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3MATEMÁTICA E SUAS TECNOLOGIAS GIUSEPPE NOBILIONI Coordenador e Professor do Curso e Colégio Objetivo JORGE KRIKORIAN MAURO GRESPAN Professores do Curso e Colégio Objetivo Índice Álgebra Capítulo 1 Polinômios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 Capítulo 2 Equações algébricas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 Capítulo 3 Exercícios-tarefa (Polinômios e equações algébricas) . . . . . 33 Capítulo 4 Médias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 Capítulo 5 Razões e proporções . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 Capítulo 6 Regra de três . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 Capítulo 7 Porcentagem e juros . . . . . . . . . . . . . . 54 Capítulo 8 Exercícios-tarefa (Média, razões e proporções, regra de três, porcentagem e juros) . . . . . . . . . . . 66 Capítulo 9 Binômio de Newton . . . . . . . . . . . . 76 Capítulo 10 Determinantes . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 Livro 3_Matematica_2023_ROSE 04/07/2022 11:42 Página I Geometria Analítica Capítulo 1 Estudo da reta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 Capítulo 2 Posição relativa de duas retas e feixe de retas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 Capítulo 3 Ângulo entre duas retas e distância de ponto a reta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125 Capítulo 4 Exercícios-tarefa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137 Geometria Métrica Capítulo 1 Prismas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 Capítulo 2 Paralelepípedos e cubos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150 Capítulo 3 Pirâmides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 Capítulo 4 Cilindros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170 Livro 3_Matematica_2023_ROSE 04/07/2022 11:42 Página II 1. Definição Dados os números complexos a0, a1, a2, ..., an e sendo n um número natural, chama-se função poli no - mial a função P : � → � definida por P(x) = a0 . x n + a1 . x n –1 + a2 . x n – 2 + ... + an – 1 . x + an em que: a) a0, a1, a2, ..., an são coeficientes; b) a0 . x n, a1 . x n – 1, a2 . x n – 2, ..., an são os termos ou monômios; c) a0 . x n + a1 . x n – 1 + a2 . x n – 2 + ... + an – 1 . x + an é o polinômio. Observação: Usaremos muitas vezes, por simplici - dade, a palavra “polinômio” com o mesmo sentido de “função polinomial”. 2. Valor numérico Dada a função polinomial P(x) = a0 . x n + a1 . x n – 1 + a2 . x n – 2 + ... + an – 1 . x + an, chama-se valor numérico de P para x = � o número P(�) = a0 . � n + a1 . � n – 1 + a2 . � n – 2 + ... + an – 1 . � + an O valor numérico P(�) é, portanto, a imagem de � por P. Exemplo: Se P(x) = x3 – 3ix2 + 4, temos: Observação: Se P(�) = 0, dizemos que � é raiz de P. 3. Grau de uma função polinomial Definição A função polinomial P(x) = a0 . x n + a1 . x n – 1 + a2 . x n – 2 + ... + ap . x n–p + ... + an – 1 . x + an é de grau n – p, e representa-se gr(P) = n – p, quando, e somente quando, a0, a1, a2, ...., ap – 1 são nulos e ap é dife ren te de zero. Simbolicamente: �p � {0, 1, 2, ..., n} Assim sendo: a0 ≠ 0 ⇔ gr(P) = n a0 = 0 e a1 ≠ 0 ⇔ gr (P) = n – 1 a0 = a1 = 0 e a2 ≠ 0 ⇔ gr(P) = n – 2 � a0 = a1 = a2 = ... an – 2 = 0 e an – 1 ≠ 0 ⇔ gr (P) = 1 a0 = a1 = a2 = ... an – 2 = an – 1 = 0 e an ≠ 0 ⇔ gr (P) = 0 Observação: O grau de P(x) não é definido quando todos os coe ficientes são nulos. Portanto: a) a0 = a1 = a2 = ... = an = 0 ⇔ P não tem grau b) ∃ ai ≠ 0, i � {0, 1, 2, ..., n} ⇔ P tem grau. Exemplo Seja a função polinomial P(x) = (a – 2) . x3 + b x2 + (c – 1) x + d: a) se a ≠ 2, então gr(P) = 3; b) se a = 2 e b ≠ 0, então gr(P) = 2; c) se a = 2 e b = 0 e c ≠ 1, então gr(P) = 1; d) se a = 2 e b = 0 e c = 1 e d ≠ 0, então gr(P) = 0; e) se a = 2 e b = 0 e c = 1 e d = 0, então P não tem grau. 4. Função polinomial soma A soma dos termos semelhantes a . xp e b . xp é o monômio (a + b) . xp. P(0) = 03 – 3i . 02 + 4 = 4 P(1) = 13 – 3i . 12 + 4 = 5 – 3i P(i) = i3 – 3i . i2 + 4 = 4 + 2i gr(P) = n – p ⇔ a0 = a1 = a2 = ... = ap – 1 = 0 e ap � 0 1 1ÁlgebraPolinômios Livro 3_Matematica_2023_ROSE 04/07/2022 11:42 Página 1 2 Dadas as funções polinomiais A e B de � em �, a função polinomial soma A + B : � → � tal que (A + B) (x) = A(x) + B(x) é definida pelo polinômio em que cada termo é a soma dos termos semelhantes dos polinômios parcelas. O grau de A + B é tal que: Exemplos a) Se A(x) = 2x3 + 3x2 + 5x – 4 e B(x) = x2 – 3x + 1, então: (A + B) (x) = (2x3 + 3x2 + 5x – 4) + (x2 – 3x + 1) (A + B) (x) = 2x3 + 4x2 + 2x – 3 Note: gr(A) = 3, gr(B) = 2 e gr(A + B) = gr(A) = 3 b) Se A(x) = 2x3 + 4x2 – 5x + 3 e B(x) = – 2x3 + x2 – 3, então: (A + B) (x) = (2x3 + 4x2 – 5x + 3) + (–2x3 + x2 – 3) (A + B) (x) = 5x2 – 5x Note: gr(A) = gr(B) = 3 e gr(A + B) = 2 < gr (A) 5. Função polinomial produto O produto dos termos a . xp e b . xq é o monô - mio (a . b) . xp + q. Dadas as funções polinomiais A e B de � em �, a função polinomial produto A . B : � → � tal que (A . B)(x) = A(x) . B(x) é definida pelo polinômio cujos termos são todos os produtos possíveis entre um termo de A e um termo de B. Se as funções polinomiais A e B têm grau, então: Exemplos a) Se A(x) = 2x2 – 3x + 1 e B(x) = 3x + 2, então: (A . B) (x) = (2x2 – 3x + 1) . (3x + 2) (A . B) (x) = 6x3 + 4x2 – 9x2 – 6x + 3x + 2 (A . B) (x) = 6x3 – 5x2 – 3x + 2 Note: gr(A) = 2, gr(B) = 1, gr(A . B) = 2 + 1 = 3 b) Se A(x) = 2x2 – 3x + 1, então: (A2) (x) = (2x2 – 3x + 1) (2x2 – 3x + 1) (A2) (x) = 4x4– 6x3+ 2x2– 6x3+ 9x2– 3x + 2x2– 3x + 1 (A2) (x) = 4x4 – 12x3 + 13x2 – 6x + 1 Note: gr(A) = 2 e gr(A2) = gr(A) + gr(A) = 2 + 2 = 4 6. Função polinomial identicamente nula Definição Dada a função polinomial P : � → � tal que P(x) = a0 . x n + a1 . x n – 1 + a2 . x n – 2 + ... + an – 1 . x + an, dizemos que P é identicamente nula, quando, e somente quando, o valor numérico de P é igual a zero para todo x complexo. Simbolicamente , �x � � Teorema Simbolicamente Demonstração a) a0 = a1 = a2 = . . . = an = 0 ⇒ P(x) � 0 De fato: a0 = a1 = a2 = ... = an = 0 ⇒ ⇒ P(x) = 0 . xn + 0 . xn – 1 + 0 . xn – 2 + ... + 0 . x + 0 ⇒ ⇒ P(x) = 0 + 0 + 0 + ... + 0 = 0, �x ⇒ P(x) � 0 b) P(x) � 0 ⇒ a0 = a1 = a2 = . . . = an – 1 = an = 0 De fato: P(x) � 0 ⇒ P(x) = 0, �x � � ⇒ ⇒ P(x0) = P(x1) = P(x2) = ... = P(xn) = 0 sendo x0, x1, x2, ..., xn, números comple xos dois a dois distintos. gr(A . B) = gr(A) + gr(B) a) gr (A) > gr(B) ⇒ gr (A + B) = gr (A) b) gr (A) = gr (B) ⇒ gr (A + B) ≤ gr (A) ou A + B não tem grau A condição necessária e suficiente para que a função polinomial P seja identicamente nula é que todos os seus coeficientes sejam nulos. P(x) � 0 ⇔ a0 = a1 = a2 = ... = an = 0 P(x) ; 0 ⇔ P(x) = 0 Livro 3_Matematica_2023_ROSE 04/07/2022 11:42 Página 2 3 Assim sendo, podemos escrever o seguinte sistema: que é um sistema linear homogêneo com n + 1 equações nas n + 1 incógnitas a0, a1, a2, . . . , an – 1, an. Notando que pois é um determinante de Vandermonde com os ele - mentos característicos dois a dois distintos, resulta que tal sistema admite somente a solução trivial e, portanto: a0 = a1 = a2 = ..... = an – 1 = an = 0 7. Funções polinomiais idênticas Definição Dadas as funções polinomiais A e B de � em � tais que: dizemos que as funções A e B são idênticas (ou iguais), quando, e somente quando, os valores numéricos de A e B, respectivamente, são iguais para todo x complexo. Simbolicamente: , �x � � Teorema Simbolicamente: , �x � � Demonstração A(x) � B(x) ⇔ A(x) = B(x), �x � � ⇔ ⇔ A(x) – B(x) = 0, �x� � ⇔ ⇔ (A – B)(x) = 0, �x � � ⇔ (A – B)(x) � 0 ⇔ ⇔ (a0 – b0) . xn + (a1 – b1) . xn – 1 + + (a2 – b2) . x n – 2 + ... + (an – bn) � 0 ⇔ ⇔ a0 – b0 = a1 – b1 = a2 – b2 = ... = an – bn = 0 ⇔ ⇔ a0 = b0, a1 = b1, a2 = b2, ..., an = bn ⇔ ⇔ ai = bi, �i � {0, 1, 2, ..., n} a0 . x0 n + a1 . x0 n – 1 + a2 . x0 n – 2 + ... + an – 1 . x0 + an = 0 a0 . x1 n + a1 . x1 n – 1 + a2 . x1 n – 2 + ... + an – 1 . x1 + an = 0� a0 . x2n + a1 . x2n – 1 + a2 . x2n – 2 + ... + an – 1 . x2 + an = 0.......................................................................................... a0 . xn n + a1 . xn n – 1 + a2 . xn n – 2 + ... + an – 1 . xn + an = 0 � A(x) = a0.x n + a1.x n – 1 + a2.x n – 2 + ... + an – 1 . x + an B(x) = b0.x n + b1.x n – 1 + b2.x n – 2 + ... + bn – 1 . x+ bn A(x) � B(x) ⇔ A(x) = B(x) A condição necessária e suficiente para que as funções A e B sejam idênticas (ou iguais) é que os coeficientes dos termos semelhantes sejam dois a dois iguais. A(x) � B(x) ⇔ ai = bi x 0 n x 0 n – 1 x 0 n – 2 ...... x0 1 x 1 n x 1 n – 1 x 0 n – 2 ...... x1 1 x 2 n x 2 n – 1 x 0 n – 2 ...... x2 1 ≠ 0 . . . . .. . . ...... . .. . . . . x n n x n n – 1 x 0 n – 2 ...... xn 1 1. Calcular o valor numérico do polinômio P(x) = x3 – 7x2 + 3x – 4 para x = 2. Resolução P(2) = 23 – 7 . 22 + 3 . 