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Profª Tania Elisa Seibert CURSO DE NIVELAMENTO – PRÉ-CÁLCULO UNIDADE 1 – CAPÍTULO 2 1 2 POLINÔMIOS: CONCEITOS E OPERAÇÕES Este capítulo tem como objetivo a abordagem de conceitos algébricos que são fundamentais no processo de aprendizagem de funções. Porém, aconselha-se que antes de prosseguir, revisem os conteúdos de potenciação e radicação, disponíveis no material complementar da unidade 1. 2.1 MONÔMIOS Denomina-se de monômio ou termo algébrico toda a expressão algébrica determinada por apenas um número real, uma variável ou pelo produto de números e variáveis. Por exemplo, para −3xy2, o coeficiente numérico é o número Inteiro (-3) e a parte literal xy². No quadro a seguir outros exemplos: Monômio Coeficiente numérico Parte literal x2y 1 x2y −ab3 -1 ab3 −5x2 -5 5x2 bc 3 1 3 bc Observações: a) Monômios semelhantes são aqueles que possuem a mesma parte literal, como por exemplo, os monômios x2, 3x2, −5x2, que, por possuírem a mesma parte literal (x²) são chamados de monômios semelhantes. b) Monômio nulo é o monômio cujo coeficiente numérico é igual a 0, como por exemplo, o termo algébrico 0x², que tem como coeficiente numérico o número zero. c) Todo número Real é um monômio, como por exemplo √3, pois √3 ∈ ℝ. 2.1.1 Operações com monômios Definido o que é monômio estuda-se, neste subcapítulo, os procedimentos envolvidos nas operações entre monômios. Profª Tania Elisa Seibert CURSO DE NIVELAMENTO – PRÉ-CÁLCULO UNIDADE 1 – CAPÍTULO 2 2 2.1.1.1 Adição e subtração As operações de adição ou de subtração de monômios são definidas somente para monômios semelhantes, isto é, para monômios com a mesma parte literal. De modo simplificado diz-se que na adição e na subtração de monômios semelhantes, conserva-se a parte literal e opera-se com a parte numérica. Exemplos: a) x2 + 4x2 = (Observe que o coeficiente do primeiro x² é 1 e por isso, “não aparece”). 𝟏x2 + 𝟒x2 = (1 + 4)x² x2 + 4x2 = 5x2 b) 3xy − 2xy + 6xy = (Observe a parte literal e perceba que é a mesma em todos os monômios. Identifique os coeficientes numéricos. Só depois disso realize a operação). 3xy − 2xy + 6xy = (3 – 2 + 6)xy 3xy − 2xy + 6xy = 7xy c) 2xy – 4x²y = (Observe as partes literais e perceba que elas não são iguais, portanto os monômios não são semelhantes. Logo, não podemos realizar a operação). Portanto: 2xy – 4x²y = 2xy – 4x²y d) 4x²y³ - 5xy³ + 8x²y³ = (Observe com atenção as partes literais para identificar os monômios semelhantes). 4x²y³ - 5xy³ + 8x²y³ = (Opere apenas com os monômios semelhantes). 4x²y³ - 5xy³ + 8x²y³ = (4 + 8)x²y³ - 5xy³ (4 + 8)x²y³ - 5xy³ = 12 x²y³ - 5xy³ Logo: 4x²y³ - 5xy³ + 8x²y³ = 12 x²y³ - 5xy³ e) xy 2 + 2 3 xy − 3xy 4 = (Primeiro observe que todos os monômios são semelhantes. Depois observe as diferentes formas que podem ser escritos monômios com coeficientes numéricos racionais. Agora realize as operações envolvendo frações). 1𝑥𝑦 2 + 2 3 𝑥𝑦 − 3𝑥𝑦 4 = (As frações estão destacadas em vermelho). Profª Tania Elisa Seibert CURSO DE NIVELAMENTO – PRÉ-CÁLCULO UNIDADE 1 – CAPÍTULO 2 3 1 2 + 2 3 − 3 4 = (Na adição ou subtração de frações com denominadores diferentes, precisamos encontrar o Mínimo Múltiplo Comum – MMC, dos denominadores, decompondo-os em fatores primos). 2, 3, 4 2 (Decompor em fatores primos – Só utilizar números primos 1 ). 1, 3, 2 2 (Dividir novamente por dois). 1, 3, 1 3 (Dividir por três). 1, 1, 1 (Agora multiplicar os fatores primos: 2 x 2 x 3 = 12). Logo mmc(2, 3, 4) = 12 Retomando o cálculo: 1 2 + 2 3 − 3 4 = (Deve-se dividir o mmc por cada um dos denominadores, O resultado da divisão deve ser multiplicado pelo numerador). 1 2 = 6 12 (12: 2 = 6; 6 x 1 = 6). 2 3 = 8 12 (12: 3 = 4; 4 x 2 = 8). 3 4 = 9 12 (12: 4 = 3; 3 x 3 = 9). Reescrevendo: 1 2 + 2 3 − 3 4 = 6 12 + 8 12 − 9 12 6 12 + 8 12 − 9 12 = 5 12 (Adição e subtração de frações com mesmo denominador conserva-se o denominador e opera-se com os numeradores). Logo: 𝑥𝑦 2 + 2 3 𝑥𝑦 − 3𝑥𝑦 4 = 5𝑥𝑦 12 2.1.1.2 Multiplicação Na operação de multiplicação entre monômios realiza-se primeiramente a multiplicação entre os coeficientes numéricos e logo após a multiplicação entre as partes literais. Na parte literal aplica-se a propriedade da potência a m . a n = a m+n . 1 São chamados de números primos todos os números que tem dois divisores: o número 1 e o próprio número. Conjunto dos números primos P = {2, 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19, ...