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O exemplo seguinte fornece outra ilustração de como usar um número irracional para gerar outro número irracional.
Os problemas nesta seção podem ser mais difíceis do que os problemas típicos encontrados no resto deste livro.
Demonstre que é um número irracional.
Demonstre que 5 – é um número irracional.
Demonstre que 3 é um número irracional.
Demonstre que é um número irracional.
Demonstre que 4 + 9 é um número irracional.
Explique por que a soma de um número racional com um número irracional é um número irracional.
Explique por que o produto de um número racional não nulo por um número irracional é um número irracional.
Suponha que t seja um número irracional. Explique por que também é um número irracional.
Dê um exemplo de dois números irracionais cuja soma seja um número irracional.
Dê um exemplo de dois números irracionais cuja soma seja um número racional.
Dê um exemplo de três números irracionais cuja soma seja um número racional.
Dê um exemplo de dois números irracionais cujo produto seja um número irracional.
Dê um exemplo de dois números irracionais cujo produto seja um número racional.
Os exercícios apresentados ao longo deste livro foram projetados para aperfeiçoar suas habilidades à medida que
cobrirmos outros tópicos.
As operações de adição, subtração, multiplicação e divisão estendem-se dos números racionais para os números reais. Podemos
adicionar, subtrair, multiplicar e dividir quaisquer dois números reais e permanecer dentro do sistema de números reais, novamente
com a exceção de que não é permitida a divisão por 0.
Nesta seção, revisaremos as propriedades algébricas básicas dos números reais. Como este material deve ser realmente uma
revisão, não foi feito nenhum esforço no sentido de demonstrar como algumas dessas propriedades podem ser obtidas a partir de
outras. Em vez disso, o enfoque desta seção é destacar propriedades-chave que devem tornar-se tão familiares que você consiga
usá-las confortavelmente e sem nenhum esforço.
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x2 − 4xy + 6xz + 4y2 − 12yz + 9z2.
A opção Show steps não está disponível para todos os resultados do WolframAlpha.
O exemplo a seguir é apresentado principalmente para mostrar que, em calculadoras simbólicas, à vezes precisamos usar
parênteses, mesmo quando estes não aparecem na notação matemática usual.
Como mostramos aqui, não há nenhum problema se, no WolframAlpha, você inserir espaços extra para facilitar a leitura
da entrada.
Quase todos os exercícios nesta seção podem ser resolvidos usando o WolframAlpha ou o Sage, ou uma calculadora simbólica.
Entretanto, você vai precisar adquirir as habilidades básicas de manipulação algébrica e de compreensão necessárias para resolver
os exercícios. Muito pouco se adquire em termos de habilidade e compreensão apenas olhando como um equipamento resolve os
exercícios.
O melhor caminho para usar o WolframAlpha ou o Sage, ou outra calculadora simbólica, para resolver os exercícios é testar
suas respostas e fazer experimentos (e brincar!), mudando a entrada para ver como a saída varia.
Para os Exercícios 1–4, determine quantos valores distintos podem ser obtidos ao inserir-se um par de parênteses na expressão
dada.
19 − 12 − 8 − 2
3 − 7 − 9 − 5
6 + 3 ·4 + 5 · 2
5 ·3 ·2 + 6 · 4
Para os Exercícios 5–22, expanda a expressão dada.
(x − y)(z + w − t)
(x + y − r)(z + w − t)
(2x + 3)2
(3b + 5)2
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(2c − 7)2
(4a − 5)2
(x + y + z)2
(x − 5y − 3z)2
(x + 1)(x − 2)(x + 3)
(y − 2)(y − 3)(y + 5)
(a + 2)(a − 2)(a2 + 4)
(b − 3)(b + 3)(b2 + 9)
(t − 2)( t2 + 2t + 4)
(m − 2)(m4 + 2m3 + 4m2 + 8m + 16)
(n + 3)(n2 − 3n + 9)
(y + 2)( y4 − 2y3 + 4y2 − 8y + 16)
Para os Exercícios 23–50, simplifique a expressão dada o máximo possível.
4(2m + 3n) + 7m
3(2m + 4(n + 5p) + 6n
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Alguns problemas exigem consideravelmente mais atenção do que os exercícios. Diferentemente dos exercícios, os problemas
normalmente têm mais de uma resposta correta.
Demonstre que (a + 1)2 = a2 + 1 se e somente se a = 0.
Explique por que (a + b)2 = a2 + b2 se e somente se a = 0 ou b = 0.
Demonstre que (a – 1)2 = a2 – 1 se e somente se a = 1.
Explique por que (a – b)2 = a2 – b2 se e somente se b = 0 ou b = a.
Explique como você poderia mentalmente demonstrar que 51 × 49 = 2499 utilizando a identidade (a + b) (a – b) = a2 – b2.
Demonstre que
a3 + b3 + c3 − 3abc
= (a + b + c)(a2 + b2 + c2 − ab − bc − ac).
Dê um exemplo para demonstrar que a divisão não satisfaz a propriedade associativa.
Suponha que camisas estejam à venda por US$ 19,99 cada uma. Explique como você poderia usar a propriedade distributiva
para calcular mentalmente que seis camisas custam US$ 119,94.
