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Prof. Hiroshi Matemática Página 1 de 4 Lista de Exercícios – Trigonometria VIII Gabarito: Resposta da questão 1: [B] De 𝐴 = [ 𝑠𝑒𝑛𝑥 −1 −1 𝑠𝑒𝑛𝑥 ], 𝑑𝑒𝑡 𝐴 = 𝑠𝑒𝑛𝑥 ⋅ 𝑠𝑒𝑛𝑥 − (−1) ⋅ (−1) 𝑑𝑒𝑡 𝐴 = 𝑠𝑒𝑛2𝑥 − 1 De 𝐵 = [ 𝑠𝑒𝑛𝑥 𝑠𝑒𝑛𝑥 1 −3 ], 𝑑𝑒𝑡 𝐵 = 𝑠𝑒𝑛 ⋅ (−3) − 𝑠𝑒𝑛𝑥 ⋅ 1 𝑑𝑒𝑡 𝐵 = −3𝑠𝑒𝑛𝑥 − 𝑠𝑒𝑛𝑥 𝑑𝑒𝑡 𝐵 = −4𝑠𝑒𝑛𝑥 Logo, 𝑑𝑒𝑡(𝐴 ⋅ 𝐵) = (𝑠𝑒𝑛2𝑥 − 1) ⋅ (−4𝑠𝑒𝑛𝑥) 𝑑𝑒𝑡(𝐴 ⋅ 𝐵) = −4𝑠𝑒𝑛𝑥 ⋅ (𝑠𝑒𝑛2𝑥 − 1) Como 𝑑𝑒𝑡(𝐴 ⋅ 𝐵) ≥ 0, −4𝑠𝑒𝑛𝑥 ⋅ (𝑠𝑒𝑛2𝑥 − 1) ≥ 0 𝑠𝑒𝑛𝑥 ⋅ (𝑠𝑒𝑛2𝑥 − 1) ≤ 0 Daí, 𝐴 { 𝑠𝑒𝑛𝑥 ≥ 0 (𝑖) 𝑠𝑒𝑛2𝑥 − 1 ≤ 0 (𝑖𝑖) ou 𝐵 { 𝑠𝑒𝑛𝑥 ≤ 0 (𝑖𝑖𝑖) 𝑠𝑒𝑛2𝑥 − 1 ≥ 0 (𝑖𝑣) Da desigualdade (i), 0 + 𝑘 ⋅ 2𝜋 ≤ 𝑥 ≤ 𝜋 + 𝑘 ⋅ 2𝜋, 𝑘 ∈ ℤ 2𝑘𝜋 ≤ 𝑥 ≤ 𝜋 ⋅ (1 + 2𝑘), 𝑘 ∈ ℤ Da desigualdade (ii), (𝑠𝑒𝑛𝑥 + 1) ⋅ (𝑠𝑒𝑛𝑥 − 1) ≤ 0 Note que 𝑠𝑒𝑛𝑥 + 1 ≥ 0, ∀𝑥 ∈ ℝ, logo, 𝑠𝑒𝑛𝑥 + 1 ≥ 0 e 𝑠𝑒𝑛𝑥 − 1 ≤ 0, ou seja, −1 ≤ 𝑠𝑒𝑛𝑥 ≤ 1. Dessa forma, a solução do sistema de desigualdades A é: 2𝑘𝜋 ≤ 𝑥 ≤ 𝜋 ⋅ (1 + 2𝑘), 𝑘 ∈ ℤ Da desigualdade (iii), 𝜋 + 𝑘 ⋅ 2𝜋 ≤ 𝑥 ≤ 2𝜋 + 𝑘 ⋅ 2𝜋, 𝑘 ∈ ℤ 𝜋 ⋅ (1 + 2𝑘) ≤ 𝑥 ≤ 2𝜋 ⋅ (1 + 𝑘), 𝑘 ∈ ℤ Da desigualdade (iv), (𝑠𝑒𝑛𝑥 + 1) ⋅ (𝑠𝑒𝑛𝑥 − 1) ≥ 0 Como 𝑠𝑒𝑛𝑥 + 1 ≥ 0, ∀𝑥 ∈ ℝ e 𝑠𝑒𝑛𝑥 − 1 ≤ 0, ∀𝑥 ∈ ℝ, segue que 𝑠𝑒𝑛𝑥 + 1 = 0 ou 𝑠𝑒𝑛𝑥 − 1 = 0, ou seja, 𝑥 = 3𝜋 2 + 𝑘 ⋅ 2𝜋, 𝑘 ∈ ℤ ou 𝑥 = 𝜋 2 + 𝑘 ⋅ 2𝜋, 𝑘 ∈ ℤ. Dessa forma, a solução do sistema de desigualdades 𝐵 é: 𝑥 = 3𝜋 2 + 𝑘 ⋅ 2𝜋, 𝑘 ∈ ℤ Portanto, 𝑑𝑒𝑡(𝐴 ⋅ 𝐵) ≥ 0 se, e somente se, 2𝑘𝜋 ≤ 𝑥 ≤ 𝜋 ⋅ (1 + 2𝑘), 𝑘 ∈ ℤ ou 𝑥 = 3𝜋 2 + 𝑘 ⋅ 2𝜋, 𝑘 ∈ ℤ. Tal solução, no ciclo trigonométrico, é representada por: Resposta da questão 2: [A] Tem-se que | 𝑠𝑒𝑛 𝑥 | > 1 2 ⇔ 𝑠𝑒𝑛 𝑥 < − 1 2 ou 𝑠𝑒𝑛 𝑥 > 1 2 . Logo, sendo 7𝜋 6 e 11𝜋 6 os arcos cujo seno é igual a − 1 2 , bem como 𝜋 6 e 5𝜋 6 os arcos cujo seno é igual a 1 2 , podemos afirmar que a resposta é 𝜋 6 < 𝑥 < 5𝜋 6 ou 7𝜋 6 < 𝑥 < 11𝜋 6 . Resposta da questão 3: ANULADA Gabarito Oficial: [B] Gabarito SuperPro®: Anulada (Sem resposta) Tem-se que 𝑓(𝑥) = 3 𝑐𝑜𝑠 ( 3𝑥 2 ), com 0 ≤ 𝑥 ≤ 2𝜋. Logo, fazendo 3𝑥 2 = 𝑦, vem 3 𝑐𝑜𝑠 ( 3𝑥 2 ) > 0 ⇔ 𝑐𝑜𝑠 𝑦 > 0. Daí, encontramos 2𝑘𝜋 ≤ 𝑦 < 𝜋 2 + 2𝑘𝜋 ⇔ 4𝑘𝜋 3 ≤ 𝑥 < 𝜋 3 + 4𝑘𝜋 3 ou 3𝜋 2 + 2𝑘𝜋 < 𝑦 < 2𝜋 + 2𝑘𝜋 ⇔ 𝜋 + 4𝑘𝜋 3 < 𝑥 ≤ 4𝜋 3 + 4𝑘𝜋 3 . Portanto, como 𝑥 ∈ [0, 2𝜋], para 𝑘 = 0, temos 0 ≤ 𝑥 < 𝜋 3 ou 𝜋 < 𝑥 ≤ 4𝜋 3 e, para 𝑘 = 1, vem 4𝜋 3 ≤ 𝑥 < 5𝜋 3 . A resposta é 0 ≤ 𝑥 < 𝜋 3 ou 𝜋 < 𝑥 < 5𝜋 3 . Observação: Desde que nenhuma das alternativas apresenta pelo menos um subconjunto do conjunto solução da inequação, o item não possui alternativa correta. Resposta da questão 4: a) Tem-se que 𝑓−1(𝑥) = 𝑎𝑟𝑐𝑠𝑒𝑛 𝑥, com −1 ≤ 𝑥 ≤ 1. Logo, encontramos 𝑔(𝑓−1(𝛼)) = 𝑐𝑜𝑠𝑎𝑟𝑐𝑠𝑒𝑛 𝛼. Se 𝑎𝑟𝑐𝑠𝑒𝑛 𝛼 = 𝛽, então 𝑠𝑒𝑛 𝛽 = 𝛼. Daí, vem 𝑠𝑒𝑛2 𝛽 = 𝛼2, com − 𝜋 2 ≤ 𝛽 ≤ 𝜋 2 , −1 ≤ 𝛼 ≤ 1 e 𝑐𝑜𝑠 𝛽 ≥ 0. Portanto, desde que 𝑠𝑒𝑛2 𝛽 + 𝑐𝑜𝑠2 𝛽 = 1, temos Prof. Hiroshi Matemática