} Profª Tania Elisa Seibert CURSO DE NIVELAMENTO – PRÉ-CÁLCULO UNIDADE 1 – CAPÍTULO 2 4 Exemplos: a) (3x2). (−5xy) (Primeiro opere com os coeficientes numéricos). 3 . (−5) = −15 (Depois dos coeficientes numéricos opere com a parte literal). x² . xy = x³y (Aplica-se a propriedade da potenciação de mesma base: am . an = am+n). Logo: (3x2). (−5xy) = −15x³y b) (−2a). (−5ab). (3ab3) = (Lembre-se: opere primeiramente com os coeficientes numéricos e depois com a parte literal. Na parte liberal aplique a propriedade da multiplicação de bases iguais, isto é, conserve a base e some os expoentes). (−2a). (−5ab). (3ab3) = (−2) . (−5) . 3 = 30 (Coeficiente numérico). (a). (ab) . (ab3) = a3b4 (Parte literal). Logo: (−2a). (−5ab) × (3ab3) = 30a3b4 c) ( 2x²y 3 ) . (− 5xy³ 4 ) = (Inicia-se com os coeficientes numéricos. Lembre-se que na multiplicação de frações não é necessário realizar o mmc, basta multiplicar numerador por numerador e denominador por denominador). ( 2 3 ) . (− 5 4 ) = − 10 12 (Agora simplifique o resultado, isto é, divida o numerador e o denominador pelo mesmo número, até encontrar a fração irredutível 2 ). − 10 12 = − 5 6 (Divisão por dois). (x²y). (xy³) = x³y4 (Na parte literal aplica-se a propriedade am . an = am+n). 2.1.1.3 Divisão Na operação de divisão entre monômios realiza-se primeiramente a divisão entre os coeficientes numéricos e logo após a divisão entre as partes literais. Na parte literal aplica-se a propriedade da potência a m : a n = a m-n . Exemplos: a) (15x²) ∶ (−5xy³) (Podemos escrever esta mesma divisão como 15𝑥2 −5𝑥𝑦3 ). 15 : (−5) = −3 (Divisão entre os coeficientes numéricos). 𝑥² 𝑥𝑦³ = 𝑥 𝑦³ (Parte literal). Logo: 2 Chamamos de Fração irredutível aquela em que não é mais possível realizar simplificações. Profª Tania Elisa Seibert CURSO DE NIVELAMENTO – PRÉ-CÁLCULO UNIDADE 1 – CAPÍTULO 2 5 15𝑥2 −5𝑥𝑦3 = − 3𝑥 𝑦³ b) 2a³b 4ab5 (Escrevendo de outra forma para auxiliar no entendimento). 2a³b 4ab5 = 2 .a.a.a.b 4 .a.b.b.b.b.b (Simplificando). 2 .a.a.a.b 4 .a.b.b.b.b.b = 1.a.a 2.b.b.b.b (Reescrevendo). 1.a.a 2.b.b.b.b = a² 2b4 Logo: 2a³b 4ab5 = a² 2b4 Observação: a) Para dividir frações pode-se utilizar um método prático. Lembre-se também, que na divisão não é necessáriorealizar o mmc entre denominadores. Observe: 1) 3 4 ∶ 5 7 (Reescreve-se trocando a divisão pela multiplicação e inverte-se a segunda fração). 3 4 . 7 5 = 21 20 Logo: 3 4 ∶ 5 7 = 21 20 2.1.1.4 Potenciação Na operação de potenciação de monômios realiza-se primeiramente a potenciação do coeficiente numérico e logo após a potenciação da parte literal. Na parte literal aplica-se a propriedade da potência (𝐚𝐦)𝐧 = 𝐚𝐦 . 𝐧. Exemplos: a) (x2)5 = x2 . 5 = x10 (Aplicando a regra (am)n = am . n). b) (−3𝑥)2 = (Primeiro trabalha-se com o coeficiente numérico). (−3)2 = 9 (Agora com a parte literal). (x)2 = x1 . 2 = x² Logo: (−3x)2 = 9x² Profª Tania Elisa Seibert CURSO DE NIVELAMENTO – PRÉ-CÁLCULO UNIDADE 1 – CAPÍTULO 2 6 c) (− 2 5 𝑥²𝑦³𝑧) 3 (É preciso ter paciência e atenção). (− 2 5 ) 3 = − 8 125 (Aplica-se a regra ( 𝑎 𝑏 ) 𝑛 = 𝑎𝑛 𝑏𝑛 ) (x²y³z)3 = [(x2)3. (y3)3. (z1)3] = x6y9z3 (Aplicam-se as regras: (a. b)n = an. bn e depois (an)m = an . m). 2.1.1.3 Radiciação A operação da radiciação segue as propriedades dos radicais, por isso é muito importante que estudem o material complementar da operação radiação, que faz parte da unidade 1. Vamos analisar alguns exemplos: a) √x2y2 = (Lembre-se que: √a . b n = √a n . √b n ). √x2y2 = √x2 . √y2 (Lembre − se que: √am n = a m n ). x 2 2 . y 2 2 (Simplifique as frações). x 2 2 . y 2 2 = xy Logo: √x2y2 = xy b) √16𝑎4 4 = (Lembre-se que: √𝑎 . 𝑏 𝑛 = √𝑎 𝑛 . √𝑏 𝑛 ). √16𝑎4 4 = √16 4 . √𝑎4 4 (Lembre − se que: √𝑎𝑚 𝑛 = 𝑎 𝑚 𝑛 ). √16 4 . √𝑎4 4 = 2 . 𝑎 4 4 (Simplifique as frações). 2 . a 4 4 = 2a Observação: √16 4 = (Fatorando 16 encontra-se: 16 = 24). √24 4 = 2 4 4 = 2 (Propriedade: √am n = a m n ). 2.2 POLINÔMIOS Um monômio ou uma soma de monômios é chamado de polinômio. Observações: a) Todo monômio é considerado um polinômio. b) Os monômios integrantes de um polinômio são chamados de termos do polinômio. Profª Tania Elisa Seibert CURSO DE NIVELAMENTO – PRÉ-CÁLCULO UNIDADE 1 – CAPÍTULO 2 7 Exemplos: a) −9x²y é um polinômio de um termo ou um monômio. b) b – 2c é um polinômio de dois termos ou um binômio. c) a² + 2ab + b² é um polinômio de três termos ou um trinômio. d) a³ − 2ab + 4x – 6 é um polinômio de quatro termos e assim sucessivamente. 