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Fundamentos de Matemática Elementar II
Karen Cristine Uaska dos Santos Couceiro
Rogério Mazur
Revisão
Maria Eugênia de Carvalho e Silva
Karen Cristine Uaska dos Santos Couceiro
Licenciada em Matemática e pós-graduada em Ensino da Matemática pela Universidade
Tuiuti do Paraná – UTP. Atuou como professora de matemática de séries iniciais, finais
e ensino médio. Atualmente, é professora de matemática das séries finais da Prefeitura
Municipal de Curitiba e professora de Fundamentos de Matemática elementar II e
Geometria analítica da FAEL – Faculdade educacional da Lapa.
Rogério Mazur
Técnico em eletrônica pelo Centro Tecnológico Industrial – CTI. Bacharel em Física pela
Universidade Federal do Paraná – UFPR. Licenciado em Matemática pelo Centro
Universitário Claretiano de Batatais. Especialista em ensino da matemática pela
Pontifícia Universidade Católica do Paraná – PUCPR. Mestre em Física pela
Universidade de São Paulo – USP. Atualmente é professor da Universidade Tuiuti do
Paraná – UTP e da Universidade Tecnológica Federal do Paraná – UTFPR. Tem
experiência na área de Física, atuando principalmente em sistema dinâmico não linear.
Sumário
Introdução ..............................
I – Progressões .................................................
1. Sequências numéricas ........................................
2. Progressões aritméticas ..............................
3. Progressões geométricas ..................................
II - Análise Combinatória .................................
1. Problemas de contagem ...................................
2. Princípio fundamental da contagem ..............................
3. Fatorial .................
4. Arranjos simples .....................................
5. Permutação simples
6. Combinação simples .................................
7. Arranjo com repetição ...................................
8. Permutação com elementos repetidos ........................
9. Números binomiais ......................................
10. Binômio de Newton ....................................
III - Números Complexos .........................................
1. Introdução e histórico .....................................
2. Forma algébrica de um número complexo
3. Plano de Argand-Gauss ....................................
4. O conjunto C
5. Igualdade de números complexos
6. Conjugado de um número complexo
7. Adição e subtração de números complexos na forma algébrica
8. Multiplicação de números complexos na forma algébrica
9. Divisão de números complexos
10. Potências de i
11. Módulo e argumento de um número complexo
12. Forma trigonométrica ou polar dos números complexos
13. Multiplicação e divisão de números complexos na forma trigonométrica
14. Potenciação de números complexos na forma trigonométrica
15. Radiciação de números complexos na forma trigonométrica
IV – Polinômios
1. Definição
2. Grau de um polinômio
3. Valor numérico de um polinômio
4. Polinômio nulo
5. Polinômios idênticos
6. Adição subtração e multiplicação de polinômios
7. Divisão de polinômios
8. Divisão de um polinômio por um binômio de forma ax+b
9. Divisão de um polinômio por um binômio de forma
x
10. Divisão de um polinômio por
))(( xx
11. Dispositivo de Briot-Ruffini
V – Equações polinomiais
1. Definição de equação polinomial
2. Raiz ou zero da equação
3. Teorema fundamental da Álgebra
4. Teorema da decomposição
5. Raízes nulas
6. Raízes complexas
7. Relações de Girard
8. Raízes racionais
Introdução
Ensinar matemática não tem sido uma tarefa fácil. Várias são as causas dessa
dificuldade. Podemos citar a defasagem de conteúdos com que os alunos chegam às séries
finais do ensino fundamental, estendendo esse problema até o ensino médio e até mesmo
ao ensino superior.
Para sanar esse problema, uma estratégia eficaz é o professor planejar suas aulas
utilizando artifícios diferentes para o ensino de um mesmo conteúdo. E essa estratégia
somente é possível quando o professor possui domínio sobre o conteúdo trabalhado,
sabendo planejar, desenvolver e avaliar suas aulas.
Este livro é o resultado de um trabalho coletivo de professores motivados pelo
desejo de produzir uma obra com uma linguagem clara e acessível. Apresenta uma
proposta simples e de fácil compreensão, incentivando o interesse, a leitura e a aquisição
dos conceitos matemáticos.
No desenvolvimento teórico, os conteúdos são explicados por meio de exemplos
comentados que fazem parte do cotidiano dos alunos.
A obra se inicia com o tema Progressões, no qual são estudadas as sequências, as
progressões aritméticas e as progressões geométricas. Esses conteúdos têm grande
importância na vida prática. A vibração das cordas de um instrumento musical, por
exemplo, produz uma frequência que forma uma sequência numérica. Os juros simples
se associam a uma progressão aritmética e os juros compostos a uma progressão
geométrica.
O capítulo II trata da análise combinatória, que é uma área da matemática criada
para o estudo de problemas de contagem, utilizando técnicas para a descrição e contagem
de todos os casos possíveis de um acontecimento. Esses problemas estão ligados,
justamente, às primeiras atividades matemáticas do homem, pela necessidade de contar
objetos de um conjunto, como as ovelhas de um rebanho. A Análise Combinatória, em
outras palavras, analisa dados e tenta quantificá-los para avaliar tendências e tomar
decisões.