Em San Francisco, o imposto sobre vendas é de 8,5%. Jantares em San Francisco frequentemente incluem uma gorjeta de 17%
sobre sua conta do restaurante antes de acrescentar o imposto, calculada simplesmente pela duplicação do imposto sobre as
vendas. Por exemplo, uma conta de US$ 64 dólares em comida e bebida viria com um imposto sobre vendas de US$ 5,44;
duplicando essa quantia, teríamos uma gorjeta de US$ 10,88 (que poderia ser arredondada para US$ 11). Explique por que
essa técnica é uma aplicação da associatividade da multiplicação.
Um caminho rápido para calcular uma gorjeta de 15% sobre uma conta de restaurante é começar por calcular 10% da conta
(deslocando a vírgula decimal) e depois adicionar metade dessa quantia para obter a gorjeta total. Por exemplo, 15% de uma
conta de restaurante de US$ 43 é US$ 4,30 + US$ 2,15, que é igual a US$ 6,45. Explique por que essa técnica é uma aplicação
da propriedade distributiva.
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(b)
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Suponha que b ≠ 0 e d ≠ 0. Explique por que
se e somente se ad = bc.
As primeiras letras de cada palavra da sentença em inglês “Please excuse my dear Aunt Sally” (“Por favor, desculpem minha
querida tia Sally”) são usadas por algumas pessoas para lembrar da ordem das operações: parênteses, expoentes (que
discutiremos em um capítulo posterior), multiplicação, divisão, adição, subtração. Construa uma sentença atrativa que possa
servir para o mesmo propósito, mas excluindo os expoentes.
(a) Dado que
Com base no exemplo acima, você pode achar que
desde que nenhum dos denominadores seja igual a zero. Dê um exemplo para mostrar que isto não é verdadeiro.
Suponha que b ≠ 0 e d ≠ 0. Explique por que
Não leia estas soluções detalhadas antes de tentar resolver você mesmo os exercícios. Caso contrário, você corre o risco de imitar
as técnicas demonstradas aqui sem, no entanto, compreender as ideias.
Para os Exercícios 1–4, determine quantos valores distintos podem ser obtidos ao inserir-se um par de parênteses na expressão
dada.
19 – 12 – 8 – 2
SOLUÇÃO As possibilidades são apresentadas a seguir:
19( −12 − 8 − 2) = −418 19 − (12 − 8) − 2 = 13
19( −12 − 8) − 2 = −382 19 − (12 − 8 − 2) = 17
19( −12) − 8 − 2 = −238 19 − 12 − 8( −2) = 23
(19 − 12) − 8 − 2 = −3 19 − 12( −8) − 2 = 113
19 − 12 − (8 − 2) = 1 19 − 12( −8 − 2) = 139
Outras maneiras de inserir um par de parênteses levam a valores que já estão incluídos na relação acima. Portanto, existem dez
valores possíveis; são eles: –418, –382, –238, –3, 1, 13, 17, 23, 113 e 139.
6 + 3 ⋅ 4 + 5 ⋅ 2
SOLUÇÃO As possibilidades são apresentadas a seguir:
(6 + 3 · 4 + 5 · 2) = 28
6 + (3 · 4 + 5) · 2 = 40
(6 + 3) · 4 + 5 · 2 = 46
6 + 3 · (4 + 5 · 2) = 48
6 + 3 · (4 + 5) · 2 = 60
Outras maneiras de inserir um par de parênteses levam a valores que já estão incluídos na relação acima. Portanto, existem
cinco valores possíveis; são eles: 28, 40, 46, 48 e 60.
Para os Exercícios 5–22, expanda a expressão dada.
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(x − y)(z + w − t)
SOLUÇÃO
(x − y)(z+ w − t)
= x(z + w − t) − y(z + w − t)
= xz + x w − xt − yz − y w + yt
(2x + 3)2
A melhor maneira de aprender: leia cuidadosamente a seção do livro-texto, depois resolva todos os exercícios ímpares e verifique
suas respostas aqui. Se você tiver alguma dificuldade para resolver algum exercício, olhe a solução detalhada apresentada aqui.
SOLUÇÃO
(2x + 3)2 = (2x)2 + 2 · (2x) · 3 + 32
= 4x2 + 12x + 9
(2c − 7)2
SOLUÇÃO
(2c − 7)2 = (2c)2 − 2 · (2c) · 7 + 72
= 4c2 − 28c + 49
( x + y + z)2
SOLUÇÃO
( x + y + z)2
= ( x + y + z)( x + y + z)
= x( x + y + z) + y( x + y + z) + z( x + y + z)
= x2+ xy + xz + yx + y2+ yz
+ zx + zy + z2
= x2+ y2+ z2+ 2xy + 2xz + 2yz
( x + 1)( x − 2)( x + 3)
SOLUÇÃO
( x + 1)( x − 2)( x + 3)
= ( x + 1)( x − 2) ( x + 3)
= ( x2 − 2x + x − 2)( x + 3)
= ( x2 − x − 2)( x +3)
= x3 + 3x2 − x2 − 3x − 2x − 6
= x3 + 2x2 − 5x − 6
( a + 2)( a − 2)(a2 + 4)
SOLUÇÃO
( a + 2)( a − 2)(a2 + 4) = ( a + 2)( a − 2) (a2 + 4)
= (a2 − 4)(a2 + 4)
= a4 − 16
SOLUÇÃO
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( t − 2)( t2 + 2t + 4)
SOLUÇÃO
( t − 2)( t2 + 2t + 4) = t( t2 + 2t + 4) − 2( t2 + 2t + 4)
= t3 + 2t2 + 4t − 2t2 − 4t − 8
= t3 − 8
( n + 3)(n2 − 3n + 9)
SOLUÇÃO
( n + 3)( n2 − 3n + 9)
= n( n2 − 3n + 9) + 3( n2 − 3n + 9)
= n3 − 3n2 + 9n + 3n2 − 9n + 27
= n3 + 27
Para os Exercícios 23–50, simplifique a expressão dada o máximo possível.