2.2.1 Operações com polinômios Para operar com polinômios utilizam-se, muitas vezes, conceitos estudados sobre monômios. 2.2.1.1 Adição e subtração A operação da adição e da subtração de polinômios é realizada operando somente os termos semelhantes, isto é, termos com a mesma parte literal. Exemplos: a) 3x − 2x2 + 5x + 7x2 − x3 = (Reconhecer os termos semelhantes) 3x − 2x2 + 5x + 7x2 − x3 = 8x + 5x2 − x3, logo: 3x − 2x2 + 5x + 7x2 − x3 = −x3 + 5x2 + 8x b) 3x + 2x + y = 3x + 2x + y = 5x + y 3x + 2x + y = 5x + y c) (4a – 7) + (−2a + 9) = 4a – 7 − 2a + 9 = 2a + 2 d) 2x2 − 3x – 2 – (3x2 − 5x + 2) = (Cuidado! 2x2 − 3x – 2 – 1(3x2 − 5x + 2). É necessário multiplicar todos os termos que estão dentro do parênteses por (-1)). 2x2 − 3x – 2 – (3x2 − 5x + 2) = 2x2 − 3x – 2 – 3x2 + 5x − 2 = −x2 + 2x e) (−4y2 + 5y – 3) + (4y2 + 3) = −4y2 + 5y – 3 + 4y2 + 3 = 5y Profª Tania Elisa Seibert CURSO DE NIVELAMENTO – PRÉ-CÁLCULO UNIDADE 1 – CAPÍTULO 2 8 f) 2x2 − 5x + 3 – (9x − 1 2 ) = 2x² − 5x + 3 − 9x + 1 2 = 2x2 − 14x + 7 2 g) Sejam os polinômios A(x) = 2x³ - 5x + 4 e B(x) = - 3x³ + 2x² - 8, determine: A(x) + B(x) = (2x³ - 5x + 4) + (- 3x³ + 2x² - 8) = 2x³ - 3x³ + 2x² - 5x + 4 – 8 = - x³ + 2x² - 5x – 4 h) Sejam os polinômios A(x) = 2x³ - 5x + 4 e B(x) = - 3x³ + 2x² - 8, determine: A(x) – B(x) = A(x) + [− B(x)] (2x³ - 5x + 4) + (3x³ - 2x² + 8) = 2x³ + 3x³ - 2x² - 5x +4 + 8 = 5x³ - 2x² - 5x + 12 Observação: a) Na adição a soma de dois ou mais polinômios é um polinômio cujos termos são a soma algébrica dos termos semelhantes (mesma parte literal). b) Na subtração a diferença de dois ou mais polinômios é o polinômio que se obtém adicionando um polinômio ao oposto do outro: A(x) – B(x) = A(x) + [− B(x)] 2.2.1.2 Produto de monômio por polinômio Observe com atenção os exemplos. Lembre-se das propriedades da potenciação. a) 𝐱(x3 + x2 − x + 3) = (Multiplique o monômio x por cada um dos termos do polinômio que está entre parênteses). 𝐱(x3 + x2 − x + 3) = 𝐱 x3 + 𝐱 x2 − 𝐱 x + 𝐱 3 = x4 + x3 − x2 + 3x b) (x + y − z) 𝐲 = x 𝐲 + y 𝐲 + (−z) 𝐲 = xy + y2 − zy c) (−𝐚)(a + b − 3) = (−𝐚)(a) + (−𝐚)b + (−𝐚)(−3) = −a2 − ab + 3a Profª Tania Elisa Seibert CURSO DE NIVELAMENTO – PRÉ-CÁLCULO UNIDADE 1 – CAPÍTULO 2 9 d) Determine a área de um retângulo, cuja base é maior que a altura em 2m. 1º) Represente o problema com um desenho: 2º) Represente a multiplicação por um desenho: x(x + 2) = x² + 2x , logo a área do retângulo é igual a (x² + 2x) m². Portanto, dado um monômio 𝐚 e um polinômio (𝐛𝟏 + 𝐛𝟐 + 𝐛𝟑 + ⋯ + 𝐛𝐧), para n ∈ ℕ∗o produto a . (b1 + b2 + b3 + ⋯ + bn) = ab1 + ab2 + ab3 + ⋯ + abn. 2.2.1.3 Produto de polinômio por polinômio A multiplicação com polinômio (com dois ou mais monômios) pode ser realizada de três formas: a) Multiplicação de monômio com polinômio. b) Multiplicação de número natural com polinômio. c) Multiplicação de polinômio com polinômio. As multiplicações serão efetuadas utilizando a propriedade: a n . a m = a n + m Exemplo: a) (x + 3) (x² + 5) (Desmembra-se o primeiro binômio para depois multiplicar). x(x² + 5) + 3(x² + 5) = x³ + 5x + 3x² + 15 = (Como não possui termos semelhantes, esta é a resposta). x³ + 3x² + 5x + 15 (Escrita levando em conta os expoentes – do maior ao menor). b) (a + b)(c − d + e) = a(c – d + e) + b(c – d + e) = ac − ad + ae + bc − bd + be Profª Tania Elisa Seibert CURSO DE NIVELAMENTO – PRÉ-CÁLCULO UNIDADE 1 – CAPÍTULO 2 10 c) (x + 3)(2x + 2) = x(2x) + x(2) + 3(2x) + 3(2) = 2x2 + 2x + 6x + 6 = 2x2 + 8x + 6 d) Sejam os polinômios A(x) = 2x³ - 5x + 4 e B(x) = - 3x³ + 2x² - 8 determine: A(x) . B(x) = (2x³ - 5x + 4) . (- 3x³ + 2x² - 8) = - 6x 6 + 4x 5 – 16x³ + 15x4 – 10x³ + 40x – 12x³ + 8x² - 32 = - 6x 6 + 4x 5 + 15x 4 – 16x³ – 10x³ – 12x³ + 8x² + 40x – 32 = - 6x 6 + 4x 5 + 15x 4 – 38x³ + 8x² + 40x – 32 Portanto, dados os polinômios (a1 + a2 + ⋯ + an) e (b1 + b2 + ⋯ + bn), n ∈ ℕ ∗, o produto (a1 + a2 + ⋯ + an). (b1 + b2 + ⋯ + bn) = a1(b1 + b2 + ⋯ + bn) + a2(b1 + b2 + ⋯ + bn) + ⋯ + an(b1 + b2 + ⋯ + bn) = a1b1 + a1b2 + ⋯ + a1bn + a2b1 + a2b2 + ⋯ + a2bn + ⋯ + anb1 + ⋯ + anbn Observação: a) Na multiplicação o produto de dois polinômios é um polinômio que se obtém multiplicando–se cada termo do primeiro polinômio por todos os termos do segundo e adicionando-se os termos semelhantes dos produtos obtidos. Lembre-se que na multiplicação de potências de mesma base, conserva-se a base e somam-se os expoentes. 