seu design inspirado no Triângulo de Reuleaux. A C B Figura 1 Figura 2 Para a construção dessa janela é necessário conhecer a área do Triângulo de Reuleaux, em função do raio r, que é dada por A) π + 3 2 2r C) π − 5 2 2r B) π − 3 2 2r D) π + 5 2 2r 05. (FUVEST-SP–2006) Na figura a seguir, o triângulo ABC inscrito na circunferência tem AB = AC. O ângulo entre o lado AB e a altura do triângulo ABC em relação a BC é a. Nessas condições, o quociente entre a área do triângulo ABC e a área do círculo da figura é dado, em função de a, pela expressão α A C B A) 2 2 π α. cos D) 2 2 π α α. .cossen B) 2 22 π α.sen E) 2 2 2 π α α. .cossen C) 2 22 π α α. .cossen EXERCÍCIOS PROPOSTOS 01. (EFOA-MG–2006) Na figura a seguir, tem-se um círculo de 3 cm de raio e quatro triângulos equiláteros com vértices no centro desse círculo. A área da região hachurada, em cm2, é A) 4p B) 6p C) 2p D) 5p E) 3p Áreas de círculo e suas partes 48 Coleção Estudo 02. (Mackenzie-SP–2006) Na figura, o raio OA da circunferência mede 6 cm. Adotando-se p = 3, a área da região sombreada, em cm2, é igual a A B 30° O A) 9(4 – ¹3) C) 4¹3 E) 4(9 – ¹3) B) 9 – ¹3 D) 9¹3 03. (UFOP-MG–2008) O triângulo ABC da figura a seguir está inscrito numa circunferência de raio ¹3 cm. O lado AB é diâmetro da circunferência e a medida do ângulo CAB é 30º. A B C 30° O A área da região sombreada, em cm2, é A) π 2 3 3 4 − C) 3 2 3 4 π − B) 3 2 3 2 π − D) π 2 3 3 2 − 04. (Mackenzie-SP) Na figura a seguir, os círculos internos são iguais e a região assinalada tem área 8(p – 2). Então, a área do círculo externo é A) 20p B) 16p C) 8p D) 4p E) 2p 05. (UFBA) O triângulo ABC está inscrito num círculo de área igual a 16p cm2, sendo A = 30°, AB = 8 cm e AC.BC = x cm2. DETERMINE o valor de x¹3. 06. (FUVEST-SP) Na figura, ABCD é um quadrado de lado 1, DEB e CEA são arcos de circunferências de raio 1. Logo, a área da região hachurada é A) 1 6 3 4 − +π A B CD EB) 1 3 3 2 − +π C) 1 6 3 4 − −π D) 1 3 3 2 + −π E) 1 3 3 4 − −π 07. (UFTM-MG) A figura mostra uma circunferência de centro O e raio igual a 2 e um pentágono regular ABCDO, cujos vértices A e D pertencem à circunferência. A região hachurada tem área igual a A B C D O A) 6 5 π B) 8 3 π C) 9 4 π D) 10 3 π E) 12 5 π 08. (UFMG) Observe a figura. A B C M H O Nessa figura, o triângulo ABC é equilátero e está inscrito em um círculo de centro O e raio r = 6 cm; AH ⊥ BC e M é ponto médio do arco A¹C. DETERMINE a área da região hachurada. 09. (PUC Minas) A figura a seguir apresenta um quadrado ABCD, cuja área mede 8 m2. B¹D é um arco de circunferência de centro em A. A medida da área da região BCE, em m2, é A C B E D A) 8 – p C) 6 – p E) 4 – p B) 7 – p D) 5 – p 10. (UEL-PR) Na figura, ABCD é um quadrado cujo lado mede a. Um dos arcos está contido na circunferência de centro C e raio a, e o outro é uma semicircunferência de centro no ponto médio de BC e de diâmetro a. A área da região hachurada é A B C D A) πa2 6 C) πa2 8 1 2 − E) πa2 6 1+ B) πa2 8 D) πa2 6 1 3 − Frente D Módulo 10 M A TE M Á TI C A 49Editora Bernoulli 11. (UFPR–2007) Um cavalo está preso por uma corda do lado de fora de um galpão retangular fechado, de 6 metros de comprimento por 4 metros de largura. A corda tem 10 metros de comprimento e está fixada num dos vértices do galpão, conforme ilustra a figura a seguir. Determine a área total da região em que o animal pode se deslocar. A) (75p + 24) m2 B) 88p m2 C) 20p m2 D) (100p – 24) m2 E) 176p m2 12. (UFMG) Os raios dos círculos de centros A e B medem 3 m e 3¹3 m, respectivamente, e a distância AB mede 6 m. CALCULE a área da região comum aos mesmos. A M B N 13. (UFSCar-SP) Para fins beneficentes, foi organizado um desfile de modas num salão em forma de círculo, com 20 metros de raio. A passarela foi montada de acordo com a figura a seguir, sendo que as passarelas CA e CB são lados que corresponderiam a um triângulo equilátero inscrito na circunferência. No espaço sombreado, ocupado pela plateia, foram colocadas cadeiras, sendo uma cadeira por m2 e um ingresso para cada cadeira. A O CB Adotando ¹3 = 1,73 e p = 3,14: A) DETERMINE quantos metros cada modelo desfilou, seguindo uma única vez o roteiro BC, CA, AO e OB. B) Sabendo-se que todas as cadeiras foram ocupadas, CALCULE quantos ingressos foram vendidos para este evento. 14. (UFMG–2006) Nesta figura, os dois círculos são tangentes entre si e tangentes aos lados do retângulo ABCD. A B CD Sabe-se que o raio do círculo menor e o do círculo maior medem, respectivamente, 2 cm e 4 cm e o lado AB do retângulo mede 9 cm. 1. CALCULE o comprimento do lado AD do retângulo. 2. CALCULE a área da região sombreada na figura. SEÇÃO ENEM 01. (Enem–2009) Dois holofotes iguais, situados em H1 e H2, respectivamente, iluminam regiões circulares, ambas de raio R. Essas regiões se sobrepõem e determinam uma região S de maior intensidade luminosa, conforme figura. R H1 R S H2 Área do setor circular: ASC = A R SC α 2 2 , a em radianos A área da região S, em unidades de área, é igual a A) 2 3 3 2 2 2πR R− B) 2 3 3 12 2π −( )R C) πR R 2 2 12 8 − D) πR 2 2 E) πR 2 3 Áreas de círculo e suas partes 50 Coleção Estudo 02. (Enem–2004) Uma empresa produz tampas circulares de alumínio para tanques cilíndricos a partir de chapas quadradasde 2 metros de lado, conforme a figura. Para 1 tampa grande, a empresa produz 4 tampas médias e 16 tampas pequenas. GRANDE MÉDIA PEQUENA Área do círculo = πr22 m 2 m As sobras de material da produção diária das tampas grandes, médias e pequenas dessa empresa são doadas, respectivamente, a três entidades: I, II e III, para efetuarem reciclagem do material. A partir dessas informações, pode-se concluir que A) a entidade I recebe mais material do que a entidade II. B) a entidade I recebe metade de material do que a entidade III. C) a entidade II recebe o dobro de material do que a entidade III. D) as entidade I e II recebem, juntas, menos material do que a entidade III. E) as três entidades recebem iguais quantidades de material. 03. (Enem–2009) Ao morrer, o pai de João, Pedro e José deixou como herança um terreno retangular de 3 km x 2 km que contém uma área de extração de ouro delimitada por um quarto de círculo de raio 1 km a partir do canto inferior esquerdo da propriedade. Dado o maior valor da área de extração de ouro, os irmãos acordaram em repartir a propriedade de modo que cada um ficasse com a terça parte da área de extração, conforme mostra a figura. 2 km 1 km 1 km 3 km João Pedro José Em relação à partilha proposta, constata-se que a porcentagem da área do terreno que coube a João corresponde, aproximadamente, a Considere: 3 3 0 58= , A) 50%. B) 43%. C) 37%. D) 33%. E) 19%. 04. A parte superior do projeto de um monumento foi construída a partir de uma semicircunferência de raio 12 cm. Para a construção da casa de sino, foi retirada a região abaixo do arco BC e acima da reta que liga BC. A área, em cm2, da região representada na figura delimitada pelo triângulo BCE e pelos setores circulares AEB e CED é B C A D E 60º Centro do círculo A) 24 18 3π + D) 48 27 3π + B) 24 27 3π + E) 48 36 3π + C) 24 36 3π + GABARITO Fixação 01. C 02. B 03. A 04. B 05. E Propostos 01. E 10. B 02. A 11. B 03. A 12. 15 2 9 3 π − m2 04. B 13. A) 109,2 m 05. 48 cm2 B) 910 ingressos vendidos. 06. C 14. 1. AD = 3(2 + ¹3) cm 07. A 2. 20 + 21 3 2 – 8p cm2 08. 27 3 2 + 6p cm2 09. E Seção Enem 01. A 02. E 03. E 04. E Frente D Módulo 10 FRENTE 51Editora Bernoulli MÓDULOMATEMÁTICA DEFINIÇÃO DE POLINÔMIO Um polinômio é uma função na variável x da forma: P(x) = anx n + an – 1x n – 1 + ... + a1x + a0 Em que: i) an, an – 1, ..., a1 e a0 são os coeficientes do polinômio. ii) Os expoentes são números naturais. Exemplos 1°) P(x) = 3x4 – 7x3 + 8x + 2 2°) P(x) = –4x5 + 8x4 – 9x3 + 18x2 + 7x – 1 Um polinômio é dito nulo se todos os seus coeficientes são iguais a zero. Portanto, P(x) = anx n + an – 1x n – 1 + ... + a1x + a0 é nulo se, e somente se, an = an – 1 = ... = a1 = a0 = 0. GRAU DO POLINÔMIO Considere o polinômio P(x) = anx n + an – 1 x n – 1 + ...+ a1x + a0. Dizemos que o grau de P(x) é igual a n, se an ≠ 0. Exemplos 1°) O grau de P(x) = 7x4 – 3x2 + 8 é igual a 4. 2°) O grau de P(x) = 2x2 + 8 é igual a 2. 3°) O grau de P(x) = 13 é igual a zero. OBSERVAÇÃO Não se define o grau de um polinômio nulo. POLINÔMIOS IDÊNTICOS Os polinômios P(x) = anx n + ... + a2x 2 + a1x + a0 e Q(x) = bnx n + ... + b2x 2 + b1x + b0 são idênticos se, e somente se, an = bn, an – 1 = bn – 1, ..., a2 = b2, a1 = b1 e a0 = b0, e escrevemos P(x) ≡ Q(x). Exemplo Determinar os valores de a, b e c para os quais os polinômios P(x) = ax2 + 3x + 9 e B(x) = (b + 3)x2 + (c – 1)x + 3b são idênticos. Resolução: Igualando os coeficientes dos termos correspondentes, obtemos: a b c b = + = − = 3 3 1 9 3 Resolvendo o sistema, obtemos a = 6, b = 3 e c = 4. RAIZ OU ZERO DE UM POLINÔMIO Dizemos que um número k é raiz de um polinômio P(x) se, e somente se, P(k) = 0. Do ponto de vista geométrico, a raiz representa o ponto no qual a curva, correspondente ao gráfico de P(x), intercepta o eixo das abscissas no plano cartesiano. y = P(x) k xO y = P(x) k xO OPERAÇÕES COM POLINÔMIOS Adição e subtração Dados os polinômios: A(x) = anx n + an – 1x n – 1 + ... + a2x 2 + a1x + a0 e B(x) = bnx n + bn – 1x n – 1 + ... + b2x 2 + b1 x + b0 i) A adição A(x) + B(x) é dada por: A(x) + B(x) = (an + bn)x n + (an – 1 + bn – 1)x n – 1 + ... + (a2 + b2)x 2 + (a1 + b1)x + (a0 + b0) ii) A subtração A(x) – B(x) é dada por: A(x) – B(x) = (an – bn)x n + ... + (an – 1 – bn – 1)x n – 1 + ... + (a2 – b2)x 2 + (a1 – b1)x + (a0 – b0) Portanto, nessas operações, basta adicionarmos ou subtrairmos os termos semelhantes. Exemplo Considerar os polinômios A(x) = 5x4 – 3x3 + 18x2 – 9x + 12 e B(x) = x4 + 23x3 – 7x2 + x + 3. Assim, temos: A(x) + B(x) = 6x4 + 20x3 + 11x2 – 8x + 15 A(x) – B(x) = 4x4 – 26x3 + 25x2 – 10x + 9 Polinômios I 17 E 52 Coleção Estudo Multiplicação O produto dos polinômios A(x) e B(x) é obtido através da multiplicação de cada termo de A(x) por todos os termos de B(x), reduzindo os termos semelhantes. O grau do polinômio A(x).B(x) é igual à soma dos graus de A(x) e B(x). Exemplo Sejam os polinômios A(x) = x2 – 3x + 2 e B(x) = 2x – 1. Assim, temos: A(x).B(x) = (x2 – 3x + 2)(2x – 1) ⇒ A(x).B(x) = 2x3 – x2 – 6x2 + 3x + 4x – 2 ⇒ A(x).B(x) = 2x3 – 7x2 + 7x – 2 Divisão (método da chave) Da divisão de dois polinômios A(x) e B(x) não nulos são obtidos os polinômios Q(x) (quociente) e R(x) (resto), tais que: A x B x R x Q x A x B x Q x R x gr R g ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ). ( ) ( ) ( ) ⇒ ≡ + < rr B ou R x( ) ( ) = 0 Em que: A(x): Dividendo gr(R): grau de R(x) B(x): Divisor gr(B): grau de B(x) Q(x): Quociente R(x): Resto Para esclarecermos o método da chave, vamos efetuar a divisão do polinômio P(x) = 4x3 + 2x2 – x + 1 pelo polinômio B(x) = x2 + 2x + 3. Inicialmente, devemos verificar se o grau do dividendo é maior ou igual ao grau do divisor. Caso contrário, não é possível efetuar a divisão. No problema, o grau do dividendo é igual a 3 e o grau do divisor é igual a 2. Portanto, podemos efetuar a divisão. Escrevemos os polinômios no seguinte formato: 4 2 1 2 33 2 2x x x x x+ + + +– Inicialmente, dividimos o primeiro termo do dividendo pelo primeiro termo do divisor. 4 2 1 2 3 4 3 2 2x x x x x x + + + +– Em seguida, multiplicamos 4x por todos os termos do divisor, da direita para a esquerda. O resultado de cada multiplicação é colocado, com o sinal trocado, abaixo de cada termo correspondente, no dividendo. Em seguida, somamos esses termos. 4 2 1 2 3 4 8 12 4 6 13 1 3 2 2 3 2 2 x x x x x x x x x x x + − + + + − − − − − + Repetindo o processo, dividimos –6x2 por x2. 4 2 1 2 3 4 8 12 4 6 6 13 1 3 2 2 3 2 2 x x x x x x x x x x x + − + + + − − − − − − + Multiplicamos –6 por todos os termos do divisor, da direita para a esquerda. O resultado de cada multiplicação é colocado, com o sinal trocado, abaixo de cada termo correspondente, no dividendo. Em seguida, somamos esses termos. 4 2 1 2 3 4 8 12 4 6 6 13 1 3 2 2 3 2 2 x x x x x x x x x x x + − + + + − − − − − − + 6 12 18 19 2x x x + + − + Observe que não podemos continuar a divisão, pois o grau do termo obtido é menor do que 2. Portanto, temos: Quociente: Q(x) = 4x – 6 e Resto: R(x) = –x + 19 EXERCÍCIOS RESOLVIDOS 01. (UFMG) O valor de a para que 1 + ¹2 seja raiz do polinômio P(x) = x3 + ax2 + x + 1 é A) –3 B) –1 C) 1 D) 3 Resolução: Temos que: P(1 + ¹2) = (1 + ¹2)3 + a(1 + ¹2)2 + 1 + ¹2 + 1 = 0 Desenvolvendo os termos, obtemos: 1 + 3¹2 + 6 + 2¹2 + a(1 + 2¹2 + 2) + 2 + ¹2 = 0 9 + 6¹2 + 3a + 2¹2a = 0 ⇒ 9 + 6¹2 = –3a – 2¹2a Igualando os termos correspondentes, temos a = –3. 