2 – 4 P(2) = 8 – 28 + 6 – 4 = – 18 Resposta: P(2) = – 18 2. Discutir, em relação a a � �, o grau da função polinomial P : � → � definida por P(x) = (a2 – 5a + 4)x3 + (a – 1)x2 + (a – 3) . x + 7. Resolução Lembrando que o coeficiente de x3 é a2 – 5a + 4 e que a2 – 5a + 4 = 0 ⇔ a = 1 ou a = 4, temos: a) a ≠ 1 e a ≠ 4 ⇒ gr(P) = 3 b) a = 1 ⇒ P(x) = 0 . x3 + 0 . x2 – 2x + 7 ⇒ gr(P) = 1 c) a = 4 ⇒ P(x) = 0 . x3 + 3x2 + x + 7 ⇒ gr(P) = 2 a ≠ 1 e a ≠ 4 ⇒ gr(P) = 3 Resposta: � a = 1 ⇒ gr(P) = 1 a = 4 ⇒ gr(P) = 2 Livro 3_Matematica_2023_ROSE 04/07/2022 11:42 Página 3 4 8. Dado o polinômio x3 + (2 + m)x2 + (3 + 2m)x + 3m, calcule o va lor numérico para x = m. 9. (UESB) – Se P(x) = xn – xn – 1 + xn – 2 – ... + x2 – x + 1 e P(– 1) = 19, então n é igual a: a) 10 b) 12 c) 14 d) 16 e) 18 10. (MACKENZIE) – Se o polinômio do segundo grau P(x) = Ax2 + Bx + C é tal que P(1) = 3, P(2) = 11 e P(4) = 45, o valor de B é a) 0 b) 1 c) – 1 d) – 2 e) – 5 3. Sejam f e g duas funções polinomiais definidas por: f(x) = (2a – 3)x3 + (a – 1)x + 3 e g(x) = (3a – 7)x3 + (a – 2)x2 + 3x – a Determinar a � � para que a função (f + g) tenha grau 3. Resolução (f + g) (x) = f(x) + g(x) = (2a – 3)x3 + (a – 1)x + 3 + + (3a – 7)x3 + (a – 2) . x2 + 3x – a ⇒ ⇒ (f + g) (x) = (5a – 10) . x3 + (a – 2)x2 + (a + 2) x + (3 – a) Assim sendo: gr(f + g) = 3 ⇔ 5a – 10 ≠ 0 ⇔ a ≠ 2 Resposta: a ≠ 2 4. Com relação à questão anterior, sabendo-se que gr(f + g) = 1, calcule (f . g) (x). Resolução gr(f + g) = 1 ⇔ � ⇔ a = 2 Se a = 2, então: f(x) = x3 + x + 3 e g(x) = – x3 + 3x – 2 e portanto: (f . g) (x) = (x3 + x + 3) (– x3 + 3x – 2) ⇔ ⇔ (f . g) (x) = – x6 + 3x4 – 2x3 – x4 + 3x2 – 2x – 3x3 + 9x – 6 ⇔ ⇔ (f . g) (x) = – x6 + 2x4 – 5x3 + 3x2 + 7x – 6 Resposta: (f . g)(x) = – x6 + 2x4 – 5x3 + 3x2 + 7x – 6 5. Determinar a, b, c, d de modo que: = + + + , �x � � – {0; – 3} Resolução = + + + , �x � � – {0; – 3} ⇔ ⇔ = , � x � � – {0; – 3} ⇔ ⇔ = , � x � � – {0; – 3} ⇔ ⇔ = , �x � � – {0; – 3} Identificando os numeradores, temos: 3x – 18 = (a + d)x3 + (c + 3d) x2 + (b + 3c) x + 3b, �x � � – {0; – 3} ⇔ ⇔ Resposta: a = 1, b = – 6, c = 3, d = – 1 6. Determinar os valores reais de a e b para que o polinômio x3 + 6x2 + ax + b seja um cubo perfeito. Resolução Sendo x3 + 6x2 + ax + b um polinômio de grau 3, será ele um cubo perfeito se for idêntico a (mx + n)3. Assim sendo: x3 + 6x2 + ax + b � (mx + n)3 ⇔ ⇔ x3 + 6x2 + ax + b � m3x3 + 3m2nx2 + 3mn2x + n3 ⇔ ⇔ ⇔ Resposta: a = 12 e b = 8 7. Determinar os valores de m para que a função polinomial f, definida por f(x) = x2 + 3x + m, seja quadrado perfeito. Resolução Sendo x2 + 3x + m de grau 2, será ele quadrado perfeito se for idêntico a (ax + b)2. Assim sendo: x2 + 3x + m � (ax + b)2 ⇔ ⇔ x2 + 3x + m � a2x2 + 2abx + b2 ⇔ ⇔ ⇔ ou Resposta: m = 5a – 10 = 0 a – 2 = 0 a + 2 ≠ 0 3(x – 6) –––––––––– x3(x + 3) a ––––––– (x + 3) b ––– x3 c ––– x2 d ––– x 3(x – 6) ––––––––– x3(x + 3) a ––––––– (x + 3) b ––– x3 c ––– x2 d ––– x 3x – 18 ––––––––– x3(x + 3) ax3 + b(x + 3) + cx (x + 3) + dx2 (x + 3) ––––––––––––––––––––––––––––––––––––– x3(x + 3) 3x – 18 ––––––––– x3(x + 3) ax3 + bx + 3b + cx2 + 3cx + dx3 + 3dx2 ––––––––––––––––––––––––––––––––––– x3(x + 3) 3x – 18 ––––––––– x3(x + 3) (a + d)x3 + (c + 3d)x2 + (b + 3c)x + 3b ––––––––––––––––––––––––––––––––––– x3(x + 3) � a + d = 0 c + 3d = 0 b + 3c = 3 3b = – 18 � a = 1 b = – 6 c = 3 d = – 1 � m3 = 1 3m2n = 6 3mn2 = a n3 = b � m = 1 n = 2 a = 12 b = 8 � a2 = 1 2ab = 3 b2 = m � a = 1 3 b = –– 2 9 m = –– 4 � a = – 1 3 b = – –– 2 9 m = –– 4 9 –– 4 Livro 3_Matematica_2023_ROSE 04/07/2022 11:42 Página 4 5 11. (INSPER) – Uma caixa com a forma de paralelepípedo reto retângulo, sem tampa, pode ser produzida a partir de uma folha de cartolina quadrada, de lados medindo a, com as marcações indicadas na figura abaixo. Para montar a caixa, deve-se: • recortar os quatro cantos quadrados hachurados, de lados medindo x; • dobrar os quatro retângulos escuros, prendendo-os com fita crepe para formar as paredes laterais da caixa. O volume da caixa obtida é dado pela expressão: a) a2x – 2ax2 + x3 b) a2x – 4ax2 +4x3 c) 4a2x – 4ax2 + x3 d) 2a2x – 2ax2 + 4x3 e) 2a2x – ax2 + 2x3 12. (FGV) – O polinômio P(x) = ax3 + bx2 + cx + 2 satisfaz as seguintes condições: , qualquer que seja x real. Então: a) P(1) = – 1 b) P(1) = 0 c) P(2) = 0 d) P(2) = – 8 e) P(2) = 12 13. O polinômio p(x) = (m – 4) . x3 + (m2 – 16) . x2 + (m + 4) . x + 4 é de grau 2: a) se, e somente se, m = 4 ou m = – 4 b) se, e somente se, m � 4 c) se, e somente se, m � – 4 d) se, e somente se, m � 4 e m � – 4 e) para nenhum valor de m 14. (FGV) – Considere dois polinômios, f(x) e g(x), tais que o grau de f(x) é n + 2 e o grau de g(x) é n – 1. Sejam q(x) e r(x) (r(x) � 0), respectivamente, o quociente e o resto da divisão de f(x) por g(x). O que se pode afirmar a respeito dos graus dos polinômios q(x) e r(x)? 15. (UNESP) – Se a, b, c são números reais tais que ax2 + b(x + 1)2 + c(x + 2)2 = (x + 3)2 para todo x real, então o valor de a – b + c é a) – 5 b) – 1 c) 1 d) 3 e) 7 16. Os valores de m, n e p de modo que sejam idênticos os poli - nômios: P1(x) = (m + n + p)x 4 – (p + 1)x3 + mx2 + (n – p)x + n e P2(x) = 2mx 3 + (2p + 7)x2 + 5mx + 2m são, respectivamente: a) 1, 2, – 3 b) 2, 3, 1 c) – 1, 2, 2 d) 2, 1, – 3 e) 1, – 3, 2 17. (FUVEST) – As constantes A, B, C e D são tais que a igualdade = + é válida para todo x ∈ �. a) Deduza, da igualdade acima, um sistema linear com quatro equações satisfeito pelas constantes A, B, C e D. b) Resolva esse sistema e encontre os valores dessas constantes. a x x a P(– 1) = 0 e P(x) – P(– x) = x3 � Dx + C –––––––– x2 + 4 Ax + B –––––––––– x2 + 2x + 2 1 –––––––––––––––––– (x2 + 2x + 2)(x2 + 4) 8. Divisão de polinômios Definição Dadas a função polinomial A, chamada dividendo, e a função polinomial B, não identicamente nula, chamada divisor, dividir A por B é obter a função polinomial Q, chamada quociente, e a função polinomial R, chamada resto, tais que A(x) � B(x) . Q(x) + R(x) e o grau do resto é menor que o grau do divisor ou o resto é identicamente nulo. Simbolicamente: A B � 0 ⇔ A(x) � B(x) . Q(x) + R(x) R Q gr(R) < gr(B) ou R(x) � 0� Livro 3_Matematica_2023_ROSE 04/07/2022 11:42 Página 5 6 Exemplo 1 Na divisão de A(x) = x3 + 2x + 1 por B(x) = x4 + 3x3 + 4, obtemos quociente Q(x) = 0 e resto R(x) = x3 + 2x + 1, pois: É fácil verificar que: se o grau do dividendo for menor que o grau do divisor, o quociente será nu lo e o resto será igual ao dividendo; e reciprocamente. Simbolicamente: Daqui em diante, excluiremos este caso particulare consideraremos apenas os casos em que gr(A) ≥ gr(B). Exemplo 2 Na divisão de A(x) = x3 + 3x + 4 por B(x) = x2 – 1, obtemos quociente Q(x) = x e resto R(x) = 4x + 4, pois: Observação A divisão de polinômios é “muito parecida” com a divisão euclidiana definida em �. Existem, porém, duas diferenças, pois na divisão de polinômios: a) o valor numérico do divisor pode ser eventualmente nulo. No exemplo anterior, apesar de o polinômio B não ser identicamente nulo, temos B(– 1) = B(1) = 0; b) o valor numérico do resto pode ser maior ou igual ao valor numérico do divisor. No exemplo ante rior, apesar de gr(R) < gr(B), temos R(5) = B(5) = 24 e R(2) = 12 > B(2) = 3. Cálculo de Q e R O quociente e o resto da divisão de A por B, com B(x) � 0, existem e são únicos. Podem ser calculados pelo método da chave ou pelo Método de Descartes. Método da Chave Supondo que os polinômios A e B já estejam reduzidos e ordenados, o método da chave é um dispositivo prático que consiste em obter o quociente Q e o resto R, em várias etapas, de modo análogo ao que se faz na divisão euclidiana de números naturais. ⇔x 4 + 3x3 + 4 0 x3 + 2x + 1 x3 + 2x + 1 x3 + 2x + 1 = (x4 + 3x3 + 4) . 0 + (x3 + 2x + 1) gr(R) = 3 < gr(B) = 4� x3 + 3x + 4 = (x2 – 1) . x + (4x + 4) gr(R) = 1 < gr(B) = 2�⇔ x2 – 1 x x3 + 3x + 4 4x + 4 gr(A) < gr(B) ⇔ Q(x) � 0 e P(x) � A(x) Livro 3_Matematica_2023_ROSE 04/07/2022 11:42 Página 6 7 Exemplo 1 Dividir A(x) = 2x3 + 7x2 + 4x – 4 por B(x) = x2 + 2x – 3 pelo método da chave. a) Primeiro grupo de operações Dividir a primeira parcela do dividendo pela primeira parcela do divisor, obtendo a primeira parcela do quociente. Obter, em seguida, o primeiro resto parcial, lembrando-se de que R = A – B . Q. Observe que, ao efetuar este grupo de operações: a) o grau do resto parcial é menor que o grau do di videndo, pois há o cancelamento da primeira parcela; b) 2x3 + 7x2 + 4x – 4 � (x2 + 2x – 3) . (2x) + (3x2 + 10x – 4); c) o grau do resto parcial não é menor que o grau do divisor e, portanto, a divisão ainda não terminou. b) Segundo grupo de operações Dividir a primeira parcela do primeiro resto parcial pela primeira parcela do divisor obtendo a próxima parcela do quociente. Obter, em seguida, o segundo resto parcial, lembrando-se de que R = A – B . Q. Observe que, ao efetuar o segundo grupo de opera ções: a) o grau do segundo resto parcial é menor que o grau do primeiro resto parcial, pois há o cancelamento da primei - ra parcela; b) 2x3 + 7x2 + 4x – 4 � (x2 + 2x – 3) . (2x + 3) + (4x + 5); c) o grau do segundo resto parcial já é menor que o grau do divisor e, portanto, a divisão terminou. Assim sendo, na divisão de 2x3 + 7x2 + 4x – 4 por x2 + 2x – 3, obtêm-se quociente Q(x) = 2x + 3 e resto R(x) = 4x + 5. 