2.2.1.4 Divisão de polinômio por polinômioRealiza-se a divisão de polinômios através da divisão entre os coeficientes numéricos e da divisão de potências de mesma base. Na divisão de potências de mesma base utiliza-se a propriedade a n : a m = a n – m . Efetuar uma divisão de um polinômio P(x) pelo polinômio B(x) é, por definição, achar um par de polinômios Q(x) e um polinômio R(x), de tal maneira que: P(x) ≡ B(x) . Q(x) + R(x) (≡ Este símbolo significa idêntico). Denomina-se: P(x): dividendo; B(x): divisor; Q(x): quociente; R(x): resto. Na divisão o grau de R(x) < grau B(x) ou R(x) ≡ 0 Profª Tania Elisa Seibert CURSO DE NIVELAMENTO – PRÉ-CÁLCULO UNIDADE 1 – CAPÍTULO 2 11 Observe que a definição de divisão exige que o grau do resto seja menor que o grau do divisor ou, então, que o resto seja nulo. Quando R(x) = 0, a divisão é exata. Representa-se esta divisão da seguinte forma: , onde P(x) = Q(x) . B(x) + R(x) Observe a divisão 489 : 21: 489 = 21 . 23 + 6 (6 < 21) Esta divisão também pode ser feita na forma polinomial: 489 = 4 . 10² + 8 . 10¹ + 9 . 10 0 21 = 2 . 10¹ + 1 . 10 0 Com os polinômios realiza-se o mesmo algoritmo. Por exemplo: a) Dividir P(x) = 4x² + 8x + 9 por D(x) = 2x + 1. Profª Tania Elisa Seibert CURSO DE NIVELAMENTO – PRÉ-CÁLCULO UNIDADE 1 – CAPÍTULO 2 12 b) Determine o resto da divisão de P(x) = x² + 4x + 9 pelo binômio do 1º grau B(x) = x – 1. c) Para 10x2−43x+40 2x−5 , temos: d) Para 𝑥5+𝑥4+𝑥2+𝑥 𝑥3+1 , temos: Profª Tania Elisa Seibert CURSO DE NIVELAMENTO – PRÉ-CÁLCULO UNIDADE 1 – CAPÍTULO 2 13 2.3 PRODUTOS NOTÁVEIS Alguns produtos entre polinômio apresentam um padrão, uma regularidade em seus resultados. Por esse motivo são chamados de produtos notáveis. 2.3.1 Quadrado de uma soma indicada a) Dado um quadrado de lado medindo (x + a) cm, determine a sua área. Calculando a área (A = b x h) de cada uma das partes que resultaram da divisão do quadrado tem-se: , logo: (x + a) . (x + a) = (x + a)2 = x² + ax + ax + a² = x² + 2ax + a² (x + a)2 = x² + 2ax + a² Pode-se também encontrar o resultado por multiplicação de polinômios: (𝐱 + 𝐚) . (x + a) = x(x + a) + a(x + a) = x² + ax + ax + a² (Adição de monômios semelhantes). x² + ax + ax + a² = x² + 2ax + a² b) (y + 3)2 = (y + 3). (y + 3) = y(y + 3) + 3(y + 3) = y² + 3y + 3y + 9 (Adição de monômios semelhantes). y² + 3y + 3y + 9 = y² + 6y + 9 Profª Tania Elisa Seibert CURSO DE NIVELAMENTO – PRÉ-CÁLCULO UNIDADE 1 – CAPÍTULO 2 14 Observe o padrão encontrado: (a + b)2 = a² + 2ab + b² 1º termo da soma 2º termo da soma Quadrado do 1º termo Dobro do produto do 1º pelo 2º termo Quadrado do 2º termo c) (5𝑥 + 4)2 (Aplicando a regra do produto notável) (5𝑥)2 + 2 . 5𝑥 . 4 + 4² = 25x² + 40x + 16 2.3.2 Quadrado de uma diferença indicada a) (a − b)2 = (𝐚 − 𝐛). (a − b) a (a – b) – b(a – b) = a² − ab − ab + b² a² − ab − ab + b² = a² − 2a + b² b) (x − 3)2 = (𝐱 − 𝟑) . (x − 3) 𝐱(x − 3) − 𝟑(x − 3) = x² − 3x − 3x + 9 = x2 − 6x + 9 (x − 3)2 = x2 − 6x + 9 O padrão encontrado nesta multiplicação é: (a − b)2 = a² − 2ab + b² c) (3x − 5)2 (Aplicando a regra do produto notável) (3x)2 − 2 . 3x . 5 + (−5)² = 9x² - 30x + 25 2.3.3 Produto de uma soma indicada por uma diferença indicada a) (a + b). (a − b) = (𝐚 + 𝐛). (a − b) = a (a – b) + b(a – b) = a² − ab + ab − b² a² − ab + ab − b2 = a2 − b² (Cuidado: −ab + ab = 0) b) (x + 4) . (x − 4) = (𝐱 + 𝟒) . (x − 4) = 𝐱(x − 4) + 𝟒(x − 4) = x² − 4x + 4x − 16 x² − 4x + 4x − 16 = x2 − 16 Profª Tania Elisa Seibert CURSO DE NIVELAMENTO – PRÉ-CÁLCULO UNIDADE 1 – CAPÍTULO 2 15 O padrão encontrado nesta multiplicação é: (a + b). (a − b) = a² − b² c) (3x − 4) . (3x + 4)(Aplicando a regra do produto notável) (3x)2 − (4)² = 9x² - 16 2.3.4 Cubo de uma soma indicada a) (x + 5)3 = (x + 5)2 . (x + 5) (Primeiro resolve-se (x + 5)2) (x + 5)2 = x² + 10x + 25 (Regra do produto notável (a + b)²) (𝐱 + 𝟓). (x2 + 10x + 25) = x(x² + 10x + 25) + 5(x² + 10x + 25) = x³ + 10x² + 25x + 5x² + 50x + 125 = x³ + 15x² + 75x + 125 b) (a + b)3 = (a + b)2 . (a + b)(Desmembra-se desta forma para facilitar o cálculo). (a + b)2 = a² + 2ab + b² (Regra do produto notável) (a + b) . (a² + 2ab + b²) = 𝐚(a² + 2ab + b²) + 𝐛(a² + 2ab + b²) = a³ + 2a²b + ab² + a²b + ab² + b³ = a³ + 3a²b + 3ab² + b³ O padrão encontrado no cubo de uma soma é: (a + b)3 = a³ + 3a²b + 3ab² + b³ c) (2x + 5)3(Aplicando a regra do produto notável) (2x)3 + 3. (2x)2. 