Página 2 de 4 𝑐𝑜𝑠2 𝛽 = 1 − 𝑠𝑒𝑛2 𝛽 ⇒ 𝑐𝑜𝑠 𝛽 = √1 − 𝛼2. Em consequência, podemos escrever 𝑔(𝑓−1(𝛼)) = 𝑐𝑜𝑠 √1 − 𝛼2. b) Sabendo que 𝑓−1(𝑥) = 𝑎𝑟𝑐𝑠𝑒𝑛 𝑥, com −1 ≤ 𝑥 ≤ 1, temos 𝑓−1 ( 1 2 ) = 𝑎𝑟𝑐𝑠𝑒𝑛 1 2 = 𝜋 6 . Ademais, como 𝑔−1(𝑥) = 𝑎𝑟𝑐𝑐𝑜𝑠 𝑥, com −1 ≤ 𝑥 ≤ 1 e √6 + √2 4 = √3 2 ⋅ √2 2 + 1 2 ⋅ √2 2 = 𝑐𝑜𝑠 𝜋 4 ⋅ 𝑐𝑜𝑠 𝜋 6 + 𝑠𝑒𝑛 𝜋 4 ⋅ 𝑠𝑒𝑛 𝜋 6 = 𝑐𝑜𝑠 ( 𝜋 4 − 𝜋 6 ) = 𝑐𝑜𝑠 𝜋 12 , segue que 𝑔−1 ( √6+√2 4 ) = 𝑎𝑟𝑐𝑐𝑜𝑠 √6+√2 4 = 𝜋 12 . Portanto, temos 𝑓−1 ( 1 2 ) + 𝑔−1 ( √6+√2 4 ) = 𝜋 6 + 𝜋 12 = 𝜋 4 . Resposta da questão 5: [D] De 𝑀 = 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔(𝑋), 𝑡𝑔𝑀 = 𝑋 De 𝑁 = 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔 ( 1 𝑋 ), 𝑡𝑔 𝑁 = 1 𝑋 Para 𝑋 = 15, 𝑡𝑔𝑀 = 15 e 𝑡𝑔𝑁 = 1 15 𝑃 = 𝑡𝑔(𝑀 − 𝑁) 𝑃 = 𝑡𝑔𝑀 − 𝑡𝑔𝑁 1 + 𝑡𝑔𝑀 ⋅ 𝑡𝑔𝑁 𝑃 = 15 − 1 15 1 + 15 ⋅ 1 15 𝑃 = 112 15 30𝑃 = 30 ⋅ 112 15 = 224 Resposta da questão 6: [C] Do enunciado, 𝑠𝑒𝑛𝑥 > 𝑠𝑒𝑛𝑥 𝑐𝑜𝑠 𝑥 − 2 Note que 𝑐𝑜𝑠 𝑥 − 2 < 0, para qualquer 𝑥 real. Logo, 𝑠𝑒𝑛𝑥 ⋅ (𝑐𝑜𝑠 𝑥 − 2) < 𝑠𝑒𝑛𝑥 𝑠𝑒𝑛𝑥 ⋅ (𝑐𝑜𝑠 𝑥 − 2) − 𝑠𝑒𝑛𝑥 < 0 𝑠𝑒𝑛𝑥 ⋅ (𝑐𝑜𝑠 𝑥 − 2 − 1) < 0 𝑠𝑒𝑛𝑥 ⋅ (𝑐𝑜𝑠 𝑥 − 3) < 0 Observe também que 𝑐𝑜𝑠 𝑥 − 3 < 0, para qualquer 𝑥 real. Daí, 𝑠𝑒𝑛𝑥 > 0 No intervalo aberto (0, 2𝜋), 0 < 𝑥 < 𝜋 Resposta da questão 7: [C] 2 ⋅ (1 − 𝑐𝑜𝑠2 𝑥) − 𝑐𝑜𝑠 𝑥 − 1 ≥ 0 2 − 2 𝑐𝑜𝑠2 𝑥 − 𝑐𝑜𝑠 𝑥 − 1 ≥ 0 −2 𝑐𝑜𝑠2 𝑥 − 𝑐𝑜𝑠 𝑥 + 1 ≥ 0 Resolvendo a equação −2 𝑐𝑜𝑠2 𝑥 − 𝑐𝑜𝑠 𝑥 + 1 = 0, Daí, −2 𝑐𝑜𝑠2 