4(2m + 3n) + 7m
SOLUÇÃO
4(2m + 3n) + 7m = 8m + 12n + 7m
= 15m + 12n
SOLUÇÃO
SOLUÇÃO
SOLUÇÃO
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SOLUÇÃO
SOLUÇÃO
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∗
Efetue |–4| + |4|.
Efetue |5| + |–6|.
Determine todos os números cujo valor absoluto é 9.
Determine todos os números cujo valor absoluto é 10.
Para os Exercícios 5–18, determine todos os números x que satisfaçam a equação dada.
|2x − 6| = 11
|5x + 8| = 19
|x − 3| + | x − 4| = 9
|x + 1| + |x − 2| = 7
|x − 3| + |x − 4| = 1
|x + 1| + |x − 2| = 3
|x − 3| + |x − 4| =
|x + 1| + |x − 2| = 2
|x + 3| = x + 3
|x − 5| = 5 − x
|x| = x + 1
|x + 3| = x + 5
Para os Exercícios 19–28, escreva cada uma das uniões sob a forma de um único intervalo.
[2, 7) ∪ [5, 20)
[−8, −3) ∪ [−6, −1)
[−2, 8] ∪ ( −1, 4)
(−9, −2) ∪ [−7, −5]
(3, ∞) ∪ [2, 8]
(−∞, 4) ∪ (−2, 6]
(−∞, −3) ∪ [−5, ∞)
(−∞, −6] ∪ (−8, 12)
(−3, ∞) ∪ [−5, ∞)
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(a)
(b)
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(a)
(b)
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(−∞, −10] ∪ (−∞, −8]
Apresente quatro exemplos de pares de números reais a e b, tais que |a + b| = 2 e |a| + |b| = 8.
Apresente quatro exemplos de pares de números reais a e b, tais que |a + b| = 3 e |a| + |b| = 11.
Sabe-se que certo medicamento decompõe-se e torna-se ineficaz se sua temperatura alcançar ou superar 103º Fahrenheit (≈
39,4º Celsius). Escreva um intervalo para representar as temperaturas (em graus Fahrenheit) nas quais o medicamento é
ineficaz.
À pressão atmosférica normal, a água ferve em todas as temperaturas iguais a 100º Celsius ou mais elevadas do que esta.
Escreva um intervalo para representar as temperaturas (em graus Celsius) nas quais a água ferve.
Um fabricante de cadarços garante que seus cadarços de 33 polegadas (≈ 84 cm) têm esse comprimento com um erro máximo
de 0,1 polegada (≈ 0,25 cm).
Escreva uma desigualdade, usando valores absolutos e o comprimento s de um cadarço, que dê a condição sob a qual o
cadarço não satisfaz a garantia.
Escreva o conjunto de números que verificam a desigualdade que você obteve no item (a) sob a forma de uma união de
dois intervalos.
Uma máquina copiadora funciona com papel de 8,5 polegadas (≈ 21,5 cm) de largura, desde que o erro na largura do papel
seja menor que 0,06 polegada (≈ 0,15 cm).
Escreva uma desigualdade, usando valores absolutos e a largura w do papel, que dê a condição sob a qual a largura do
papel não satisfaz os requisitos da máquina copiadora.
Escreva o conjunto de números que verificam a desigualdade que você obteve no item (a) sob a forma de uma união de
dois intervalos.
Para os Exercícios 35–46, escreva cada conjunto como um intervalo ou uma união de dois intervalos.
{x : |x − 4| < }
{x : |x + 2| < }
{x : |x + 4| < } ; aqui > 0
[Matemáticos frequentemente usam a letra grega ε, chamada épsilon, para representar um número positivo pequeno.]
{x : |x − 2| < } ; aqui > 0
{y : | y − a| < } ; aqui > 0
{y : | y + b| < } ; aqui > 0
{x : |3x − 2| < }
{x : |4x − 3| < }
{x : |x| > 2}
{x : |x| > 9}
{x : |x − 5| ≥ 3}
{x : |x + 6| ≥ 2}
A interseção de dois conjuntos de números consiste em todos os números de ambos os conjuntos. Se A e B forem conjuntos, sua
interseção é representada por A ∩ B. Nos Exercícios 47–56, escreva cada interseção como um único intervalo.