5 + 3 . (2x) . 5² + 5³ = 8x³ + 3 . 4x² . 5 + 3 . 2x . 25 + 125 = 8x³ + 60x² + 150x + 125 2.3.5 Cubo de uma diferença indicada a) (x − 5)3 = (x − 5)2 . (x − 5) (Primeiro resolve-se (x − 5)2) (x − 5)2 = x² − 10x + 25 (Regra do produto notável (a - b)²) (𝐱 − 𝟓). (x2 − 10x + 25) = x(x² - 10x + 25) - 5(x² - 10x + 25) = x³ - 10x² + 25x - 5x² + 50x - 125 = x³ - 15x² + 75x - 125 b) (a − b)3 = (a − b)2 . (a − b)(Desmembra-se desta forma para facilitar o cálculo). (a − b)2 = a² − 2ab + b² (Regra do produto notável) (a - b) . (a² − 2ab + b²) = 𝐚(a² − 2ab + b²) − 𝐛(a² − 2ab + b²) = a³ − 2a2b + ab2 − a2b + 2ab2 − b3 = a3 − 3a2b + 3ab2 − b³ Profª Tania Elisa Seibert CURSO DE NIVELAMENTO – PRÉ-CÁLCULO UNIDADE 1 – CAPÍTULO 2 16 O padrão encontrado no cubo de uma diferença é: (a − b)3 = a³ − 3a2b + 3ab2 − b³ c) (2x − 5)3(Aplicando a regra do produto notável). (2x)3 − 3. (2x)2. 5 + 3 . (2x) . 52 − 5³ = 8x³ - 3 . 4x² . 5 + 3 . 2x . 25 - 125 = 8x³ - 60x² + 150x - 125 2.4 FATORAÇÃO DE EXPRESSÕES ALGÉBRICAS A fatoração de expressões algébricas consiste na representação de uma expressão algébrica na forma de produto entre duas ou mais expressões algébricas. Tem por objetivo representar a soma polinomial de números e incógnitas através do produto de termos. Para a fatoração de expressões algébricas utilizam-se diferentes métodos. 2.3.1 Fator comum Para fatorar uma expressão algébrica utilizando esse primeiro caso de fatoração, todos os monômios da expressão algébrica devem ter pelo menos algum termo em comum. A fatoração é feita colocando o termo comum em evidência. Devem-se seguir os seguintes passos: 1º) Identificar o maior fator comum em todos os termos da expressão algébrica. 2º) Dividir cada termo da expressão algébrica pelo fator comum. 3º) Representar a expressão pelo produto do fator comum e o quociente da divisão. Exemplos: a) Fatorar a expressão algébrica 6x − 12x3 + 15x2 1º) Identificar o fator comum em todos os termos da expressão algébrica. Fator comum entre os números 6, 12, 15 (Identificar o maior número que divide 6, 12 e 15. Neste exemplo o maior número é 3). 6, 12, 15 3, 6, 15 3, 3, 15 1, 1, 5 1, 1, 1 2 (Não dividiu todos os números) 2 (Não dividiu todos os números) 3 (Dividiu todos os números) 5 (Não dividiu todos os números) Logo, o fator comum dos coeficientes numéricos é 3. Profª Tania Elisa Seibert CURSO DE NIVELAMENTO – PRÉ-CÁLCULOUNIDADE 1 – CAPÍTULO 2 17 Fator comum entre as partes literais. x, x³, x² (Primeiro observar se a variável – letra – aparece em todos os termos. Segundo optar pelo menor expoente. Portanto, o fator comum da parte literal, deste exemplo, é x). Então, o fator comum que será colocado em evidência é 3x. 2º) Dividir cada termo da expressão algébrica pelo fator comum. 6x − 12x3 + 15x2 6x 3x = 2 −12𝑥3 3x = −4x² 15𝑥2 3x = 5x 3º) Representar a expressão pelo produto do fator comum e os quocientes das divisões. 6x − 12x3 + 15x2 = 3x( − 4x2 + 5x) 2 Para verificar se a resposta está correta pode-se realizar a multiplicação: 3x(2 − 4x2 + 5x) = 6x − 12x3 + 15x2 b) Fatorar a expressão algébrica 20x²y − 4x3y² + 12x2 1º) Identificar o fator comum em todos os termos da expressão algébrica. Fator comum entre os números 20, 4, 12 (Identificar o maior número que divide 20, 4, 12. Neste exemplo o maior número é 4). 20, 4, 12 10, 2, 6 5, 1, 3 5, 1, 1 1, 1, 1 2 (Dividiu todos os números) 2 (Dividiu todos os números) 3 (Não dividiu todos os números) 5 (Não dividiu todos os números) Logo, o fator comum dos coeficientes numéricos 2 x 2 = 4 Fator comum entre as partes literais. x²y, x3y², 12x2 (Primeiro observar se as variáveis – letras – aparecem em todos os termos. A letra x está presente em todos os termos, então é um fator comum. A letra y não aparece em Profª Tania Elisa Seibert CURSO DE NIVELAMENTO – PRÉ-CÁLCULO UNIDADE 1 – CAPÍTULO 2 18 todos os termos, então não é fator comum. Segundo, identificar o menor expoente de x, que neste exemplo é 2. Portanto, o fator comum da parte literal é x²). Então, o fator comum que será colocado em evidência é 4x². 2º) Dividir cada termo da expressão algébrica pelo fator comum. 20x²y − 4x3y² + 12x2 20x²y 4x² = 5y −4x³y² 4x² = −xy² 12x² 4x² = 3 3º) Representar a expressão pelo produto do fator comum e o quociente da divisão. 