Uma importante aplicação da análise combinatória está no desenvolvimento de
nax )(
, o binômio de Newton, que foi definido pelo físico e matemático Isaac Newton.
Esse estudo veio para complementar o estudo dos produtos notáveis. Esse
desenvolvimento seria inviável para grandes expoentes, sem o estudo do binômio de
Newton.
O capítulo III traz os números complexos, que foram desenvolvidos por vários
matemáticos, uma construção que durou quase trezentos anos, devido à necessidade de
calcular raízes quadradas de números negativos. O estudo dos números complexos
permite resolver inúmeras questões no ramo da eletrônica, mecânica, eletricidade,
engenharia aeronáutica, geometria, dentre outros. Uma aplicação indispensável dos
números complexos é na Transformação de Joukowski, que possibilita aos engenheiros
aeronáuticos a realização de estudos sobre aerofólios e suas influências na força de
sustentação das aeronaves.
No capítulo IV e V temos os polinômios e as equações polinomiais,
respectivamente, que são importantes por modelarem grande parte dos problemas do
mundo real. Os polinômios formam um conjunto de conceitos importante tanto na álgebra
quanto na geometria, especialmente no cálculo de valores desconhecidos. Os polinômios
surgiram no século III a.C. com o matemático Arquimedes de Siracusa. Os polinômios
têm uma vasta aplicação nas ciências em geral. Se não houvesse polinômios, muito
provavelmente não poderíamos utilizar CDs, por exemplo. Os polinômios são a base do
código que faz com que os dados, de música ou computador, sejam escritos em CDs, os
códigos corretores de erro, que fazem com que os dados sejam transmitidos corretamente.
Entre os séculos XII e XVI os matemáticos resolviam equações de 3º e 4º graus
utilizando fórmulas de resolução extremamente trabalhosas. Durante aproximadamente
250 anos, os matemáticos tentaram encontrar fórmulas para resolver equaçõesde grau
superior a quatro, sem êxito. Em 1797, Gauss demonstrou que toda equação de grau n
possui n raízes, mas não provou como obter essas raízes. Após anos de estudos, os
matemáticos concluíram que não existem fórmulas para resolver equações de grau
superior a quatro, mas sim métodos. Nos capítulos de equações polinomiais e equações
algébricas, conheceremos alguns métodos criados por matemáticos para resolver algumas
equações de qualquer grau.
Espera-se que o licenciando em matemática conceda uma atenção especial para a
formação dos conceitos matemáticos envolvidos, explorando e problematizando os
conhecimentos adquiridos sob uma perspectiva compreensiva, histórico-cultural,
multidimensional e didático-pedagógica.
Com isso, espera-se que o aluno compreenda a importância de estudar os
conteúdos aqui tratados.
Bons estudos!
Capítulo I
Progressões
Rogério Mazur
1-Sequência numérica
Realizando um levantamento das sedes das Olimpíadas de verão desde 1992 até 2016.
Temos:
Barcelona, Espanha (1992)
Atlanta, Estados Unidos (1996)
Sydney, Austrália (2000)
Atenas, Grécia (2004)
Pequim, China (2008)
Londres, Reino Unido (2012)
Rio de Janeiro, Brasil (2016)
A natureza dessa situação nos mostra a necessidade de ordenação dessas sedes olímpicas,
formando uma sequência ou sucessão das informações.
Podemos encontrar situações que exigem a ordenação de elementos no nosso dia a dia,
como exemplo:
Sequência de chegada dos corredores da maratona de São Silvestre;
Sequência de nomes de candidatos aprovados em um concurso;
Sequência de partida dos ônibus da rodoviária.
Consideremos agora a sequência de números:
(2, 4, 6, 8, 10, 12, …)
Os parênteses representam um conjunto de números colocados em uma certa ordem. Nele,
o primeiro termo é o número 2, o segundo o número 4, o terceiro termo o número 6 e
assim por diante.
Convencionaremos representar o primeiro termo de uma sequência por a1, o segundo
termo por a2, o terceiro termo a3 e assim por diante,
Logo, nesta sequência, temos:
primeiro termo: a1 = 2;
segundo termo: a2 = 4;
terceiro termo: a3 = 6;
quarto termo: a4 = 8;
Para representar o termo da sequência de n elementos usaremos an.
Dessa maneira a sequência de n elementos é escrita da forma:
(a1, a2, a3, a4, a5,…, an)
Se a sequência apresenta um último termo ela é finita, caso contrário ela é dita infinita.
(10, 20, 30, 40, 50, 60) é uma sequência finita.
(15, 20, 25, 30, 35, …) é uma sequência infinita.
1.1 Lei da formação dos elementos de uma sequência
Consideremos a seguinte sequência de números.