𝑥 − 𝑐𝑜𝑠 𝑥 + 1 = −2 ⋅ (𝑐𝑜𝑠 𝑥 + 1) ⋅ (𝑐𝑜𝑠 𝑥 − 1 2 ) Dessa forma, −2 𝑐𝑜𝑠2 𝑥 − 𝑐𝑜𝑠 𝑥 + 1 ≥ 0 −2 ⋅ (𝑐𝑜𝑠 𝑥 + 1) ⋅ (𝑐𝑜𝑠 𝑥 − 1 2 ) ≥ 0 (𝑐𝑜𝑠 𝑥 + 1) ⋅ (−2 𝑐𝑜𝑠 𝑥 + 1) ≥ 0 Note que 𝑐𝑜𝑠 𝑥 + 1 ≥ 0, ∀𝑥 ∈ ℝ, logo, −2 𝑐𝑜𝑠 𝑥 + 1 ≥ 0 𝑐𝑜𝑠 𝑥 ≤ 1 2 Como 0 < 𝑥 ≤ 2𝜋 e 𝑐𝑜𝑠 𝑥 ≤ 1 2 , 𝜋 3 ≤ 𝑥 ≤ 5𝜋 3 Assim, sendo 𝑆 o conjunto solução da inequação 2𝑠𝑒𝑛2𝑥 − 𝑐𝑜𝑠 𝑥 − 1 ≥ 0, 0 < 𝑥 ≤ 2𝜋, 𝑆 = [ 𝜋 3 , 5𝜋 3 ] Resposta da questão 8: [A] Tem-se que 𝑠𝑒𝑛 𝑥 𝑐𝑜𝑠 𝑥 ≤ 0 ⇔ 1 2 𝑠𝑒𝑛 2 𝑥 ≤ 0 ⇔ 𝑠𝑒𝑛 2 𝑥 ≤ 0 ⇔ 𝜋 + 2𝑘𝜋 ≤ 2𝑥 ≤ 2𝜋 + 2𝑘𝜋 ⇔ 𝜋 2 + 𝑘𝜋 ≤ 𝑥 ≤ 𝜋 + 𝑘𝜋, com 𝑘 ∈ ℤ. Assim, como para 𝑘 = 0 vem 𝜋 2 ≤ 𝑥 ≤ 𝜋, e para 𝑘 = 1 temos 3𝜋 2 ≤ 𝑥 ≤ 2𝜋, segue que o conjunto solução da inequação no intervalo [0, 2𝜋] é 𝑆 = {𝑥 ∈ ℝ| 𝜋 2 ≤ 𝑥 ≤ 𝜋 ou 3𝜋 2 ≤ 𝑥 ≤ 2𝜋}. Resposta da questão 9: [E] A moeda 𝑋 deixa de ser “menos valiosa” que a moeda 𝑌 quando 𝑓(𝑡) ≤ 1, ou seja, 1,625 + 1,25 𝑐𝑜𝑠 ( 𝜋(𝑡 − 3) 12 ) ≤ 1 1,25 𝑐𝑜𝑠 ( 𝜋(𝑡 − 3) 12 ) ≤ −0,625 𝑐𝑜𝑠 ( 𝜋(𝑡 − 3) 12 ) ≤ −0,5 Logo, 2𝜋 3 + 2𝜋 ⋅ 𝑛 ≤ 𝜋(𝑡 − 3) 12 ≤ 4𝜋 3 + 2𝜋 ⋅ 𝑛, 𝑛 ∈ ℤ 8𝜋 + 24𝑛𝜋 ≤ 𝜋(𝑡 − 3) ≤ 16𝜋 + 24𝑛𝜋 8 + 24𝑛 ≤ 𝑡 − 3 ≤ 16 + 24𝑛 Prof. Hiroshi Matemática Página 3 de 4 11 + 24𝑛 ≤ 𝑡 ≤ 19 + 24𝑛 Para 𝑛 = 0, 11 ≤ 𝑡 ≤ 19 Mas, 0 ≤ 𝑡 ≤ 11 Então, 𝑡 = 11 Assim, 𝑋 deixa de ser “menos valiosa” que 𝑌 do início de dezembro ao fim de dezembro, ou seja, durante um mês. Note que para outros valores de 𝑛, o intervalo não