20x²y − 4x3y² + 12x2 = 4x²(5y – xy² + 3) 2.3.2 Fatoração por agrupamento Para trabalhar com este tipo de fatoração (fatoração por agrupamento) devem-se seguir dois passos. 1º) Separa-se em grupos de termos de modo que haja pelo menos um fator comum em cada grupo. 2º) Aplica-se o método do fator comum em cada agrupamento de termos. 3º) Reescrever a nova fatoração. Exemplos: a) ax + ay + bx + by = 1º) Separa-se em grupos de termos de modo que haja pelo menos um fator comum em cada grupo (Separar os termos com o coeficiente a e depois os termos com coeficiente b). ax + ay + bx + by = (ax + ay) + (bx + by) 2º) Aplica-se o método do fator comum em cada agrupamento de termos. (ax + ay) = a(x + y) (bx + by) = b(x + y) (A fatoração de dois grupos separadamente, deve gerar um fator comum para nova fatoração. Neste exemplo o novo fator comum é (x + y). 3º) Reescrever a nova fatoração. ax + ay + bx + by = a(x + y) + b(x + y) Profª Tania Elisa Seibert CURSO DE NIVELAMENTO – PRÉ-CÁLCULO UNIDADE 1 – CAPÍTULO 2 19 a(x + y) + b(x + y) = (a + b)(x + y) b) 2x² − 4x + 3xy − 6y = 1º) Separa-se em grupos de termos de modo que haja pelo menos um fator comum em cada grupo. 2x² − 4x + 3xy − 6y = (2x² − 4x) + (3xy − 6y) 2º) Aplica-se o método do fator comum em cada agrupamento de termos. (2x² − 4x) = 2x(x − 2) (3xy − 6y) = 3y(x − 2) (A fatoração de dois grupos separadamente deve gerar um fator comum para nova fatoração. Neste exemplo o novo fator comum é (x − 2)). 3º) Reescrever a nova fatoração. 2x² − 4x + 3xy − 6y = 2x(x − 2) + 3y(x − 2) 2x(x − 2) + 3y(x − 2) = (x − 2) (2x + 3y) Logo: 2x² − 4x + 3xy − 6y = (x − 2) (2x + 3y) 2.3.3 Trinômio quadrado perfeito (TQP) Quando um polinômio se apresenta na forma (P2 + 2PQ + Q2), para P e Q dois polinômios quaisquer então: (P2 + 2PQ + Q2) = (P + Q)2. Para trabalhar com esse caso de fatoração devemos seguir os seguintes passos: 1º) Determinar a raiz quadrada do primeiro termo. 2º) Determinar a raiz quadrada do terceiro termo. 3º) Verificar se: a) Para 2PQ > 0, representa-se a expressão pelo quadrado da soma das raízes. b) Para 2PQ < 0, representa-se a expressão pelo quadrado da diferença das raízes. Exemplos: a) x² + 6x + 9 1º) Determinar a raiz quadrada do primeiro termo. √x2 = x 2º) Determinar a raiz quadrada do terceiro termo. √9 = 3 3º) Verificar se: 2PQ > 0 ou 2PQ < 0 Neste exemplo, 2PQ = 6x (Portanto > 0). Profª Tania Elisa Seibert CURSO DE NIVELAMENTO – PRÉ-CÁLCULO UNIDADE 1 – CAPÍTULO 2 20 Então, representa-se a expressão pelo quadrado da soma das raízes. Logo: x² + 6x + 9 = (x + 3)2 b) x² -10x + 25 1º) Determinar a raiz quadrada do primeiro termo. √x2 = x 2º) Determinar a raiz quadrada do terceiro termo. √25 = 5 3º) Verificar se: 2PQ > 0 ou 2PQ < 0 Neste exemplo, 2PQ = −10x (Portanto < 0). Então, representa-se a expressão pelo quadrado da diferença das raízes. Logo: x² − 10x + 25 = (x − 5)2 c) 4x² - 20x + 25 1º) Determinar a raiz quadrada do primeiro termo. √4x2 = 2x 2º) Determinar a raiz quadrada do terceiro termo. √25 = 5 3º) Verificar se: 2PQ > 0 ou 2PQ < 0 Neste exemplo, 2PQ = −20x (Portanto < 0). Então, representa-se a expressão pelo quadrado da diferença das raízes. Logo: 4x² − 20x + 25 = (2x − 5)2 2.3.4 Diferença de dois quadrados Quando o polinômio de apresenta na forma (P2 − Q2), para P e Q dois polinômios quaisquer então (P2 − Q2) = (P + Q)(P − Q). Para trabalhar com esse caso de fatoração devemos seguir os seguintes passos: 1º) Determinar a raiz quadrada do primeiro termo. 2º) Determinar a raiz quadrada do terceiro termo. 3º) Representar a expressão pelo produto das raízes. Exemplos: Profª Tania Elisa Seibert CURSO DE NIVELAMENTO – PRÉ-CÁLCULO UNIDADE 1 – CAPÍTULO 2 21 a) x² - 36 = 1º) Determinar a raiz quadrada do primeiro termo. √x2 = x 2º) Determinar a raiz quadrada do segundo termo. √36 = 6 3º) Representar a expressão pelo produto das raízes. x2 − 36 = (x + 6)(x − 6) b) 9x4 − 81 = 1º) Determinar a raiz quadrada do primeiro termo. √9x2 = 3x 2º) Determinar a raiz quadrada do segundo termo. √81 = 9 3º) Representar a expressão pelo produto das raízes. 