(1, 4, 9, 16, 25, 36, …)
a1 = 1
a2 = 4
a3 = 9
a4 = 16
an = n
2
A expressão an = n
2 é chamada de lei de formação dos termos ou termo geral da
sequência, os valores de n são o conjunto dos números naturais não nulos N*. Com ela,
podemos calcular quanquer termo da sequência, por exemplo, o décimo termo é:
a10 = 10
2 = 100.
Exemplos:
1) Determine os seis primeiros termos da sequência definida por
1.2 nan
para n = 1,
2, 3, …:
Resolução:
1.2 nan
311.21 1 an
512.22 2 an
713.23 3 an
914.24 4 an
1115.25 5 an
1316.26 6 an
Logo, a sequência procurada é (3, 5, 7, 9, 11, 13).
2) Uma sequência é formada pela lei de formação
415 nan
. Determine a posição na
sequência do número 19.
Resolução:
Temos a lei de formação:
415 nan
,
19na
e desejamos calcular a posição n.
Substituindo teremos:
41519 n
Isolando n,
n54119
n560
12n
Resposta: a posição do número 19 é
12n
.
3) Considere a sequência numérica definida por
1003 nan
a) Determine os cinco primeiros termos da sequência.
b) Determine a ordem do termo 10.
c) Verifique se o termo 21 pertence à sequência.
Resolução:
a) Vamos determinar os cinco primeiros termos:
A lei de formação dos termos é 1003 nan . Vamos atribuir os valores de n
na equação:
1003 nan
971001.31 1 an
941002.32 2 an
911003.33 3 an
881004.34 4 an
851005.35 5 an
Resposta: os cinco primeiros termos são (97, 94, 91, 88, 85, …)
b) Vamos determinar a ordem do termo 10.
Sabemos: 10na
Queremos determinar n:
Usando a lei da formação
1003 nan
Substituindo os valores de na
100310 n
n310010
n390
30n
Resposta: a ordem do termo 10 é n = 30.
c) Vamos verificar se 21 pertence à sequência.
Usando a lei da formação 1003 nan ,vamos determinar a ordem do termo
21.
Substituindo 21na
100321 n
n310021
n379
3
79
n
333,26n
Resposta: Chegamos a um valor de n que não é um inteiro, logo o número 21 não
pertence à sequência.
1.2 Lei da recorrência
Outra maneira de determinarmos os elementos da sequência é encontrar um termo
qualquer da sequência a partir do termo anterior.
Exemplos:
1) Vamos construir a sequência definida pelas relações:
101 a
21 nn aa
, para todo n ≥ 1
Atribuindo valores para n, temos:
Para n = 1:
122102 22111 aaaa
Para n = 2:
142122 33212 aaaa
Para n = 3:
162142 44313 aaaa
Para n = 4:
182162 55414 aaaa
Notamos que para calcular o termo a2 precisamos do anterior a1. Para calcular o a3,
precisamos do a2 e assim por diante.
A sequência desejada é (12, 14, 16, 18, …)
2) Escreva os cinco primeiros termos da sequência definida por
nn aa
a
3
10
1
1
Resolução:
O primeiro termo é
101 a
Para n = 1, temos o segundo termo:
nn aa 31
naa 311
30)10.(32 a
Para n = 2, temos o terceiro termo:
nn aa 31
212 3aa
90)30.(33 a
Para n = 3, temos o quarto termo:
nn aa 31
313 3aa
270)90.(34 a
Para n = 4, temos o quinto termo:
nn aa 31
414 3aa
810)270.(35 a
A sequência é (
1a
,
2a
,
3a
,
4a
, …)
Resposta: a sequência desejada é (-10, -30, -90, -270, -810, …)
2- Progressões aritméticas (PA)
Considere a seguinte sequência:
(3, 8, 13, 18, 23, …)
Observe que a diferença entre um termo qualquer e o seu antecessor é sempre igual a 5.
8 – 3 = 5;
13 – 8 = 5;
18 – 13 = 5;
23 – 18 = 5;
2.1 Definição
Progressão aritmética é uma sequência numérica em que a diferença entre um termo
qualquer e o seu antecessor é sempre constante.
Essa constante é chamada de razão da progressão aritmética, representada por r.
Na sequência abaixo temos:
(a1, a2, a3, a4, a5,…, an)
12312 ... nn aaaaaar
Exemplos de Progressão Aritmética:
a) (7, 12, 17, 22, 27) é uma PA, de razão 5 e
71 a
b) (6, 6, 6, 6, …) é uma PA, de razão 0 e 𝑎1 = 6 61 a
c) (-20, -10, 0, 10, 20, 30, …) é uma PA, de razão 10 e 𝑎1 = −20 201 a
d) (20, 17, 14, 11, 8, 5, 2, -1, -4, ...) é uma PA, de razão -3 e 𝑎1 = 20 201 a
e)
...,
2
7
,3,
2
5
,2,
2
3
,1
é uma PA, de razão
1
2
e
11 a
2.2 Classificação da progressão aritmética
Considere uma PA e a razão r entre os termos.
I. Quando a razão r > 0, cada termo é maior que seu anterior, então dizemos que a
PA é crescente.
II. Quando a razão r < 0, cada termo é menor que seu anterior, então dizemos que a
PA é decrescente.