2 x3 + 7x2 + 4x – 4 – 2 x3 – 4x2 + 6x x2 + 2x – 3 3x2 + 10x – 4 2x Primeiro Resto Parcial Primeira Parcela do Quociente 2 x3 + 7x2 + 4x – 4 – 2 x3 – 4x2 + 6x x2 + 2x – 3 3x2 + 10x – 4 – 3x2 – 6x + 9 2x + 3 Segundo Resto Parcial Segunda Parcela do Quociente 4x + 5 Livro 3_Matematica_2023_ROSE 04/07/2022 11:42 Página 7 8 Exemplo 2 Dividir A(x) = x5 – 2x3 + 3x + 2 por x2 + 3x + 1 pelo método da chave. Resolução Assim sendo, na divisão de x5 – 2x3 + 3x + 2 por x2 + 3x + 1, obtêm-se quociente Q(x) = x3 – 3x2 + 6x – 15 e resto R(x) = 42x + 17. Exemplo 3 Dividir A(x) = 3x4 + 2x3 – 7x2 + 3x – 4 por B(x) = x2 + 2x – 3 pelo método da chave. Resolução Assim sendo, na divisão de 3x4 + 2x3 – 7x2 + 3x – 4 por x2 + 2x – 3, obtêm-se quociente Q(x) = 3x2 – 4x + 10 e resto R(x) = – 29x + 26. Método de Descartes Este método, também chamado método dos coeficientes a determinar, consiste em: a) escrever o quociente Q, em função de coeficien tes a serem determinados, lembrando que gr(Q) = gr(A) – gr(B); b) escrever o resto R, em função de coeficientes a se rem determinados, lembrando que gr(R) < gr(B) ou R(x) � 0; c) utilizar a definição de divisão; d) obter os coeficientes de Q e R, identificando os polinômios. x2 + 2x – 3 3x2 – 4x + 10 – 29x + 26 Resto Final Terceira Parcela do Quociente Segunda Parcela do Quociente Primeira Parcela do Quociente Primeiro Resto Parcial Segundo Resto Parcial 3x4 + 2x3 – 7x2 + 3x – 4 – 3x4 – 6x3 + 9x2 – 4x3 + 2x2 + 3x – 4 + 4x3 + 8x2 – 12x 10x2 – 9x – 4 – 10x2 – 20x + 30 Primeiro Resto Parcial Terceira Parcela do Quociente Segunda Parcela do Quociente Primeira Parcela do Quociente Segundo Resto Parcial Resto Final x2 + 3x + 1 x3 – 3x2 + 6x – 15 42x + 17 Terceiro Resto Parcial Quarta Parcela do Quociente x5 + 0x4 – 2x3 + 0x2 + 3x + 2 – x5 – 3x4 – x3 – 3x4 – 3x3 + 0x2 + 3x + 2 + 3x4 + 9x3 + 3x2 6x3 + 3x2 + 3x + 2 – 6x3 – 18x2 – 6x – 15x2 – 3x + 2 + 15x2 + 45x + 15 Livro 3_Matematica_2023_ROSE 04/07/2022 11:42 Página 8 9 Exemplo Dividir A(x) = 3x4 + 2x3 – 7x2 + 3x – 4 por B(x) = x2 + 2x – 3 pelo Método de Descartes. Resolução a) O quociente é do tipo Q(x) = ax2 + bx + c, pois gr(A) = 4, gr(B) = 2 e gr(Q) = 4 – 2 = 2; b) O resto é do tipo R(x) = mx + n, pois gr(B) = 2 e gr(R) < gr(B) ou R(x) � 0; c) De acordo com a definição, temos: d) Identificando os polinômios, vem: Assim sendo, na divisão de 3x4 + 2x3 – 7x2 + 3x – 4 por x2 + 2x – 3, obtêm-se quociente Q(x) = 3x2 – 4x + 10 e resto R(x) = – 29x + 26. 9. Divisão por x – � Nas divisões de A(x) por x – �, o resto é um número independente de x, que passaremos a representar por r. De fato: Por este motivo, além de poder-se dividir pelo método da chave ou pelo Método de Descartes, nas divisões por x – � existe um processo mais simples para obterem-se o quociente e o resto. Para determinar-se apenas o resto, podemos utilizar o Teorema de D’Alembert e, para calcularem-se o quociente e o resto, o Dispositivo Prático de Briot-Ruffini. Teorema de D’Alembert O resto da divisão do polinômio A por x – � é o va lor numérico de A para x = �. Simbolicamente: Demonstração Exemplos O resto da divisão de A(x) = x3 + 7x2 – 3x + 1 por x – 2 é 31, pois: O resto da divisão de A(x) = x5 – 3x + 2 por x + 1 é 4, pois: ⇔A(x) x – � r Q(x) 3x4 + 2x3 – 7x2 + 3x – 4 x2 + 2x – 3 ⇔ mx + n ax2 + bx + c ⇔ 3x4 + 2x3 – 7x2 + 3x – 4 ⇔ (x2 + 2x – 3)(ax2 + bx + c) + (mx + n) 3x4 + 2x3 – 7x2 + 3x – 4 � ax4 + (2a + b)x3 + (– 3a + 2b + c)x2 + (– 3b + 2c + m)x + (– 3c + n) ⇔ a = 3 a = 3 2a + b = 2 b = – 4 Q(x) = 3x2 – 4x + 1 ⇔ � – 3a + 2b + c = – 7 ⇔ � c = 10 ⇔ �– 3b + 2c + m = 3 m = – 29 R(x) = – 29x + 26 – 3c + n = – 4 n = 26 gr(B) = 1 � ⇒ gr(R) = 0 ou R(x) � 0 ⇒ R(x) = r, com r � �gr(R) < gr(B) ou R(x) � 0 r = A(�) A(x) x – � ⇔ A(x) � (x – �) . Q(x) + r ⇒ A(�) = (� – �) . Q(�) + r ⇔ A(�) = 0 . Q(�) + r ⇔ A(�) = r r Q(x) x3 + 7x2 – 3x + 1 x – 2 ⇒ r = A(2) ⇒ r = 23 + 7 . 22 – 3 . 2 + 1 ⇒ r = 31 r Q(x) x5 – 3x + 2 x + 1 ⇒ r = A(– 1) ⇒ r = (– 1)5 – 3 . (– 1) + 2 ⇒ r = 4 r Q(x) Livro 3_Matematica_2023_ROSE 04/07/2022 11:42 Página 9 10 Obtenção do quociente e do resto Dividindo A(x) = a0 . x n + a1 . x n – 1 + a2 . x n – 2 + ... + an – 1 . x + an, com a0 ≠ 0, por x – �, utilizando o Método de Descartes, obtém-se um quociente do tipo Q(x) = q0 . x n – 1 + q1 . x n – 2 + q2 . x n – 3 + ... + qn – 2 . x + qn – 1, com q0 ≠ 0, e um resto do tipo R(x) = r. Assim sendo: Igualando, dois a dois, os coeficientes deste último polinômio com os coeficientes iniciais de A(x), respectivamente, a0, a1, a2, ..., an, tem-se: Além de a0 = q0, o sistema anterior significa que: É “nessa equação” que se baseia o Dispositivo Prático de Briot-Ruffini. Observe as várias etapas: e assim por diante. Portanto, a partir de a0 = q0, seguindo a flecha, obtemos q1, q2, q3, ..., qn – 1 e r. α ⇒b) q0 . α + a1 = q1 a0 an – 1 ana2 . . . = = + ⇒a) a0 = q0 = a1 a2 an – 1 an. . . ⇒c) q1 . α + a2 = q2 a1a0 q0 an – 1 an. . . + = = = a0 a1 a2 q0 q0 q1 q2 + + α α � q0 = a0 q0 = a0 q1 – αq0 = a1 q1 – αq0 = a1 q2 – αq1 = a2 q2 – αq1= a2� � ⇔ � �qn – 1 – αqn – 2 = an – 1 qn – 1 – αqn – 2 = an – 1 r – αqn – 1 = an r – αqn – 1 = an (cada coeficiente de Q) x � + (próximo coeficiente de A) = próximo coeficiente de Q A(x) (x – �) ⇔ r q0 . x n – 1 + q1 . x n – 2 + q2 . x n – 3 + ... + qn – 2 . x + qn–1 ⇔ A(x) � (x – �) . (q0xn – 1 + q1 . xn – 2 + q2 . xn – 3 + ... + qn – 2 . x + qn – 1) + r ⇔ ⇔ A(x) � q0 . xn + (q1 – �q0) . xn – 1 + (q2 – �q1) . xn – 2 + ... + (qn – 1 – � . qn – 2) . x + (r – � . qn – 1) Livro 3_Matematica_2023_ROSE 04/07/2022 11:42 Página 10 11 Assim sendo, o Dispositivo Prático de Briot-Ruffini é: a1 q1 a2 q2 qn – 1 an – 1 an r . . . = + . . . a0 q0 + α = = = = Exemplo Dividir x4 – 7x2 + 3x – 1 por x – 2. Resolução Pelo Dispositivo Prático de Briot-Ruffini, tem-se: Logo: 10. Divisão por ax + b Se o divisor é do tipo ax + b, com a ≠ 0, então: Dessa equivalência, nota-se que: a) x + é do tipo x – � com � = – ; b) – é a raiz de ax + b = 0; c) nas duas divisões, o resto é o mesmo; d) dividindo-se a . Q(x) por a, obtém-se Q(x). Nas divisões de A(x) por ax + b, com a ≠ 0, podemos utilizar, portanto, o Teorema de D’Alembert e o Disposi tivo Prático de Briot-Ruffini, observando que: a) o número �, tanto no Teorema de D’Alembert como no Dispositivo Prático de Briot-Ruffini, é sempre a raiz de ax + b = 0; b) no Dispositivo Prático de Briot-Ruffini, o último coeficiente já é o resto r; c) para obter os coeficientes de Q, os demais coe fi - cientes do dispositivo devem ser divididos por a, que é o coeficiente de x no divisor ax + b. Exemplo Dividir 2x4 – 6x3 + 4x – 7 por 2x + 2. Resolução a) pelo Dispositivo Prático de Briot-Ruffini, com � = – 1 que é a raiz de 2x + 2 = 0, tem-se: b) o último coeficiente – 3 já é o resto; c) os demais coeficientes devem ser divididos por 2, que é o coeficiente de x no divisor 2x + 2. O dispo - sitivo completo, portanto, é: Logo: 1 1 0 2 –7 –3 3 –3 –1 –7 2 resto x4 – 7x2 + 3x – 1 x – 2 – 7 1x3 + 2x2 – 3x – 3 b A(x) x + ––– aA(x) ax + b ⇔ r Q(x) r a . Q(x) b––a b––a b––a 2 2 – 6 – 8 0 8 4 – 4 – 7 – 3 – 1 2 2 – 6 – 8 0 8 4 – 4 – 7 – 3 – 1 1 – 4 4 – 2 coeficientes de Q resto ��� ��� 2x4 – 6x3 + 4x – 7 2x + 2 – 3 x3 – 4x2 + 4x – 2 Livro 3_Matematica_2023_ROSE 04/07/2022 11:42 Página 11 11. Divisão por (x – �) . (x – �) Se A(x) for divisível por (x – �) . (x – �), então, para obter o quociente, podem-se efetuar duas divisões suces - sivas, utilizando o Dispositivo Prático de Briot-Ruffini. Simbolicamente: Se A(x) não for divisível por (x – �) . (x – �), então a obtenção do quociente e do resto deve ser feita pelo método da chave ou pelo Método de Descartes. Problema importante Dados os restos r1 e r2 das divisões da função poli - no mial A por x – � e x – �, respectivamente, com � ≠ �, determinar o resto da divisão de A por (x – �) . (x – �). Resolução a) Pelo enunciado, tem-se: b) O resto da divisão de A por (x – �) . (x – �) é do tipo R(x) = ax + b, pois gr(B) = 2 c) Da definição de divisão, tem-se: d) De (III), para x = � e x = �, tem-se: e) Substituindo (I) e (II) em (IV) e (V), vem: f) Substituindo o valor de a em a . � + b = r1, resulta: g) Conclusão: O resto da divisão de A por (x – �) . (x – �), com � ≠ �, é: Observações a) Dados os restos r1, r2 e r3 das divisões da função polinomial A por x – �1, x – �2 e x – �3, respecti - vamente, com �1, �2 e �3 dois a dois distintos, pode-se deter minar, de modo análogo, o resto da divisão de A(x) por (x – �1) . (x – �2) . (x – �3). b) Dados os restos r1, r2, r3 e r4 das divisões de A(x) por x – �1, x – �2, x – �3 e x – �4, respectivamente, com �1, �2, �3 e �4 dois a dois distintos, pode-se determinar, de modo análogo, o resto da divisão de A(x) por (x – �1).(x – �2).(x – �3).(x – �4). E assim por dian te... 12. Teoremas importantes a) A condição necessária e suficiente para que a fun ção polinomial A seja divisível por x – � é que � seja raiz de A. Demonstração b) Se a função polinomial A for divisível por x – � e por x – �, com � ≠ �, então A será também divisí vel por (x – �) . (x – �). Demonstração Utilizando o resultado do problema do item ante rior, no caso particular em que r1 = r2 = 0, concluímos que o resto da divisão de A(x) por (x – �) . (x – �), com � ≠ �, é: Assim sendo, se � ≠ �, tem-se: Dos itens anteriores, conclui-se que: c) a condição necessária e suficiente para que a fun - ção polinomial A seja divisível por (x – �) . (x – �), com � ≠ �, é que � e � sejam raízes de A. A(x) x – α A(x) (x – α)(x – α) ⇔ 0 Q1(x) x – β r Q(x) 0 Q(x) A(x) x – � ⇔ A(�) = r1 (I)r1 Q1(x) A(x) x – � ⇔ A(�) = r2 (II)r2 Q2(x) A(x) (x – �) . (x – �) ⇔ ax + b Q(x) ⇔ A(x) � (x – �) . (x – �) . Q(x) + ax + b (III) x = � ⇒A(�) = (� – �) . (� – �) . Q(�) + a � + b�⇒x = � ⇒A(�) = (� – �) . (� – �) . Q(�) + a � + b A(�) = a . � + b (IV)⇒ � A(�) = a . � + b (V) a . � + b = r1 � ⇒ (� – �) . a = r1 – r2 ⇒a . � + b = r2 r1 – r2⇒ a = –––––––, pois � ≠ � � – � r1 – r2 � r2 – �r1––––––– . � + b = r1 ⇒ b = ––––––––––� – � � – � r1 – r2 � r2 – � r1R(x) = �–––––––� . x + �––––––––––�� – � � – � A(x) x – � ⇔ r = A(�) = 0 ⇔ A(�) = 0 ⇔ � é raiz de A 0 Q(x) 0 – 0 � . 0 – � . 0 R(x) = �––––––� . x + �––––––––––––� ⇔� – � � – � ⇔ R(x) = 0 . x + 0 ⇔ R(x) � 0. A(x) x – � 0 Q1(x) A(x) (x – a) . (x – b)� ⇔A(x) x – � 0 Q2(x) 0 Q2(x) 12 Livro 3_Matematica_2023_ROSE 04/07/2022 11:42 Página 12 13 18. Dividir, pelo método da chave, x4 + 2x – 3 por x2 + x + 1. Resolução Resposta: Q(x) = x2 – x e R(x) = 3x – 3 19. (UNESP) – Seja x um número real positivo. O volume de um paralelepípedo reto retângulo é dado, em função de x, pelo polinômio x3 + 7x2 + 14x + 8. Se uma aresta do paralelepípedo mede x+1, a área da face perpendicular a essa aresta pode ser expressa por: a) x2 – 6x + 8 b) x2 + 14x + 8 c) x2 + 7x + 8 d) x2 – 7x + 8 e) x2 + 6x + 8 Resolução Se o volume do paralelepípedo reto retângulo é dado por x3 + 7x2 + 14x + 8, com x > 0, então, a área da face perpen - dicular à aresta de medida x + 1 é dada por: = x2 + 6x + 8, pois Resposta: E 20. Dividir x3 + 2x por x4 + 3x2 – 2x + 1. Resolução , pois x3 + 2x � (x4 + 3x2 – 2x + 1) . 