9x4 − 81 = (3x + 9)(3x − 9) 2.3.5 Soma de dois cubos Observe que x 3 + y 3 é uma expressão algébrica de dois termos, onde os dois estão elevados ao cubo e somados. Assim, pode-se concluir que x 3 + y 3 é uma forma geral da soma de dois cubos onde x e y poderão assumir qualquer valor real. Este tipo de fatoração é o caminho inverso do seguinte desenvolvimento: (𝐱 + 𝐲). (x2 − xy + y2) = x(x2 − xy + y2) + y(x2 − xy + y2) = x³ − x2y + xy2 + x2y − xy2 + y3 = x3 + y³ (Opera-se com os termos semelhantes). Logo, podemos afirmar que: x³ + y³ = (x + y). (x2 − xy + y2) Exemplos: a) b³ + 1 000 (Neste exemplo o primeiro termo é b e o segundo termo é 1 000). 1º) Extrair a raiz cúbica do primeiro termo: √b 3 = b 2º) Extrair a raiz cúbica do segundo termo: √1000 3 = 10 Profª Tania Elisa Seibert CURSO DE NIVELAMENTO – PRÉ-CÁLCULO UNIDADE 1 – CAPÍTULO 2 22 3º) Substituir na forma (x + y). (x2 − xy + y2) (Neste exemplo x = b e y = 10). b³ + 1 000 = (b + 10) (b²- 10b + 100) b) 8c³ + 27 (Neste exemplo o primeiro termo é c e o segundo termo é 27). 1º) Extrair a raiz cúbica do primeiro termo: √8c3 3 = 2c 2º) Extrair a raiz cúbica do segundo termo: √27 3 = 3 3º) Substituir na forma (x + y). (x2 − xy + y2) (Neste exemplo x = 2c e y = 3). 8c³ + 27 = (2c + 3) (4c² - 6c + 9) 2.3.6 Diferença de dois cubos O raciocínio é o mesmo que na soma de dois cubos. Observe que x 3 - y 3 é uma expressão algébrica de dois termos, onde os dois estão elevados ao cubo e subtraídos. Assim, pode-se concluir que x 3 - y 3 é uma forma geral da diferença de dois cubos onde x e y poderão assumir qualquer valor real. Este tipo de fatoração é o caminho inverso do seguinte desenvolvimento: (𝐱 − 𝐲). (x2 + xy + y2) = x3 − y³ 𝐱(x2 + xy + y2) − 𝐲(x2 + xy + y2) = x3 − y³ x³ + x2y + xy2 − x2y − xy2 − y3 = x3 − y³ (Opera-se com os termos semelhantes). Logo, podemos afirmar que: x³ − y³ = (x − y). (x2 + xy + y2) Exemplos: a) b³ - 1 000 (Neste exemplo o primeiro termo é b e o segundo termo é 1 000). 1º) Extrair a raiz cúbica do primeiro termo: √b 3 = b 2º) Extrair a raiz cúbica do segundo termo: √1000 3 = 10 3º) Substituir na forma (x − y). (x2 + xy + y2) (Neste exemplo x = b e y = 10). b³ - 1 000 = (b - 10) (b² + 10b + 100) b) 8c³ - 27 (Neste exemplo o primeiro termo é c e o segundo termo é 27). Profª Tania Elisa Seibert CURSO DE NIVELAMENTO – PRÉ-CÁLCULO UNIDADE 1 – CAPÍTULO 2 23 1º) Extrair a raiz cúbica do primeiro termo: √8𝑐3 3 = 2c 2º) Extrair a raiz cúbica do segundo termo: √27 3 = 3 3º) Substituir na forma (x − y). (x2 + xy + y2) (Neste exemplo x = 2c e y = 3). 8c³ - 27 = (2c - 3) (4c² + 6c + 9) 2.4 SIMPLIFICAÇÃO DE FRAÇÕES ALGÉBRICAS Para simplificar frações algébricas, em muitos casos, a fatoração é fundamental. Exemplos: a) 3x²−xy x = x(3x−y) x = 3x − y (Fator comum em evidência e simplificação do x). b) b²−25 b−5 = (b−5)(b+5) (b−5) = b + 5 (Diferença de dois quadrados e simplificação de (b – 5)). c) x²−10x+25 x−5 = (x−5)2 x−5 = (x−5)(x−5) (x−5) = x − 5 (TQP e simplificação de (x-5)). d) 8c³ + 27 2c + 3 = (2c + 3) (4c² − 6c + 9) (2c + 3) = 4c² − 6c + 9 (Soma de dois cubos e simplificação de (2c + 3)). Observação: Podemos escrever uma equação na forma fatorada: a(x – x’) (x – x”) ... Por exemplo: a) Escreva na forma fatorada a equação x² - 5x + 6 = 0. Aplicando a fórmula de Báskara encontramos as raízes: x’ = 2 e x” = 3. Escrevendo na forma fatorada: x² - 5x + 6 = a(x – x’) (x – x”) = 1 (x – 2) (x – 3), portanto: x² - 5x + 6 = (x – 2) (x – 3) = 0 b) Simplifique 𝑥²+7𝑥+10 𝑥+2 As raízes de x² + 7x + 10 = 0, são: x’ = -5 e x” = - 2 (Aplique Báskara). Profª Tania Elisa Seibert CURSO DE NIVELAMENTO – PRÉ-CÁLCULO UNIDADE 1 – CAPÍTULO 2 24 Escrevendo na forma fatorada: (x + 5) (x + 2). x²+7x+10 x+2 = (x+5)(x+2) (x+2) = x + 5 2.5 BINÔMIO DE NEWTON A potência da forma (a + b)n, em que a e b ∈ ℝ e n ∈ ℕ, é chamada de Binômio de Newton. Observe o desenvolvimento de algumas potências na forma (a + b)n, quando: n = 0, temos: (a + b)0 = 1 n = 1, temos: (a + b)1 = 1a + 1b n = 2, temos: (a + b)2 = 𝟏a2 + 𝟐ab + 𝟏b2 n = 3, temos: (a + b)3 = 𝟏a3 + 𝟑a2b + 𝟑ab2 + 𝟏b³ n = 4, temos: (a + b)4 = 𝟏a4 + 𝟒a3b + 𝟔𝑎2b2 + 𝟒a𝑏3 + 𝟏𝑏4 . . . n = n, temos: (a + b)n = 1anb0 + n an−1b1 + ⋯ +n a1bn−1 + 1a0bn (a + b)n = ∑ ( n p ) n k=0 an−pbp, sendo ( n p ) = n! p! (n − p)! Observações: a) Dados os números Naturais n e p, n ≥ p o número ( n p) é chamado de número binomial n sobre p. b) Lembre-se que: Cn,p = ( n p) = n! p!