III. Quando arazão r = 0, cada termo é igual ao seu anterior, então dizemos que a
PA é constante.
Exemplos:
1) Classifique as progressões aritméticas em crescente, decrescente ou constante,
identificando a razão de cada uma.
a) (-5, -3, 1, 3, 5, …)
b) (4, 4, 4, 4, 4, …)
c) (20, 15, 10, 5, 0, -5, …)
d) (12, 16, 20, 24, 28, …)
Resolução:
Vamos calcular a razão das PA usando a equação
12 aar
a) Na PA (-5, -3, 1, 3, 5, …) temos
51 a
,
32 a
253)5(312 aar
Temos 0r , logo a PA é crescente.
b) Na PA (4, 4, 4, 4, 4, …) temos
41 a
,
42 a
04412 aar
Temos 0r , logo a PA é constante.
c) Na PA (20, 15, 10, 5, 0, -5, …) temos
201 a
,
152 a
5201512 aar
Temos 0r , logo a PA é decrescente.
e) Na PA (12, 16, 20, 24, 28, …) temos
121 a
,
162 a
4121612 aar
Temos 0r , logo a PA é crescente.
2.3 - Termo geral da Progressão Aritmética
A representação matemática para os seguintes termos da PA é:
raa 12
raraa 2123
raraa 3134
raraa 4145
Podemos observar que o termo
na
, que ocupa a n-ésima posição na sequência, é dado
por:
rnaan ).1(1
Essa expressão é conhecida como a fórmula do termo geral de uma PA e permite calcular
qualquer termo da sequência, a partir de a1 e r, sem precisar determinar todos os termos.
Por exemplo:
raa 14115
raa .19120
raa .991100
Exemplos:
1) Determine o 15° termo da sequência (6, 11, 16, 21, 26,…):
Resolução:
O primeiro termo da sequência é
61 a
Razão
561112 aar
Para o 15° termo
15n
Utilizando a fórmula do termo geral temos:
rnaan ).1(1
5).115(615 a
7615 a
Resposta: o 15° termo da sequência é 76.
2) Determine a PA cujo décimo termo é 28 e o sexto termo é 16.
Resolução:
Sabemos
2810 a e 166 a
Utilizando a fórmula do termo geral temos:
rnaan ).1(1
raa ).110(110
ra .928 1
raa ).16(16
ra .516 1
Temos o sistema:
ra
ra
.516
.928
1
1
Resolvendo o sistema, chegamos a 𝑟 = 3 𝑒 𝑎1 = 1
Logo a sequência é: (1, 4, 7, 10, 13, 16, 19, 22, 25, 28, …)
3) Quantos múltiplos de 5 existem entre 23 e 351?
Resolução:
Sabemos que o primeiro múltiplo de cinco maior que 23 é 25 , logo
251 a
O último múltiplo de cinco menor que 351 é 350, logo
350na
Queremos determinar o número de termos n, e sabemos que a razão é cinco.
Utilizando o termo geral da PA:
rnaan ).1(1
5).1(25350 n
Resolvendo a equação chegamos a n=66 termos, logo, existem 66 múltiplos de cinco
entre 23 e351.
4) Determine a PA em que 3663 aa e
3071 aa
Resolução:
Utilizando o termo geral da PA:
rnaan ).1(1
raa ).13(13
raa .213
raa ).15(15
raa .415
raa ).16(16
raa .516
Substituindo 𝑎3 e 𝑎5 temos:
3663 aa
36.5.2 11 rara
36.72 1 ra
Substituindo 𝑎1 e 𝑎7 temos:
3071 aa
30.611 raa
30.62 1 ra
Chegamos ao sistema:
30.62
36.72
1
1
ra
ra
Resolvendo o sistema, temos
6r
e
31 a
Logo, a PA desejada é:
(-3,3,9,15,21,27,33,39,…)
5) Milena decidiu que irá caminhar todos os dias e, a cada semana, vai caminhar 500
metros a mais por dia do que na caminhada da semana anterior. Sabendo que na primeira
semana ela andou 1500 metros por dia, quanto ela vai caminhar por dia na décima
semana?
Resolução:
Toda semana ela anda 500 metros a mais, a razão da PA é r = 500.
Na primeira semana ela andou 1500 metros logo,
15001 a
Queremos saber quanto ela andou na décima semana então n = 10.
Utilizando o termo geral da PA:
rnaan ).1(1
Substituindo os valores conhecidos temos:
500).110(150010 a
5009150010 a
4500150010 a
600010 a
Portanto, na décima semana, Milena vai caminhar 6000 metros por dia.
2.4 - Soma dos n primeiros termos de uma PA
O alemão Karl Friedrich Gauss (1777 – 1855) foi um dos grandes matemáticos de
todos os tempos, fez contribuições nos campos da matemática, física e filosofia. Gauss
sempre teve muita facilidade com matemática. Conta-se que, aos 10 anos, ele tinha um
professor que não aceitava conversas paralelas e brincadeiras em sala de aula. Um dia o
professor decidiu dar-lhes uma atividade que deveria envolvê-los por algum tempo sem
perturbá-lo. O professor pediu aos seus alunos para somar todos os números de 1 a 100,
sabendo que a atividade tomaria um longo tempo dos alunos para realização dos cálculos.