0 + (x3 + 2x)� gr(R) = 3 < gr(B) = 4 Resposta: Q(x) = 0 e R(x) = x3 + 2x Obs.: Se gr(A) < gr(B), então R(x) � A(x) e Q(x) � 0 21. Dividir, pelo método de chave, 3x4 + 2x3 – 5x2 + 3x – 4 por x2 – 5x + 1. Resolução Resposta: Q(x) = 3x2 + 17x + 77 e R(x) = 371x – 81 22. Determinar a e b de modo que x4 – 3x3 + ax + b seja divisível por x2 – 2x + 4. Resolução Dividindo, pelo método da chave, temos: O resto R(x) = (a – 8) . x + (b + 24) é identicamente nulo, pois a divisão é exata. Assim sendo: (a – 8) . x + (b + 24) � 0 ⇔ a – 8 = 0 e b + 24 = 0 ⇔ ⇔ a = 8 e b = – 24 Resposta: a = 8 e b = – 24 23. Dividir, pelo método dos coeficientes a determinar, x4 + 2x – 3 por x2 + x + 1. Resolução a) A(x) = x4 + 2x – 3 e B(x) = x2 + x + 1 b) gr(R) < gr(B) ou R(x) � 0 ⇒ gr(R) < 2 ou R(x) � 0 ⇒ ⇒ R(x) = ax + b c) gr(A) > gr(B) ⇒ gr(Q) = gr(A) – gr(B) ⇒ ⇒ gr(Q) = 4 – 2 ⇒ gr(Q) = 2 ⇒ Q(x) = px2 + qx + r d) pela definição de divisão, tem-se: ⇔ ⇔ x4 + 2x – 3 � (x2 + x + 1) . (px2 + qx + r) + (ax + b) e) reduzindo e ordenando os polinômios, vem: x4 + 2x – 3 � px4 + (p + q)x3 + (r + q + p) x2 + (r + q + a) x + (r + b) f) igualando-se os coeficientes, dois a dois, decorre: ⇒ ⇒ Q(x) = x2 – x ⇒ ⇒ R(x) = 3x – 3 Resposta: Q(x) = x2 – x e R(x) = 3x – 3 24. Determinar p e q de modo que o resto da divisão de x3 + px + q por x2 – x – 2 seja igual a 4. Resolução Uma maneira de resolver a questão é dividir pelo método da chave e impor, no final, a condição R(x) = 4. É o processo utilizado no exercício anterior. Outra maneira é dividir pelo método dos coeficientes a deter - minar. É o que vamos utilizar na resolução deste exercício. x4 + 0x3 + 0x2 + 2x – 3 x2 + x + 1 – x4 – x3 – x2 x2 – x – x3 – x2 + 2x – 3 + x3 + x2 + x 3x – 3x3 + 7x2 + 14x + 8 –––––––––––––––––– x + 1 1 1 7 6 14 8 8 0 – 1 x3 + 2x x4 + 3x2 – 2x + 1 x3 + 2x 0 3x4 + 2x3 – 5x2 + 3x – 4 x2 – 5x + 1 – 3x4 + 15x3 – 3x2 3x2 + 17x + 77 17x3 – 8x2 + 3x – 4 – 17x3 + 85x2 – 17x 77x2 – 14x – 4 – 77x2 + 385x – 77 371x – 81 x4 – 3x3 + 0x2 + ax + b x2 – 2x + 4 – x4 + 2x3 – 4x2 x2 – x – 6 – x3 – 4x2 + ax + b + x3 – 2x2 + 4x – 6x2 + (a + 4)x + b + 6x2 – 12x + 24 (a – 8)x + (b + 24) x4 + 2x – 3 x2 + x + 1 ax + b px2 + qx + r p = 1 q = – 1 r = 0� p = 1 p + q = 0 r + q + p = 0 r + q + a = 2 r + b = – 3 � a = 3 b = – 3� Livro 3_Matematica_2023_ROSE 04/07/2022 11:42 Página 13 14 Assim, sendo Q(x) = x + a e R(x) = 4, temos: ⇒ x3 + px + q � (x2 – x – 2) . (x + a) + 4 ⇔ ⇔ x3 + 0x2 + px + q � x3 + (a – 1)x2 + (– a – 2)x + (–2a + 4) ⇔ ⇔ ⇔ ⇒ Q(x) = x + 1 Resposta: p = – 3 e q = 2 25. Achar o resto da divisão de A(x) = x3 – 2x + 2 por x – 3. Resolução O resto da divisão de A(x) por x – 3 é, pelo Teorema de D’Alembert, A(3). ⇒ r = A(3) Assim: r = A(3) = 33 – 2 . 3 + 2 = 23 Resposta: O resto da divisão é 23. 26. Achar o resto da divisão de A(x) = x4 + 2x3 – 2x + 1 por x + 2. Resolução O resto é A(– 2), lembrando que – 2 é raiz de x + 2 = 0. Assim: r = A(– 2) = (– 2)4 + 2(– 2)3 – 2(– 2) + 1 = 5 Resposta: O resto da divisão é 5. 27. Achar o resto da divisão de A(x) = 2x4 + 3x2 – 7x + 3 por 2x + 4. Resolução O resto é A(– 2), lembrando que – 2 é a raiz de 2x + 4 = 0. Assim: r = A(– 2) = 2 . (– 2)4 + 3 . (– 2)2 – 7 . (– 2) + 3 = 61 Resposta: O resto da divisão é 61. 28. Dividir x4 + 3x2 – 7x + 2 por x – 2 pelo método da chave. Resolução Resposta: Q(x) = x3 + 2x2 + 7x + 7 e R(x) = 16 29. Repetir a questão anterior, utilizando o Dispositivo Prático de Briot-Ruffini. Resolução Para � = 2, que é a raiz de x – 2 = 0, tem-se: O resto é 16 e os coeficientes de Q são 1, 2, 7, 7. Resposta: Q(x) = x3 + 2x2 + 7x + 7 e R(x) = 16 30. Dividir 2x3 + 7x2 – 4 por x + 2. Resolução Utilizando o Dispositivo Prático de Briot-Ruffini com � = – 2, que é a raiz de x + 2 = 0, tem-se: Resposta: Q(x) = 2x2 + 3x – 6 e R(x) = 8 31. Dividir 2x4 + 3x3 – 6x2 + 7 por 2x + 4. Resolução a) Utilizando o Dispositivo Prático de Briot-Ruffini com � = – 2, que é a raiz de 2x + 4 = 0, tem-se: b) O último coeficiente, – 9, já é o resto. c) Os demais coeficientes devem ser divididos por 2, que é coe ficiente de x no divisor 2x + 4. Os coeficientes de Q são, pois: 1, – , – 2, 4 Resposta: Q(x) = x3 – x2 – 2x + 4 e R(x) = – 9 32. Sabendo-se que o resto da divisão de A(x) = x3 + 7x2 + ax + 1 por x – 2 é 27, determinar o valor de a. Resolução De acordo com o Teorema de D’Alembert, temos: ⇒ r = 27 = A(2) Assim sendo: A(2) = 27 ⇒ 23 + 7 . 22 + a . 2 + 1 = 27 ⇒ a = – 5 Resposta: a = – 5 33. Mostrar que o polinômio x3 – 6x2 + 9x – 4 é divisível por x2 – 5x + 4. Resolução 1o. Processo Dividir pelo método da chave e mostrar que R(x) � 0. 2o. Processo Dividir pelo método dos coeficientes a determinar e mostrar que R(x) � 0. 3o. Processo Notando-se que x2 – 5x + 4 � (x – 1) (x – 4), utilizar o teorema: “Se A é divisível por x – � e por x – �, com � ≠ �, então A é divisível por (x – �) . (x – �).“ Resolvendo por este último processo, tem-se: � ⇒ ⇒ ⇒ A é divisível por x2 – 5x + 4 A(x) x – 3 r Q(x) coeficientes de Q resto 1 0 3 – 7 2 2 1 2 7 7 16 x3 + px + q x2 – x – 2 4 x + a a = 1 p = – 3 q = 2 �a – 1 = 0– a – 2 = p – 2a + 4 = q � coeficientes de Q resto 2 7 0 – 4 – 2 2 3 – 6 8 coeficientes de 2 . Q resto 2 3 – 6 0 7 – 2 2 –1 – 4 8 – 9 1 ––– 2 1 ––– 2 A(x) x – 2 27 Q(x) A(x) x – 1 0 Q1(x) A(1) = 13 – 6 . 12 + 9 . 1 – 4 = 0 ⇒ A(x) x – 4 0 Q2(x) A(4) = 43 – 6 . 42 + 9 . 4 – 4 = 0 ⇒ A(x) (x – 1)(x – 4) 0 Q(x) x4 + 0x3 + 3x2 – 7x + 2 x – 2 – x4 + 2x3 x3 + 2x2 + 7x + 7 2x3 + 3x2 – 7x + 2 – 2x3 + 4x2 7x2 – 7x + 2 – 7x2 + 14x 7x + 2 – 7x + 14 16 Livro 3_Matematica_2023_ROSE 04/07/2022 11:42 Página 14 15 34. O polinômio x4 + ax3 – 5x2 + b é divisível por x2 – 3x + 2. Determinar a e b. Resolução Lembrando-se de que x2 – 3x + 2 � (x – 1) (x – 2), tem-se: ⇔ ⇔ ⇔ ⇔ A(1) = 0 ⇔ A(2) = 0 Assim sendo: A(1) = 0 ⇒ 14 + a . 13 – 5 . 12 + b = 0 � ⇔ � a + b = 4 ⇔ � a = 0A(2) = 0 ⇒ 24 + a . 23 – 5 . 22 + b = 0 8a + b = 4 b = 4 Resposta: a = 0 e b = 4 35. Sabendo-se que o polinômio x4 – 5x3 + 8x2 + ax + b é divisível por (x – 1)2, calcular a e b. Resolução O teorema utilizado nos dois exercícios anteriores não vale neste caso, pois (x – 1)2 � (x – 1)(x – 1) é do tipo (x – �) . (x – �) com � = �. Resolveremos a questão efetuando duas divisões sucessivas por x – 1, pois: Utilizando o Dispositivo Prático de Briot-Ruffini, tem-se: a) b) c) Já que a divisão é exata, os restos são nulos. a + b + 4 = 0 Assim: � ⇔ a = – 5 e b = 1a + 5 = 0 Resposta: a = – 5 e b = 1 36. Dividindo-se a função polinomial A por x – 1, obtém-se resto 2 e, dividindo-se por x – 2, obtém-se resto 3. Calcular o resto da divisão de A por (x – 1) . (x – 2). Resolução a) Pelo enunciado, tem-se: ⇒ A(1) = 2 (I) ⇒ A(2) = 3 (II) b) O resto da divisão de A por B(x) � (x – 1) (x – 2) é do tipo R(x) = ax + b, pois gr(B) = 2. c) Aplicando-se a definição de divisão, tem-se: ⇔ ⇔ A(x) � (x – 1) . (x – 2) . Q(x) + ax + b (III) d) De (III), para x = 1 e x = 2, resulta: x = 1 ⇒ A(1) = (1 – 1) . (1 – 2) . Q(1) + a . 1 + b ⇒ ⇒ A(1) = a + b (IV) x = 2 ⇒ A(2) = (2 – 1) . (2 – 2) . Q(2) + a . 2 + b ⇒ ⇒ A(2) = 2a + b (V) e) Substituindo-se (I) e (II) em (IV) e (V), a + b = 2� ⇔ a = 1 e b = 12a + b = 3 Resposta: O resto da divisão é R(x) = x + 1. 37. Dividir xn – an por x – a, com n � �*. Resolução Utilizando o Dispositivo de Briot-Ruffini, tem-se: Resposta: 38. Dividir xn + an por x – a, com n � �*. Resolução Utilizando o Dispositivo Prático de Briot-Ruffini, tem-se: Resposta: 39. Dividir xn + an por x + a, com n � �*. Resolução Utilizando o Dispositivo Prático de Briot-Ruffini, temos: Resposta: Sendo r = 0 se n for ímpar, e r = 2an se n for par. A(x) x2 – 3x + 2 0 Q(x) A(x) (x – 1)(x – 2) 0 Q(x) � A(x) x – 1 0 Q1(x) A(x) x – 2 0 Q2(x) A(x) (x – 1)2 ⇔ A(x) x – 1 0 Q(x) 0 Q1(x) x – 1 0 Q(x) coeficientes de Q1 resto 1 – 5 8 a b 1 1 – 4 4 a + 4 a + b + 4 coeficientes de Q resto 1 – 4 4 a + 4 1 1 –3 1 a + 5 A(x) x – 1 2 Q1(x) A(x) x – 2 3 Q2(x) A(x) (x – 1)(x – 2) ax + b Q(x) coeficientes de Q resto 1 0 0 0 … 0 – an a 1 a a2 a3 … an – 1 0 n – 1 zeros xn – an x – a 0 xn – 1 + a . xn – 2 + a2 . xn – 3 + ... + an – 2 . x + an – 1 coeficientes de Q resto 1 0 0 0 … 0 an a 1 a a2 a3 … an – 1 2an n – 1 zeros xn + an x – a 2an xn – 1 + a . xn – 2 + a2 . xn – 3 + ... + an – 2 . x + an – 1 coeficientes de Q resto 1 0 0 0 … 0 an –a 1 – a a2 – a3 … (– a)n – 1 (– a)n + an n – 1 zeros xn + an x – a r xn – 1 – a . xn – 2 + a2 . xn – 3 + ... + (– a)n – 1 Livro 3_Matematica_2023_ROSE 04/07/2022 11:42 Página 15 16 40. (UESPI) – O resto da divisão do polinômio P(x) = x4 + 69 por x2 + 4x + 8 é: a) 2 b) 3 c) 4 d) 5 e) 6 41. (UFGO) – Na divisão do polinômio P(x) = ax3 + bx2 + cx + d pelo polinômio D(x) = x2 + 1, encontra-se para quociente o polinômio Q(x) = 2x – 1 e para resto o polinômio R(x) = x + 1. Então P(x) é o polinômio a) x3 – x2 + x + 1 b) 2x3 – x2 + 1 c) 2x3 – x2 – x + 1 d) 2x3 – x2 + 3x e) x3 – x2 – 1 42. (FGV) – Dividindo o polinômio P(x) por x2 + x – 1, obtêm-se quociente igual a x – 5 e resto igual a 13x + 5. O valor de P(1) é: a) 12 b) 13 c) 15 d) 16 e) 14 43. (FEI) – O valor de m para que o resto da divisão de p(x) = 2x5 – 4x3 + mx – 3 por x – 2 seja igual a 33 é: a) m = 1 b) m = 2 c) m = 3 d) m = 4 e) m = 5 44. (MACKENZIE) Considerando o resto r(x) e o quociente Q(x) da divisão acima, se r(4) = 0, Q(1) vale a) 1 b) – 3 c) – 5 d) – 4 e) 2 45. (UEL) – Sabe-se que na divisão do polinômio f = x3 – 2x2 + kx + t por g = x2 – x + 1, obtém-se resto 3x – 2. Nessas condições,os números reais k e t são tais que k – t é igual a: a) 8 b) 4 c) 2 d) – 2 e) – 8 46. (FGV) – Sabendo-se que o resto da divisão do polinômio P(x) = x3 – x2 + 2k + 2 por x – 3 é igual a 4k – 220, o valor de k é a) – 4 b) – 2 c) 2 d) 3 e) 4 47. (FGV) – Se x2 – x – 1 é um dos fatores da fatoração de mx3 + nx2 + 1, com m e n inteiros, então, n + m é igual a a) –2 b) –1 c) 0 d) 1 e) 2 48. (FMABC) – O resto da divisão do polinômio f = � � por g = x2 – 1 é a) 6x – 3 b) 6x + 3 c) 3x – 6 d) 6x e) – 3 49. (UEL) – Dividindo-se o polinômio x4 + 2x3 – 2x2 – 4x – 21 por x + 3, obtêm-se: a) x3 – 2x2 + x – 12 com resto nulo b) x3 – 2x2 + 3 com resto 16 c) x3 + x2 – 13x + 35 e resto 84 d) x3 + x2 – 3x + 1 com resto 2 e) x3 – x2 + x – 7 e resto nulo 50. O resto da divisão do polinômio p(x) = 2x4 – 3x + 1 por g(x) = 2x – 1 é: a) b) – c) d) – e) 51. (UEL) – Se o resto da divisão do polinômio p = x4 – 4x3 – kx – 75 por (x – 5) é 10, o valor de k é: a) – 5 b) – 4 c) 5 d) 6 e) 8 52. (PUCCAMP) – Dividindo-se um polinômio f por g = x2 – 1, obtêm-se quociente q = 2x + 1 e resto r = kx – 9, sendo k � �. Se f é divisível por x – 2, então k é igual a a) 6 b) 3 c) – 1 d) – 3 e) – 6 53. (MACKENZIE) – Um polinômio p(x) tem resto A, quando dividido por (x – A), e resto B, quando dividido por (x – B), sendo A e B números reais. Se o polinômio p(x) é divisível por (x – A).