(n−p)! c) Lembre-se que o símbolo !, na Matemática, significa fatorial. O fatorial de um número natural n, representado por n!, é o produto de todos os inteiros positivos menores ou iguais a n. Por exemplo: 8! = 8 x 7 x 6 x 5 x 4 x 3 x 2 x 1 = 40 320 5! = 5 x 4 x 3 x 2 x 1 = 120 3! = 3 x 2 x 1 = 6 2! = 2 x 1 = 2 1! = 1 0! = 1 d) O número fatorial n! pode ser escrito de diferentes formas, como por exemplo: Profª Tania Elisa Seibert CURSO DE NIVELAMENTO – PRÉ-CÁLCULO UNIDADE 1 – CAPÍTULO 2 25 n! = n . (n-1) . (n-2) . (n-3)! e) Divisão de fatoriais (“Abrir” o maior número fatorial até encontrar o menor). 7! 5! = 7 x 6 x 5! 5! = 7 x 6 = 42 f) Calcular números binomiais: [Cn,p = ( n p) = n! p!(n−p)! ] ( 3 0 ) = C3,0 = 3! 0!(3−0)! = 3! 0!3! = 3! 3! = 1 ( 3 1 ) = C3,1 = 3! 1!(3−1)! = 3! 1!2! = 3x2! 2! = 3 ( 3 2 ) = C3,2 = 3! 2!(3−2)! = 3! 2!1! = 3x2! 2! = 3 ( 3 3 ) = C3,3 = 3! 3!(3−3)! = 3! 3!0! = 3! 3! = 1 g) Os resultados destes números binomiais formam o Triângulo de Pascal, descrito a seguir. 1 1 1 1 2 1 1 3 3 1 1 4 6 4 1 E assim sucessivamente. Observe que os números binomiais de uma potência de n = 3, formam a quarta linha do Triângulo de Pascal (a primeira linha é chamada de zero, pois representa um potência de n = 0). A construção do triângulo de Pascal é facilmente realizada tomando-se a primeira e a última coluna de cada linha como “1”, e utilizando-se a relação de Stifel para as demais colunas, ou seja, a soma de 2 termos consecutivos em uma mesma linha é igual ao termo da linha seguinte da mesma coluna da segunda parcela. Profª Tania Elisa Seibert CURSO DE NIVELAMENTO – PRÉ-CÁLCULO UNIDADE 1 – CAPÍTULO 2 26 Nº da linha 0 1 2 3 ... n - 1 n 0 1 1 1 1 2 1 2 1 3 1 3 3 1 4 1 4 6 4 1 5 1 5 10 10 5 1 . . . n – 1 1 n - 1 ... ... n - 1 1 N 1 n n 1 h) Observa-se que para desenvolver (a + b)n, podemos usar o coeficiente (n p ) do termo an−pbp, dado pelo triângulo de Pascal, para n a linha e p a coluna, como no exemplo: (a + 3)4 = (4 0 )a430 + (4 1 )a331 + (4 2 )a232 + (4 3 )a133 + (4 4 )a034 (a + 3)4 = 1a41 + 4a331 + 6a232 + 4a133 + 1a034 (a + 3)4 = a4 + 12a3 + 54a2 + 108a + 81 Exemplos: a) Desenvolva a expressão (2x + 3)4 (2x + 3)4 = ( 4 0 ) (2x)430 + ( 4 1 ) (2x)331 + ( 4 2 ) (2x)232 + ( 4 3 ) (2x)133 + ( 4 4 ) (2x)034 (2x + 3)4 = 1 . 16x4. 1 + 4 . 8x³ . 3 + 6 . 4x² . 9 + 4 . 2x . 27 + 1 . 1. 81 (2x + 3)4 = 16x4 + 96x³ + 216x² + 216x + 81 2) Desenvolva a expressão (x − 3)5 = ( 5 0 ) x5(−3)0 + ( 5 1 ) x4(−3)1 + ( 5 2 ) x3(−3)2 + ( 5 3 ) x2(−3)3 + ( 5 4 ) x1(−3)4 + ( 5 5 ) x0(−3)5 = 1 . x5. 1 + 5 . x4 . (−3) + 10 . x³ . 9 + 10 . x² . (−27) + 5 . x . 81 + 1.1 . (−243) (x − 3)5 = x5 − 15x4 + 90x³ − 270x² + 405x − 243 _____________________________________________________________________________ Profª Tania Elisa Seibert CURSO DE NIVELAMENTO – PRÉ-CÁLCULO UNIDADE 1 – CAPÍTULO 2 27 REFERÊNCIAS DANTE, L. R. Tudo é matemática. 7ª série. São Paulo: Ática, 2005. DANTE, L. R. Matemática: ensino médio. v. único. São Paulo: Ática, 2005. HOMA, A. I. Laboratório de Matemática. Canoas/RS: ULBRA, 2013. ___________________________________________________________________________ATIVIDADES 1) Efetue as operações com monômios. a) ( x 5 ) . (3x) = b) (−4a³b). (3ab2) = c) (−9x³) ∶ ( 1 2 x²) = d) (− 3 4 x²y) 3 = e) √−8x3y6 3 = f) 2xy² - 7xy + 3xy = 2) Efetue as operações com polinômios. a) (r + 5) (r – 3) = b) (x – 7)² = c) (b² - 5) (b² + 5) = d) (2x4 + 3x³ − 2x2 + x) ∶ x = e) (15x² + 2x – 8) : (5x + 4) = f)(6x4 − x3 − 13x2 + 5x − 16): (6x² − x + 5) 3) Fatore. a) 16x² - 72xy + 81y² = b) 6x²y² - 9x²y + 15xy² = c) ab + 3b – 7a – 21 = d) t² - 81 = e) 27x³ + 1 = f) x³ - 64 4) Sendo P(x) = 3x 4 + 2x³ + x – 1 e Q(x) = 5x4 + 3x + 7, calcular: a) P(x) + Q(x) = b) P(x) – Q(x) = 5) Sendo Q(x) = 5x² - 3x + 2 e L(x) = 4x – 6, calcular: a) 3Q(x) = b) Q(x) . L(x) = 6) Determine o termo central (ou termo médio) no desenvolvimento de (x − 3)6. Profª Tania Elisa Seibert CURSO DE NIVELAMENTO – PRÉ-CÁLCULO UNIDADE 1 – CAPÍTULO 2 28 RESPOSTAS 1a) 3𝑥² 5 b) −12𝑎4𝑏³ c) -18x d) − 23 64 𝑥6𝑦3 e) −2𝑥𝑦² f) -4xy 2a) r² + 2r – 15 b) x² = 14 x + 49 c) b4 – 25 d) 2x³ + 3x² - 2x + 1 e) 3x – 2 f) x² - 3 e resto 2x - 1 3a) (4𝑥 − 9𝑦)2 b) 3xy(2xy – 3x + 5y) c) (a + 3) (b – 7) d) (t + 9) (t – 9) e) (3x + 1) (9x² - 3x + 1) f) (x – 4) (x² + 4x + 16) 4a) 8x 4 + 2x³ + 4x + 6 b) -2x 4 + 2x³ - 2x – 8 5a) 15x² - 9x + 6 b) 20x³ - 42x² + 26x - 12 6) – 540x³ ___________________________________________________________________________
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