refere-se ao ano em questão. Resposta da questão 10: [E] Considere a figura, em que 𝑀 é o ponto médio do lado 𝐴𝐵. Do triângulo retângulo 𝑂𝑀𝐵, obtemos 𝑡𝑔 𝑀 �̂�𝐵 = 𝐵𝑀 𝑀𝑂 ⇔ 𝑀𝑂 = 𝐴𝐵 2 𝑡𝑔 𝜃 2 . Sem perda de generalidade, suponhamos que 𝐴𝐵 = 1. Assim, (𝐴𝑂𝐵) = 𝐴𝐵 ⋅ 𝑀𝑂 2 = 1 4 𝑡𝑔 𝜃 2 . A área do quadrado 𝐴𝐵𝐶𝐷 é maior do que a área do triângulo 𝐴𝑂𝐵 se (𝐴𝐵𝐶𝐷) > (𝐴𝑂𝐵) ⇒ 12 > 1 4 𝑡𝑔 𝜃 2 ⇒ 𝑡𝑔 𝜃 2 > 1 4 = 0,25. Logo, como 𝑡𝑔 1 5° ≅ 0,2679 > 0,25 e 0° < 𝜃 < 180°, vem que 30° < 𝜃 < 180°. Note que ]30°, 150°[ ⊂ ]30°, 180°[. Resposta da questão 11: [A] 2𝑐𝑜𝑠2𝑥 + 𝑐𝑜𝑠(2𝑥) > 2 2𝑐𝑜𝑠2𝑥 + 𝑐𝑜𝑠2𝑥– 𝑠𝑒𝑛2𝑥 > 2 2𝑐𝑜𝑠2𝑥 + 𝑐𝑜𝑠2𝑥– (1– 𝑐𝑜𝑠2𝑥) > 2 4𝑐𝑜𝑠2𝑥 – 3 > 0 𝑐𝑜𝑠 𝑥 < − √3 2 ou cosx > √3 2 Logo, o conjunto solução será: 𝑆 = {𝑥 ∈ (0, 𝜋)|0 < 𝑥 < 𝜋 6 𝑜𝑢 5𝜋 6 < 𝑥 < 𝜋} Resposta da questão 12: [D] O maior subconjunto dos números reais para o qual 𝑓 está definida é tal que 𝑠𝑒𝑛 2 𝑥 𝑠𝑒𝑛 𝑥 2 𝑠𝑒𝑛 𝑥 𝑐𝑜𝑠 𝑥 𝑠𝑒𝑛 𝑥 Como 𝑠𝑒𝑛 𝑥 ≠ 0 para 𝑥 ≠ 𝑘𝜋, 𝑘 ∈ ℤ, vem 2 𝑠𝑒𝑛 𝑥 𝑐𝑜𝑠 𝑥 𝑠𝑒𝑛 𝑥 ≥ 0 ⇒ 𝑐𝑜𝑠 𝑥 ≥ 0. Portanto, o resultado pedido é 𝐷(𝑓) = {𝑥 ∈ ℝ|2𝑘𝜋 < 𝑥 ≤ 𝜋 2 + 2𝑘𝜋 ∨ 3𝜋 2 + 2𝑘𝜋 ≤ 𝑥 < 2𝜋 + 2𝑘𝜋, 𝑘 ∈ ℤ} Resposta da questão 13: [E] 𝑐𝑜𝑠 𝑥 = 2 5 (primeiro quadrante)𝑠𝑒𝑛2𝑥 = 1 − ( 2 5 ) 2 ⇒ 𝑠𝑒𝑛2𝑥 = 1 − 4 25 ⇒ 𝑠𝑒𝑛𝑥 = ± √21 5 .Logo, senx = √21 5 . Calculando agora o valor da tangente, temos: 𝑡𝑔𝑥 = 𝑠𝑒𝑛𝑥 𝑐𝑜𝑠 𝑥 = √21 5 2 5 = √21 2 . Resposta da questão 14: [D] Sejam 𝛼 