[2, 7) ∩ [5, 20)
[−8, −3) ∩ [−6, −1)
[−2, 8] ∩ (−1, 4)
(−9, −2) ∩ [−7, −5]
(3, ∞) ∩ [2, 8]
(−∞, 4) ∩ (−2, 6]
(−∞, −3) ∩ [−5, ∞)
(−∞, −6] ∩ (−8, 12)
(−3, ∞) ∩ [−5, ∞)
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(b)
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(b)
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(b)
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(−∞, −10] ∩ (−∞, −8]
Nos Exercícios 57–60, determine todos os números x que satisfaçam a desigualdade dada.
Suponha que a e b sejam números. Explique por que ou a < b, ou a = b, ou a > b.
Demonstre que se a < b e c ≤ d, então a + c < b + d.
Demonstre que se b é um número positivo e a < b, então
Em contraste com o Problema 63 da Seção 0.2, demonstre que não existem números positivos a, b, c e d tais que
Explique por que todo intervalo contendo 0 contém um intervalo aberto centrado em 0.
Apresente um exemplo de intervalo aberto e um de intervalo fechado cuja união seja igual ao intervalo (2, 5).
(a) Verdadeiro ou falso:
Se a < b e c < d, então c − b < d − a.
Explique sua resposta ao item (a). Isto significa que se você respondeu que a sentença apresentada no item (a) é
“verdadeira”, você deve explicar por que c – b < d – a, sempre que a < b e c < d; se você respondeu que a sentença
apresentada no item (a) é “falsa”, então você deve apresentar um exemplo de números a, b, c e d tais que a < b e c < d,
mas c – b ≥ d – a.
(a) Verdadeiro ou falso:
Se a < b e c < d, então ac < bd.
Explique sua resposta ao item (a). Isto significa que se você respondeu que a sentença apresentada no item (a) é
“verdadeira”, você deve explicar por que ac < bd, sempre que a < b e c < d; se você respondeu que a sentença
apresentada no item (a) é “falsa”, então você deve apresentar um exemplo de números a, b, c e d tais que a < b e c < d,
mas ac ≥ bd.
(a) Verdadeiro ou falso:
Se 0 < a < b e 0 < c < d, então .
Explique sua resposta ao item (a). Isto significa que se você respondeu que a sentença apresentada no item (a) é
“verdadeira”, você deve explicar por que , sempre que 0 < a < b e 0 < c < d; se você respondeu que a sentença
apresentada no item (a) é “falsa”, então você deve apresentar um exemplo de números a, b, c e d tais que 0 < a < b e 0 <
c < d, mas
Apresente um exemplo de intervalo aberto e um de intervalo fechado cuja interseção seja igual ao intervalo (2, 5).
Apresente um exemplo de intervalo aberto e um de intervalo fechado cuja união seja igual ao intervalo [–3, 7].
Apresente um exemplo de intervalo aberto e um de intervalo fechado cuja interseção seja igual ao intervalo [–3, 7].
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(b)
(c)
(d)
(e)
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Explique por que a equação
|8x − 3| = −2
não tem solução.
Explique por que
|a2| = a2
para todo número real a.
Explique por que
|ab | = |a||b|
para todos os números reais a e b.
Explique por que
|−a| = |a|
para todos os números reais a.
Explique por que
para todos os númerosreais a e b (com b ≠ 0).
Apresente um exemplo de conjunto de números reais em que a média de quaisquer dois números do conjunto está no
conjunto, mas o conjunto não é um intervalo.
(a) Demonstre que, se a ≥ 0 e b ≥ 0, então
|a + b| = |a| + |b|
Demonstre que, se a ≥ 0 e b < 0, então
|a + b| ≤ |a| + |b|
Demonstre que, se a < 0 e b ≥ 0, então
|a + b| ≤ |a| + |b|
Demonstre que, se a < 0 e b < 0, então
|a + b| = |a| + |b|
Explique por que os quatro itens anteriores implicam que
|a + b| ≤ |a| + |b|
para todos os números reais a e b.
Demonstre que, se a e b forem números reais tais que
|a + b| < |a| + |b|,
então ab < 0.
Demonstre que
||a| − |b| ≤ | a − b|
para todos os números reais a e b.
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Efetue |–4| + |4|.
SOLUÇÃO |–4| + |4| = 4 + 4 = 8
Determine todos os números cujo valor absoluto é 9.
SOLUÇÃO Os únicos números cujo valor absoluto é igual a 9 são 9 e –9.
Para os Exercícios 5–18, determine todos os números x que satisfazem a equação dada.
|2x − 6| = 11
SOLUÇÃO A equação |2x – 6| = 11 implica que 2x – 6 = 11 ou 2x –6 = –11. Resolvendo essas equações para x, obtém-se
ou .
SOLUÇÃO A equação implica que ou . Resolvendo essas equações para x, obtém-se x =
3 ou x = .
|x − 3| + |x − 4| = 9
SOLUÇÃO Comecemos por considerar, em uma primeira etapa, números x tais que x > 4. Nesse caso, temos x – 3 > 0 e x –
4 > 0, o que implica |x – 3| = x – 3 e |x – 4| = x – 4. Assim, a equação original torna-se
x − 3 + x − 4 = 9,
que pode ser reescrita sob a forma 2x – 7 = 9, a qual pode ser facilmente resolvida, fornecendo x = 8. Se substituirmos x por 8
na equação original, observamos que x = 8 é de fato uma solução (certifique-se de fazer essa verificação).