02. (UFES) O polinômio x3 + ax2 + bx + 7, com coeficientes reais, é divisível por x2 + x + 1. O valor da soma a + b é igual a A) 7 B) 14 C) 15 D) 16 E) 21 Resolução: Vamos efetuar a divisão pelo método da chave. x ax bx x x x x x x a a x b 3 2 2 32 2 7 1 1 1 1 + + + + + − − − + − − + − ( ) ( ) ( )) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) x a x a x a b a x a + − − − − + − − + − 7 1 1 1 8 2 Como o polinômio é divisível, então devemos igualar o resto ao polinômio nulo, ou seja, a = b = 8. Portanto, a + b = 16. Frente E Módulo 17 M A TE M Á TI C A 53Editora Bernoulli EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO 01. (UFOP-MG–2008) Sejam os polinômios p(x) = (a + b)x4 – 5 e q(x) = –2x4 + (a + c)x2 + b + c, em que a, b e c são números reais. Suponha que p(x) e q(x) sejam iguais para todo x ∈ . Então, a + b + c vale A) –7 B) − 5 2 C) –2 D) − 7 2 02. (UFMG) Sejam p(x) = 4x3 + bx2 + cx + d e q(x) = mx2 + nx – 3, polinômios com coeficientes reais. Sabe-se que p(x) = (2x – 6).q(x) + x – 10. Considerando-se essas informações, é INCORRETO afirmar que A) se 10 é raiz de q(x), então 10 também é raiz de p(x). B) p(3) = –7 C) d = 18 D) m = 2 03. (UFMG–2006) Neste plano cartesiano, está representado o gráfico do polinômio p(x) = ax3 + bx2 + cx + d, sendo a, b, c e d números reais. y x–1 5 6 Considere estas afirmativas referentes a esse polinômio: I. a – b + c – 5 = 0; e II. p(p(6)) > p(6). Então, é CORRETO afirmar que A) nenhuma das afirmativas é verdadeira. B) apenas a afirmativa I é verdadeira. C) apenas a afirmativa II é verdadeira. D) ambas as afirmativas são verdadeiras. 04. (UFMG–2007) Sejam p(x) = ax2 + (a – 15)x + 1 e q(x) = 2x2 – 3x + 1 b polinômios com coeficientes reais. Sabe-se que esses polinômios possuem as mesmas raízes. Então, é CORRETO afirmar que o valor de a + b é A) 3 B) 6 C) 9 D) 12 05. (UFOP-MG–2007) O resto da divisão do polinômio p(x)= x99 – 2x + 3 pelo polinômio q(x) = x2 – 1 é A) –x + 3 B) 6 C) 8 D) 3x – 1 EXERCÍCIOS PROPOSTOS 01. (Unifor-CE) Se os polinômios f(x) = x3 + (a – b)x2 + (a – b – 2)x + 4 e g(x) = x3 + 2ax2 + (3a – b) são idênticos, então A) ab = 3 C) b = 3a E) ab = –1 B) a = 3b D) a b = 1 02. (UFMG) Considere o polinômio: p(x) = (x – 1)(x9 + x8 + x7 + x6 + x5 + x4) O polinômio p(x) é igual a A) x4(x3 – 1)(x3 + 1) C) x4(x3 – 1)2 B) x4(x6 – 2x4 + 1) D) x4(x6 – 2x2 + 1) 03. (UFMG) Considere os polinômios: p(x) = ax3 + (2a – 3b)x2 + (a + b + 4c)x – 4bcd e q(x) = 6x2 + 18x + 5, em que a, b, c e d são números reais. Sabe-se que p(x) = q(x), para todo x ∈ . Assim sendo, o número d é igual a A) 1 8 B) 2 3 C) 4 5 D) 3 04. (UFMG) Sejam P(x) = x2 – 4 e Q(x) = x3 – 2x2 + 5x + a, em que Q(2) = 0. O resto da divisão de Q(x) por P(x) é A) –x – 2 C) x + 2 E) –9x + 18 B) 9x – 18 D) 0 05. (PUC Rio) Se x2 + 2x + 5 divide x4 + px2 + q exatamente (isto é, o resto da divisão do segundo polinômio pelo primeiro é zero), então A) p = –2 e q = 5 D) p = 6 e q = 25 B) p = 5 e q = 25 E) p = 14 e q = 25 C) p = 10 e q = 20 06. (UFJF-MG) Ao dividirmos um polinômio p(x) por outro polinômio q(x), encontramos um resto r(x) = x – 1. É CORRETO afirmar que o A) grau de p(x) é igual a 2. B) grau de q(x) é igual a 2. C) grau de q(x) é maior que 1. D) grau de p(x) é igual a 1. 07. (UFES) O polinômio P(x), quando dividido por x2 + x + 1, fornece o quociente x + 1 e o resto x – 1. O coeficiente do termo do primeiro grau no polinômio P(x) é A) 0 B) 1 C) 2 D) 3 E) 4 08. (UFMG) Os valores de m e n, para os quais o resto da divisão de P(x) = 2x3 – 3x2 + mx + n por Q(x) = x2 – 3x + 2 seja 2x + 1, são A) m = 9 e n = –1 D) m = 2 e n = 1 B) m = –3 e n = 7 E) m = –6 e n = 2 C) m = 2 e n = 3 09. (UFMG) O quociente do polinômio p(x) = x4 + a2x2 + a4 pelo polinômio q(x) = x2 – ax + a2, a ∈ , é A) x2 – ax + a D) x2 + ax + a B) x2 – ax + a2 E) x2 + ax + a2 C) x2 – a2x + a Polinômios I 54 Coleção Estudo 10. ( U F T M - M G ) S e n d o k u m n ú m e r o r e a l e P(x) = –x5 + 2x3 – x2 + k2 um polinômio divisível pelo polinômio D(x) = x3 + 1, pode-se concluir que k2 é um número A) natural. D) irracional. B) inteiro negativo. E) imaginário puro. C) racional não inteiro. 11. (UFV-MG) O resto da d iv i são do po l inômio p(x) = 5x3 – 4x2 + mx + n pelo polinômio q(x) = x2 – 2x + 1 é r(x) = 3x + 2. Então, o produto mn é igual a A) 32 B) –32 C) –16 D) 16 E) 12 12. (UFF-RJ) As raízes de um polinômio P(x) de grau 3 são r, s e t. Então, as raízes do polinômio Q(x) = [P(x)]2 são A) r2, s2, t2 D) r s t 2 2 2 , , B) 2r, 2s, 2t E) r – 2, s – 2, t – 2 C) r, s, t 13. ( U F R G S ) S a b e n d o - s e q u e o p o l i n ô m i o x4 + 4x3 + px2 + qx + r é divisível por x3 + 3x2 + 9x + 3, segue que p é igual a A) 3 B) 6 C) 9 D) 12 E) 15 14. (UFPR–2007) Sabendo-se que o polinômio p(x) = x4 – 3x3 + ax2 + bx – a é divisível pelo polinômio q(x) = x2 + 1, é CORRETO afirmar: A) 2a + b = –2 D) 2a – b = 1 4 B) a + 2b = 1 2 E) a – b = –1 C) a – 2b = 0 SEÇÃO ENEM 01. Ao estudar a variação entre os valores de duas grandezas P e X, um pesquisador concluiu que a relação matemática que caracterizava essa variação era dada pelo polinômio P(x) = x3 + ax2 + bx + c, em que x era o valor da grandeza X e P(x) era o valor correspondente da grandeza P. Parte dos dados coletados pelo pesquisador encontram-se a seguir: X P 0 2 1 5 2 10 Com base nas informações apresentadas, pode-se afirmar que o valor do coeficiente a é A) –3 B) –2 C) 0 D) 2 E) 3 02. Observe a notícia a seguir: Robô-bombeiro feito no Brasil ensaia entrada no mercado internacional Por Guilherme Felitti, repórter do IDG Now! Publicada em 19 de out. de 2006 às 18h19 Atualizada em 20 de out. de 2006 às 11h17 São Paulo – Desenvolvido em Fortaleza para combater incêndios, SACI já é testado pela Petrobrás e desperta interesses nos EUA, Índia e Austrália. Além de dálmatas, bombeiros poderão ter outra companhia dentro das brigadas a partir de 2007, com funções mais interessantes que os cães malhados. O robô-bombeiro SACI, construído como projeto de conclusão por um grupo do curso de Engenharia da Computação da Universidade de Fortaleza, deverá começar a ganhar o mundo já no próximo ano. Já usado em testes dentro da Petrobrás, o robô, que tem a sigla de Sistema de Apoio ao Combate de Incidentes como nome, está em sua terceira versão e será vendido para a Brigada de Chicago até o final do ano. “O Corpo de Bombeiros da cidade entrou em contato para adquirir uma unidade que subisse escadas”, afirma Roberto Macedo, diretor técnico de pesquisa e desenvolvimento da Armtec, responsável pelo SACI. Considere que o robô descrito anteriormente se desloque ao longo do gráfico do polinômio P(x) = x3 – 7x2 + 14x – 8. O sistema cartesiano de eixos foi posicionado de modo que as raízes reais desse polinômio indicam possíveis focos de incêndio, os quais serão combatidos pelo robô. Portanto, pode-se afirmar que o robô bombeiro será utilizado A) Nenhuma vez D) três vezes. B) uma vez. E) quatro vezes. C) duas vezes. GABARITO Fixação 01. D 02. C 03. D 04. C 05. A Propostos 01. E 04. B 07. D 10. A 13. D 02. A 05. D 08. B 11. B 14. A 03. A 06. C 09. E 12. C Seção Enem 01. B 02. D Frente E Módulo 17 FRENTE 55Editora Bernoulli MÓDULOMATEMÁTICA TEOREMA DO RESTO O resto da divisão de P(x) por um binômio ax + b é P b a − . Podemos verificar esse fato facilmente. Temos: P x ax b R Q x ( ) ( ) + Podemos escrever na forma P(x) ≡ (ax + b).Q(x) + R. Para x = − b a , temos: P b a a b a b Q b a − = − + − . . + ⇒ − = − +( ) − + ⇒ − R P b a b b Q b a R P b a . = − + ⇒ − = 0.Q b a R P b a R Em outras palavras, para encontrarmos o resto da divisão de um polinômio P(x) por um binômio do 1º grau, basta calcularmos a raiz do binômio do 1º grau e, em seguida, substituirmos no polinômio P(x). Exemplo Calcular o resto da divisão do polinômio P(x) = 3x3 + 4x2 –x + 5 por B(x) = x – 1. Resolução: Cálculo da raiz de B(x): x – 1 = 0 ⇒ x = 1 O resto R é dado por: R = P(1) = 3.13 + 4.12 – 1 + 5 ⇒ R = 3 + 4 – 1 + 5 = 11 TEOREMA DE D’ALEMBERT P(x) é divisível por ax + b se, e somente se, P b a − = 0. Observe que o Teorema de D’Alembert é uma consequência imediata do Teorema do Resto. Eis a demonstração: Seja P(x) = (ax + b).Q(x) + R. Conforme vimos anteriormente, fazendo x b a = − , temos P b a − = R. Porém, o polinômio P(x) é divisível por ax + b se, e somente se, R for igual a zero. Desse modo, o teorema está demonstrado. DISPOSITIVO DE BRIOT-RUFFINI É um dispositivo prático que permite determinar o quociente e o resto da divisão de um polinômio P(x) por um binômio da forma x – a. Como exemplo, vamos efetuar a divisão do polinômio P(x) = x3 + 3x2 – x + 4 por B(x) = x – 2. Inicialmente, vamos posicionar os termos indicados, conforme o esquema a seguir: Raiz do divisor Coeficientes do dividendo Coeficientes do quociente Resto Assim, temos: 2 1 3 4–1 Repetimos o coeficiente do termo de maior grau. 1 2 1 3 4–1 Polinômios II 18 E 56 Coleção Estudo Multiplicamos essa raiz (2) pelo coeficiente que foi repetido (1) e, em seguida, somamos com o próximo coeficiente (3). O resultado é colocado à direita de 1. Fazemos 2.1 + 3 = 5. 2 1 5 1 3 4–1 Repetimos o processo, agora com o último termo obtido (5). Fazemos 2.5 – 1 = 9. 2 1 3 4–1 1 5 9 Finalmente, repetimos para o termo 9. Assim, obtemos o último termo, separado por uma linha tracejada. Esse número é o resto da divisão de P(x) por B(x). Fazemos 2.9 + 4 = 22. 2 1 3 –1 4 1 5 9 22 Os números obtidos (1, 5 e 9) são os coeficientes do polinômio quociente. Como P(x) é do 3º grau e B(x) é do 1º grau, o dividendo deverá ser, necessariamente. do 2º grau. Por isso, costumamos dizer que o Dispositivo de Briot-Ruffini serve para abaixar o grau do polinômio P(x). Mais à frente, veremos uma importante aplicação desse fato no cálculo de raízes de equações. Portanto, temos o quociente Q(x) = x2 + 5x + 9 e o resto R(x) = 22. OBSERVAÇÃO Podemos utilizar o Método de Briot-Ruffini também quando o divisor é um polinômio da forma ax + b. Nesse caso, devemos dividir os coeficientes do polinômio quociente por a. Exemplo Efetuar a divisão de P(x) = 5x3 + x2 – 2x + 1 por 2x – 4. Resolução: A raiz do binômio do 1º grau é igual a 2. Assim, temos: 2 5 1 –2 1 5 11 20 41 Para obtermos o polinômio quociente, devemos dividir cada termo obtido por 2. É importante observar que o resto não se altera. Assim, temos como quociente Q(x) = 5 2 11 2 102x x+ + e resto R(x) = 41. TEOREMA DA DIVISÃO PELO PRODUTO Um polinômio P(x) é divisível por (x – a)(x – b) se, e somente se, P(x) é divisível separadamente por x – a e por x – b. Demonstração: Se P(x) é divisível por (x – a )(x – b), podemos escrever da seguinte forma: P x x a x b Q x ( ) ( )( ) ( ) − − 0 Em que Q(x) é o polinômio quociente. Logo, temos P(x) = (x – a)(x – b).Q(x). Pelo Teorema de D’Alembert, P(x) é divisível por x – a se, e somente se, P(a) = 0. Assim, temos P(a) = (a – a)(a – b).Q(a) = 0. Logo, P(x) é divisível por x – a. Analogamente, P(x) será divisível por x – b se, e somente se, P(b) = 0. Assim, temos que P(b) = (b – a)(b – b).Q(b) = 0. Logo, P(x) é divisível por x – b. EXERCÍCIOS RESOLVIDOS 01. (FGV-SP) Se o polinômio x3 – 2mx2 + (–m + 6)x + 2m + n é divisível por x – 1 e por x + 1, então m + n é igual a A) 7 B) –7 C) 6 D) –6 E) 0 Resolução: Pelo Teorema de D’Alembert, temos P(1) = 0 e P(–1) = 0. Assim: P(–1) = (–1)3 – 2m(–1)2 + (–m + 6)(–1) + 2m + n ⇒ 0 = –1 – 2m + m – 6 + 2m + n ⇒ m + n = 7 Observe que não foi necessário fazer P(1) = 0, pois a pergunta envolvia m + n. 02. (Mackenzie-SP) P x x Q x Q x x Q x ( ) ( ) ( ) ( ) − −2 4 6 1 1 Considerando as divisões de polinômios dadas, podemos afirmar que o resto da divisão de P(x) por x2 – 8x + 12 é A) 2x + 2 D) 3x – 2 B) 2x + 1 E) x + 1 C) x + 2 Resolução: Podemos escrever do seguinte modo: P(x) = (x – 2).Q(x) + 4 e Q(x) = (x – 6).Q1(x) + 1 Substituindo a expressão para Q(x) em P(x), temos: P(x) = (x – 2)[(x – 6).Q1(x) + 1] + 4 ⇒ P(x) = (x – 2).