e 𝛽 ângulos tais que 𝑡𝑔 𝛼 = 𝑥 e 𝑡𝑔 𝛽 = 𝑥 𝑥+1 . Em consequência, sendo 𝑥 ≠ −1, 𝛼 + 𝛽 = 𝜋 4 ⇒ 𝑡𝑔( 𝛼 + 𝛽) = 𝑡𝑔 𝜋 4 ⇒ 𝑡𝑔 𝛼 + 𝑡𝑔 𝛽 1 − 𝑡𝑔 𝛼 𝑡𝑔 𝛽 = 1 ⇒ 𝑥 + 𝑥 𝑥 + 1 1 − 𝑥 ⋅ 𝑥 𝑥 + 1 = 1 ⇒ 2𝑥2 + 𝑥 − 1 = 0 Prof. Hiroshi Matemática Página 4 de 4 ⇒ 𝑥 = 1 2 . Portanto, 2 2xcossec x cotg 2 cossec cotg 2 2 2 4 1 1 2 2. π π π π + + = + + = + + = Resposta da questão 15: [C] Considere o ângulo 𝛼, com 𝛼 ∈ ]0, 𝜋 2 [, tal que 𝑠𝑒𝑛 𝛼 = 2 3 . Logo, 2 2 2 y cos 2arcsen 3 cos2 1 2 sen 2 1 2 3 8 1 9 1 . 9 α α = = = − = − = − = Resposta da questão 16: [B] −8𝑠𝑒𝑛4𝑥 + 10𝑠𝑒𝑛2𝑥 − 3 < 0 Resolvendo a inequação na incógnita 𝑠𝑒𝑛2𝑥 temos as raízes: sen2𝑥 = 1 2 ou sen2𝑥 = 3 4 . 𝑠𝑒𝑛2𝑥 < 1 2 ou sen2𝑥 > 3 4 . Resolvendo as inequações acima, temos: 𝑠𝑒𝑛2𝑥 < 1 2 sen2𝑥 > 3 4 . Representando estas inequações na circunferência trigonométrica, temos: Resposta da questão 17: a) O dia 19.02.2010 corresponde a 𝑡 = 50. Logo, o resultado pedido é dado por D(50) 12 1,6 cos (50 10) 180 12 1,6 cos 3 (12 0,8) h 12 h 48min. = + + = + = + = b) Queremos calcular os valores de 𝑡 para os quais 𝐷(𝑡) ≤ 12. Desse modo, 12 + (1,6) ⋅ 𝑐𝑜𝑠 ( 𝜋 180 (𝑡 + 10)) ≤ 12 ⇔ 𝑐𝑜𝑠 ( 𝜋 180 (𝑡 + 10)) ≤ 0 ⇒ 𝜋 2 ≤ 𝜋 180 (𝑡 + 10) ≤ 3𝜋 2 ⇔ 90 ≤ 𝑡 + 10 ≤ 270 ⇔ 80 ≤ 𝑡 ≤ 260. Portanto, a duração do dia naquela cidade foi menor do que ou igual a doze horas em 260 − 80 + 1 = 181 dias.