Em poucos minutos, Gauss concluiu a atividade, chegando à resposta de 5050. O
professor conferiu o resultado e chegou a conclusão de que estava correto. O que Gauss
tinha percebido é que existia um padrão que se repetia na soma. Se somarmos o primeiro
termo com o último resulta em 101 e se somarmos o segundo com o penúltimo também
resulta em 101, e assim sucessivamente.
1011001 aa
101992 aa
101983 aa
…
101298 aa
1011100 aa
Notamos que a primeira dessas igualdades é igual à última, ou seja, cada igualdade
aparece duas vezes. Assim, a soma dos cem primeiros termos dessa sequência pode ser
dada por:
1011002 S
5050
2
101100
S
Notamos que 100 é o numero de termos e 101 é a soma do primeiro termo com o
último.
Generalizando para uma PA de n termos, temos:
n
aa
S nn .
2
)( 1
Equação da soma de n termos da PA.
Exemplos:
1) Determine a soma dos 10 primeiros termos da PA. (2, 4, 6, 8, …)
Resolução:
Temos:
Primeiro termo
21 a
Razão
2r
10n
Calculando o décimo termo, temos:
rnaan ).1(1
2).110(210 a
2010 a
Utilizando a equação da soma dos termos:
n
aa
S n .
2
)( 1
10.
2
)202(
10
S
11010 S
Portanto, a soma dos 10 primeiros termos da PA é 110.
2) Determine o valor de x na equação:
1 + 3 + 5 + … + x = 100
Notamos que a soma dos termos é 𝑆𝑛 = 100
100nS
Os termos formam uma PA. Onde o primeiro termo é
11 a
,
xan
e a razão é r = 2.
Calculando o número de termos na PA.
rnaan ).1(1
2).1(1 nx
12 nx
2
1
x
n
Usando a equação da soma dos termos da PA:
n
aa
S n .
2
)( 1
n
x
.
2
)1(
100
nx).1(200
Substituindo n encontrado anteriormente
2
1
).1(200
x
x
Aplicando a propriedade distributiva:
2)1(400 x
Efetuando e isolando x:
2119 xoux
Observamos, na sequência dada, que x é um número positivo. Portanto, o valor de x na
equação é 19.
3) Em uma indústria de automóveis, a produção mensal é de 300 carros, mas a nova meta
é produzir 40 carros a mais do que o mês anterior. Nessas condições, qual será a produção
de automóveis daqui a um ano?
Resolução:
No primeiro mês temos a produção de
1a
=300 automóveis e a razão é r=40. Em um ano
serão 12 meses, n=12. Desejamos calcular a quantidade de automóveis produzidos nesses
12 meses ou seja, a soma da produção dos 12 meses, 12S .
Calculando a produção no 12º mês
12a
Usando o fórmula do termo geral:
rnaan ).1(1
Substituindo os termos conhecidos:
raa ).112(112
40).11(30012 a
44030012 a
74012 a
Calculando a soma dos 12 meses
12S
Usando a equação da soma da PA:
naa
S nn .
2
)( 1
Substituindo n = 12:
12.
2
)( 121
12
aa
S
Substituindo
74012 a
e
1a
= 300
12.
2
)740300(
12
S
12S
6240
Resposta: a produção em um ano será de 6240 automóveis.
3) Calcular a soma dos 60 primeiros termos de uma PA em que
1a
= -30 e r = 4.
Resolução:
Usando o fórmula do termo geral para achar qual é o termor de ordem 60, n = 60:
rnaan ).1(1
raa ).160(160
raa ).59(160
Substituindo os termos conhecidos:
4).59(3060 a
2363060 a
20660 a
Usando a equação da soma da PA:
n
aa
S nn .
2
)( 1
Substituindo
1a
=-30 e
20660 a
n
aa
S nn .
2
)( 1
60.
2
)20630(
60
S
528060 S
Resposta: A soma dos 60 primeiros termos da PA é 5280.
3 - Progressões Geométricas (PG)
Considere a seguinte sequência numérica:
(1, 2, 4, 8, 16, 32, ...)
Notamos que existe um padrão entre os termos da sequência e cada termo é sempre o
dobro do anterior.
3.1 Definição
Progressão Geométrica é a sequência de números em que cada termo é igual ao produto
do termo anterior por uma constante. Essa constante é chamada de razão da progressão
geométrica, indicada pela letra q.
Exemplos:
a) (5, 15, 45, 135, ...) é uma PG de razão q = 3
b) (2, -8, 32, -128, 512, ...) é uma PG de razão q = -4
c) (25, 5, 1,
5
1
,
25
1
, ...) é uma PG de razão
5
1
q
d) (3, 30, 300, 3000, 30000, ...) é uma PG de razão q = 10
e) (6, 6, 6, 6, 6, ...) é uma PG de razão q = 1
Na sequência:
(a1, a2, a3, a4, a5,…, an)
Para descobrirmos a razão q fazemos:
13
4
2
3
1
2 ...
n
n
a
a
a
a
a
a
a
a
q
Podemos classificar as progressões geométricas como:
a) Crescente: cada termo da sequência é maior que seu antecessor. Pode-se ter os
seguintes casos:
I.