(x – 6).Q1(x)+ x – 2 + 4 ⇒ P(x) = (x2 – 8x + 12).Q1(x) + x + 2 Logo, o resto da divisão de P(x) por x2 – 8x + 12 é igual a (x + 2). Frente E Módulo 18 M A TE M Á TI C A 57Editora Bernoulli 03. Um polinômio P(x) deixa resto 1 quando dividido por x – 1 e deixa resto 4 quando dividido por x + 2. Determinar o resto da divisão do polinômio P(x) por (x – 1)(x + 2). Resolução: Vamos representar os dados da seguinte forma: P x x Q1 ( ) ( ) −1 1 Pelo Teorema do Resto, temos que P(1) = 1.x P x x Q2 ( ) ( ) +2 4 Pelo Teorema do Resto, temos que P(–2) = 4.x Agora, observe que (x – 1)(x + 2) é um polinômio do segundo grau. Na divisão de P(x) por (x – 1)(x + 2), o grau do resto deve ser menor do que o grau do divisor. Portanto, o resto R(x) é da forma R(x) = ax + b, em que a e b são números reais. P x x x ax b Q x ( ) ( )( ) ( ) − + + 1 2 3 P(x) = (x – 1)(x + 2).Q3(x) + ax + b Fazendo x = 1, temos: P(1) = (1 – 1)(1 + 2).Q3(1) + a.1 + b ⇒ 1 = a + b Fazendo x = –2, temos: P(–2) = (–2 – 1)(–2 + 2).Q3(–2) + a(–2) + b ⇒ 4 = –2a + b Resolvendo o sistema a b a b + = − + = 1 2 4 , temos a = –1 e b = 2. Portanto, o resto é igual a R(x) = –x + 2. EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO 01. (UFJF-MG / Adaptado) Um polinômio P(x), quando dividido pelo polinômio q(x) = x2 – 4, deixa resto r(x) = 3x + 5. Então, o resto da divisão de P(x) por x + 2 é igual a A) –2 B) –1 C) 0 D) 1 02. (FUVEST-SP) Dividindo-se o polinômio p(x) por 2x2 – 3x + 1, obtêm-se quociente 3x2 + 1 e resto –x + 2. Nessas condições, o resto da divisão de p(x) por x – 1 é A) 2 B) 1 C) 0 D) –1 E) –2 03. (UFJF-MG) Na divisão de um polinômio P(x) pelo binômio (x + a) usou-se o Dispositivo prático de Briot-Ruffini e encontrou-se: –2 1 p 4 –5–3 q –4 5 r 7 Os valores de r, q, p e a são, respectivamente, A) 6, 1, –6, –2 D) –6, –2, 1, 2 B) –6, –2, –2, 2 E) 4, 1, –4, 2 C) –6, 1, –2, 2 04. (FUVEST-SP) Seja p(x) um polinômio divisível por x – 3. Dividindo-se p(x) por x – 1, obtemos quociente q(x) e resto r = 10. O resto da divisão de q(x) por x – 3 é A) –5 B) –3 C) 0 D) 3 E) 5 05. (FUVEST-SP–2009) O polinômio p(x) = x3 + ax2 + bx, em que a e b são números reais, tem restos 2 e 4 quando dividido por x – 2 e x – 1, respectivamente. Assim, o valor de a é A) –6 B) –7 C) –8 D) –9 E) –10 EXERCÍCIOS PROPOSTOS 01. (PUC Minas) O resto da divisão de P(x) = ax3 – 2x + 1 por Q(x) = x – 3 é 4. Nessas condições, o valor de a é A) 1 3 B) 1 2 C) 2 3 D) 3 2 02. (UFJF-MG–2006) O polinômio p(x) é divisível por x + 3, por x – 1 e por x + 5. Podemos dizer que o seu grau g é A) g > 3 C) g ≥ 3 E) g ≤ 3 B) g < 3 D) g = 3 03. (UEL-PR) Sobre um polinômio p(x) de grau 1, sabe-se que I. sua raiz é igual a 2 II. p(–2) é igual ao dobro de sua raiz Nessas condições, é CORRETO afirmar: A) p(x) = –x + 2 D) p(x) = x2 – x – 2 B) p(x) = 2x – 4 E) p(x) = –x2 + x + 2 C) p(x) = x – 2 04. (UNIFESP) Dividindo-se os polinômios p1(x) e p2(x) por x – 2, obtêm-se, respectivamente, r1 e r2 como restos. Sabendo-se que r1 e r2 são os zeros da função quadrática y = ax2 + bx + c, conforme gráfico, y = ax2 + bx + c xO V (vértice) 3 5 y o resto da divisão do polinômio produto p1(x).p2(x) por x – 2 é A) 3 B) 5 C) 8 D) 15 E) 21 05. (PUCPR) Se o polinômio x4 + px2 + q é divisível pelo polinômio x2 – 6x + 5, então p + q vale A) –1 B) 3 C) 5 D) –4 E) 10 06. (PUC RS) A divisão do polinômio p(x) = x5 – 2x4 – x + m por q(x) = x – 1 é exata. O valor de m é A) –2 B) –1 C) 0 D) 1 E) 2 Polinômios II 58 Coleção Estudo 07. (Mackenzie-SP) Observando a divisão dada, de polinômios, podemos afirmar queo resto da divisão de P(x) por x + 1 é P x x x x Q x ( ) ( ) 2 2 2 1 − − − A) –1 B) –2 C) 2 D) 3 E) –3 08. (AFA-SP) O parâmetro a, de modo que o resto da divisão de 5x3 + (2a – 3)x2 + ax – 2 por x + 2 seja 6, é igual a A) 9 B) 10 C) 11 D) 12 09. (UFLA-MG–2009) O polinômio x3 + ax2 + x + b é divisível por x2 + 2x – 3. Então, o valor de a – b é A) 2 B) –10 C) 10 D) –2 10. (UFJF-MG) O resto da d iv isão do pol inômio p(x) = 3x2 – 17x + 27 por q(x) = x – 4 é A) 4 B) 7 C) 2x D) 5 E) 5x – 20 11. (ITA-SP) A divisão de um polinômio P(x) por x2 – x resulta no quociente 6x2 + 5x + 3 e resto –7x. O resto da divisão de P(x) por 2x + 1 é igual a A) 1 B) 2 C) 3 D) 4 E) 5 12. (UFJF-MG) Um polinômio p(x) dividido por x – 1 deixa resto 2. O quociente desta divisão é, então, dividido por x – 4, obtendo resto 1. O resto da divisão de p(x) por (x – 1)(x – 4) é A) 1 B) 2 C) x + 1 D) x – 1 13. (UFMG) O polinômio P(x) = x4 + mx2 + n é divisível por x2 – 4 e também por x2 – 3. O valor do produto mn é A) –84 B) –12 C) –1 D) 12 E) 14 14. (UFMG) O polinômio P(x) = 3x5 – 3x4 – 2x3 + mx2 é divisível por Q(x) = 3x2 – 2x. O valor de m é A) –2 B) – 3 8 C) 16 9 D) 2 E) 4 SEÇÃO ENEM 01. Um pesquisador estudou a variação entre duas grandezas E e T. Os resultados da sua pesquisa encontram-se no gráfico a seguir: E TO Sabe-se que E(T) é uma função polinomial de T. Portanto, é possível afirmar que A) E(T) é um polinômio do 3º grau. B) E(T) é uma função periódica. C) E(T) possui grau maior ou igual a 3. D) E(T) é uma função injetora. E) E(T) é uma função par. 02. Uma importante área da Matemática é a chamada Pesquisa Operacional (PO). Trata-se de um conjunto de técnicas de modelagem matemática aplicado a diversos problemas práticos. Atualmente, a Pesquisa Operacional é bastante utilizada para a maximização do lucro de empresas. Considere que um profissional da área de Pesquisa Operacional tenha efetuado a modelagem da maximização do lucro de uma empresa. Na sua pesquisa, ele descobriu que havia dois valores correspondentes à produção x para os quais o lucro seria nulo. O menor desses valores não é suficiente para atingir uma região de lucratividade, pois o valor adquirido com a venda do produto é o mesmo gasto para produzi-lo, e o maior desses valores eleva muito o custo da produção, devido à necessidade de aquisição de equipamentos, e também não gera lucro. Após analisar os dados, ele obteve uma expressão que descreve o lucro L(x) dessa empresa em função do número de toneladas produzidas x. A expressão é a seguinte: L(x) = – – – x x x x 3 28 19 12 1 + + Diante disso, o número de toneladas a serem produzidas, a fim de que a empresa tenha a máxima lucratividade, é igual a A) 3 B) 3,5 C) 4 D) 4,5 E) 5 GABARITO Fixação 01. B 02. B 03. C 04. A 05. A Propostos 01. A 08. B 02. C 09. C 03. A 10. B 04. E 11. E 05. A 12. C 06. E 13. A 07. E 14. C Seção Enem 01. C 02. B Frente E Módulo 18 FRENTE 59Editora Bernoulli MÓDULOMATEMÁTICA EQUAÇÕES ALGÉBRICAS Chamamos de equação algébrica ou equação polinomial a toda equação na variável x que pode ser escrita na forma anx n + an – 1x n – 1 + ... + a2x 2 + a1x + a0 = 0, em que os coeficientes an, an – 1, ..., a1, a0 são números complexos e n ∈ . Exemplos 1º) x2 – 4x + 8 = 0 2º) 5x3 + 6x2 – 3x + 1 = 0 RAÍZES OU ZEROS DE UMA EQUAÇÃO POLINOMIAL Dizemos que um número complexo a é raiz de uma equação polinomial do tipo P(x) = 0 se, e somente se, P(a) = 0. Por exemplo, a equação 2x3 – x2 + 4x – 5 = 0 admite 1 como raiz, pois 2.13 – 12 + 4.1 – 5 = 2 – 1 + 4 – 5 = 0. Portanto, para verificarmos se um determinado número complexo é raiz de uma equação, devemos substituir a variável por esse número e verificar se a igualdade é satisfeita. CONJUNTO SOLUÇÃO OU VERDADE Chamamos de conjunto solução de uma equação P(x) = 0, em um determinado conjunto universo U, ao conjunto formado por todas as raízes dessa equação. Resolver uma equação significa determinar o seu conjunto solução. Exemplos 1º) Resolver, em , a equação x2 + x + 2 = 0. Resolução: ∆ = 12 – 4.1.2 = 1 – 8 = –7 No conjunto , a equação não apresenta soluções, ou seja, S = ∅. 2º) Resolver, em , a equação x2 + x + 2 = 0. Resolução: ∆ = 12 – 4.1.2 = 1 – 8 = –7 x x i= − ± − ⇒ = − ±1 7 2 1 1 7 2. Portanto, no conjunto dos números complexos, o conjunto solução é dado por S i i= − − − + 1 7 2 1 7 2 , . TEOREMA FUNDAMENTAL DA ÁLGEBRA Toda equação de grau n, n ≥ 1, possui pelo menos uma raiz complexa. Esse teorema foi enunciado no final do século XVIII pelo matemático Carl Friedrich Gauss. Uma das consequências mais importantes desse teorema é a seguinte: Um polinômio de grau n, n ≥ 1, possui n raízes complexas. De acordo com o Teorema Fundamental da Álgebra, podemos afirmar que existe pelo menos uma raiz complexa. Sendo k1 essa raiz, temos P(k1) = 0. Logo, o polinômio P(x) é divisível pelo polinômio x – k1 (Teorema de D’Alembert). Portanto, podemos escrever o seguinte: P x x k Q x P x x k Q x ( ) ( ) ( ) ( ). ( ) − ⇒ = −1 1 1 1 0 Equações polinomiais I 19 E 60 Coleção Estudo Observe que, para P(x) = 0, temos que x – k1 = 0 ou Q1(x) = 0. Portanto, podemos concluir que as raízes de Q1(x) também são raízes de P(x). Podemos proceder de maneira análoga ao analisarmos o polinômio Q1(x). Sendo k2 uma raiz de Q1(x), podemos escrever: Q1(x) = (x – k2).Q2(x) Substituindo na expressão para P(x), obtemos: P(x) = (x – k1).(x – k2).Q2(x) Aplicando sucessivamente esse raciocínio, obtemos: P(x) = (x – k1).(x – k2).(x – k3). ... .(x – kn).Qn(x) Em que Qn(x) é um polinômio de grau zero. Observe que o coeficiente de xn em P(x) é an. Logo, temos Qn(x) = an. Portanto: P(x) = (x – k1).(x – k2).(x – k3). ... .(x – kn).an Essa é a chamada forma fatorada do polinômio P(x). TEOREMA DA DECOMPOSIÇÃO Como consequência do exposto, enunciamos a seguir o chamado Teorema da Decomposição. Um polinômio P(x) de grau n, n ≥ 1, pode ser decomposto em n fatores do 1º grau, ou seja, pode ser escrito na forma: P(x) = (x – k1).(x – k2).(x – k3). ... .(x – kn).an Observe que uma consequência imediata desse teorema é que toda equação de grau n, n ≥ 1, possui n raízes complexas, distintas ou não. OBSERVAÇÃO Consideremos o polinômio P(x) de grau n, n ≥ 1. Sabemos que esse polinômio pode ser decomposto em n fatores do 1º grau. Suponhamos que um mesmo número seja raiz de k fatores de P(x), k ≤ n. Dizemos que esse número é uma raiz de multiplicidade k do polinômio P(x). EXERCÍCIOS RESOLVIDOS 01. Resolver a equação x3 – 3x2 + 4x – 12 = 0. Resolução: Fatorando a equação, temos: x2(x – 3) + 4(x – 3) = 0 ⇒ (x – 3)(x2 + 4) = 0 Assim, temos: x ou x x ou x x− = ⇔ + = = ⇔ = − 3 0 4 0 3 42 2 == = ± 3 2 ou x i Portanto, o conjunto solução é dado por S = {–2i, 2i, 3}. 02. Determinar a multiplicidade de cada uma das raízes na equação (x – 5)3(x + 2)(x – 7)4 = 0. Resolução: Observe que existem 3 fatores que possuem raiz igual a 5. Portanto, a multiplicidade da raiz 5 é igual a 3. Existe um único fator que possui raiz –2. Logo, a raiz –2 possui multiplicidade igual a 1 (raiz simples). Existem 4 fatores que possuem 7 como raiz. Logo, a multiplicidade da raiz 7 é igual a 4. EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO 01. (UFJF-MG) Marque a alternativa CORRETA. A) Se a e b são raízes da equação algébrica p(x) = 0, então o grau de p(x) é exatamente 2. B) Toda equação algébrica de grau n ≥ 1 com coeficientes reais admite n raízes reais. C) Se a, b e d são três raízes da equação algébrica p(x) = 0 de grau n, então n > 2. D) Se p(x) = 0 é uma equação algébrica de grau 3 cujas raízes são a, b e d, então p(x) = (x – a)(x – b)(x – d). 02. (UFOP-MG) Considere a equação 7x(x – 1)2(2x – 2) = 0.Então, podemos afirmar que A) 1 é raiz tripla. D) –1 é raiz dupla. B) 1 é raiz dupla. E) –1 é raiz tripla. C) 1 é raiz simples. 03. (UFOP-MG) Se p(x) = x2(x2 + 1)(x – 1)2, então a equação p(x) = 0 admite A) 8 raízes reais simples. B) 6 raízes reais simples. C) 3 raízes reais duplas. D) 2 raízes reais duplas. Frente E Módulo 19 M A TE M Á TI C A 61Editora Bernoulli 04. (FUVEST-SP) Sabendo-se que p(x) é um polinômio, a é uma constante real e p(x) = x3 – 3x2 + 2x + a x x cos 2 2+ é uma identidade em x, DETERMINE A) o valor da constante a. JUSTIFIQUE sua resposta. B) as raízes da equação p(x) = 0. 05. (Unicamp-SP) Seja p(x) = x3 – 12x + 16. A) VERIFIQUE que x = 2 é raiz de p(x). B) USE fatoração para mostrar que se x > 0 e x ≠ 2, então p(x) > 0. EXERCÍCIOS PROPOSTOS 01. (FUVEST-SP) O número de pontos de interseção dos gráficos das funções reais f(x) = x x 2 2 1 2 + + e g(x) = x x 2 2 4 3 + + é A) 0 D) 3 B) 1 E) 4 C) 2 02. (PUC Minas) Sendo p(x) = 2x3 – 5x2 + 4x – 1 e q(x) = 2x3 – 7x2 + 7x – 2, nota-se que p(1) = q(1) = 0. A forma mais simples da fração p x q x ( ) ( ) é A) x x + − 1 2 D) x x − + 1 2 B) x x − + 2 1 E) x x + + 1 2 C) x x − − 1 2 03. (UCS-RS) Sabe-se que o polinômio f(x) = x4 – 4x3 + 4x2 – 9 é divisível por g(x) = x2 – 2x + 3. Se q(x) é o quociente da divisão de f(x) por g(x), quais são as raízes de q(x)? A) 1 e –1 B) 3 e –3 C) 1 e –3 D) –1 e 3 E) –1 e –3 04. (PUC-SP) O número de raízes reais do polinômio p(x) = (x2 + 1)(x – 1)(x + 1) é A) 0 B) 1 C) 2 D) 3 E) 4 05. (PUC Minas) A equação de terceiro grau cujas raízes são 1, 2 e 3 é A) x3 – 6x2 + 11x – 6 = 0 B) x3 – 4x2 + 4x – 1 = 0 C) x3 + x2 + 3x – 5 = 0 D) x3 + x2 + 2x + 3 = 0 E) x3 + 6x2 – 11x + 5 = 0 06. (UFRN) Uma das soluções da equação x4 – 8x2 + 16 = 0 é A) –1 B) –2 C) –3 D) –4 E) –5 07. (Cesgranrio) Sejam a e b, respectivamente, a maior e a menor das raízes de x4 – 10x2 + 9 = 0. A diferença a – b vale A) 6 B) 5 C) 4 D) 3 E) 2 08. (UFRN) Seja P(x) = x3 + 6x2 – x – 30. Se P(2) = 0, então o conjunto solução de P(x) = 0 é A) {–2, –3, –5} B) {2, –3, –5} C) {2, –2, –2} D) {2, 3, 5} E) {2, 6, 30} 09. (UFRGS) A raiz da equação (1 – ¹2)x3 – 1 – ¹2 = 0 é A) 1 – ¹2 B) 1 + ¹2 C) (1 + ¹2)6 D) − +( )1 2 2 3 E) − −( )2 1 2 3 10. (Cesgranrio) A soma das raízes da equação x x 5 105 2 = vale A) 5 B) 10 C) 15 D) 18 E) 21 11. (Cesgranrio) O produto das raízes da equação (9x2 – 1)(25x – 1) = 0 vale A) – 1 34 B) – 1 625 C) – 1 225 D) 1 625 E) 1 225 Equações polinomiais I 62 Coleção Estudo 12. (UFPR) Dadas as equações x2 + x + 1 = 0 e x3 – 1 = 0, podemos afirmar que A) apenas uma das raízes de x2 + x + 1 = 0 satisfaz x3 – 1 = 0. B) a soma das raízes de x2 + x + 1 = 0 satisfaz x3 – 1 = 0. C) as raízes da equação x2 + x + 1 = 0 satisfazem x3 – 1 = 0. D) as raízes da equação x2 + x + 1 = 0 não satisfazem x3 – 1 = 0. E) as raízes da equação x3 – 1 = 0 estão em progressão aritmética. 