(x – B), então: a) A = B = 0 b) A = B = 1 c) A = 1 e B = – 1 d) A = 0 e B = 1 e) A = 1 e B = 0 54. (FGV) – Dividindo o binômio P(x) = 3x101 + 1 pelo binômio D(x) = x2 – 1, obtemos como resto o binômio R(x) = ax + b. Determine os coeficientes a e b do binômio R(x). 55. Dividindo-se o polinômio p(x) por 2x – 1, obtêm-se quociente x2 – x e resto m. Se p(– 1) = 0, então o valor de m é: a) 0 b) 1 c) 3 d) 4 e) 6 56. O polinômio P(x) = x5 + ax4 – bx é divisível por x – 2. Dividido por x + 2, dá resto 8. Então, o valor de b é: a) b) – 18 c) 18 d) – e) 12 57. (FUVEST) – 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 58. Para que o polinômio x3 – 6x2 + mx + n seja divisível por (x – 1) (x – 2), o produto mn deve ser igual a: a) 2 b) – 66 c) – 2 d) 66 e) 0 59. Sejam m e n determinados de tal modo que o polinômio x4 – 12x3 + 47x2 + mx + n seja divisível por x2 – 7x + 6. Então m + n é igual a: a) 72 b) 0 c) – 36 d) 36 e) 58 60. (UNESP) – Considere o polinômio p(x) = x3 + bx2 + cx + d, em que b, c e d são constantes reais. A derivada de p(x) é, por definição, o polinômio p’(x) = 3x2 + 2bx + c. Se p’(1) = 0, p’(–1) = 4 e o resto da divisão de p(x) por x – 1 é 2, então o polinômio p(x) é: a) x3 – x2 + x + 1 b) x3 – x2 – x + 3 c) x3 – x2 – x – 3 d) x3 – x2 – 2x + 4 e) x3 – x2 – x + 2 2 –– 5 3 –– 8 3 –– 8 4 –– 5 4 –– 5 x2 – 4 Q(x) ax4 + 5x2 – ax + 4 r(x) x – 1 – 3 – 2 0 x – 1 – 1 1 0 x – 1 1 –– 4 1 –– 4 Livro 3_Matematica_2023_ROSE 04/07/2022 12:14 Página 16 17 61. (UNESP) – Se x0 = – 2 é um zero de p(x) = x 3 + 5x2 + kx – 1, sendo k uma constante, então p(x) é divisível por a) 2x2 + 6x – 1 b) 2x2 + 6x + 1 c) x2 + 3x – 1 d) x2 + 3x e) x2 + 1 62. (FUVEST) – Seja p(x) um polinômio divisível por x – 3. Dividindo 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 63. (MACKENZIE) – Um polinômio p(x), de grau maior que 1, deixa resto 1, quando dividido por x – 2, e deixa resto 2, quando divi - di do por x – 3. O resto da divisão de p(x) por x2 – 5x + 6 é a) x b) 2x + 1 c) 2x d) x – 1 e) 2 64. (MACKENZIE) – Se R(x) é o resto da divisão (x80 + 3x79 – x2 – x – 1) ÷ (x2 + 2x – 3), então R(0) vale: a) – 2 b) – 1 c) 0 d) 1 e) 2 65. (FUVEST) – Considere P(x) um polinômio de grau ≥ 2 tal que P(1) = 2 e P(2) = 1. Sejam D(x) = (x – 2) (x – 1) e Q(x) o quociente da divisão de P(x) por D(x). a) Determine o resto da divisão de P(x) por D(x). b) Sabendo-se que o termo independente de P(x) é igual a 8, determine o termo independente de Q(x). 66. (UNIF) – O resto da divisão de f(x) = xn + an por g(x) = x + a, sendo n par, é a) 0 b) an c) an d) 2an e) 4an 67. (UNESP) – O polinômio P(x) = a . x3 + 2 . x + b é divisível por x – 2 e, quando divisível por x + 3, deixa resto – 45. Nessas condições, os valores de a e b, respectivamente, são a) 1 e 4. b) 1 e 12. c) –1 e 12. d) 2 e 16. e) 1 e –12. 68. (FUVEST) – Dividindo-se o polinômio p(x) por 2x2 – 3x + 1, obtém-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 69. (FGV) – Considere a função y = f(x), tal que: f(x) = x3 – 2x2 – x + 2 cujo gráfico está representado na figura abaixo. Determine o conjunto solução da inequação 0 ≤ x3 – 2x2 – x + 14 ≤ 12.1 –– 2 8) P(m) = 2m3 + 4m2 + 6m 9) E 10) C 11) B 12) C 13) E 14) gr(q) = 3 e 0 ≤ gr(r) < n – 1, n � �*, n ≥ 2 15) E 16) A 17) a) b) A = , B = , C = – e D = – 40) D 41) D 42) E 43) B 44) C 45) A 46) E 47) B 48) A 49) E 50) D 51) E 52) D 53) A 54) a = 3 e b = 1 55) E 56) C 57) A 58) B 59) C 60) B 61) A 62) A 63) D 64) B 65) a) – x + 3 b) 66) D 67) E 68) B 69) – 2 ≤ x ≤ – 1 ou 1 ≤ x ≤ 2 � A + D = 0 B + C + 2D = 0 4A + 2C + 2D = 0 4B + 2C = 1 1 ––– 10 3 ––– 10 1 ––– 10 1 ––– 10 5 ––– 2 Livro 3_Matematica_2023_ROSE 04/07/2022 11:42 Página 17 18 1. Definição Equação algébrica Equação algébrica ou equação polinomial é toda sentença aberta do tipo P(x) = Q(x), em que P e Q são funções polinomiais. Exemplo Sendo P(x) = x3 – 3x2 e Q(x) = x – 3, a sentença aberta x3 – 3x2 = x – 3 é uma equação algébrica. Raiz de uma equação algébrica O número r � � é raiz da equação P(x) = Q(x) se, e somente se, P(r) = Q(r). Exemplo O número 1 é raiz da equação x3 – 3x2 = x – 3, pois: P(1) = 13 – 3 . 12 = 1 – 3 = – 2 � ⇒ P(1) = Q(1) Q(1) = 1 – 3 = – 2 Conjunto Solução Conjunto solução ou conjunto verdade de uma equa - ção algébrica é o conjunto de todas, e somente, as raízes da equação. Representa-se por S ou V. Simboli camente, V = {r � � P(r) = Q(r)}. Resolver uma equação é obter o seu conjunto ver - dade. Exemplo O conjunto verdade de x3 – 3x2 = x – 3 é V = {–1; 1; 3} Equações equivalentes Duas equações algébricas são equivalentes se, e somente se, seus conjuntos verdades são iguais. Exemplo A equação x3 – 3x2 = x – 3 e a equação x3 – 3x2 – x + 5 = 2 são equivalentes, pois ambas têm conjunto verdade V = {–1; 1; 3}. 2. Redução à forma F(x) = 0 Propriedades a) A equação algébrica P(x) = Q(x) é equivalente à equação P(x) + A(x) = Q(x) + A(x), qualquer que seja a função polinomial A. O significado desta propriedade é: podemos transpor um termo de um membro para outro, trocando o sinal do coeficiente, sem mudar o conjunto verdade. Exemplo A equação x2 – x + 9 = 3x + 6 é equivalente à equação x2 – 4x + 3 = 0, pois: x2 – x + 9 = 3x + 6 ⇔ ⇔ (x2 – x + 9) + (– 3x – 6) = 3x + 6 + (– 3x – 6) ⇔ ⇔ x2 – x + 9 – 3x – 6 = 3x + 6 – 3x – 6 ⇔ ⇔ x2 – 4x + 3 = 0 b) A equação algébrica P(x) = Q(x) é equi valente à equação k . P(x) = k . Q(x), qualquer que seja k � �*. O significado desta propriedade é: podemos mul - tiplicar ambos os membros de uma equação por um número, diferente de zero, sem alterar o seu conjunto verdade. Exemplo x 1 A equação x2 – ––– + ––– = 2 é equivalente à 2 3 equação 6x2 – 3x – 10 = 0, pois: x 1 x 1 x2 – ––– + ––– = 2 ⇔ 6 . �x2 – ––– + –––� = 6 . 2 ⇔ 2 3 2 3 ⇔ 6x2 – 3x + 2 = 12 ⇔ ⇔ (6x2 – 3x + 2) + (– 12) = 12 + (– 12) ⇔ ⇔ 6x2 – 3x + 2 – 12 = 12 – 12 ⇔ ⇔ 6x2 – 3x – 10 = 0 2ÁlgebraEquações algébricas Livro 3_Matematica_2023_ROSE 04/07/2022 11:42 Página 18 19 Redução Das propriedades anteriores, concluímos que toda equa ção algébrica P(x) = Q(x) é redutível à forma F(x) = 0, em que F é uma função polinomial. Toda equação algébrica pode, portanto, ser colocada na forma: Nesta redução,podemos ter os seguintes casos: a) A equação é do tipo 0 . xn + 0 . xn–1 + ... + 0 . x + 0 = 0, que é uma sentença verdadeira, qualquer que seja x complexo. Logo: b) A equação é do tipo 0 . xn + 0 . xn–1 + ... + 0 . x + k = 0, que é uma sentença falsa, qualquer que seja x complexo. Logo: c) A equação é ax + b = 0. Sendo ax + b = 0 ⇔ ax = –b ⇔ ⇔ x = – , concluímos que d) A equação é ax2 + bx + c = 0. Sendo, de acordo com a fórmula de resolução de equações do 2.o grau, ax2 + bx + c = 0 ⇔ ⇔ x = , com Δ = b2 – 4ac, concluímos que e) As raízes das equações do terceiro e do quarto grau podem ser obtidas, ainda, com auxílio de fórmulas gerais; estas “fórmulas resolutivas” são, porém, extremamente trabalhosas. f) Para equações de grau maior que quatro, não existem “fórmulas resolutivas”. Conclusão Por ser impossível resolver qualquer equação al - gébrica por processos gerais de aplicação de fórmulas, abandonaremos a ideia do uso “fórmulas resolutivas” e passaremos a apresentar teoremas válidos para qualquer equação algébrica. Esses teoremas possibilitam, muitas vezes, a reso - lução das equações ou fornecem, ao menos, informações úteis na obtenção das raízes de uma equação. Na apre - sen tação dos teoremas, excluiremos os casos F(x) � 0 e F(x) = k ≠ 0 e consideraremos, portanto, as equações algébricas do tipo F(x) = 0 com gr(F) ≥ 1. 3. Teorema fundamental da álgebra (TFA) Aceitaremos este teorema sem demonstração e nos li mi taremos aos seguintes comentários e exemplos: a) O TFA assegura, tão somente, a existência de pelo menos uma raiz; não mostra como calculá-la e nem qual o número de raízes de uma equação algébrica. b) O teorema é válido em � e não é válido em �. Significa dizer que uma equação algébrica pode ou não ter raiz em �, mas sempre terá em � pelo menos uma raiz. c) A equação x2 + 1 = 0, por exemplo, não tem ne - nhuma raiz real. Admite, porém, no campo complexo os números i e – i como raízes. 4. Teorema da decomposição Teorema A menos da ordem dos fatores, tal decomposição é única. F(x) = k ≠ 0 V = � F(x) = a0 x n + a1 x n–1 + a2 x n–2 + ...