01 a
e q > 0
Exemplo: (2, 6, 18, 54, ...)
1a
= 2 e q = 3
II.
01 a
e 0 < q < 0
Exemplo: (-2, -1,
2
1
,
4
1
, ...)
1a
= -2,
2
1
q
b) Decrescente: cada termo da sequência é menor que seu antecessor. Pode-se ter os
seguintes casos:
I.
01 a
e 0 < q < 1
Exemplo: (20, 10, 5,
2
5
,
4
5
, ...)
1a
= 20 e
2
1
q
II.
01 a
e q > 1
Exemplo: (-5, -10, -20, -40, -80, ...)
1a
= -5 e q = 2
c) Constante: cada termo da sequência é igual ao seu antecessor. Pode-se ter os
seguintes casos:
I. q = 1
Exemplo: (3, 3, 3, 3, 3, ...)
1a
= 3 e q = 1
II. 𝑞 = 0
Exemplo: (0, 0, 0, 0, 0, ...)
1a
= 0 e q = 0
d) Alternada: cada termo da sequência é alternadamente positivo e negativo.
Nesse caso, q < 0.
Exemplo: (3, -6, 12, -24, 48, ...)
1a
= 3 e q = -2
e) Estacionária: cada termo da sequência a partir do segundo resulta no mesmo valor.
Exemplo: (8, 0, 0, 0, 0, ...)
1a
= 8 e q = 0
Exemplo:
Classifique as progressões geométricas a seguir, como crescente, decrescente, constante,
alternada ou estacionária:
a) (1, 4, 16, 32, …)
b) (8, 4, 21, …)
c) (5, -5, 5, -5, …)
Resolução:
Para determinarmos as classificações devemos calcular a razão q e o primeiro termo
1a
.
a) Para a sequência (1, 4, 16, 64, …) temos
11 a
e
42 a
Podemos calcular a razão pela expressão
13
4
2
3
1
2 ...
n
n
a
a
a
a
a
a
a
a
q
4
1
4
q
Temos
0q
e
01 a
, a PG é crescente.
b) Para a sequência (8, 4, 2, 1, …) temos
81 a
e
42 a
Calculando a razão:
2
1
8
4
1
2
a
a
q
Temos 0 < q < 1 e
01 a
, a PG é decrescente.
c) Para a sequência c) (5, -5, 5, -5, …) temos
51 a
e
52 a
Podemos calcular a razão pela expressão
1
5
5
1
2
a
a
q
Temos
1q
,
01 a
, a PG é alternada.
3.2 Termo geral da PG
O temo geral da progressão geométrica vai permitir encontrar qualquer termo de uma
sequência conhecendo o primeiro termo
1a
e a razão q da PG.
Seja uma progressão geométrica de n elementos escritos na forma:
(a1, a2, a3, a4, a5, …, an)
qaa .12
2
13123 .)..(. qaaqqaqaa
3
14
2
134 .)..(. qaaqqaqaa
4
15
3
145 .)..(. qaaqqaqaa
….
1
11 ..
n
nnn qaaqaa
De modo geral o termo
na
que ocupa a n-ésima posição da sequência é representado por:
1
1.
nn qaa
A equação é conhecida como termo geral da PG
Exemplos:
1) Determine o décimo termo da sequência (2, 4, 8, 16, …).
Resolução:
Sabemos que o primeiro termo é
1a
=2, n=10 e a razão é:
2
2
4
1
2
a
a
q
Usando o termo geral da PG
1
1.
nn qaa
Substituindo n = 10 na equação:
110
110 .
qaa
9
110 .qaa
Substituindo o
1a
e q temos:
9
10 2.2a
10
10 2a
102410 a
O décimo termo é 1024.
2) Em uma progressão geométrica o nono termo é 768 e o quinto termo é 48. Determine
o terceiro termo da sequência.
Resolução:
Sabemos que o nono termo é
7689 a
, e o quinto termo é
485 a
. Usando o termo geral
da PG:
1
1.
nn qaa
Para o nono termo: n = 9
19
19 .
qaa
8
19 .qaa
Mas
7689 a
8
1.768 qa
Para o quinto termo: n = 5
15
15 .
qaa
4
15 .qaa
Mas
485 a
4
1.48 qa
Temos o sistema:
4
1
8
1
.48
.768
qa
qa
Dividindo a primeira equação pela segunda:
4
1
8
1
.
.
48
768
qa
qa
416 q
442 q
q=2.
Vamos calcular o primeiro termo
1a
. Utilizando a segunda equação do sistema, e
substituindo o valor da razão, temos:
4
1.48 qa
4
1 2.48 a
16.48 1a
31 a
Para determinar o terceiro termo
3a
da sequência, temos n = 3.