13. (FCMSC-SP) Os valores reais de p e q para os quais a equação x3 3 – 2x2 + px + q = 0 admite uma raiz de multiplicidade 3 são, respectivamente, A) 3 e 4 B) 4 3 e –8 C) 4 e – 8 3 D) – 1 3 e 4 E) N.d.a. 14. (PUC-SP) Em relação ao polinômio p(x) = (x – 1)2(x2 – 1), o que se pode afirmar sobre o número 1? A) É raiz simples. B) É raiz dupla. C) É raiz tripla. D) É raiz quádrupla. E) Não é raiz. 15. (UFV-MG–2009) Considere os conjuntos numéricos: A = {x ∈ | x ≤ 3 e 2 – x ≤ 2x} e B = {x ∈ | 2x3 – 9x2 + 10x – 3 = 0} O número total de subconjuntos do conjunto interseção A ∩ B é A) 8 B) 4 C) 2 D) 1 SEÇÃO ENEM 01. Um professor de Matemática propôs à turma a seguinte questão: Resolver a equação x3 – 3x + 2 = 0. Diante da dificuldade da turma, o professor forneceu uma dica: “Sabe-se que x = 1 é solução dessa equação.” Com base nessas afirmações, é possível afirmar que A) a soma das raízes da equação é igual a 3. B) a equação admite apenas uma raiz real. C) a equação admite uma raiz dupla. D) o produto das raízes da equação é igual a 2. E) as outras duas raízes são irracionais. 02. Uma viga possui o formato de um prisma quadrangular regular. Sabe-se que essa viga é maciça e que suas dimensões, em metros, são também soluções da equação polinomial x4 – 4x3 + 5x2 – 2x = 0. Portanto, pode-se afirmar que o volume dessa viga, em m3, é igual a A) 1 B) 2 C) 4 D) 8 E) 16 GABARITO Fixação 01. C 02. A 03. D 04. A) a = 0 B) S = {0, 1, 2} 05. A) Verifique que P(2) = 0 B) Demonstração Propostos 01. A 06. B 11. C 02. C 07. A 12. C 03. D 08. B 13. C 04. C 09. D 14. C 05. A 10. E 15. B Seção Enem 01. C 02. B Frente E Módulo 19 FRENTE 63Editora Bernoulli MÓDULOMATEMÁTICA RELAÇÕES DE GIRARD São as relações estabelecidas entre as raízes e os coeficientes da equação algébrica P(x) = 0. Vamos estudá-las caso a caso. 1o caso: Equação do 2º grau ax2 + bx + c = 0, com a ≠ 0. Sejam x1 e x2 suas raízes. As relações entre essas raízes são as seguintes: x x b a1 2 + = – e x x c a1 2 . = 2o caso: Equação do 3º grau ax3 + bx2 + cx + d = 0, com a ≠ 0. Sejam x1, x2 e x3 suas raízes. As relações entre essas raízes são as seguintes: x x x b a x x x x x x c a x x x 1 2 3 1 2 1 3 2 3 1 2 3 + + = + + = = – ( . ) ( . ) ( . ) . . –– d a Generalizando para uma equação do grau n, n ≥ 1, temos: anx n + an – 1x n – 1 + an – 2x n – 2 + … + a2x 2 + a1x + a0 = 0 Em que x1, x2, x3, ..., xn são as suas raízes. As relações de Girard são: x x x x a a x x x x x n n n n 1 2 3 1 1 2 1 3 + + + + = + + + ... – ( . ) ( . ) ... ( – – 11 2 1 2 3 1 2 4 2 . ) ( . . ) ( . . ) ... ( . – – – x a a x x x x x x x x n n n n n = + + 11 3. ) – ................................. –x a an n n = ................................................... . . ... (– ) .x x x x a an n n 1 2 3 01= Exemplos 1º) Sejam x1 e x2 as raízes da equação x 2 – x + 4 = 0. Calcular A) x1 + x2 Resolução: x x b a1 2 1 1 1+ = − = − − =( ) B) x1.x2 Resolução: x x c a1 2 4 1 4. = = = C) 1 1 1 2 x x + Resolução: 1 1 1 4 1 2 2 1 1 2 x x x x x x + = + = . D) x x1 2 2 2+ Resolução: x1 + x2 = 1 Elevando ao quadrado os dois membros, temos: ( ) . . x x x x x x x x x 1 2 2 2 1 2 1 2 2 2 1 2 2 2 1 2 1 2 1 2 4 1 + = ⇒ + + = ⇒ + + = ⇒ + xx 2 2 7= − 2º) Sejam x1, x2 e x3 as raízes da equação: 2x3 – 6x2 + 2x – 1 = 0 Calcular A) x1 + x2 + x3 Resolução: x x x b a1 2 3 6 2 6 2 3+ + = − = − − = =( ) Equações polinomiais II 20 E 64 Coleção Estudo B) x1.x2 + x1.x3 + x2.x3 Resolução: x x x x x x c a1 2 1 3 2 3 2 2 1. . .+ + = = = C) x1.x2.x3 Resolução: x x x d a1 2 3 1 2 1 2 . . ( )= − = − − = D) 1 1 1 1 2 3 x x x + + Resolução: 1 1 1 1 1 2 2 1 2 3 2 3 1 3 1 2 1 2 3 x x x x x x x x x x x x + + = + + = = . . . . . E) x x x1 2 2 2 3 2+ + Resolução: x1 + x2 + x3 = 3 Elevando os dois membros ao quadrado, temos: x x x x x x x x x x x x 1 2 3 2 2 1 2 2 2 3 2 1 2 1 3 2 3 3 2 + +( ) = ⇒ + + + + +( ). . . 11 1 2 2 2 3 2 1 2 2 2 3 2 9 2 1 9 7 � ����� ����� = ⇒ + + + = ⇒ + + =x x x x x x. TEOREMA DAS RAÍZES COMPLEXAS Se uma equação P(x) = 0, com coeficientes reais, possui uma raiz complexa a + bi (b ≠ 0), então o seu conjugado a – bi também é raiz desse polinômio. Observe algumas consequências imediatas desse teorema: i) As raízes complexas sempre aparecem aos pares. ii) Se o grau de um polinômio é ímpar, então esse polinômio possui pelo menos uma raiz real. PESQUISA DE RAÍZES RACIONAIS Em determinadas situações, podemos pesquisar acerca da existência de uma raiz racional de uma equação da forma P(x) = 0, baseados na seguinte propriedade: Caso o número p q seja uma raizracional irredutível da equação algébrica anx n + an – 1x n – 1 + ... + a1x + a0 = 0 de coeficientes inteiros, com an ≠ 0 e a0 ≠ 0, podemos afirmar que p é divisor de a0, e q é divisor de an. Exemplo Resolver a equação x3 + 2x2 – 5x + 2 = 0. Resolução: Efetuando a pesquisa de raízes racionais, temos: i) p é um divisor de 2, ou seja, p pode ser igual a –2, –1, 1 ou 2. ii) q é um divisor de 1, ou seja, q pode ser igual a –1 ou 1. Portanto, a fração p q pode assumir os seguintes valores: –2, –1, 1 ou 2 Entre esses valores, verificamos que 1 é raiz. Portanto, o polinômio P(x)= x3 + 2x2 – 5x + 2 é divisível pelo polinômio x – 1. Ao efetuarmos a divisão desses polinômios pelo Método de Briot-Ruffini (abaixamento do grau do polinômio), encontraremos um polinômio quociente cujas raízes são também raízes de P(x). Portanto, temos o seguinte: 1 2 0 1 2 –5 1 3 –2 O quociente é dado por Q(x) = x2 + 3x – 2. Calculando as raízes de Q(x), temos: x2 + 3x – 2 = 0 ∆ = 32 – 4.1.(–2) = 17 x = − ±3 17 2 Portanto, o conjunto solução é dado por: S = − − − + 3 17 2 3 17 2 1, , Frente E Módulo 20 M A TE M Á TI C A 65Editora Bernoulli EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO 01. (Cesgranrio) Se a, b e c são as raízes da equação x3 – 10x2 – 2x + 20 = 0, então o valor da expressão a2bc + ab2c + abc2 é igual a A) 400 B) 200 C) –100 D) –200 E) –400 02. (UFOP-MG) Sabendo que –1 é raiz da equação polinomial 6x3 + 5x2 + kx − 1 = 0 e denominando de a e b as outras raízes dessa equação, pode-se afirmar que a2 + b2 vale A) –1 C) 1 6 B) 1 D) 13 36 03. ( U F O P - M G – 2 0 0 9 ) C o n s i d e r e o p o l i n ô m i o p(x) = x4 – x3 – 14x2 + 2x + 24. Sabendo-se que o produto de duas raízes de p(x) é –12, o produto das outras duas raízes é A) –2 B) 2 C) 4 D) –4 04. (UFMG) Os números –1 e 1 são duas raízes do polinômio p(x) = cx3 + ax2 + bx + 2c. A terceira raiz de p(x) é A) –3 B) –2 C) 0 D) 1 2 E) 2 05. (Mackenzie-SP) Se a soma de duas raízes de p(x) = x3 – 6x2 + 11x + k é 3, então o número real k é igual a A) –6 B) –3 C) –2 D) 3 E) 6 EXERCÍCIOS PROPOSTOS 01. (FUVEST-SP) Seja p(x) = x4 + bx3 + cx2 + dx + e um polinômio com coeficientes inteiros. Sabe-se que as quatro raízes de p(x) são inteiras e que três delas são pares e uma é ímpar. Quantos coeficientes pares tem o polinômio p(x)? A) 0 B) 1 C) 2 D) 3 E) 4 02. (UFJF-MG) Seja S a soma das raízes do polinômio p(x) = ax2 + bx + c, em que a, b e c são números reais e a ≠ 0. Se S1 é a soma das raízes de p(x – 1), então a diferença S1 – S é A) –1 C) 1 B) 0 D) 2 03. (FUVEST-SP) Se a equação 8x3 + kx2 – 18x + 9 = 0 tem raízes reais a e –a, então o valor de k é A) 9 4 D) –2 B) 2 E) –4 C) 9 8 04. (UFSCar-SP) Sabendo-se que a soma de duas das raízes da equação x3 – 7x2 + 14x – 8 = 0 é igual a 5, pode-se afirmar a respeito das raízes que A) são todas iguais e não nulas. B) somente uma raiz é nula. C) as raízes constituem uma progressão geométrica. D) as raízes constituem uma progressão aritmética. E) nenhuma raiz é real. 05. (UFMG) A soma de todas as raízes da equação (x – 1)2 – (x – 1)(x + 4) = (x – 1)(x + 1) é A) –5 B) –2 C) 2 D) 5 E) 6 06. (UFMG) Se a equação x2 + px + q = 0 admite raízes reais simétricas, então A) p = 1 e q = 0 B) p = 1 e q > 0 C) p = 1 e q < 0 D) p = 0 e q > 0 E) p = 0 e q < 0 07. (FUVEST-SP) Sabe-se que o produto de duas raízes da equação algébrica 2x3 – x2 + kx + 4 = 0 é igual a 1. Então, o valor de k é A) –8 B) –4 C) 0 D) 4 E) 8 08. (UFRGS) Se os números –3, a e b são raízes da equação x3 + 5x2 – 2x – 24 = 0, então o valor de a + b é A) –6 B) –2 C) –1 D) 2 E) 6 Equações polinomiais II 66 Coleção Estudo 09. (Cesgranrio) Se as raízes da equação x2 + bx + 27 = 0 são múltiplos positivos de 3, então o coeficiente b vale A) 12 B) –12 C) 9 D) –9 E) 6 10. (FUVEST-SP) As três raízes de 9x3 – 31x – 10 = 0 são p, q e 2. O valor de p2 + q2 é A) 5 9 B) 10 9 C) 20 9 D) 26 9 E) 31 9 11. (Cesgranrio) Se x3 – 2x2 + 5x – 4 = 0 tem uma raiz x1 = 1, então as outras raízes da equação são A) complexas não reais. B) racionais. C) positivas. D) negativas. E) reais de sinais opostos. 12. (UFU-MG–2009) Sabendo-se que os números reais não nulos, a e –a, são soluções da equação 3x3 – 2x2 + px + 1 = 0, então, pode-se afirmar que A) p ≥ 1 B) 0 ≤ p < 1 C) –1 ≤ p < 0 D) p < –1 SEÇÃO ENEM 01. O matemático Cardano, no século XVI, publicou o livro Ars Magna, no qual apresentava uma fórmula para resolver equações do tipo x3 + ax + b = 0. A fórmula era a seguinte: x = − + + − −b E b E 2 2 3 3 , sendo E = b a 2 3 2 3 + Acerca da equação x3 + 63x – 316 = 0, podemos afirmar que (Dado: ¹34 225 = 185) A) possui uma raiz racional. B) possui uma raiz irracional. C) possui apenas raízes complexas. D) não possui nenhuma raiz, real ou complexa. E) possui três raízes idênticas. 02. Os números primos fascinam os matemáticos há séculos. Diversas tentativas já foram feitas para se determinar um polinômio gerador de números primos. Um desses polinômios, conhecido como polinômio de Goetgheluck, é dado por P(x) = x3 – 34x2 + 381x – 1 511. Tal polinômio gera números primos para valores inteiros de x, variando de 0 até 25. Um dos números primos gerados é –1 163. Sabendo-se que o polinômio admite não somente valores inteiros para x, pode-se afirmar que o produto de todos os valores de x, para os quais P(x) = –1 163, é A) 1 511 B) –1 511 C) 381 D) –348 E) 348 GABARITO Fixação 01. D 02. D 03. A 04. E 05. A Propostos 01. D 02. D 03. E 04. C 05. A 06. E 07. A 08. B 09. B 10. D 11. A 12. D Seção Enem 01. A 02. E Frente E Módulo 20 Volume 06 MATEMÁTICA 2 Coleção Estudo Su m ár io - M at em át ic a Frente A 11 3 Probabilidades IAutor: Luiz Paulo 12 11 Probabilidades IIAutor: Luiz Paulo Frente B 11 19 EsferasAutor: Paulo Vinícius Ribeiro 12 25 Inscrição de sólidosAutor: Paulo Vinícius Ribeiro Frente C 11 31 LogaritmosAutor: Luiz Paulo 12 37 Função logarítmicaAutor: Luiz Paulo Frente D 11 45 Progressão aritméticaAutor: Luiz Paulo 12 53 Progressão geométricaAutor: Luiz Paulo Frente E 21 59 MatrizesAutor: Luiz Paulo 22 67 DeterminantesAutor: Luiz Paulo 23 73 Sistemas linearesAutor: Luiz Paulo 24 81 Binômio de NewtonAutor: Luiz Paulo FRENTE 3Editora Bernoulli MÓDULOMATEMÁTICA INTRODUÇÃO Há dois tipos de fenômenos que são objeto de estudo científico: os fenômenos determinísticos e os fenômenos aleatórios. Em um fenômeno determinístico, os resultados dos experimentos correspondentes podem ser determinados de antemão. Conhecemos as leis que os governam a ponto de afirmarmos que tais experimentos, repetidos nas mesmas condições, irão produzir resultados idênticos. Como exemplo, podemos descrever o movimento de um corpo em queda livre, determinando o tempo gasto para atingir o solo. Já em um fenômeno aleatório, os experimentos correspondentes, repetidos nas mesmas condições, não necessariamente produzem os mesmos resultados. Apesar de não sabermos com exatidão qual resultado será obtido, geralmente somos capazes de descrever o conjunto de todos os resultados possíveis para esses experimentos. A seguir, dizemos que um desses possíveis resultados possui uma determinada “chance” de ocorrer. Essa “chance” é denominada probabilidade de ocorrência de um evento. Como exemplo, temos o experimento “lançar uma moeda e observar a face superior”. A probabilidade de obtermos “cara” na face superior é igual a 1 2 , ou seja, 50%. EXPERIMENTO ALEATÓRIO É todo experimento que depende exclusivamente do acaso. Chamamos de acaso aos múltiplos fatores que atuam no fenômeno e cuja consideração nos cálculos é inviável dada a impossibilidade de controlarmos as suascausas. Exemplos 1°) Lançar um dado e observar o número obtido na face superior. 