Em uma segunda etapa, consideremos números x tais que x < 3. Nesse caso, temos x – 3 < 0 e x – 4 < 0, o que implica |x – 3| =
3 – x e |x – 4| = 4 – x. Assim, a equação original torna-se
3 − x + 4 − x = 9,
que pode ser reescrita sob a forma 7 – 2x = 9, a qual pode ser facilmente resolvida, fornecendo x = –1. Se substituirmos x por
–1 na equação original, observamos que x = –1 é de fato uma solução (certifique-se de fazer essa verificação).
Em uma terceira etapa, consideremos finalmente a única possibilidade restante, que é 3 ≤ x ≤ 4. Nesse caso, temos x – 3 ≥ 0 e
x – 4 ≤ 0, o que implica |x – 3| = x – 3 e |x – 4| = 4 – x. Assim, a equação original torna-se
x − 3 + 4 − x = 9,
que pode ser reescrita sob a forma 1 = 9, a qual não é satisfeita por nenhum valor de x.
Então, podemos concluir que 8 e –1 são os únicos valores de x que satisfazem a equação original.
|x −3| + |x −4| = 1
SOLUÇÃO Se x > 4, então a distância de x a 3 é maior que 1, portanto |x – 3| > 1, e, assim, |x – 3| + |x – 4| > 1. Dessa forma,
não existe solução para a equação acima com x > 4.
Se x < 3, então a distância de x a 4 é maior que 1, portanto |x – 4| > 1, e, assim, |x – 3| + |x – 4| > 1. Dessa, não existe solução
para a equação acima com x < 3.
A única possibilidade restante é 3 ≤ x ≤ 4. Nesse caso, temos x – 3 ≥ 0 e x – 4 ≤ 0, o que implica |x – 3| = x – 3 e |x – 4| = 4 – x,
que, por sua vez,
|x − 3| + |x − 4| = (x − 3) + ( 4 − x) = 1.
Assim, o conjunto de números x tais que |x – 3| + |x – 4| = 1 é o intervalo [3, 4].
|x − 3| + |x − 4| =
SOLUÇÃO Como vimos na resolução do Exercício 11, se x > 4 ou x < 3, tem-se |x – 3| + |x – 4| > 1 e, em particular, |x – 3| +
|x – 4| ≠ .
Também vimos, na resolução do Exercício 11, que, se 3 ≤ x ≤ 4, então |x – 3| + |x – 4| = 1 e, em particular, |x – 3| + |x – 4| ≠ .
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25
Assim, não existe número x tal que |x – 3| + |x – 4| = .
|x + 3| = x + 3
SOLUÇÃO Observe que |x + 3| = x + 3 se, e somente se, x + 3 ≥ 0, o que é equivalente a x ≥ –3. Dessa forma, o conjunto de
números x tais que |x + 3| = x + 3 é o intervalo [–3, ∞).
|x | = x + 1
SOLUÇÃO Se x ≥ 0, então |x| = x, e a equação acima torna-se a equação x = x + 1, que não tem solução.
Se x < 0, então |x| = –x, e a equação acima torna-se a equação –x = x + 1, que tem a solução x = – . Substituindo x por – na
equação anterior, observa-se que x = – é de fato uma solução da equação.
Assim, o único número x que satisfaz |x| = x + 1 é – .
Para os Exercícios 19–28, escreva cada união sob a forma de um único intervalo.
[2, 7) ∪ [5, 20)
SOLUÇÃO O primeiro intervalo é o conjunto {x : 2 ≤ x < 7}, que inclui a extremidade esquerda 2, mas não inclui a
extremidade direita 7. O segundo intervalo é o conjunto {x : 5 ≤ x < 20}, que inclui a extremidade esquerda 5, mas não inclui a
extremidade direita 20. O conjunto dos números que estão em no mínimo um desses conjuntos é igual a {x : 2 ≤ x < 20}, como
mostrado abaixo:
Assim [2, 7) ∪ [5, 20) = [2, 20).
[ −2, 8] ∪ ( −1, 4)
SOLUÇÃO O primeiro intervalo, [–2, 8], é o conjunto {x : –2 ≤ x ≤ 8}, que inclui ambas as extremidades. O segundo
intervalo é o conjunto {x : –1 < x < 4}, que não inclui nenhuma extremidade. O conjunto dos números que estão em no
mínimo um desses conjuntos é igual a {x : –2 ≤ x ≤ 8}, como mostrado abaixo:
Assim [ −2, 8] ∪ ( −1, 4) = [ −2, 8].
(3, ∞) ∪ [2, 8]
SOLUÇÃO O primeiro intervalo é o conjunto {x : 3 < x}, que não inclui a extremidade esquerda e não possui extremidade
direita. O segundo intervalo é o conjunto {x : 2 ≤ x ≤ 8}, que inclui ambas as extremidades. O conjunto dos números que estão
em no mínimo um desses conjuntos é igual a {x : 2 ≤ x}, como mostrado abaixo:
Assim (3, ∞) ∪ [2, 8] = [2, ∞).