1
1.
nn qaa
13
13 .
qaa
2
13 .qaa
31 a
e q=2
2
3 2.3a
123 a
Resposta: O terceiro termo da PG é 12.
3.3 Fórmula da soma dos n primeiros termos de uma PG
Seja uma progressão geométrica de n elementos, escritos na forma:
(a1, a2, a3, a4, a5,…, an)
A soma dos n primeiros termos é dada por:
nnn aaaaaaS 14321 ...
Substituindo
qaa .12
,
2
13 .qaa
,
3
14 .qaa
, …,
1
1.
nn qaa
temos:
1
1
3
1
2
111 .......
nn qaqaqaqaaS
(1)
Multiplicando a equação 1 pela razão q.
qqaqaqaqaaqS nn )........(.
1
1
3
1
2
111
Distribuindo q
qqaqqaqqaqqaqaqS nn
1
1
3
1
2
111 ............
Simplificando:
n
n qaqaqaqaqaqS ......... 1
4
1
3
1
2
11
(2)
Subtraindo a equação 2 da equação 1, teremos:
).......(......... 11
3
1
2
1111
4
1
3
1
2
11
nnnn qaqaqaqaaqaqaqaqaqaSqS
1
1
3
1
2
111
4
1
3
1
2
11 ..............)1.(
nn qaqaqaqaaqaqaqaqaqS
11.)1.( aqaqS
n
n
Multiplicando por (-1) e equação acima:
n
n qaaqS .)1.( 11
Isolando
nS
q
qa
S
n
n
1
)1(1
Essa é a fórmula da soma dos n primeiros termos de uma PG.
Exemplo:
Sendo a progressão geométrica dada por (1,3,9,27,…), quantos termos devem ser
somadospara que a soma resulte em 29 524?
Resolução:
Sabemos que
1a
=1 e
2a
=3. Vamos determinar a razão q:
3
1
3
1
2
a
a
q
Devemos calcular o número de termos n, usando a fórmula da soma dos n primeiros
termos de uma PG. Temos que a soma é
nS
= 29524
q
qa
S
n
n
1
)1(1
Substituindo os termos conhecidos
31
)31(1
29524
n
2
31
29524
n
n31)2.(29524
n3159048
n3159048
n359049
590493 n
Fatorando o número 59049 chegamos:
1033 n
Logo temos:
10n
Concluímos que n=10, ou seja, a soma dos dez primeiros termos da sequência resulta em
29.524.
3.4 Soma dos termos de uma PG infinita
Seja uma progressão geométrica infinita (a1, a2, a3, a4, a5,…). A soma de seus termos é
chamada de série geométrica, e podemos classificar a progressão geométrica em relação
à razão q, como :
Convergente , quando1-<q<0, resultando a soma em uma constante numérica.
Divergente, quando q≤-1 ou q≥1. À medida em que n aumenta, a soma dos termos
também aumenta, isto é, diverge.
Vamos considerar o caso em que a soma é convergente, calculando o limite da soma
quando n tende ao infinito.
Considerando S a soma infinita, temos:
q
qa
SS
n
nnn
1
)1(
limlim 1
Quando n tende a um valor muito grande, o termo da expressão
0nq
, para-1<q<1,
logo:
q
a
S
1
)01(1
q
a
S
1
1
Esta é a equação da soma de uma PG infinita convergente
Exemplos:
1) Determine a soma infinita da seguinte sequência (4, 2, 1,
2
1
,
4
1
, …)
Resolução:
Sabemos que o primeiro termo é
41 a
A razão é
2
1
4
2
1
2
a
a
q
Utilizando a formula da soma infinita:
q
a
S
1
1
Substituindo os valos conhecidos:
8
2
1
1
4
S
A soma infinita da progressão geométrica é 8.
2) Determine o valor de variável x na expressão a seguir:
12...
64164
432
xxx
x
Resolução:
O primeiro termo é
xa 1
e o segundo é
4
2
2
x
a
A razão é:
4
4
2
1
2 x
x
x
a
a
q
Utilizando soma dos termos de uma PG infinita
q
a
S
1
1
Substituindo os valores S=12 e
4
x
q
, temos:
4
1
12
x
x
4
4
12
x
x
x
x
4
4
.12
xx 4.3
xx 312
x412
3x
Resposta: Para que a soma dos termos da PG seja 12, o valor de x é 3.
3) Obtenha a fração geratriz da dizima periódica 0,44444…
Resolução:
A soma dos termos é
X=0,44444…
Podemos escrever x na forma:
X=0,4+0,04+0,004+0,0004+0,00004+…
O primeiro termo é
4,01 a
o segundo termo é
04,02 a
Calculando a razão q:
1,0
4,0
04,0
1
2
a
a
q
Utilizando a formula da soma infinita da PG:
q
a
S
1
1
Substituindo
1a
e q:
1,01
4,0
S
9
4
9,0
4,0
S
Resposta: a fração geratriz é
9
4
Capítulo II
Análise Combinatória
Karen Cristine Uaska dos Santos Couceiro
Neste capítulo, estudaremos uma área da Matemática que trata dos problemas de
contagem, ou seja, que analisa dados e tenta quantificá-los para avaliar tendências e tomar
decisões: a Análise Combinatória.