2°) Sortear uma das bolas numeradas de uma urna. 3°) Retirar duas cartas de um baralho e observar os seus naipes. ESPAÇO AMOSTRAL É o conjunto de todos os resultados possíveis de um experimento aleatório, que será indicado por E. Denotamos por n(E) o número de elementos do espaço amostral. Exemplos 1°) Experimento: lançar uma moeda e observar a face superior. E = {cara, coroa} e n(E) = 2 2°) Experimento: lançar simultaneamente duas moedas e observar as faces superiores obtidas. Indicamos cara por C e coroa por K. Assim, temos E = {(C,C), (C,K), (K,C),(K,K)} e n(E) = 4. Podemos utilizar o Princípio Fundamental da Contagem na obtenção de n(E), como segue: Moeda 1 e Moeda 2 ↓ ↓ n(E) = 2 possibilidades x 2 possibilidades ⇒ n(E) = 4 resultados possíveis 3°) Experimento: lançar simultaneamente dois dados e observar as faces superiores obtidas. Seja cada parênteses um experimento, no qual o primeiro valor foi obtido no primeiro dado, e o segundo valor, obtido no segundo dado. Assim, temos: E = ( , ), ( , ), ( , ), ( , ), ( , ), ( , ) ( , ), ( , ), 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 2 1 2 2 (( , ), ( , ), ( , ), ( , ) ( , ), ( , ), ( , ), ( , ) 2 3 2 4 2 5 2 6 3 1 3 2 3 3 3 4 ,, ( , ), ( , ) ( , ), ( , ), ( , ), ( , ), ( , ), ( , 3 5 3 6 4 1 4 2 4 3 4 4 4 5 4 6)) ( , ), ( , ), ( , ), ( , ), ( , ), ( , ) ( , ), ( , 5 1 5 2 5 3 5 4 5 5 5 6 6 1 6 2)), ( , ), ( , ), ( , ), ( , )6 3 6 4 6 5 6 6 n(E) = 36 Utilizando o Princípio Fundamental da Contagem, temos: Dado 1 e Dado 2 ↓ ↓ n(E) = 6 possibilidades x 6 possibilidades ⇒ n(E) = 36 resultados possíveis Probabilidades I 11 A 4 Coleção Estudo 4°) Experimento: sortear uma comissão de 3 alunos entre 10 alunos de uma turma. Descrever tal espaço amostral é trabalhoso. Portanto, vamos determinar apenas n(E). Temos que o total de comissões de 3 alunos é dado por: n(E) = C10, 3 = 10 7 3 ! !. ! = 120 comissões EVENTO Chama-se evento a qualquer subconjunto do espaço amostral. Exemplos 1°) Evento A: No lançamento de um dado, obter um número ímpar. A = {1; 3; 5} n(A) = 3 2°) Evento B: No lançamento simultâneo de dois dados distinguíveis, obter soma das faces igual a 7. B = {(1, 6), (6, 1), (2, 5), (5, 2), (3, 4), (4, 3)} n(B) = 6 EVENTO COMPLEMENTAR Sejam E um espaço amostral finito e não vazio e A um evento de E. Chama-se de evento complementar do evento A aquele formado pelos resultados que não fazem parte do evento A (indicamos por A). Como exemplo, sendo A = {1; 3; 5} o evento “sair um número ímpar no lançamento de um dado”, temos: A= {2; 4; 6} Esquematicamente: n(A) + n(A) = n(E) A E A ESPAÇO AMOSTRAL EQUIPROVÁVEL Chamamos de espaço amostral equiprovável aquele cujos resultados possuem a mesma chance de ocorrerem. Em termos de frequências relativas, supomos que, ao aumentarmos indefinidamente o número de experimentos, os diferentes resultados tendem a aparecer na mesma frequência. PROBABILIDADE DE OCORRÊNCIA DE UM EVENTO Consideremos um experimento aleatório com espaço amostral equiprovável E, com n(E) elementos. Seja A um determinado evento de E com n(A) elementos. A probabilidade de ocorrência do evento A é dada por: P A n A n E ( ) ( ) ( ) = Exemplo No lançamento simultâneo de dois dados distinguíveis, qual é a probabilidade de obtermos uma soma das faces igual a 10? Resolução: Temos n(E) = 6 x 6 = 36. Seja A o evento de E “obter uma soma igual a 10”. A = {(4, 6), (6, 4), (5, 5)} e n(A) = 3 P(A) = n A n E ( ) ( ) = 3 36 1 12 = ou, aproximadamente, 8,3%. Propriedades P(U) = 1 P(∅) = 0 0 ≤ P(A) ≤ 1 P(A) + P(A) = 1 Frente A Módulo 11 M A TE M Á TI C A 5Editora Bernoulli ADIÇÃO DE PROBABILIDADES Sendo A e B dois eventos de um espaço amostral E, conforme o esquema a seguir: A B E Sabemos que o número de elementos da união de dois conjuntos A e B é dado por: n(A ∪ B) = n(A) + n(B) – n(A ∩ B) Dividindo os dois membros por n(E), temos: n A B n E n A n E n B n E n A B n E ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ∪ = + − ∩ Ou seja: P(A ∪ B) = P(A) + P(B) – P(A ∩ B) OBSERVAÇÃO Se A ∩ B = ∅, dizemos que A e B são mutuamente exclusivos. Assim, P(A ∩ B) = 0. Logo, para eventos mutuamente exclusivos, temos: P(A ∪ B) = P(A) + P(B) EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO 01. (FUVEST-SP–2009) Dois dados cúbicos, não viciados, com faces numeradas de 1 a 6, serão lançados simultaneamente. A probabilidade de que sejam sorteados dois números consecutivos, cuja soma seja um número primo, é de A) 2 9 D) 5 9 B) 1 3 E) 2 3 C) 4 9 02. (UFMG–2007) Em uma mesa, estão espalhados 50 pares de cartas. As duas cartas de cada par são iguais e cartas de pares distintos são diferentes. Suponha que duas dessas cartas são retiradas da mesa ao acaso. Então, é CORRETO afirmar que a probabilidade de essas duas cartas serem iguais é A) 1 100 B) 1 99 C) 1 50 D) 1 49 03. (UFTM-MG–2010) Um saco continha 20 bolas, entre brancas e azuis. Desse modo, havia uma probabilidade p de se retirar ao acaso 1 bola azul. Foram retiradas 2 bolas ao acaso e verificou-se que uma era azul e a outra, branca. A probabilidade de se tirar ao acaso 1 bola azul passou a ser de p – 1 36 . O número inicial de bolas azuis no saco era A) 15 D) 5 B) 12 E) 2 C) 8 04. (PUC-SP) Joel e Jane fazem parte de um grupo de dez atores: 4 mulheres e 6 homens. Se duas mulheres e três homens forem escolhidos para compor o elenco de uma peça teatral, a probabilidade de que Joel e Jane, juntos, estejam entre eles é A) 3 4 D) 1 6 B) 1 2 E) 1 8 C) 1 4 05. (Unicamp-SP) Uma urna contém 50 bolas que se distinguem apenas pelas seguintes características: I) x delas são brancas e numeradas sequencialmente com os números naturais de 1 a x. II) x + 1 delas são azuis e numeradas sequencialmente com os números naturais de 1 a x + 1. III) x + 2 delas são amarelas e numeradas sequencialmente com os números naturais de 1 a x + 2. IV) x + 3 delas são verdes e numeradas sequencialmente de 1 a x + 3. A) Qual é o valor numérico de x? B) Qual a probabilidade de ser retirada, ao acaso, uma bola azul ou uma bola com o número 12? Probabilidades I 6 Coleção Estudo EXERCÍCIOS PROPOSTOS 01. (UFPE–2009) Escolhendo aleatoriamente um dos anagramas da palavra COVEST, qual a probabilidade de suas primeira e última letras serem consoantes? A) 1 5 D) 4 7 B) 2 5 E) 5 7 C) 3 5 02. (Fatec-SP) Numa eleição para prefeito de uma certa cidade, concorreram somente os candidatos A e B. Em uma seção eleitoral, votaram 250 eleitores. Do número total de votos dessa seção, 42% foram para o candidato A, 34% foram para o candidato B, 18% foram anulados e os restantes estavam em branco. Tirando-se, ao acaso, um voto dessa urna, a probabilidade de que seja um voto em branco é A) 1 100 D) 1 25 B) 3 50 E) 3 20 C) 1 50 03. (UFU-MG–2006) Numa classe com 50 alunos, 8 serão escolhidos, aleatoriamente, para formar uma comissão eleitoral. A probabilidade de Lourenço, Paulo e Larissa, alunos da classe, fazerem parte desta comissão é igual a A) 3 50 B) 1 175 C) 3 8 D) 1 350 04. (Mackenzie-SP) Escolhe-se, ao acaso, um número de três algarismos distintos tomados do conjunto {1, 2, 3, 4, 5}. A probabilidade de, nesse número, aparecer o algarismo 2 e não aparecer o algarismo 4 é A) 3 5 D) 5 10 B) 4 5 E) 7 10 C) 3 10 05. (UNIFESP) Um engradado, como o da figura a seguir, tem capacidade para 25 garrafas. Se, de forma aleatória, forem colocadas 5 garrafas no engradado, a probabilidade de que quaisquer duas delas não recaiam numa mesma fila horizontal,nem numa mesma fila vertical, é A) 5 25 ! ! D) 5 5 20 25 !. !. ! ! B) 5 5 25 !. ! ! E) 5 5 25 20 !. !. ! ! C) 5 20 25 !. ! ! 06. (UFU-MG–2008) Lança-se um dado não viciado e se observa o número correspondente à face que caiu voltada para cima. Sejam a, b e c, respectivamente, os valores observados em três lançamentos sucessivos. Se x = a.102 + b.10 + c, então a probabilidade de esse número x de três algarismos ser divisível por 2 ou por 5 é igual a A) 8 12 C) 9 12 B) 7 12 D) 10 12 07. (Mackenzie-SP) Num grupo de 12 professores, somente 5 são de Matemática. Escolhidos ao acaso 3 professores do grupo, a probabilidade de, no MÁXIMO, um deles ser de Matemática é A) 3 11 D) 8 11 B) 5 11 E) 9 11 C) 7 11 08. (UFG–2007) Um grupo de 150 pessoas é formado por 28% de crianças, enquanto o restante é composto de adultos. Classificando esse grupo por sexo, sabe-se que 1 3 entre os de sexo masculino é formado por crianças e que 1 5 entre os de sexo feminino também é formado por crianças. Escolhendo ao acaso uma pessoa nesse grupo, CALCULE a probabilidade de essa pessoa ser uma criança do sexo feminino. Frente A Módulo 11 M A TE M Á TI C A 7Editora Bernoulli 09. (UNESP–2007) Dado um poliedro com 5 vértices e 6 faces triangulares, escolhem-se ao acaso três de seus vértices. A probabilidade de que os três vértices escolhidos pertençam à mesma face do poliedro é V1 V2V4 V3 V5 A) 3 10 B) 1 6 C) 3 5 D) 1 5 E) 6 35 10. (FUVEST-SP) Ao lançar um dado muitas vezes, uma pessoa percebeu que a face 6 saía com o dobro de frequência da face 1, e que as outras faces saíam com a frequência esperada em um dado não viciado. Qual a frequência de uma face 1? A) 1 3 B) 2 3 C) 1 9 D) 2 9 E) 1 12 11. (CEFET-MG–2008) A Coordenação de Matemática de uma escola promoveu uma gincana, na qual uma das tarefas era resolver o seguinte problema: “As faces de uma moeda são denominadas cara (K) e coroa (C). Se essa moeda for lançada 6 vezes, qual é a probabilidade de se obter 4 caras e 2 coroas?” A equipe marcaria ponto, nessa tarefa, se encontrasse A) 15 64 D) 9 32 B) 27 64 E) 5 16 C) 7 32 12. (UFU-MG–2007) De uma urna que contém bolas numeradas de 1 a 100 será retirada uma bola. Sabendo-se que qualquer uma das bolas tem a mesma chance de ser retirada, qual é a probabilidade de se retirar uma bola cujo número é um quadrado perfeito ou um cubo perfeito? A) 0,14 C) 0,12 B) 0,1 D) 0,16 13. (UFU-MG–2007) Se no conjunto dos divisores positivos de 1 440 escolhermos aleatoriamente um número, a probabilidade de o número escolhido ser múltiplo de 16 é igual a A) 1 3 C) 9 10 B) 16 1 440 D) 2 3 14. (FEI-SP) Em uma pesquisa realizada em uma faculdade, foram feitas duas perguntas aos alunos. Cento e vinte responderam “sim” a ambas; 300 responderam “sim” à primeira; 250 responderam “sim” à segunda e 200 responderam “não” a ambas. Se um aluno for escolhido ao acaso, qual é a probabilidade de ele ter respondido “não” à primeira pergunta? A) 1 7 B) 1 2 C) 3 8 D) 11 21 E) 4 25 15. (VUNESP) Um baralho consiste em 100 cartões numerados de 1 a 100. Retiram-se dois cartões ao acaso (sem reposição). A probabilidade de que a soma dos dois números dos cartões retirados seja igual a 100 é A) 49 4 950 D) 49 5 000 B) 50 4 950 E) 51 4 851 C) 1% 16. (FEI-SP) Uma urna contém 3 bolas numeradas de 1 a 3 e outra urna contém 5 bolas numeradas de 1 a 5. Ao retirar-se aleatoriamente uma bola de cada urna, a probabilidade de a soma dos pontos ser maior do que 4 é A) 3 5 B) 2 5 C) 1 2 D) 1 3 E) 2 3 17. (Mackenzie-SP) Uma pessoa A concorre com você neste Concurso Vestibular com 40% de chance de ser aprovada. A probabilidade de que pelo menos um de vocês dois seja aprovado é 64%. Então, relativamente à pessoa A, a probabilidade de você ser aprovado é A) a mesma. D) a metade. B) o dobro. E) um quarto. C) o triplo. 18. (FUVEST-SP) Escolhe-se ao acaso três vértices distintos de um cubo. A probabilidade de que esses vértices pertençam a uma mesma face é A) 3 14 B) 2 7 C) 5 14 D) 3 7 E) 13 18 19. (UFOP-MG–2008) Em um laboratório, existem n substâncias. Sabe-se que exatamente duas dessas substâncias não podem estar simultaneamente em qualquer mistura, porque provocam explosão. Um aluno que desconhece esse fato resolve misturar 6 das n substâncias. Sendo a probabilidade de explosão na mistura feita pelo aluno de 1 para 14, DETERMINE o número n de substâncias existentes no laboratório. Probabilidades I 8 Coleção Estudo SEÇÃO ENEM 01. (Enem–2009) Dados do Instituto de Pesquisas Econômicas Aplicadas (IPEA) revelaram que no biênio 2004/2005, nas rodovias federais, os atropelamentos com morte ocuparam o segundo lugar no ranking de mortalidade por acidente. A cada 34 atropelamentos, ocorreram 10 mortes. Cerca de 4 mil atropelamentos/ano, um a cada duas horas, aproximadamente. Disponível em: <http://www.ipea.gov.br>. Acesso em: 6 jan. 2009. De acordo com os dados, se for escolhido aleatoriamente para investigação mais detalhada um dos atropelamentos ocorridos no biênio 2004/2005, a probabilidade de ter sido um atropelamento sem morte é A) 2 17 B) 5 17 C) 2 5 D) 3 5 E) 12 17 Instrução: Texto para as questões 02 e 03. Em um concurso de televisão, apresentam-se ao participante 3 fichas voltadas para baixo, estando representada em cada uma delas as letras T, V e E. As fichas encontram-se alinhadas em uma ordem qualquer. O participante deve ordenar as fichas ao seu gosto, mantendo as letras voltadas para baixo, tentando obter a sigla TVE. Ao desvirá-las, para cada letra que esteja na posição correta ganhará um prêmio de R$ 200,00. 02. (Enem–1998) A probabilidade de o participante não ganhar qualquer prêmio é igual a A) 0 D) 1 2 B) 1 3 E) 1 6 C) 1 4 03. (Enem–1998) A probabilidade de o concorrente ganhar exatamente o valor de R$ 400,00 é igual a A) 0 D) 2 3 B) 1 3 E) 1 6 C) 1 2 04. (Enem–2001) Um município de 628 km2 é atendido por duas emissoras de rádio cujas antenas A e B alcançam um raio de 10 km do município, conforme mostra a figura. 10 km Município 10 km A B 10 km 10 km Para orçar um contrato publicitário, uma agência precisa avaliar a probabilidade que um morador tem de, circulando livremente pelo município, encontrar-se na área de alcance de pelo menos uma das emissoras. Essa probabilidade é de, aproximadamente, A) 20%. B) 25%. C) 30%. D) 35%. E) 40%. 