+ an–1 x+ an = 0 F(x) � 0 V = Ø F(x) = ax + b, com a ≠ 0 b V = �– –––�a b ––– a – b ± ���Δ ––––––––– 2a F(x) = ax2 + bx + c com a ≠ 0 – b + ���Δ – b – ���Δ V = �––––––––––; ––––––––––�2a 2a gr(F) = 3 ou gr(F) = 4 gr(F) > 4 Toda equação algébrica, de grau estri ta men te posi tivo, admite no campo complexo pelo menos uma raiz. Toda função polinomial de grau estritamente positivo F(x) = a0 x n + a1 x n–1 + a2 x n–2 + ... + an–1 x + an, com a0 ≠ 0, pode ser decomposta e fatorada na forma: F(x) = a0 . (x – r1) . (x – r2) . ... . (x – rn) em que r1, r2, ... , rn são as raízes de F. Livro 3_Matematica_2023_ROSE 04/07/2022 11:42 Página 19 20 Demonstração De acordo com TFA, a equação F(x) = 0 tem pelo menos uma raiz r1. Se r1 é raiz de F, então, pelo Teorema de D’Alembert, F é divisível por x – r1. Assim: portanto, podemos escrever: (I) F1 é uma função polinomial de grau n – 1 e coe ficiente inicial a0. Se n = 1, o teorema está demonstrado, pois F1 (x) = a0 e de (I) decorre F(x) = a0 . (x – r1). Se n > 1, então n – 1 > 0 e a equação F1 (x) = 0 tem, pelo TFA, pelo menos uma raiz r2. Se r2 é raiz de F1, então F1 é divisível por x – r2. Assim: portanto F1 (x) = (x – r2) . F2(x). Substituindo-se este valor de F1(x) em (I), resulta: (II) F2 é uma função polinomial de grau n – 2 e coe ficiente inicial a0. Se n = 2, o teorema está demonstrado, pois F2(x) = a0 e de (II) decorre F(x) = a0(x – r1) (x – r2). Se n > 2, então n – 2 > 0 e a equação F2(x) = 0 tem, pelo TFA, pelo menos uma raiz r3, e assim por diante. Após n aplicações sucessivas do TFA, atingimos F(x) = (x – r1) . (x – r2) . ... . (x – rn) . Fn(x), em que Fn é uma função polinomial de grau n – n = 0 e coefi - ciente inicial a0. Assim, Fn(x) = a0, portanto: Observações a) A forma fatorada da função polinomial F, F(x) = a0 (x – r1) . (x – r2) ... (x – rn), mostra que a equa - ção F(x) = 0 tem no máximo n raízes, e não exatamente n, pois não sabemos se os números r1, r2, r3, ..., rn são todos distintos dois a dois. b) O TFA e o teorema da decomposição permitem concluir que toda equação algébrica F(x) = 0, de grau es tritamente positivo, admite no campo complexo pelo menos uma raiz e no máximo n raízes (distintas). 5. Relações de Girard Seja a função polinomial F(x) = a0 . x n + a1 . x n–1 + a2 . x n–2 +...+ an–1 . x + an, com a0 ≠ 0 e n ≥ 1. De acordo com o teorema da decomposição, pode - mos escrever F(x) = a0 . (x – r1) . (x – r2) . … . (x – rn). Usando-se a propriedade distributiva, reduzindo-se os ter mos semelhantes e, em seguida, ordenando-se o polinômio, tem-se: Igualando-se dois a dois os coeficientes deste último polinômio, respectivamente, com os coeficientes iniciais a0, a1, a2, ..., an, obtêm-se n relações entre as raízes e os coeficientes de F. São chamadas Relações de Girard e são as seguintes: F(x) = (x – r1) . F1 (x) F(x) = (x – r1) . (x – r2) . F2(x) F(x) = a0 . (x – r1) . (x – r2) . ... . (x – rn) F(x) = a0 . x n – a0(r1 + r2 +...+rn). x n – 1 + + a0 (r1r2 + r1r3 + …) x n – 2 + ... a1 r1 + r2 + r3 + ... + rn = – –––a0 a2 r1 r2 + r1 r3 + ... + rn–1 . rn = + –––a0 a3 r1 r2 r3 + r1 r2 r4 + ... + rn–2 . rn–1 . rn = – –––a0... an r1 . r2 . r3 . ... . rn = (– 1) n . –––– a0 F(x) a0 . x n + a1 . x n – 1 + … + an – 1 . x + an x – r1 0 a0 . x n – 1 + … F1(x) F1(x) a0 . x n – 1 + ...................... x – r2 0 a0 . x n – 2 + … F2(x) Livro 3_Matematica_2023_ROSE 04/07/2022 11:42 Página 20 21 Relações de Girard para uma equação de grau 2 Se as raízes da equação a0 x 2 + a1 x + a2 = 0 forem r1 e r2, então: Relações de Girard para uma equação de grau 3 Se as raízes da equação a0 x 3 + a1 x 2 + a2 x + a3 = 0 forem r1, r2 e r3, então: Relações de Girard para uma equação de grau 4 Se as raízes da equação a0x 4 + a1x 3 + a2x 2 + a3 x + a4 = 0 forem r1, r2, r3 e r4, en tão: Observação As n Relações de Girard são insuficientes para calcu - lar as n raízes r1, r2, ..., rn, pois, apesar de se tratar de um sistema de n equações com n incógnitas, ao resolvê-lo sempre recaímos na equação de grau n, origina riamente dada. Verifique este fato para uma equação de grau 2. Por esta razão, normalmente, ao se perguntar qual o conjunto verdade de uma equação, são dadas, juntamente com a equação, algumas “relações auxiliares” para suas raízes. As Relações de Girard, juntamente com estas “re - lações auxiliares”, tornam-se suficientes para determinar o conjunto verdade. a1 r1 + r2 = – ––––a0� a2r1 . r2 = + ––––a0 a1 r1 + r2 + r3 = – –––a0 a2 r1 r2 + r1 r3 + r2 r3 = + –––� a0a3 r1 . r2 . r3 = – –––a0 a1 r1 + r2 + r3 + r4 = – –––a0 a2r1r2 + r1r3 + r1r4 + r2r3 + r2r4 + r3r4 = + –––a0 a3r1r2r3 + r1r2r4 + r1r3r4 + r2r3r4 = – –––a0 a4r1 . r2 . r3 . r4 = + –––a0 1. Determinar a sabendo-se que 2 é raiz da equação x4 – 3x3 + 2x2 + ax – 3 = 0. Resolução Se 2 é raiz da equação, então: 24 – 3 . 23 + 2 . 22 + a . 2 – 3 = 0 e daí 16 – 24 + 8 + 2a – 3 = 0 ⇔ 2a – 3 = 0 ⇔ a = 3/2 Resposta: a = 3/2 2. Obter uma equação do terceiro grau cujas raízes são 2, 1, – 2. Resolução O polinômio na forma fatorada é F(x) = a0 (x – r1) (x – r2) (x – r3); portanto, F(x) = a0(x – 1) (x – 2) (x + 2) = a0 (x 3 – x2 – 4x + 4) As equações são do tipo a0 (x 3 – x2 – 4x + 4) = 0, com a0 ≠ 0. Uma delas é x3 – x2 – 4x + 4 = 0 Resposta: Uma das equações é x3 – x2 – 4x + 4 = 0. 3. Resolver a equação x4 – 5x2 – 10x – 6 = 0, sabendo-se que duas de suas raízes são –1 e 3. Resolução Se –1 e 3 são raízes de F(x) = 0, então F é divisível por (x + 1)(x – 3). Lembrando-se de que Portanto, F(x) = x4 – 5x2 – 10x – 6 � (x + 1) . (x – 3) . (x2 + 2x + 2) As raízes da equação x2 + 2x + 2 = 0 são x = = –1 ± i Assim sendo, as raízes da equação x4 – 5x2 – 10x – 6 = 0 são – 1, 3, – 1 + i, – 1 – i Resposta: V = {– 1; 3; – 1 + i; – 1 – i} 1 0 – 5 – 10 – 6 –1 1 – 1 – 4 – 6 0 3 1 2 2 0 F(x) (x + 1)(x – 3) ⇔ F(x) x + 1 0 Q(x) 0 Q1(x) x – 3 0 Q(x) coeficiente de Q –2 ± 2i –––––––– 2 Livro 3_Matematica_2023_ROSE 04/07/2022 12:15 Página 21 22 4. Resolver a equação x3 – 3x2 – x + 3 = 0, sabendo-se que a soma de duas raízes é zero. Resolução Sendo V = {r1, r2, r3} o conjunto verdade da equação, temos: Relações de Girard � Relação auxiliar: r1 + r2 = 0 (IV) Substituin do (IV) em (I), temos: 0 + r3 = 3 ⇒ r3 = 3 Sendo r3 = 3 e r1 + r2 = 0, de (III) e (IV), resulta: r1 . r2 = – 1� ⇔ r1 = – 1 e r2 = +1r1 + r2 = 0 Resposta: O conjunto verdade da equação é {–1; 1; 3}. 5. Sabendo-se que 1 é raiz da equação x3 – 2x2 + ax + 6 = 0, determi nar a e as demais raízes da equação. Resolução a) Se 1 é raiz da equação, então 13 – 2 . 12 + a . 1 + 6 = 0; por - tanto, a = – 5 e a equação é x3 – 2x2 – 5x + 6 = 0. b) Para achar as demais raízes, pode-se repetir o exercício ante - rior, usando-se como relação auxiliar r1 = 1 ou então fatorar a equação, pois, se 1 é raiz, então o polinômio é divisível por x – 1. Resolvendo-se por este último processo, temos: ⇔ x3 – 2x2 – 5x + 6 � (x – 1) . (x2 – x – 6) As raízes de x2 – x – 6 = 0 são –2 e 3. Resposta: a = – 5 e as demais raízes são – 2 e 3. 6. Determinar a soma dos quadrados das raízes da equação x3 + mx2 + nx + p = 0. Resolução Se o conjunto verdade da equação é {a, b, c}, devemos calcular a2 + b2 + c2. Pelas Relações de Girard, temos: a + b + c = – m (I) � ab + ac + bc = n (II) abc = – p (III) Substituindo (I) e (II) em (a + b + c)2 = a2 + b2 + c2 + 2 (ab + ac + bc), temos: (– m)2 = a2 + b2 + c2 + 2 . n e daí a2 + b2 + c2 = m2 – 2n Resposta: A soma dos quadrados das raízes é m2 – 2n. 7. As raízes da equação 2x3 – 5x2 – (m – 1)x + 3 = 0 são x1, x2, x3 e verificam a relação x1 + x2 = 4x3. Determinar m. Resolução Pela 1a. Relação de Girard, temos: x1 + x2 + x3 = – ⇒ x1 + x2 + x3 = (I) Pelo enunciado, temos x1 + x2 = 4x3 (II) De (I) e (II), resulta x3 = . Sendo uma raiz de 2x3 – 5x2 – (m – 1)x + 3 = 0, então: 2 . 3 – 5 . 2 – (m – 1) . + 3 = 0 ⇔ ⇔ – – + + 3 = 0 ⇔ – = 0 ⇔ m = 5 Resposta: m = 5 8. Determine as raízes de x3 – 2x2 + 2x – 1 = 0, sabendo-se que x0 = 1 é uma raiz. Resolução x0 = 1 é raiz de P(x) = x 3 – 2x2 + 2x – 1 ⇔ P(x) é divisível por (x – 1). Para dividir P(x) por (x – 1), usaremos o Dispositivo de Briot-Ruffini, como se segue: Logo: Assim, as demais raízes de P(x) são as raízes de x2 – x + 1 = 0, ou seja: x = Resposta: V = 1; + i; – i 9. Dada a equação x3 – 2x2 + 2x – 1 = 0, mostre, que se r for uma raiz, então também o será. Resolução Seja P(x) = x3 – 2x2 + 2x – 1 Se x = r é raiz da equação dada, então: P(r) = 0 ⇒ r3 – 2r2 + 2r – 1 = 0 (I) Cálculo de P : P = 3 – 2 2 + 2 – 1 ⇔ ⇔ P = – + – 1⇔ P = ⇔ ⇔ P = De acordo com (I), tem-se: P = ⇔ P = 0 ⇔ é raiz da equação dada. r1 + r2 + r3 = 3 (I) r1 . r2 + r1 . r3 + r2 r3 = – 1 (II) r1 . r2 . r3 = – 3 (III) 1 – 2 – 5 6 1 1 – 1 – 6 0 ⇒ ⇔x 3 – 2x2 – 5x + 6 x – 1 0 x2 – x – 6 5 ––– 2 a1 ––– a0 1 –– 2 1 –– 2 1 –– 2� 1 –– 2�� 1 –– 2� m –– 2 5 –– 2 1 –– 2 m –– 2 5 –– 4 1 –– 4 1 – 2 2 – 1 1 1 – 1 1 0 P(x) x – 1 ⇒ P(x) = (x – 1)(x2 – x + 1) 0 x2 – x + 1 1 ± ���3 i ––––––––– 2 ����3––––2 1 ––– 2 ���3 –––– 2 1 ––– 2� 1 ––– r �1––r� �1––r�� 1 –– r�� 1 –– r�� 1 –– r� 1 – 2r + 2r2 – r3 –––––––––––––– r3 �1––r� 2 –– r 2 ––– r2 1 ––– r3 �1––r� – (r3 – 2r2 + 2r – 1) ––––––––––––––––––– r3 �1––r� 1 –– r� 1 –– r� – 0 –––– r3 �1––r� Livro 3_Matematica_2023_ROSE 04/07/2022 11:42 Página 22 23 Utilize as informações a seguir para as questões 10 e 11 Considere o polinômio dado por: p(x) = x3 − x2 − 22x + 40. A figura a seguir mostra parte do gráfico da função f, dada por f(x) = � · p(x), em que � é um número real. 10. (INSPER) – O valor de � é a) 0,05 b) 0,5 c) 2 d) 5 e) 20 Resolução Pelo gráfico, temos f(0) = 2. Assim, f(0) = � . p(0) = � . (03 – 02 – 22 . 