( −∞, −3) ∪ [ −5, ∞)
SOLUÇÃO O primeiro intervalo é o conjunto {x : x < –3}, que não possui extremidade esquerda e não inclui a extremidade
direita. O segundo intervalo é o conjunto {x : –5 ≤ x}, que inclui a extremidade esquerda e não possui extremidade direita. O
conjunto dos números que estão em no mínimo um desses conjuntos é igual a toda a reta real, como mostrado abaixo:
27
29
31
Assim ( −∞, −3) ∪ [ −5, ∞) = ( −∞, ∞).
( −3, ∞) ∪ [ −5, ∞)
SOLUÇÃO O primeiro intervalo é o conjunto {x : –3 < x}, que não inclui a extremidade esquerda e não possui extremidade
direita. O segundo intervalo é o conjunto {x : –5 ≤ x}, que inclui a extremidade esquerda e não possui extremidade direita. O
conjunto dos números que estão em no mínimo um desses conjuntos é igual a {x : –5 ≤ x}, como mostrado abaixo:
Assim ( −3, ∞) ∪ [ −5, ∞) = [ −5, ∞).
Apresente quatro exemplos de pares de números reais a e b, tais que |a + b| = 2 e |a| + |b| = 8.
SOLUÇÃO Primeiro, consideremos o caso em que a ≥ 0 e b ≥ 0. Nesse caso, temos a + b ≥ 0. Assim, as equações acima
tornam-se
a + b = 2 e a + b = 8.
Não existem soluções para ambas as equações acima simultaneamente, porque a + b não pode ser simultaneamente igual a 2 e
a 8.
Consideremos, agora, o caso em que a < 0 e b < 0. Nesse caso, temos a + b < 0. Assim, as equações acima tornam-se
− a − b = 2 e − a − b = 8.
Não existem soluções para ambas as equações acima simultaneamente, porque – a – b não pode ser simultaneamente igual a 2
e a 8.
Consideremos agora o caso em que a ≥ 0, b < 0 e a + b ≥ 0. Nesse caso, as equações anteriores tornam-se
a + b = 2 e a − b = 8.
Resolvendo essas equações para a e b, obtemos a = 5 e b = –3.
Consideremos agora o caso em que a ≥ 0, b < 0 e a + b < 0. Nesse caso, as equações acima tornam-se
− a − b = 2 e a − b = 8.
Resolvendo essas equações para a e b, obtemos a = 3 e b = –5.
Consideremos agora o caso em que a < 0, b ≥ 0 e a + b ≥ 0. Nesse caso, as equações acima tornam-se
a + b = 2 e − a + b = 8.
Resolvendo essas equações para a e b, obtemos a = –3 e b = 5.
Consideremos agora o caso em que a < 0, b ≥ 0 e a + b < 0. Nesse caso, as equações acima tornam-se
− a − b = 2 e − a + b = 8.
Resolvendo essas equações para a e b, obtemos a = –5 e b = 3.
Neste momento completamos as considerações de todos os casos possíveis. Assim, as únicas soluções possíveis são a = 5, b =
–3, ou a = 3, b = –5, ou a = –3, b = 5, ou a = –5, b = 3.
Sabe-se que certo medicamento decompõe-see torna-se ineficaz se sua temperatura alcançar ou superar 103o Fahrenheit (≈
39,4 oC). Escreva um intervalo para representar as temperaturas (em graus Fahrenheit) nas quais o medicamento é ineficaz.
SOLUÇÃO O medicamento é ineficaz em todas as temperaturas igual ou superiores a 103o Fahrenheit (≈ 39,4 oC), que
33
(a)
(b)
(a)
(b)
35
37
39
41
corresponde ao intervalo [103, ∞).
Um fabricante de cadarços garante que seus cadarços de 33 polegadas (≈ 84 cm) têm esse comprimento com um erro máximo
de 0,1 polegada (≈ 0,25 cm).
Escreva uma desigualdade, usando valores absolutos e o comprimento s de um cadarço, que dê a condição sob a qual o
cadarço não satisfaz a garantia.
Escreva o conjunto de números que verificam a desigualdade que você obteve no item (a) sob a forma de uma união de
dois intervalos.
SOLUÇÃO
O erro no comprimento do cadarço é |s – 33|. Assim, um cadarço de comprimento s não satisfaz a garantia se |s – 33| >
0,1.
Como 33 – 0,1 = 32,9 e 33 + 0,1 = 33,1, o conjunto dos números s tais que |s – 33| > 0,1 é (–∞, 32,9) (33,1, ∞).
Para os Exercícios 35–46, escreva cada conjunto como um intervalo ou uma união de dois intervalos.
{ x : | x − 4| < }
SOLUÇÃO A desigualdade |x – 4| < é equivalente à desigualdade
Adicionando-se 4 a todas as partes dessa desigualdade, obtemos
que é equivalente a
Assim
{ x : |x + 4| < } ; aqui > 0
SOLUÇÃO A desigualdade |x + 4| < é equivalente à desigualdade
Adicionando-se –4 a todas as partes dessa desigualdade, obtemos
Assim
{ y : | y − a| < } ; aqui > 0
SOLUÇÃO A desigualdade |y – a| < ε é equivalente à desigualdade
− < y − a .