05. (Enem–2006) A tabela a seguir indica a posição relativa de quatro times de futebol na classificação geral de um torneio, em dois anos consecutivos. O símbolo ● significa que o time indicado na linha ficou, no ano de 2004, à frente do indicado na coluna. O símbolo * significa que o time indicado na linha ficou, no ano de 2005, à frente do indicado na coluna. * A B C D A B C D ● ● *● * ● * ● *● * A probabilidade de que um desses quatro times, escolhido ao acaso, tenha obtido a mesma classificação no torneio, em 2004 e 2005, é igual a A) 0,00 B) 0,25 C) 0,50 D) 0,75 E) 1,00 Frente A Módulo 11 M A TE M Á TI C A 9Editora Bernoulli 06. (Enem–2006) Um time de futebol amador ganhou uma taça ao vencer um campeonato. Os jogadores decidiram que o prêmio seria guardado na casa de um deles. Todos quiseram guardar a taça em suas casas. Na discussão para se decidir com quem ficaria o troféu, travou-se o seguinte diálogo: Pedro, camisa 6: — Tive uma ideia. Nós somos 11 jogadores e nossas camisas estão numeradas de 2 a 12. Tenho dois dados com as faces numeradas de 1 a 6. Se eu jogar os dois dados, a soma dos númerosdas faces que ficarem para cima pode variar de 2 (1 + 1) até 12 (6 + 6). Vamos jogar os dados, e quem tiver a camisa com o número do resultado vai guardar a taça. Tadeu, camisa 2: — Não sei não... Pedro sempre foi muito esperto... Acho que ele está levando alguma vantagem nessa proposta... Ricardo, camisa 12: — Pensando bem... Você pode estar certo, pois, conhecendo o Pedro, é capaz que ele tenha mais chances de ganhar que nós dois juntos... Desse diálogo, conclui-se que A) Tadeu e Ricardo estavam equivocados, pois a probabilidade de ganhar a guarda da taça era a mesma para todos. B) Tadeu tinha razão e Ricardo estava equivocado, pois, juntos, tinham mais chances de ganhar a guarda da taça do que Pedro. C) Tadeu tinha razão e Ricardo estava equivocado, pois, juntos, tinham a mesma chance que Pedro de ganhar a guarda da taça. D) Tadeu e Ricardo tinham razão, pois os dois juntos tinham menos chances de ganhar a guarda da taça do que Pedro. E) Não é possível saber qual dos jogadores tinha razão, por se tratar de um resultado probabilístico, que depende exclusivamente da sorte. 07. (Enem–2007) 0 I 14,0 Temperatura do pescado nas peixarias II 13,2 III 10,5 IV 8,9 V 2,33 6 9 12 15 ºC Associação Brasileira de Defesa do Consumidor (Adaptação). Uma das principais causas da degradação de peixes frescos é a contaminação por bactérias. O gráfico apresenta resultados de um estudo acerca da temperatura de peixes frescos vendidos em cinco peixarias. O ideal é que esses peixes sejam vendidos com temperaturas entre 2 ºC e 4 ºC. Selecionando-se aleatoriamente uma das cinco peixarias pesquisadas, a probabilidade de ela vender peixes frescos na condição ideal é igual a A) 1 2 B) 1 3 C) 1 4 D) 1 5 E) 1 6 08. (Enem–2009) A população mundial está ficando mais velha, os índices de natalidade diminuíram e a expectativa de vida aumentou. No gráfico seguinte, são apresentados dados obtidos por pesquisa realizada pela Organização das Nações Unidas (ONU), a respeito da quantidade de pessoas com 60 anos ou mais em todo o mundo. Os números da coluna da direita representam as faixas percentuais. Por exemplo, em 1950 havia 95 milhões de pessoas com 60 anos ou mais nos países desenvolvidos, número entre 10% e 15% da população total nos países desenvolvidos. 461 35 30 25 20 15 10 5 0 1950 70 90 2010 30 50 1 592 95 110 Número em milhões Países em desenvolvimento Países desenvolvidos ESTIMATIVAS 269 490 Fonte: “Pespectivas da População Mundial”. ONU. 2009 Disponível em: <www.economist.com>. Acesso em: 9 jul. 2009 (Adaptação). Em 2050, a probabilidade de se escolher, aleatoriamente, uma pessoa com 60 anos ou mais de idade, na população dos países desenvolvidos, será um número mais próximo de A) 1 2 B) 7 20 C) 8 25 D) 1 5 E) 3 25 Probabilidades I 10 Coleção Estudo 09. (Enem–2009) A população brasileira sabe, pelo menos intuitivamente, que a probabilidade de acertar as seis dezenas da Mega Sena não é zero, mas é quase. Mesmo assim, milhões de pessoas são atraídas por essa loteria, especialmente quando o prêmio se acumula em valores altos. Até junho de 2009, cada aposta de seis dezenas, pertencentes ao conjunto {01, 02, 03, ..., 59, 60}, custava R$ 1,50. Disponível em: <www.caixa.gov.br>. Acesso em: 7 jul. 2009. Considere que uma pessoa decida apostar exatamente R$ 126,00 e que esteja mais interessada em acertar apenas cinco das seis dezenas da Mega Sena, justamente pela dificuldade desta última. Nesse caso, é melhor que essa pessoa faça 84 apostas de seis dezenas diferentes, que não tenham cinco números em comum, do que uma única aposta com nove dezenas, porque a probabilidade de acertar a quina no segundo caso em relação ao primeiro é, aproximadamente, A) 1 1 2 vez menor. D) 9 vezes menor. B) 2 1 2 vezes menor. E) 14 vezes menor. C) 4 vezes menor. 10. (Enem–2001) Uma empresa de alimentos imprimiu em suas embalagens um cartão de apostas do seguinte tipo: Como jogar: • Inicie raspando apenas uma das alternativas da linha de início (linha 1). • Se achar uma bola de futebol, vá para a linha 2 e raspe apenas uma das alternativas. Continue raspando dessa forma até o fim do jogo. • Se encontrar um X em qualquer uma das linhas, o jogo está encerrado e você não terá direito ao prêmio. • Se você encontrar uma bola de futebol em cada uma das linhas, terá direito ao prêmio. 1 2 3 4 5 Frente do cartão Verso do cartão Cada cartão de apostas possui 7 figuras de bolas de futebol e 8 sinais de X distribuídos entre os 15 espaços possíveis, de tal forma que a probabilidade de um cliente ganhar o prêmio nunca seja igual a zero. Em determinado cartão, existem duas bolas na linha 4 e duas bolas na linha 5. Com esse cartão, a probabilidade de o cliente ganhar o prêmio é A) 1 27 B) 1 36 C) 1 54 D) 1 72 E) 1 108 11. (Enem–2005) As 23 ex-alunas de uma turma que completou o Ensino Médio há 10 anos se encontraram em uma reunião comemorativa. Várias delas haviam se casado e tido filhos. A distribuição das mulheres, de acordo com a quantidade de filhos, é mostrada no gráfico a seguir: 10 8 6 4 2 0 sem filhos 1 filho 2 filhos 3 filhos Um prêmio foi sorteado entre todos os filhos dessas ex-alunas. A probabilidade de que a criança premiada tenha sido um(a) filho(a) único(a) é A) 1 3 D) 7 23 B) 1 4 E) 7 25 C) 7 15 GABARITO Fixação 01. A 03. D 05. A) x = 11 02. B 04. C B) 7 25 Propostos 01. B 08. 2 25 15. A 02. B 09. C 16. A 03. D 10. C 17. A 04. C 11. A 18. D 05. D 12. C 19. n = 21 06. A 13. A 07. C 14. D Seção Enem 01. E 05. A 09. C 02. B 06. D 10. C 03. A 07. D 11. E 04. B 08. C Frente A Módulo 11 FRENTE 11Editora Bernoulli MÓDULOMATEMÁTICA PROBABILIDADE CONDICIONAL Considere a seguinte situação: Uma urna contém 50 bolinhas numeradas de 1 a 50. Uma pessoa sorteia uma bola e, ao invés de divulgar de imediato o resultado, ela declara: “O número sorteado é múltiplo de 6”. Com base nesses dados, pergunta-se: Qual é a probabilidade de o número sorteado ser um número maior do que 30? Observe que a probabilidade de o número ser maior do que 30 está condicionada ao fato de já sabermos de antemão que o número sorteado é múltiplo de 6. Portanto, tal informação altera o espaço amostral que normalmente seria considerado. Assim, temos: i) Números múltiplos de 6 entre 1 e 50 = {6, 12, 18, 24, 30, 36, 42, 48}. ii) Observe que, no conjunto anterior, os números 36, 42 e 48 são maiores do que 30. Portanto, a probabilidade pedida é igual a 3 8 . O problema anterior poderia também ser resolvido de outra forma. Consideremos os seguintes eventos: i) A: Sortear um número múltiplo de 6. A = {6, 12, 18, 24, 30, 36, 42, 48} n(A) = 8 ii) B: Sortear um número maior do que 30. B = {31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50} n(B) = 20 iii) Como devemos considerar a ocorrência do evento B, uma vez que o evento A já ocorreu, estamos interessados nos elementos de B que pertencem também a A, ou seja, A ∩ B. A ∩ B = {36, 42, 48} n(A ∩ B) = 3 Observe que o conjunto A é o espaço amostral reduzido a ser considerado e que a probabilidade pedida é equivalente a: P(A ∩ B) = n A B n A ( ) ( ) ∩ = 3 8 Generalizando esse conceito, consideremos os eventos A e B de um espaço amostral E, conforme o diagrama a seguir: A B E Denotamos por P(B/A) a probabilidade condicional de B em relação a A, ou seja, a probabilidade de ocorrer B dado que A já ocorreu. Assim, temos: P(B/A) = P(A ∩ B) = n A B n A ( ) ( ) ∩ Dividindo o numerador e o denominador da fração por n(E), temos: P(B/A) = n A B n E n A n E ( ) ( ) ( ) ( ) ∩ ⇒ P(B/A) = P A B P A ( ) ( ) ∩ OBSERVAÇÃO Se a ocorrência do evento B não está condicionada à ocorrência do eventoA, dizemos que os eventos A e B são independentes. Dois eventos A e B são independentes se, e somente se, P(B/A) = P(B). Probabilidades II 12 A 12 Coleção Estudo EXERCÍCIOS RESOLVIDOS 01. Considerar o experimento: “lançar simultaneamente dois dados e observar as faces superiores obtidas”. Sabendo que, ao realizar o experimento, a soma dos números obtidos foi igual a um número primo, CALCULAR a probabilidade de essa soma ser menor do que 5. Resolução: Sejam os seguintes eventos: A) Obter soma igual a um número primo. A = {(1, 1), (1, 2), (2, 1), (1, 4), (4, 1), (2, 3), (3, 2), (1, 6), (6, 1), (2, 5), (5, 2), (3, 4), (4, 3), (5, 6), (6, 5)} soma = 2 soma = 3 soma = 5 soma = 7 soma = 11 A = {(1, 1), (1, 2), (2, 1), (1, 4), (4, 1), (2, 3), (3, 2), (1, 6), (6, 1), (2, 5), (5, 2), (3, 4), (4, 3), (5, 6), (6, 5)} soma = 2 soma = 3 soma = 5 soma = 7 soma = 11 n(A) = 15 B) Obter soma menor do que 5. A = {(1, 1), (1, 2), (2, 1), (1, 3), (3, 1), (2, 2)} soma = 2 soma = 3 soma = 4 n(B) = 6 Assim, temos que: A ∩ B = {(1, 1), (1, 2), (2, 1)} n(A ∩ B) = 3 Sabemos, também, que n(E) = 36. Portanto: P(B/A) = P A B P A ( ) ( ) ∩ = = = 3 36 15 36 3 15 1 5 Na prática, basta considerarmos, no espaço amostral reduzido A, os pares cuja soma é menor do que 5. Desse modo, temos 3 pares em 15, e a probabilidade procurada é igual a 3 15 1 5 = . 02. (UEL-PR) Considerar como verdadeiras as seguintes informações: i) O Londrina Esporte Clube está com um time que ganha jogos com probabilidade de 0,40 em dias de chuva e de 0,70 em dias sem chuva. ii) A probabilidade de um dia de chuva em Londrina, no mês de março, é de 0,30. Se o time ganhou um jogo em um dia de março, em Londrina, então a probabilidade de que nessa cidade tenha chovido naquele dia é de A) 30%. C) 19,672%. E) 80,328%. B) 87,652%. D) 12,348%. Resolução: Sejam: P(C) = probabilidade de chover no dia. P(V) = probabilidade de o time vencer. P(C/V) = probabilidade de chover no dia, uma vez que o time venceu. Sabemos que P(C/V) = P C V P V ( ) ( ) ∩ e temos que a probabilidade de chover e de o time vencer é dada por: P(C ∩ V) = 0,3.0,4 = 0,12 A probabilidade de o time vencer é dada por P(V) = 0,4.0,3 + 0,7.0,7 = 0,12 + 0,49 = 0,61 vencer e chover vencer e não chover Então, P(C/V) = P C V P V ( ) ( ) , , ∩ = 0 12 0 61 = 0,19672 = 19,672% TEOREMA DA MULTIPLICAÇÃO DE PROBABILIDADES Uma importante consequência da definição de probabilidade condicional é vista a seguir: P(A/B) = P A B P B ( ) ( ) ∩ ⇒ P(A ∩ B) = P(B).P(A/B) Do mesmo modo, temos: P(B/A) = P A B P A ( ) ( ) ∩ ⇒ P(A ∩ B) = P(A).P(B/A) Ou seja: A probabilidade da ocorrência simultânea de dois eventos (interseção) é igual ao produto da probabilidade de um deles pela probabilidade do outro, em relação ao primeiro. OBSERVAÇÃO Se os eventos A e B são independentes, temos: P(A ∩ B) = P(B).P(A) Frente A Módulo 12 M A TE M Á TI C A 13Editora Bernoulli EXERCÍCIO RESOLVIDO 03. Um recipiente R1 contém 3 bolinhas pretas e 4 bolinhas brancas. Um segundo recipiente R2 possui 8 bolinhas pretas e 2 bolinhas brancas. Ao escolhermos um recipiente ao acaso e dele retirarmos uma bolinha, qual a probabilidade de se observar o recipiente R2 e uma bolinha branca? Resolução: Sejam: P(R2) = probabilidade de se escolher o recipiente R2. P(B/R2) = probabilidade de se escolher uma bolinha branca, dado que já escolhemos R2. P(R2 ∩ B) = probabilidade de se escolher R2 e uma bolinha branca. Temos: P(R2 ∩ B) = P(R2).P(B/R2) = = = . 1 2 2 10 1 10 10% LEI BINOMIAL DA PROBABILIDADE Consideremos uma sequência de ensaios nos quais a probabilidade de ocorrência de determinado resultado não dependa dos resultados obtidos em ensaios anteriores e tampouco interfira nos próximos resultados. Esses ensaios são chamados Ensaios de Bernoulli. Como exemplo, imaginemos o seguinte experimento: “Lançar um dado e observar a face superior obtida”. Ao repetirmos esse ensaio 5 vezes, qual é a probabilidade de obtermos o número 3 exatamente duas vezes? Resolução: A probabilidade de se obter o número 3 em um lançamento é igual a 1 6 . Obviamente, a probabilidade de não se obter o número 3 nesse lançamento é igual a 1 – 1 6 = 5 6 . Como a ordem de obtenção do número 3 na sequência de ensaios não é importante, devemos inicialmente escolher 2 dos 5 ensaios efetuados. Isso pode ser feito de C5, 2 modos distintos. Denotemos por P(A) a probabilidade de se obter o número 3 exatamente duas vezes. Assim, temos: P(A) = C5, 2. 