0 + 40) = 40� = 2 Desta forma, � = = = 0,05. Resposta: A 11. (INSPER) – A diferença entre a maior e a menor raiz de p(x) é igual a a) 5 b) 6 c) 7 d) 8 e) 9 Resolução Pelo gráfico, 2 é uma das raízes do polinômio p(x). Pelo Dispositivo Prático de Briott-Rufini, temos: , resulta que p(x) = (x – 2)(x2 + x – 20) = 0 ⇔ x – 2 = 0 ou x2 + x – 20 = 0 ⇔ x = 2, x = – 5 ou x = 4 As raízes de p(x) = 0 são 2, 4 e – 5, e a diferença entre a maior e a menor raiz é 4 – (– 5) = 9. Resposta: E 12. (UNICAMP) – Considere o polinômio cúbico p(x) = x3 + x2 – ax – 3, em que a é um número real. Sabendo que r e – r são raízes reais de p(x) , podemos afirmar que p(1) é igual a a) 3 b) 1 c) -2 d) -4 Resolução Se {α, r, – r} � � for o conjunto solução da equação x3 + x2 – ax – 3 = 0, então: I) α + r + (– r) = – 1 ⇔ α = – 1 II) Como – 1 é uma das raízes, então – 1 + 1 + a – 3 = 0 ⇔ a = 3 III) Para a = 3, tem-se p(x) = x3 + x2 – 3x – 3 e p(1) = 1 + 1 – 3 – 3 = – 4 Resposta: D 1 ––– 20 2 ––– 40 1 – 1 – 22 40 2 1 1 – 20 0 13. (FGV) a) Determine o menor número real cuja soma com o próprio quadrado é igual ao próprio cubo. b) Determine o valor de W = + , sendo r e s as raízes da equação ax2 + bx + c = 0; a ≠ 0; c ≠ 0. 14 (PUCCAMP) – Sobre as raízes da equação 3x3 – 5x2 – 2x = 0, é verdade que a) são todas inteiras b) a menor delas é – 2 c) a maior delas é d) somente uma delas é irracional e) somente uma delas é estritamente negativa 15. Determinar o polinômio do 3o. grau que se anula para x = 1 e que, dividido por x + 1, x – 2 e x + 2, dá restos iguais a 6. 16. Se P(x) = x3 + ax + b, em que a e b são números reais e – 1, 2, c são raízes do polinômio P(x), então c é igual a: a) 0 b) – 1 c) 3 d) 1 e) – 3 17. (FUVEST) – O polinômio p(x) = x3 – x2 + x + a é divisível por x – 1. Determine todas as raízes complexas de p(x). 18. (PUC) – Se 2 é a única raiz real da equação x3 – 4x2 + 6x – 4 = 0, então, relativamente às demais raízes dessa equação, é verdade que são números complexos a) cujas imagens pertencem ao primeiro e quarto quadrantes do plano complexo. b) que têm módulos iguais a 2. c) cujos argumentos principais são 45° e 135°. d) cuja soma é igual a 2i. 19. (MACKENZIE) – Sejam P (x) = 2x3 – 11x2 + 17x – 6 um polinômio do 3o. grau e 2x – 1 um de seus fatores. A média aritmética das raízes de P (x) é a) b) c) d) e) 20. (FGV) – Considere o polinômio P(X) tal que P = x2 + x + 1. A soma de todas as raízes da equação P(3x) = 7 é igual a a) b) c) 0 d) e) 2 –– 3 1 ––– s2 1 ––– r2 7 ––– 2 8 ––– 2 9 ––– 2 10 ––– 2 11 ––– 6 x�––�3 5 ––– 3 5 ––– 9 1 – ––– 3 1 – ––– 9 Livro 3_Matematica_2023_ROSE 04/07/2022 11:42 Página 23 24 21. (FGV) – A equação polinomial 2x3 – 3x2 – 11x + 6 = 0 tem o conjunto solução S = {a, b, c}. Pode-se afirmar que o valor de (a + 1)(b + 1)(c + 1) é: a) –7 b) – 5 c) – 6 d) – 4 e) – 8 22. (MACKENZIE) – A equação 2x3 + 3x2 – 3x – 2 = 0 tem como raízes – , m e n. Então, mn é igual a a) – 1 ou 0 b) – ou 2 c) – 2 ou – 1 d) ou – e) – 2 ou 1 23. (MACKENZIE) – Se o polinômio p(x) = x3 + 3x2 + a – 2b é divisível por (x – a)2 . (x – b), então o produto dos números reais a e b é: a) – 2 b) 4 c) – 3 d) 2 e) 3 24. (FGV) – A equação polinomial x3 + 12x2 – 96x – 512 = 0 tem raízes reais em progressão geométrica quando colocadas em ordem crescente de seus valores absolutos. A razão dessa progressão geométrica é: a) – 2 b) – 3,5 c) – 4 d) – 3 e) – 2,5 25. (FGV) – A equação algébrica ax3 + bx2 + cx + d = 0 possui coeficientes reais a, b, c, d, todos não nulos. Sendo x1, x2 e x3 as raízes dessa equação, então + + –1 é igual a a) – b) – c) – d) – e) – 26. (UEL) – Uma das raízes do polinômio x3 + 2x2 – 7x – 2 é 2. O produto das outras raízes é: a) 2 b) 1 c) 0 d) –1 e) – 2 27. (MACKENZIE) – Se na figura temos o esboço do gráfico da função y = p(x) = x3 + ax2 + bx + c , a soma das raízes de p(x) é: a) 2 b) – 3 c) – d) e) 28. (UFCE) – Sabendo-se que asraízes do polinômio P(x) = x3 – 18x2 + 8x + 384 estão em progressão aritmética, determinar a maior delas. 29. (FATEC) – Se o polinômio P(x) = 2x3 – 5x2 – 28x + 15 pode ser fatorado na forma (2x – 1) . (x + 3) . (x – k), então o valor de k é: a) 5 b) – 5 c) 10 d) 15 e) – 15 30. (FGV) – Observe o gráfico da função f no plano cartesiano. Entre as expressões apresentadas nas alternativas a seguir, a única que pode corresponder à lei da função f é a) f(x) = (x – 1)2 · (x – 2)2 b) f(x) = (x – 1)2 · (x – 2)2 · (x + 1) · (x + 2) c) f(x) = (x2 – 1) · (x2 – 4) d) f(x) = (x2 – 1) · (x2 – 4) · (x – 1) e) f(x) = (x2 – 1) · (x2 – 4) · (x + 1) 31. (UNICAMP) – Considere o polinômio p(x) = x3 – x2 + ax – a, em que a é um número real. Se x = 1 é a única raiz real de p(x), então podemos afirmar que a) a < 0 b) a < 1 c) a > 0 d) a > 1 32. (UNICAMP) – Seja (a, b, c, d) uma progressão geométrica (PG) de números reais, com razão q � 0 e a � 0. a) Mostre que x = −1/q é uma raiz do polinômio cúbico p(x) = a + bx + cx2 + dx3. b) Sejam e e f números reais quaisquer e considere o sistema linear nas variáveis x e y, . = . Determine para que valores da razão q esse sistema tem solução única. 5 ––– 2 8 ––– 5 4 ––– 3 1 –– 2 1 –– 2 1 –– 2 1 –– 2 �1–––x3 1 ––– x2 1 ––– x1� d –– a c –– d d –– c b –– a a –– b e f x y� a d c b� � ��� Livro 3_Matematica_2023_ROSE 04/07/2022 12:17 Página 24 25 33. (VUNESP) – Se as raízes do polinômio p(x) = x3 – 6x2 + kx – 6 são reais e estão em progressão aritmética, o valor de k é: a) 0 b) 2 c) 3 d) 5 e) 11 34. (INSPER) – No plano complexo desenhado abaixo, os pontos P, Q e R representam os afixos das soluções da equação ax3 + bx2 + cx + d = 0, em que a, b, c e d são números reais. O valor de é igual a a) 16 b) 18 c) 20 d) 22 e) 24 35. (INSPER) – As quantidades de raízes reais dos polinônios p(x) = x4 + 10, q(x) = 10x2 + 1 e r(x) = p(x) − q(x) são, respectivamente, a) 0, 0 e 4. b) 4, 0 e 4. c) 0, 2 e 2. d) 4, 2 e 2. e) 4, 2 e 4. 36. (INSPER) – Se as raízes da equação x3 + 4x2 – 7x – 10 = 0 são –5, –1 e 2, então a soma dos quadrados das raízes da equação (x– 3)3 + 4(x – 3)2 – 7(x – 3) – 10 = 0 é igual a a) 16 b) 25 c) 29 d) 33 e) 41 37. (FUVEST) – O produto de duas das raízes do polinômio p(x) = 2x3 – mx2 + 4x + 3 é igual a – 1. Determinar a) o valor de m; b) as raízes de p. 38. (FUVEST) – 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 39. (INSPER) – Na figura, que mostra o gráfico da função polinomial p(x) = 3x3 − 16x2 + 19x, os valores a e c são tais que a + c = 4. Dessa forma, o valor de c é igual a a) 1 + ���7 b) 2 + ���3 c) 2 + ���6 d) 3 + ���2 e) 3 + ���5 40. (FUVEST) – Sabe-se que P(x) é um polinômio cujas raízes for - mam uma progressão geométrica de razão 2 e primeiro termo 2. O coeficiente do termo de mais alto grau de P(x) é 1 e o termo independente é igual a 221. O grau do polinômio é: a) 4 b) 5 c) 6 d) 7 e) 8 41. (FGV) – O polinômio p(x) = x3 – 5x2 – 52x + 224 tem três raízes inteiras. Se a primeira delas é o dobro da terceira e a soma da primeira com a segunda é 1, então, o produto da primeira com a segunda é a) – 224 b) – 167 c) – 56 d) 28 e) 5 42. (MACKENZIE) – Se as três raízes reais, não necessariamente distintas, do polinômio p(x) = x3 – a3x2 + ax – 1, a � �, formam uma progressão geométrica, então o valor de a – a3 é a) – 2 b) – 1 c) 0 d) 1 e) 2 43. (MACKENZIE) – A soma das raízes da equação 33x – 13 . 32x + 39 . 3x – 27 = 0 é: a) – 1 b) 0 c) 1 d) 2 e) 3 44. (FGV) – O polinômio P(x) = x3 + kx2 + 6x + 5 é divisível por x + 5. Então, a soma das raízes da equação P(x + 1) = 0 é: a) – 6 b) – 7 c) 6 d) – 9 e) – 3 45. (UNICAMP) a) Qual é o valor de � na equação z3 – 5z2 + 8z – � = 0, de modo que z = 3 seja uma raiz dessa equação? b) Para esse valor de �, ache as três raízes, z1, z2, z3, dessa equa - ção. c) Ache o volume do sólido obtido quando a região triangular, cujos vértices são os pontos z1, z2, z3, gira em torno da reta de equação x = 1. c ––– a Livro 3_Matematica_2023_ROSE 04/07/2022 11:42 Página 25 26 6. Raízes múltiplas Definição O número r � � é raiz múltipla da equação F(x) = 0 com multiplicidade m se, e somente se: Assim, se as raízes da equação F(x) = 0 forem r1, r2, ..., rp com multiplicidades m1, m2, ..., mp, respecti - vamen te, a decomposição vista no item (4) passará a ser: F(x) = a0 . (x – r1) m1 . (x – r2) m2 . ... . (x – rp) mp com m1 + m2 + ... + mp = n e r1, r2, ... , rp distintas duas a duas. Teorema Se r é raiz da equação F(x) = 0 com multiplicidade m, então r é raiz da equação F’(x) = 0 com multipli - cidade m – 1, sendo F’ a função derivada da função polinomial F. Consequências a) Se r é raiz simples de F(x) = 0, então r não é raiz de F’(x) = 0. b) Se r é raiz dupla de F(x) = 0, então r é raiz simples de F’(x) = 0 e r não é raiz de F’’(x) = 0. c) Se r é raiz tripla de F(x) = 0, então r é a raiz du - pla de F’(x) = 0, raiz simples de F’’(x) = 0 e não é raiz de F’’’(x) = 0 etc. Exemplo Notando-se que (x – 1)3 . (x – 2) = x4 – 5x3 + 9x2 – 7x + 2, podemos concluir que: a) na equação F(x) = x4 – 5x3 + 9x2 – 7x + 2 = 0, o número 1 é raiz tripla e o número 2 é raiz simples; b) na equação F’(x) = 4x3 – 15x2 + 18x – 7 = 0, o número 1 é raiz dupla e o número 2 não é raiz; c) na equação F’’(x) = 12x2 – 30x + 18 = 0, o núme - ro 1 é raiz simples; d) na equação F’’’(x) = 24x – 30 = 0, o número 1 não é raiz. 7. Raízes nulas Seja F : � → � a função polinomial definida por F(x) = a0.x n + a1.x n–1 + a2.x n–2 + ...+ an–3.x 3 + an–2.x 2 + an–1.x + an. Relativamente às raízes nulas da equação F(x) = 0, pode-se afirmar que: a) an ≠ 0 ⇔ zero não é raiz, pois F(0) = an ≠ 0; b) an = 0 e an–1 ≠ 0 ⇔ zero é raiz simples, pois neste caso a equação dada é equivalente a x . (a0 . x n – 1 + a1 . x n–2 + a2 . x n–3 + ... + an–3 . x 2 + an–2 . x + an–1) = 0; c) an = an – 1 = 0 e an – 2 ≠ 0 ⇔ zero é raiz dupla, pois neste caso a equação dada é equivalente a x2 . (a0 . x n – 2 + a1 . x n – 3 + a2 . x n – 4 + ... + an – 3 . x + an – 2) = 0; d) an = an – 1 = an – 2 = 0 e an – 3 ≠ 0 ⇔ zero é raiz tripla etc. Exemplo Na equação x4 + 3x3 – 7x2 + (a – b)x + (a – 4) = 0, po - de-se afirmar que: a) a ≠ 4 ⇔ zero não é raiz; b) a = 4 e b ≠ 4 ⇔ zero é raiz simples; c) a = b = 4 ⇔ zero é raiz dupla. 