Adicionando-se a a todas as partes dessa desigualdade, obtemos
a − < y < a + .
Assim { y : | y − a| < } = ( a − , a + ).
{ x : |3x − 2| < }
SOLUÇÃO A desigualdade |3x – 2| < é equivalente à desigualdade
Adicionando-se 2 a todas as partes dessa desigualdade, obtemos
43
45
47
49
51
53
Agora, dividindo-se todas as partes dessa desigualdade por 3, chega-se a
Assim
{ x : | x| > 2}
SOLUÇÃO A desigualdade |x| > 2 significa x > 2 ou x < – 2. Assim, {x : |x| > 2} = (–∞, –2) (2, ∞).
{ x : | x − 5| ≥ 3}
SOLUÇÃO A desigualdade |x – 5| ≥ 3 significa que x – 5 ≥ 3 ou x – 5 ≤ – 3. Adicionando-se 5 a ambos os lados dessas
desigualdades, vemos que x ≥ 8 ou x ≤ 2. Assim, {x : |x – 5| ≥ 3} = (–∞, 2] ∪ [8, ∞).
A interseção de dois conjuntos de números consiste em todos os números de ambos os conjuntos. Se A e B forem conjuntos, sua
interseção é representada por A ∩ B. Nos Exercícios 47–56, escreva cada interseção como um único intervalo.
[2, 7) ∩ [5, 20)
SOLUÇÃO O primeiro intervalo é o conjunto {x : 2 ≤ x < 7}, que inclui a extremidade esquerda 2, mas não inclui a
extremidade direita 7. O segundo intervalo é o conjunto {x : 5 ≤ x < 20}, que inclui a extremidade esquerda 5, mas não inclui a
extremidade direita 20. O conjunto dos números que estão em ambos os conjuntos é igual a {x : 5 ≤ x < 7}, como mostrado
abaixo:
Assim [2, 7) ∩ [5, 20) = [5, 7).
[ −2, 8] ∩ ( −1, 4)
SOLUÇÃO O primeiro intervalo é o conjunto {x : –2 ≤ x ≤ 8}, que inclui ambas as extremidades. O segundo intervalo é o
conjunto {x : –1 < x < 4}, que não inclui nenhuma extremidade. O conjunto dos números que estão em ambos os conjuntos é
igual a {x : –1 < x < 4}, como mostrado abaixo:
Assim [ −2, 8] ∩ ( −1, 4) = ( −1, 4).
(3, ∞) ∩ [2, 8]
SOLUÇÃO O primeiro intervalo é o conjunto {x : 3 < x}, que não inclui a extremidade esquerda e não possui extremidade
direita. O segundo intervalo é o conjunto {x : 2 ≤ x ≤ 8}, que inclui ambas as extremidades. O conjunto dos números que estão
em ambos os conjuntos é igual a {x : 3 < x ≤ 8}, como mostrado abaixo:
Assim (3, ∞) ∩ [2, 8] = (3, 8].
( −∞, −3) ∩ [ −5, ∞)
SOLUÇÃO O primeiro intervalo é o conjunto {x : x < –3}, que não possui extremidade esquerda e não inclui a extremidade
direita. O segundo intervalo é o conjunto {x : –5 ≤ x}, que inclui a extremidade esquerda e não possui extremidade direita. O
conjunto dos números que estão em ambos os conjuntos é igual a {x : –5 ≤ x < –3}, como mostrado abaixo:
55
57
59
Assim ( −∞, −3) ∩ [ −5, ∞) = [ −5, −3).
( −3, ∞) ∩ [ −5, ∞)
SOLUÇÃO O primeiro intervalo é o conjunto {x : –3 < x}, que não inclui a extremidade esquerda e não possui extremidade
direita. O segundo intervalo é o conjunto {x : –5 ≤ x}, que inclui a extremidade esquerda e não possui extremidade direita. O
conjunto dos números que estão em ambos os conjuntos é igual a {x : –3 < x}, como mostrado abaixo:
Assim ( −3, ∞) ∩ [ −5, ∞) = ( −3, ∞).
Nos Exercícios 57–60, determine todos os números x que satisfaçam a desigualdade dada.
SOLUÇÃO Comecemos por considerar o caso em que x – 3 é positivo; assim x > 3. Multiplicando ambos os lados da
desigualdade acima por x – 3, obtemos a desigualdade equivalente
2x + 1 < 4x − 12.
Subtraindo-se 2x e depois adicionando-se 12 a ambos os lados, obtemos a desigualdade equivalente 13 < 2x, que é equivalente
à desigualdade x > . Se x > , então x > 3, que é o caso em consideração. Portanto, a desigualdade original é válida se x >
.
Consideremos agora o caso em que x – 3 é negativo; assim x < 3. Multiplicando-se ambos os lados da desigualdade original
por x – 3 (e revertendo o sentido da desigualdade), obtemos a desigualdade equivalente
2x + 1 > 4x − 12.
Subtraindo 2x e depois adicionando 12 a ambos os lados, obtemos a desigualdade equivalente 13 > 2x, que é equivalente à
desigualdade x < . Estamos trabalhando agora sob a suposição de que x < 3. Como 3 < , vemos que nesse caso, a
desigualdade original é válida se x < 3.