1 6 1 6 5 6 5 6 5 6 . . . . = 5 3 2 125 7 776 ! !. ! . = 0,160751 ⇒ P(A) = 16,0751% De maneira geral, se desejamos calcular a probabilidade P de obtermos exatamente k resultados favoráveis em n ensaios, temos que: P = Cn, k.(Pf) k.(1 – Pf) n – k Em que Pf é a probabilidade de obtermos o resultado favorável em um ensaio. EXERCÍCIO RESOLVIDO 04. Um baralho contém 8 cartas, das quais apenas uma é um ás. Uma carta é retirada ao acaso e depois devolvida ao baralho. Ao repetirmos o experimento quatro vezes, qual é a probabilidade de obtermos um ás exatamente duas vezes? Resolução: P = C4, 2. 1 8 7 8 4 2 2 1 64 49 64 147 2 048 2 2 = =. ! !. ! . . EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO 01. (UFJF-MG–2006) Um casal planeja ter exatamente 3 crianças. A probabilidade de que pelos menos uma criança seja menino é de A) 25%. D) 87,5%. B) 42%. E) 64,6%. C) 43,7%. 02. (UFMG–2006) Leandro e Heloísa participam de um jogo em que se utilizam dois cubos. Algumas faces desses cubos são brancas e as demais, pretas. O jogo consiste em lançar, simultaneamente, os dois cubos e em observar as faces superiores de cada um deles quando param: i) Se as faces superiores forem da mesma cor, Leandro vencerá. ii) Se as faces superiores forem de cores diferentes, Heloísa vencerá. Sabe-se que um dos cubos possui cinco faces brancas e uma preta e que a probabilidade de Leandro vencer o jogo é de 11 18 . Então, é CORRETO afirmar que o outro cubo tem A) quatro faces brancas. B) uma face branca. C) duas faces brancas. D) três faces brancas. Probabilidades II 14 Coleção Estudo 03. (UERJ) Um instituto de pesquisa colheu informações para saber as intenções de voto no segundo turno das eleições para governador de determinado estado. Os dados estão indicados no quadro a seguir: Intenção dos votos Percentual Candidato A 26% Candidato B 40% Votos nulos 14% Votos brancos 20% Escolhendo aleatoriamente um dos entrevistados, verificou-se que ele não vota no candidato B. A probabilidade de que esse eleitor vota em branco é A) 1 6 B) 1 5 C) 1 4 D) 1 3 E) 2 5 04. (FUVEST-SP) A) Uma urna contém três bolas pretas e cinco bolas brancas. Quantas bolas azuis devem ser colocadas nessa urna de modo que, retirando-se uma bola ao acaso, a probabilidade de ela ser azul seja igual a 2 3 ? B) Considere agora uma outra urna que contém uma bola preta, quatro bolas brancas e x bolas azuis. Uma bola é retirada ao acaso dessa urna, a sua cor é observada e a bola é devolvida à urna. Em seguida, retira-se novamente ao acaso uma bola dessa urna. Para que valores de x a probabilidade de que as duas bolas sejam da mesma cor vale 1 2 ? 05. (UFF-RJ–2007) Búzios são pequenas conchas marinhas que, em outras épocas, foram usadas como dinheiro e hoje são empregadas como enfeites, inclusive em pulseiras, colares e braceletes, ou como amuletos ou em jogos de búzios. No jogo de búzios, considera-se a hipótese de que cada búzio admite apenas dois resultados possíveis (abertura para baixo – búzio fechado – ou abertura para cima – búzio aberto). Suponha que 6 búzios idênticos sejam lançados simultaneamente e que a probabilidade de um búzio ficar fechado ao cair, ou ficar aberto, é igual a 1 2 .Pode-se afirmar que a probabilidade de que fiquem 3 búzios abertos e 3 búzios fechados ao cair, sem se levar em consideração a ordem em que eles tenham caído, é igual a A) 5 16 B) 9 32 C) 15 64 D) 9 64 E) 3 32 EXERCÍCIOS PROPOSTOS 01. (UFPE–2005) O vírus X aparece nas variantes X1 e X2. Se um indivíduo tem esse vírus, a probabilidade de ser a variante X1 é de 3 5 . Se o indivíduo tem o vírus X1, a probabilidade de esse indivíduo sobreviver é de 2 3 ; mas, se o indivíduo tem o vírus X2, a probabilidade de ele sobreviver é de 5 6 . Nessas condições, qual a probabilidade de o indivíduo portador do vírus X sobreviver? A) 1 3 B) 7 15 C) 3 5 D) 2 3 E) 11 15 02. (FGV-SP) Num certo país, 10% das declarações de imposto de renda são suspeitas e submetidas a uma análise detalhada; entre estas, verificou-se que 20% são fraudulentas. Entre as não suspeitas, 2% são fraudulentas. A) Se uma declaração é escolhida ao acaso, qual a probabilidade de ela ser suspeita e fraudulenta? B) Se uma declaração é fraudulenta, qual a probabilidade de ela ter sido suspeita? 03. (UFRJ–2006) Com o intuito de separar o lixo para fins de reciclagem, uma instituição colocou em suas dependências cinco lixeiras, de acordo com o tipo de resíduo a que se destinam: vidro, plástico, metal, papel e lixo orgânico. Vidro Plástico Metal Papel Orgânico Sem olhar para as lixeiras, João joga em uma delas uma embalagem plástica e, ao mesmo tempo, em outra, uma garrafa de vidro. A probabilidade de que ele tenha usado corretamente pelo menos uma lixeira é igual a A) 25%. B) 30%. C) 35%. D) 40%. Frente A Módulo 12 M A TE M Á TI C A 15Editora Bernoulli 04. (Mackenzie-SP) Numa urna, são colocadas 60 bolas iguais, numeradas de 1 a 60. A probabilidade de sortearmos, sucessivamente, com reposição, 3 bolas com números que são múltiplos de 5 é A) 8%. B) 0,8%. C) 0,08%. D) 0,008%. E) 0,0008%. 05. (UFU-MG–2006) Em um vilarejo com 1 000 habitantes, 52% dos habitantes são mulheres e 25% dos homens têm no máximo 20 anos. Escolhendo-se aleatoriamente dois habitantes da cidade, a probabilidade de que as duas pessoas escolhidas sejam homens, sendo um deles com no máximo 20 anos de idade e o outro com pelo menos 21 anos de idade, é igual a A) 16 185 B) 27 625 C) 12 275 D) 12 2 775 06. (UNESP–2008) Um lote de um determinado produto tem 500 peças. O teste de qualidade do lote consiste em escolher aleatoriamente 5 peças, sem reposição, para exame. O lote é reprovado se qualquer uma das peças escolhidas apresentar defeito. A probabilidade de o lote não ser reprovado se ele contiver 10 peças defeituosas é determinada por A) 10 500 9 499 8 498 7 497 6 496 . . . . B) 490 500 489 500 488 500 487 500 486 500 . . . . C) 490 500 489 499 488 498 487 497 486 496 . . . . D) 10 10 5 5 10 500 ! ( )!. ! . − E) 500 500 5 5 5 500 ! ( )!. ! . − 07. (PUC Minas–2007) A figura representa os possíveis percursos realizados por um robô, programado para andar em frente seguindo os lados de hexágonos. Assim, partindo de A, o robô tem três opções distintas de caminho; e, na sequência, como não pode voltar, só pode escolher dois caminhos. Supondo que esse robô parta de A, assinale a probabilidade de o mesmo se encontrar em B, depois de percorrer exatamente três lados de hexágonos. A B A) 1 6 B) 1 4 C) 1 3 D) 1 2 08. (PUC Rio–2007) Brad quer mandar uma carta para Ana. A probabilidade de que Brad mande esta carta é de 8 10 . Dez por cento de todas as cartas enviadas são extraviadas pelo correio e a probabilidade de o carteiro entregar a carta é de 90%. A) Qual a probabilidade de Ana não receber a carta? B) Dado que Brad mande a carta, qual a probabilidade de Ana receber a carta? 09. (FEI-SP) Uma moeda viciada apresenta probabilidade de ocorrer face cara quatro vezes maior que a probabilidade de ocorrer face coroa. Em 2 lançamentos consecutivos dessa moeda, qual a probabilidade de ocorrer 2 vezes a face coroa? A) 0,2 B) 0,1 C) 0,01 D) 0,02 E) 0,04 Probabilidades II 16 Coleção Estudo 10. (VUNESP) Dois jogadores A e B vão lançar um par de dados. Eles combinam que, se a soma dos números dos dados for 5, A ganha e, se a soma for 8, B é quem ganha. Os dados são lançados. Sabe-se que A não ganhou. Qual a probabilidade de B ter ganho? A) 10 36 B) 5 32 C) 5 36 D) 5 35 E) Não se pode calcular sem saber os números sorteados. 11. (VUNESP) Sabe-se que os pênaltis a favor de certa equipe de futebol são batidos pelos dois melhores cobradores da equipe, A e B, cujos índices de aproveitamento (conversão em gols) são, respectivamente, 85% e 90%. Sabe-se, ainda, que B cobra 75% dos pênaltis a favor da equipe. Acaba de ser marcado um pênalti a favor dessa equipe e, nesse momento, os jogadores A e B estão em campo. A) Qual a probabilidade de que o pênalti seja cobrado por B e não seja convertido em gol? B) Qual a probabilidade de o pênalti ser convertido em gol? 12. (Cesgranrio) Lançando-se um dado duas vezes, a probabilidade de ser obtido o par de valores 2 e 3, em qualquer ordem, é de A) 1 6 B) 1 9 C) 1 12 D) 1 15 E) 1 18 13. (VUNESP-SP) Um piloto de Fórmula 1 estima que suas chances de subir ao pódio numa dada prova são de 60% se chover no dia da prova e de 20% se não chover. O Serviço de Meteorologia prevê que a probabilidade de chover durante a prova é de 75%. Nessas condições, CALCULE a probabilidade de que o piloto venha a subir ao pódio. 14. (Mackenzie-SP–2007) Um casal planeja ter 4 filhos; admitindo probabilidades iguais para ambos os sexos, a probabilidade de esse casal ter 2 meninos e 2 meninas, em qualquer ordem, é A) 3 8 B) 3 4 C) 1 2 D) 1 16 E) 3 16 15. (VUNESP) O resultado de uma pesquisa realizada pelo Ipespe sobre o perfil dos fumantes e publicada pela revista Veja de 03 de junho de 1998 mostra que, num grupo de 1 000 pessoas, 17% fumam e, entre os fumantes, 44% são mulheres. Se, nesse grupo de 1 000 pessoas, uma é escolhida ao acaso, a probabilidade de ela ser fumante e mulher é, aproximadamente, A) 0,044 B) 0,075 C) 0,44 D) 0,0075 E) 0,0044 16. (UERJ) Suponha haver uma probabilidade de 20% para uma caixa de Microvlar ser falsificada. O DIA, 25 ago. 1998. Em duas caixas, a probabilidade de pelo menos uma delas ser falsa é A) 4%. B) 16%. C) 20%. D) 36%. Frente A Módulo 12 M A TE M Á TI C A 17Editora Bernoulli 17. (UFRJ–2006) Uma caixa contém bombons de nozes e bombons de passas. O número de bombons de nozes é superior ao número de bombons de passas em duas unidades. Se retirarmos, ao acaso, dois bombons dessa caixa, a probabilidade de que ambos sejam de nozes é 2 7 . A) DETERMINE o número total de bombons. B) Se retirarmos, ao acaso, dois bombons da caixa, DETERMINE a probabilidade de que sejam de sabores distintos. 18. (UFF-RJ–2006) Determinado provedor de Internet oferece aos seus usuários 15 (quinze) salas de bate-papo. Três usuários decidiram acessar as salas. Cada usuário escolheu, independentemente, uma sala. Assinale a alternativa que expressa a probabilidade de os três usuários terem escolhido a mesma sala. A) 1 152 D) 3 15 B) 1 153 E) 3 15 3 3 C) 1 33 19. (UNESP–2007) Uma pesquisa publicada pela revista Veja, de 07 de junho 2006, sobre os hábitos alimentares dos brasileiros, mostrou que, no almoço, aproximadamente 70% dos brasileiros comem carne bovina e que, no jantar, esse índice cai para 50%. Supondo que a probabilidade condicional de uma pessoa comer carne bovina no jantar, dado que ela comeu carne bovina no almoço, seja 6 10 , DETERMINE a probabilidade de a pessoa comer carne bovina no almoço ou no jantar. 20. (UNESP–2007) Uma prova é constituídade 12 questões do tipo múltipla escolha, cada uma delas com 5 alternativas. Um candidato pretende fazer essa prova “chutando” todas as respostas, assinalando uma alternativa por questão sem qualquer critério de escolha. A probabilidade de ele acertar 50% da prova é A) 924. 4 5 6 D) 924. 2 5 12 B) 792. 4 5 6 E) 792. 2 5 12 C) 924. 1 5 6 SEÇÃO ENEM 01. (Enem–2009) Um casal decidiu que irá ter 3 filhos. Contudo, quer exatamente 2 filhos homens e decide que, se a probabilidade fosse inferior a 50%, iria procurar uma clínica para fazer um tratamento específico para garantir que teria os dois filhos homens. Após os cálculos, o casal concluiu que a probabilidade de ter exatamente 2 filhos homens é de A) 66,7%, assim ele não precisará fazer um tratamento. B) 50%, assim ele não precisará fazer um tratamento. C) 7,5%, assim ele não precisará fazer um tratamento. D) 25%, assim ele precisará procurar uma clínica para fazer um tratamento. E) 37,5%, assim ele precisará procurar uma clínica para fazer um tratamento. Instrução: Texto para as questões 02 e 03. Um apostador tem três opções para participar de certa modalidade de jogo, que consiste no sorteio aleatório de um número entre dez. 1a opção: comprar três números para um único sorteio. 2a opção: comprar dois números para um sorteio e um número para um segundo sorteio. 3a opção: comprar um número para cada sorteio, num total de três sorteios. 