8. Raízes racionais Teorema Se o número racional , com p e q primos entre si, for raiz da equação a0 .x n+a1.x n – 1+...+an – 1 .x + an = 0, com a0 ≠ 0 e coeficientes inteiros, então p é divisor de an e q é divisor de a0. Demonstração Se for raiz da equação, então: n a0 . � � + a1 . � � n –1 + ... + an–1 . � � + an = 0 ⇔ ⇔ a0 . + a1 . + ... + an – 1 . + an = 0 ⇔ ⇔ a0 . pn + a1 . pn – 1 . q + a2 . pn – 2 . q2 + ... + + an – 1 . p . q n – 1 + an . q n = 0 Na igualdade acima, isolando-se o termo a0 . p n, po - de-se colocar q em evidência; analogamente, isolando-se an . q n, pode-se colocar p em evidência. Assim sendo: Supondo p ––q p ––q p ––q a0 . p n = q . [– a1. p n – 1 – a2.p n – 2 . q – ... – an – 1 . p. q n– 2 – an. q n – 1]� an . qn = p . [– a0 . pn – 1 – a1 . pn – 2 . q – ... – an – 1 . qn– 1] pn ––– qn pn – 1 ––––– qn – 1 p ––– q p ––q p ––q F(x) = (x – r)m . Q(x) e Q(r) ≠ 0 – a1 . p n – 1 – a2 . p n – 2 . q – ... – an – 1 . p . q n– 2 – an . q n – 1 = k � �� – a0 . pn – 1 – a1 . pn – 2 . q – ... – an – 1 . qn– 1 = r � � Livro 3_Matematica_2023_ROSE 04/07/2022 11:42 Página 26 27 temos: Consequências a) Se a equação a0 . x n + a1 . x n – 1 + ... + an – 1 . x + an = 0, de coeficientes inteiros, admitir uma raiz inteira p, então p será divisor de an. b) Toda raiz racional da equação 1 . xn + a1 . x n – 1 + + ... + an – 1 . x + an = 0, de coeficientes inteiros, é obrigatoriamente inteira. Exemplo Na equação 2x3– ax2 + bx + 6 = 0, com a � � e b � �, temos: a) D(6) = {1; – 1; 2; – 2; 3; – 3; 6; – 6}; b) D(2) = {1; – 1; 2; – 2}; c) se for raiz, com p e q primos entre si, então p � D(6) e q � D(2); d) o conjunto das possíveis raízes racionais da equa - ção é A = 1; – 1; ; – ; 2; – 2; 3; – 3; ; – ; 6; – 6 ; e) se x � � e x � A, então x poderá ser raiz da equa ção; f) se x � � e x � A, então x não será raiz da equação; g) se nenhum dos 12 elementos de A for raiz, então a equação não terá nenhuma raiz racional. 9. Raízes complexas Teorema Se o número complexo a + bi, com b ≠ 0, for raiz da equação a0 . x n + a1 . x n – 1 + ... + an – 1 . x + an = 0, de coe ficientes reais, então o seu conjugado a – bi também será raiz. Além disso, a + bi e a – bi serão raízes de mesma multiplicidade. Consequências a) Uma equação do 2o. grau, de coeficientes reais, tem só raízes reais ou duas raízes complexas conjugadas (não reais). b) Uma equação do 3o. grau, de coeficientes reais, tem só raízes reais ou uma real e duas complexas conju gadas (não reais). c) Uma equação do 4o. grau, de coeficientes reais, tem só raízes reais ou duas raízes complexas conjugadas (não reais) e as demais reais ou ainda só raízes com plexas (não reais), duas a duas conjugadas. d) Uma equação do 5o. grau, de coeficientes reais, tem só raízes reais ou duas raízes complexas conjugadas (não reais) e as demais reais ou ainda pelo menos uma raiz real e as demais raízes complexas (não reais), duas a duas conjugadas. E assim por diante. e) O número de raízes complexas não reais de uma equação algébrica de coeficientes reais é sempre par. f) Toda equação algébrica de coeficientes reais e grau ímpar tem pelo menos uma raiz real. g) Se a + bi, com b ≠ 0, for raiz da equação F(x) = 0 e a – bi não for raiz da mesma equação, então pelo menos um dos coeficientes de F não será real. Exemplos a) Se 2 + i for raiz da equação x3 – 2x2 + ax + b = 0, com a � � e b � �, então 2 – i também será raiz e a terceira raiz será obrigatoriamente real. b) Se 2 + i e 3 – 2i forem raízes da equação x4 + ax3 + bx2 + cx + d = 0, com {a, b, c, d} � �, então o con - junto verdade dessa equação será {2 + i; 3 – 2i; 2 – i; 3 + 2i}. c) Se i e 2 + 3i forem raízes de uma equação, de coeficientes reais, então o grau dessa equação será maior ou igual a quatro. d) Se {2i; 3 – i} for o conjunto verdade da equação x2 + ax + b = 0, então {a; b} � �. 10. Raízes reais Teorema de Bolzano Seja F uma função polinomial de coeficientes reais e {x1; x2} � �, com x1 < x2. Se F(x1) . F(x2) ≤ 0, então a equação F(x) = 0 terá pelo menos uma raiz real r, tal que r � [x1; x2]. an . q n = p . r, com r � �� ⇔a0 . pn = q . k, com k � � p é divisor de an . q n p é divisor de an⇔ � ⇔ �q é divisor de a0 . pn q é divisor de a0 (pois p e q são primos entre si) p –– q �3––2 3 –– 2 1 –– 2 1 — 2� Livro 3_Matematica_2023_ROSE 04/07/2022 11:42 Página 27 28 Exemplos Nos gráficos a seguir, a equa ção F(x) = 0, no inter - valo [x1; x2], tem: a) uma só raiz real b) três raízes reais distintas c) uma raiz real dupla e uma simples d) uma raiz real tripla Observação Se F(x1) . F(x2) > 0, a equação F(x) = 0 pode ou não ter raízes reais no intervalo ]x1; x2[. Nos gráficos a seguir, pode-se concluir que a equação F(x) = 0, no intervalo ]x1; x2[: a) tem duas raízes reais distintas b) não tem raiz real c) tem quatro raízes reais distintas d) tem uma raiz real dupla e duas raízes reais simples Livro 3_Matematica_2023_ROSE 04/07/2022 11:42 Página 28 29 46. Resolver a equação x4 – 7x3 + 18x2 – 20x + 8 = 0, sabendo-se que tem uma raiz tripla. Resolução Se r é raiz tripla de F(x) = 0, é raiz dupla de F’(x) = 0 e é raiz simples de F’’(x) = 0. Assim: F(x) = x4 – 7x3 + 18x2 – 20x + 8 F’(x) = 4x3 – 21x2 + 36x – 20 F’’(x) = 12x2 – 42x + 36 Como 12x2 – 42x + 36 = 0 ⇔ 2x2 – 7x + 6 = 0 ⇔ x = 2 ou x = e F’(2) = 0 e F(2) = 0, então 2 é a raiz tripla de F(x) = 0. Pela 1a. Relação de Girard, 2 + 2 + 2 + r4 = 7 e, portanto, r4 = 1. Resposta: V = {1; 2} 47. Determinar a para que a equação x3 – 9x2 + 15x + a = 0 tenha uma raiz dupla. Resolução As possíveis raízes duplas da equação F(x) = 0 são raízes simples de F’(x) = 0. Assim: F(x) = x3 – 9x2 + 15x + a F’(x) = 3x2 – 18x + 15 As raízes de 3x2 – 18x + 15 = 0 são 1 e 5, e estas são as únicas possíveis raízes duplas de x3 – 9x2 + 15x + a = 0. Se 1 for raiz dupla, então 13 – 9 . 12 + 15 . 1 + a = 0, portanto, a = – 7. Se 5 for raiz dupla, então 53 – 9 . 52 + 15 . 5 + a = 0, portanto, a = 25. Logo, se a = – 7, a equação será x3 – 9x2 + 15x – 7 = 0 e terá uma raiz dupla igual a 1. Se a = 25, a equação será x3 – 9x2 + 15x + 25 = 0 e terá uma raiz dupla igual a 5. Resposta: a = – 7 ou a = 25 48. A equação x4 – 2x3 + (a2 – 4)x2 + (b – 3)x + (a + b – 2) = 0 tem uma raiz dupla igual a zero. Determinar a e b e o conjunto verdade da equação. Resolução Se 0 é raiz dupla da equação x4 – 2x3 + (a2 – 4) . x2+ (b – 3)x + (a + b – 2) = 0, então: a2 – 4 ≠ 0 � b – 3 = 0 ⇒ a + b – 2 = 0 Se a = – 1 e b = 3, a equação será x4 – 2x3 – 3x2 = 0. Como x4 – 2x3 – 3x2 � x2 . (x2 – 2x – 3), o conjunto verdade da equação é {0; – 1; 3}. Resposta: a = – 1; b = 3; V = {0; –1; 3} 49. Resolver a equação 2x3 – x2 – 8x + 4 = 0, sabendo-se que pelo menos uma raiz é racional. Resolução Seja F(x) = 2x3 – x2 – 8x + 4 De acordo com o critério apresentado, as possíveis raízes racionais são os números da forma com p � D(4) e q � D(2), portanto: 2; – 2; 4; – 4; 1; – 1; ; – . Pelo menos uma delas é raiz da equação F(x) = 0. Calculando-se F(2), F(– 2), F(4), ..., descobrimos que F(2) = 0 e, portanto, 2 é raiz e F(x) é divisível por x – 2. Desta forma: ⇒ ⇔ ⇔ 2x3 – x2 – 8x + 4 � (x – 2) (2x2 + 3x – 2), e as demais raízes são – 2 e . Resposta: V = � – 2; 2; � 50. Resolver a equação x3 – 3x2 + 4x – 2 = 0, sabendo-se que 1 – i é raiz. Resolução Se a equação tem coeficientes reais e admite 1 – i como raiz, então admite também o conjugado 1 + i como raiz. Assim sendo, o conjunto verdade é {r; 1 – i; 1 + i}. Para calcular r, usar a 1a. Relação de Girard. Assim: r + (1 – i) + (1 + i) = 3 ⇔ r = 1. Resposta: V = {1; 1 – i; 1 + i} 51. Determinar o conjunto verdade da equação x5 – 6x4 + 10x3 – 8x2 + 9x – 2 = 0, sabendo-se que duas de suas raízes são i e 2– ���3. Resolução Se a equação tem coeficientes reais e admite i como raiz, então o número – i também é raiz. Se a equação tem coeficientes racionais e admite 2 – ���3 como raiz, então 2 + ���3 também é raiz. Assim sendo, o conjunto verdade é { i; – i; 2 – ���3, 2 + ���3, r }. Para calcular r, usar a primeira Relação de Girard. Assim: i + (– i) + (2 – ���3) + (2 + ���3) + r = 6 ⇒ r = 2 Resposta: V = { i; – i; 2 – ���3; 2 + ���3, 2} 3 –– 2 a = – 1 e b = 3 p ––q 1 –– 2 1 –– 2 2x3 – x2 – 8x + 4 x – 2 0 2x2 + 3x –2 2 – 1 – 8 4 2 2 3 – 2 0 1 –– 2 1 –– 2 Livro 3_Matematica_2023_ROSE 04/07/2022 11:42 Página 29 30 52. Achar o conjunto verdade da equação x3 – (4i + 2)x2 + (8i – 3)x + 6 = 0, sabendo-se que uma das raízes é i. Resolução Notar, inicialmente, que, embora uma das raízes da equação seja o número i, não se pode concluir que o conjugado – i seja também raiz, pois a equação não tem todos os coeficientes reais. Sendo i raiz da equação, o polinômio é divisível por x – i. Assim: ⇒ ⇒ Assim sendo: (x – i) . [x2 – 3ix – 2x + 6i] = 0 ⇔ (x – i) . [x(x – 3i) – 2(x – 3i)] = 0 ⇔ ⇔ (x – i) . (x – 3i) (x – 2) = 0 ⇒ x = i ou x = 3i ou x = 2 Resposta: V = {i; 3i; 2} 53. Considere a equação x3 – 11x2 + 31x – 21 = 0. a) Provar que essa equação tem pelo menos uma raiz real no intervalo ]0; 2[ e também no intervalo ]2; 4[. b) Resolva a equação, sabendo-se que as raízes são inteiras. Resolução a) Se F(x) = x3 – 11x2 + 31x – 21, então: F(0) = 03 – 11 . 02 + 31 . 0 – 21 = – 21 F(2) = 23 – 11 . 22 + 31 . 2 – 21 = 5 F(4) = 43 – 11 . 42 + 31 . 4 – 21 = – 9 Já que F(0) = – 21 e F(2) = 5,
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