Conclusão: A desigualdade acima vale se x < 3 ou x > ; em outras palavras, a desigualdade vale para todos os números x em
(–∞, 3) ( , ∞).
SOLUÇÃO A desigualdade acima é equivalente a
Comecemos por considerar o caso em que x + 2 é positivo; assim, x > –2. Multiplicando todas as três partes da desigualdade
anterior por x + 2, obtemos:
− x − 2 < 5x − 3 < x + 2.
Escrevendo as condições acima sob a forma de duas desigualdades separadas, temos
− x − 2 < 5x −3 e 5x − 3 < x + 2.
Adicionando-se x e depois 3 a ambos os lados da primeira desigualdade acima, chega-se a 1 < 6x, ou, equivalentemente, < x.
Adicionando-se – x e depois 3 a ambos os lados da segunda desigualdade acima, chega-se a 4x < 5, ou, equivalentemente, x <
■
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■
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1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
. Assim, as duas desigualdades acima são equivalentes às desigualdades < x < , que é equivalente à afirmação de que x
está no intervalo . Trabalhamos com a suposição de que x > –2, que de fato se verifica para todos os x no intervalo
.
Consideremos agora o caso em que x + 2 é negativo; assim, x < –2. Multiplicando-se todas as três partes da desigualdade (∗)
por x + 2 (e revertendo o sentido das desigualdades), obtemos
− x − 2 > 5x − 3 > x + 2.
Escrevendo as condições acima sob a forma de duas desigualdades separadas, temos
− x − 2 > 5x − 3 e 5x − 3 > x + 2.
Adicionando-se – x e depois 3 à segunda desigualdade, chega-se a 4x > 5, ou, equivalentemente, x > , o que é inconsistente
com nossa suposição de que x < –2. Então, sob essa suposição, não existem valores de x que satisfaçam a desigualdade.
Conclusão: A desigualdade original vale para todos os números x no intervalo .
Para certificar-se de que você está dominando os conceitos e as habilidades mais importantes cobertas neste capítulo, assegure-se
de que você consegue executar cada um dos itens da seguinte lista:
Explicar a correspondência entre o sistema de números reais e a reta real.
Simplificar expressões algébricas usando as propriedades comutativa, associativa e distributiva.
Listar a ordem das operações algébricas.
Explicar como usar os parênteses para alterar a ordem das operações algébricas.
Usar as identidades envolvendo inversos aditivos e inversos multiplicativos.
Manipular desigualdades.
Usar a notação de intervalos paraintervalos abertos, intervalos fechados e intervalos semiabertos.
Usar a notação de intervalos envolvendo –∞ e ∞, com a compreensão de que –∞ e ∞ não são números reais.
Escrever desigualdades envolvendo valor absoluto sem usar valor absoluto.
Calcular a união de intervalos.
Para revisar o capítulo, percorra a lista acima procurando identificar itens que você não sabe como executar, depois releia o
material a respeito desses itens. A seguir, tente responder as questões de revisão do capítulo, formuladas abaixo, sem olhar o texto.
Explique como os pontos sobre a reta real correspondem ao conjunto dos números reais.
Mostre que 7 – 6 é um número irracional.
O que é a propriedade comutativa para a adição?
O que é a propriedade comutativa para a multiplicação?
O que é a propriedade associativa para a adição?
O que é a propriedade associativa para a multiplicação?
Expanda (t + w)2.
Expanda (u – v)2.
Expanda (x – y) (x + y).
Expanda (a + b) (x – y – z).
Expanda (a + b – c)2.
Simplifique a expressão .
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14
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17
18
19
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Determine todos os números reais x tais que |3x – 4| = 5.
Apresente um exemplo de dois números x e y tais que |x + y| não seja igual a |x| + |y|.
Suponha 0 < a < b e 0 < c < d. Explique por que ac < bd.
Escreva o conjunto {t : |t – 3| < } sob a forma de um intervalo.
Escreva o conjunto {w : |5w + 2| < } sob a forma de um intervalo.
Explique por que os conjuntos {x : |8x – 5| < 2} e {t : |5 – 8t| < 2} são o mesmo conjunto.
Escreva [–5, 6] ∪ [– 1, 9) sob a forma de um intervalo.
Escreva (– ∞, 4] ∪ (3, 8] sob a forma de um intervalo.
Determine dois intervalos distintos cuja união é o intervalo (1, 4].
Explique por que [7, ∞) não é um intervalo de números reais.
Escreva o conjunto {t : |2t + 7| ≥ 5} sob a forma de uma união entre dois intervalos.
Suponha que no dia 22 de junho você tenha colocado US$ 5,21 em um frasco. Depois, você adicionou um penny (um centavo
de dólar) a cada dia, até que o frasco contivesse US$ 5,95. O conjunto {5,21, 5,22, 5,23, ... , 5,95} de todas as quantias de
dinheiro (contado em dólares) que estiveram no frasco durante o verão (dos EUA), é um intervalo? Explique a sua resposta.
O conjunto de todos os números reais x tais que x2 > 3 é um intervalo? Explique sua resposta.
Determine todos os números x tais que .