02. (Enem–2000) Se X, Y, Z representam as probabilidades de o apostador ganhar algum prêmio, escolhendo, respectivamente, a 1ª, a 2ª ou a 3ª opção, é CORRETO afirmar que A) X < Y < Z B) X = Y = Z C) X > Y = Z D) X = Y > Z E) X > Y > Z 03. (Enem–2000) Escolhendo a 2ª opção, a probabilidade de o apostador não ganhar em qualquer dos sorteios é igual a A) 90%. B) 81%. C) 72%. D) 70%. E) 65%. Probabilidades II 18 Coleção Estudo 04. (Enem–2005) Um aluno de uma escola será escolhido por sorteio para representá-la em uma certa atividade. A escola tem dois turnos. No diurno há 300 alunos, distribuídos em 10 turmas de 30 alunos. No noturno há 240 alunos, distribuídos em 6 turmas de 40 alunos. Em vez do sorteio direto envolvendo os 540 alunos, foram propostos dois outros métodos de sorteio. Método I: escolher ao acaso um dos turnos (por exemplo, lançando uma moeda) e, a seguir, sortear um dos alunos do turno escolhido. Método II: escolher ao acaso uma das 16 turmas (por exemplo, colocando um papel com o número de cada turma em uma urna e sorteando uma delas) e, a seguir, sortear um dos alunos dessa turma. Sobre os métodos I e II de sorteio é correto afirmar: A) Em ambos os métodos, todos os alunos têm a mesma chance de serem sorteados. B) No método I, todos os alunos têm a mesma chance de serem sorteados, mas, no método II, a chance de um aluno do diurno ser sorteado é maior que a de um aluno do noturno. C) No método II, todos os alunos têm a mesma chance de serem sorteados, mas, no método I, a chance de um aluno do diurno ser sorteado é maior que a de um aluno do noturno. D) No método I, a chance de um aluno do noturno ser sorteado é maior do que a de um aluno do diurno, enquanto no método II ocorre o contrário. E) Em ambos os métodos, a chance de um aluno do diurno ser sorteado é maior do que a de um aluno do noturno. 05. (Enem–2009) Em um determinado semáforo, as luzes completam um ciclo de verde, amarelo e vermelho em 1 minuto e 40 segundos. Desse tempo, 25 segundos são para a luz verde, 5 segundos, para a amarela e 70 segundos, para a vermelha. Ao se aproximar do semáforo, um veículo tem uma determinada probabilidade de encontrá-lo na luz verde, amarela ou vermelha. Se essa aproximação for de forma aleatória, pode-se admitir que a probabilidade de encontrá-lo com uma dessas cores é diretamente proporcional ao tempo em que cada uma delas fica acesa. Suponha que um motorista passa por um semáforo duas vezes ao dia, de maneira aleatória e independente uma da outra. Qual é a probabilidade de o motorista encontrar esse semáforo com a luz verde acesa nas duas vezes em que passar? A) 1 25 D) 1 3 B) 1 16 E) 1 2 C) 1 9 06. (Enem–2010) O diretor de um colégio leu em uma revista que os pés das mulheres estavam aumentando. Há alguns anos, a media do tamanho dos calçados das mulheres era de 35,5 e, hoje, é de 37,0. Embora não fosse uma informação científica, ele ficou curioso e fez uma pesquisa com as funcionárias do seu colégio, obtendo o quadro a seguir: TAMANHO DOS CALÇADOS NÚMERO DE FUNCIONÁRIAS 39,0 1 38,0 10 37,0 3 36,0 5 35,0 6 Escolhendo uma funcionária ao acaso e sabendo que ela tem calçado maior que 36,0, a probabilidade de ela calçar 38,0 é A) 1 3 B) 1 5 C) 2 5 D) 5 7 E) 5 14 GABARITO Fixação 01. D 04. A) 16 bolas azuis 02. A B) x = 1 ou x = 9 03. D 05. A Propostos 01. E 11. A) 7,5% 02. A) 2% B) 88,75% B) 52,6% 12. E 03. C 13. P = 50% 04. B 14. A 05. A 15. B 06. C 16. D 07. A 17. A) 22 08. A) 35,2% B) 40 77 B) 81% 18. A 09. E 19. 78% 10. B 20. D Seção Enem 01. E 02. E 03. C 04. D 05. B 06. D Frente A Módulo 12 FRENTE 19Editora Bernoulli MÓDULOMATEMÁTICA w w w .f o o tb al lp ic tu re s. n et INTRODUÇÃO Considere um ponto O e um segmento de medida R. Denomina-se esfera de centro O e raio R o conjunto dos pontos P do espaço, tais que a medida OP seja menor ou igual a R. A esfera é um sólido de revolução gerado pela rotação de um semicírculo em torno de um eixo que contém o diâmetro. e e Seção Toda seção plana de uma esfera é um círculo. Se o plano secante passa pelo centro da esfera, temos como seção um círculo máximo da esfera. Sendo R o raio da esfera, d a distância do plano secante ao centro e r o raio da seção, vale a relação: O Rd r α P r2 = R2 – d2 Área e volume Área da esfera Chama-se superfície da esfera de centro O e raio R ao conjunto dos pontos P do espaço, tais que a medida OP seja igual a R. A área A da superfície de uma esfera de raio R é dada por: A = 4pR2 Volume da esfera O volume V de uma esfera de raio R é dado por: V = 4 3 pR3 FUSO E CUNHA Fuso esférico É a região da superfície da esfera compreendida entre duas semicircunferências com extremidades nos polos da esfera. O ângulo α, medido na seção equatorial, e o raio R da esfera caracterizam o fuso. O α R Esferas 11 B 20 Coleção Estudo Área do fuso Sendo α o ângulo do fuso, temos: • Com α em graus: 360 4 2º −−−−−−−−−− −−−−−−−−−− ⇒ = π α αR A A fuso fuso 3360 4 2 º . πR360 4 2º −−−−−−−−−− −−−−−−−−−− ⇒ = π α αR A A fuso fuso 3360 4 2 º . πR • Com α em radianos: 2 4 2 2π π α α −−−−−−−−−− −−−−−−−−−− ⇒ = R A A fuso fuso . RR2 2 4 2 2π π α α −−−−−−−−−− −−−−−−−−−− ⇒ = R A A fuso fuso . RR2 Cunha esférica É a região da esfera compreendida entre dois semicírculos que contêm o seu diâmetro. A cunha fica determinada pelo raio da esfera e pela medida do ângulo α. O α R Volume da cunha Sendo α o ângulo da cunha, temos: • Com α em graus: 360 4 3 3º −−−−−−−−−− −−−−−−−−−− ⇒ π α R V V cunha cunhaa R= α π 360 4 3 3 º .360 4 3 3º −−−−−−−−−− −−−−−−−−−− ⇒ π α R V V cunha cunhaa R= α π 360 4 3 3 º . • Com α em radianos: 2 4 3 3π π α −−−−−−−−−− −−−−−−−−−− ⇒ = R V V cunha cunha αα2 3 3R2 4 3 3π π α −−−−−−−−−− −−−−−−−−−− ⇒ = R V V cunha cunha αα2 3 3R Perceba que αº º360 ou α π2 equivalem à fração que a cunha corresponde da esfera. EXERCÍCIO RESOLVIDO 01. (PUCPR) Tem-se um recipiente cilíndrico, de raio 3 cm, com água. Se mergulharmos inteiramente uma bolinha esférica nesse recipiente, o nível da água sobecerca de 1,2 cm. Sabe-se, então, que o raio da bolinha vale, aproximadamente, A) 1 cm. B) 1,5 cm. C) 2 cm. D) 2,5 cm. E) 3 cm. Resolução: Ao mergulharmos totalmente uma bolinha em um recipiente cilíndrico de raio 3 cm, o nível da água sobe 1,2 cm. Veja a figura: 1,2 cm 3 cm novo nível nível anterior O volume da esfera imersa no cilindro é igual ao volume de água deslocada, que corresponde a um cilindro de raio 3 cm e altura 1,2 cm (em azul escuro). Assim: Vesfera = Vágua deslocada ⇒ 4 3 3 1 23 2π πr . . ,= ⇒ r3 = 8,1 ⇒ r ≅ 2 cm EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO 01. (UEL-PR–2007) Considere um cone circular reto e um cilindro circular reto, ambos com diâmetro da base igual a 12 cm, e também uma esfera com diâmetro de 12 cm, todos com volumes iguais. A altura do cone e a altura do cilindro devem ser, respectivamente, iguais a A) 12 cm e 4 cm. B) 30 cm e 10 cm. C) 24 cm e 8 cm. D) 9 cm e 3 cm. E) 18 cm e 6 cm. Frente B Módulo 11 M A TE M Á TI C A 21Editora Bernoulli 02. (UFU-MG–2009) Dispõe-se de um cilindro maciço circular reto, feito de alumínio, cujo raio da base mede 4 cm e a altura, 10 cm. Esse cilindro será derretido e, com o material fundido, serão fabricadas esferas de aço de raio 2 cm. Supondo que nesse processo não ocorra perda de material, então o número de esferas a serem fabricadas, a partir do cilindro dado, é igual a A) 13 B) 15 C) 14 D) 16 03. (UFJF-MG–2007) Um reservatório de água tem a forma de um hemisfério acoplado a um cilindro circular, como mostra a figura a seguir: h A medida do raio do hemisfério é a mesma do raio da base do cilindro e igual a r = 3 m. Se a altura do reservatório é h = 6 m, a capacidade MÁXIMA de água comportada por esse reservatório é A) 9p m3. D) 36p m3. B) 18p m3. E) 45p m3. C) 27p m3. 04. (UNESP) Uma quitanda vende fatias de melancia embaladas em plástico transparente. Uma melancia com forma esférica de raio de medida R cm foi cortada em 12 fatias iguais, em que cada fatia tem a forma de uma cunha esférica, como representado na figura. R Sabendo-se que a área de uma superfície esférica de raio R cm é 4pR2 cm2, DETERMINE, em função de p e de R, A) a área da casca de cada fatia da melancia (fuso esférico). B) quantos cm2 de plástico foram necessários para embalar cada fatia (sem nenhuma perda e sem sobrepor camadas de plástico), ou seja, qual é a área da superfície total de cada fatia. 05. (UFMG) Observe esta figura. A F E C D B Nessa figura, ABC é um quadrante de círculo de raio 3 cm e ADEF é um quadrado, cujo lado mede 1 cm. Considere o sólido gerado pela rotação de 360º, em torno da reta AB, da região hachurada na figura. Sabe-se que o volume de uma esfera de raio r é igual a 4 3 3πr . Dessa forma, esse sólido tem um volume de A) 14p cm3. C) 16p cm3. B) 15p cm3. D) 17p cm3. EXERCÍCIOS PROPOSTOS 01. (UFU-MG–2006) Uma esfera maciça de ferro de raio 10 cm será fundida e todo o material derretido será usado na confecção de um cilindro circular e de um cone circular, ambos maciços com raio da base r cm e altura também r cm. Não havendo perda de material durante o processo, r será igual a A) 4 cm. C) 5 cm. B) 8 cm. D) 10 cm. 02. (UNESP) Em um tanque cilíndrico com raio de base R e altura H contendo água, é mergulhada uma esfera de aço de raio r, fazendo com que o nível da água suba 1 6 .R , conforme mostra a figura. R R/6 H A) CALCULE o raio r da esfera em termos de R. B) Assuma que a altura H do cilindro é 4R e que antes de a esfera ser mergulhada, a água ocupava 3 4 da altura do cilindro. CALCULE quantas esferas de aço idênticas à citada podem ser colocadas dentro do cilindro, para que a água atinja o topo do cilindro sem transbordar. Esferas 22 Coleção Estudo 03. (UNESP) O trato respiratório de uma pessoa é composto de várias partes, entre elas os alvéolos pulmonares, pequeninos sacos de ar em que ocorre a troca de oxigênio por gás carbônico. Vamos supor que cada alvéolo tem forma esférica e que, num adulto, o diâmetro médio de um alvéolo seja, aproximadamente, 0,02 cm. Se o volume total dos alvéolos de um adulto é igual a 1 618 cm3, o número APROXIMADO de alvéolos dessa pessoa, considerando p = 3, é A) 1 618 x 103 D) 4 045 x 104 B) 1 618 x 104 E) 4 045 x 105 C) 5 393 x 102 04. (FUVEST-SP) Um recipiente cilíndrico, cujo raio da base é 6 cm, contém água até uma certa altura. Uma esfera de aço é colocada no inteiror do recipiente, ficando totalmente submersa. Se a altura da água subiu 1 cm, então o raio da esfera é A) 1 cm. D) 4 cm. B) 2 cm. E) 5 cm. C) 3 cm. 05. (UFU-MG) Uma fábrica de sucos estima que necessita de 27 laranjas de 8 cm de diâmetro cada, para produzir um litro de suco concentrado. Para efeito dessa estimativa, a empresa assume que as laranjas são esferas. Contudo, devido à entressafra, as únicas laranjas disponíveis no mercado apresentam diâmetro de 6 cm. Nessas condições, o número MÍNIMO de laranjas necessárias para a produção de um litro de suco concentrado será igual a A) 48 B) 54 C) 64 D) 70 06. (UFPE) Uma esfera de centro O e raio igual a 5 cm é cortada por um plano P, resultando dessa interseção um círculo de raio igual a 4 cm. Assinale, então, a alternativa que fornece a distância de O a P. A) 10 cm D) 1 cm B) 5 cm E) 3 cm C) 2 cm 07. (UNIFESP) Um recipiente, contendo água, tem a forma de um cilindro circular reto de altura h = 50 cm e raio r = 15 cm. Esse recipiente contém 1 litro de água a menos que sua capacidade total. água h A) CALCULE o volume de água contido no cilindro. Use p = 3,14. B) Qual deve ser o raio R de uma esfera de ferro que, introduzida no cilindro e totalmente submersa, faça transbordarem exatamente 2 litros de água? 08. (UFC) Um vaso em forma de cilindro circular reto tem medida de raio da base 5 cm, altura 20 cm e contém água até a altura de 19 cm (despreze a espessura das paredes do vaso). Assinale a alternativa na qual consta o MAIOR número de esferas de aço, de 1 cm de raio cada, que podemos colocar no vaso a fim de que a água não transborde. A) 14 B) 15 C) 16 D) 17 E) 18 09. (FGV-SP–2006) Um observador colocado no centro de uma esfera de raio 5 m vê o arco AB sob um ângulo α de 72º, como mostra a figura. Isso significa que a área do fuso esférico determinado por α é α fuso esférico r BA A) 20p m2. D) 5p m2. B) 15p m2. E) p m2. C) 10p m2. 10. (UFPA) A circunferência máxima de uma esfera mede 6p cm. Qual é o volume da esfera? A) 12p cm3 D) 72p cm3 B) 24p cm3 E) 144p cm3 C) 36p cm3 11. (Cesgranrio) Uma cesta cilíndrica de 2 m de altura e raio de base 1 m está cheia de bolas de diâmetro igual à quarta parte de 1 m. Se cerca de 50% da capacidade da cesta correspondem aos espaços vazios, o número MAIS APROXIMADO de bolas que a cesta contém é A) 100 D) 385 B) 150 E) 625 C) 215 12. (UNESP–2006) Com um recipiente de vidro fino transparente na forma de um paralelepípedo reto retângulo, que tem como base um quadrado cujo lado mede 15 cm e a aresta da face lateral mede 40 cm, Márcia montou um enfeite de Natal. Para tanto, colocou no interior desse recipiente 90 bolas coloridas maciças de 4 cm de diâmetro cada e completou todos os espaços vazios com um líquido colorido transparente. Desprezando-se a espessura do vidro e usando (para facilitar os cálculos) a aproximação p = 3, A) DÊ, em cm2, a área lateral do recipiente e a área da superfície de cada bola. B) DÊ, em cm3, o volume do recipiente, o volume de cada esfera e o volume do líquido dentro do recipiente. Frente B Módulo 11 M A TE M Á TI C A 23Editora Bernoulli 13. (UFSM-RS) A área da superfície de uma esfera e a área total de um cone circular reto são iguais. Se o raio da base do cone mede 4 cm e o volume do cone é 16p cm3, o raio da esfera é dado por A)