Vejamos algumas situações:
- Objetivando aumentar o número de linhas telefônicas, em alguns estados brasileiros os
números de telefones celulares passaram de oito para nove algarismos. Quantas linhas
telefônicas serão criadas a mais com essa alteração?
- No Brasil, as placas dos automóveis são compostas por três letras e quatro algarismos.
Qual o número máximo de possibilidades para as placas com essa formatação?
- De quantas maneiras podemos escolher os seis números da loteria chamada Mega-Sena,
onde dispomos de uma cartela com números em sequência de 01 a 60?
Situações como as apresentadas acima, permitem o estudo do tamanho de uma
rede telefônica, da frota de automóveis em determinada região e da quantidade de opções
em um jogo de loteria.
O estudo da Análise Combinatória permitirá resolver essas e outras situações em
diferentes métodos de resoluções.
1. Problemas de contagem
Vamos estudar, aqui, algumas técnicas para a descrição e contagem de todos os
casos possíveis de um acontecimento.
Observamos a seguinte situação:
Para a eleição do Grêmio Estudantil de uma escola, há dois alunos candidatos a
presidente e três alunos candidatos a vice-presidente. Sabendo que as escolhas de
presidente e vice-presidente são independentes, quais os possíveis resultados dessa
eleição?
Candidatos a presidente
Beatriz
Artur
Candidatos a vice-presidente
Everton
Denise
Cláudio
Uma maneira de analisar essa situação é construindo a árvore das possibilidades,
representando os possíveis agrupamentos, ou seja, os resultados:
Presidente Vice-presidente Resultados possíveis
Cláudio Artur e Cláudio
Artur Denise Artur e Denise 6
Everton Artur e Everton
resultados
possíveis
Cláudio Beatriz e Cláudio
Beatriz Denise Beatriz e Denise
Everton Beatriz e Everton
Outro recurso que pode ser utilizado é a construção de uma tabela de dupla
entrada:
Presidente
Vice-presidente
Cláudio Denise Everton
Artur Artur e Cláudio Artur e Denise Artur e Everton
Beatriz Beatriz e Cláudio Beatriz e Denise Beatriz e Everton
Conclui-se que é possível obter 6 resultados diferentes: Artur e Cláudio, Artur e Denise,
Artur e Everton, Beatriz e Cláudio, Beatriz e Denise, Beatriz e Everton.
Vejamos agora, outros exemplos de problemas de contagem:
1) Júlio dispõem de quatro camisetas, nas cores amarela (a), branca (b), cinza (c) e
vermelha (v) e de três calças, nas cores azul (A), preta (P) e marrom (M). De quantas
maneiras diferentes Júlio pode se vestir usando uma camiseta e uma calça?
Resolução:
Construindo a árvore das possibilidades temos:
Camisetas Calças Resultados possíveis
A aA
a P aP
M aM
A bA
b P bP
M bM
12 resultados
A cA possíveis
c P cP
M cM
A vA
v P vP
M vM
Construindo a tabela:
Camisetas
Calças
Azul (A) Preta (P) Marrom (M)
Amarela (a) aA aP aM
Branca (b) bA bP bM
Cinza (c) cA cP cM
Vermelha (v) vA vP vM
Também verificamos que há
1234
maneiras diferentes de Júlio se vestir.
2) Quantos números de três algarismos distintos podemos formar com os algarismos 5, 7
e 8? Quais são eles?
Resolução:
Observe que os números devem possuir algarismos distintos, isto é, diferentes. Logo,
números como 557 ou 788 não podem ser considerados.
Podemos resolver este exercício escrevendo todos os números possíveis:
578 758 857
587 785 875
Temos seis resultados possíveis.
Ou construindo a árvore das possibilidades:
Algarismo Algarismo Algarismo Números
das centenas das dezenas das unidades formados
5 7 8 578
8 7 587
75 8 758 6
resultados
8 5 785
possíveis
8 5 7 857
7 5 875
Concluímos que podemos escrever 6 números distintos: 578, 587, 758, 785, 857 e 875.
3) Lançando-se simultaneamente dois dados comuns, um vermelho e outro preto e
considerando os números que poderão sair na face superior:
a) Quais são os resultados possíveis? Quantos são?
b) Quais são as somas possíveis? Quantas são?
Resolução:
Neste caso é mais conveniente a construção de uma tabela, veja:
Dado
vermelho
Dado preto
Face 1 Face 2 Face 3 Face 4 Face 5 Face 6
Face 1 1 e 1 1 e 2 1 e 3 1 e 4 1 e 5 1 e 6
Face 2 2 e 1 2 e 2 2 e 3 2 e 4 2 e 5 2 e 6
Face 3 3 e 1 3 e 2 3 e 3 3 e 4 3 e 5 3 e 6
Face 4 4 e 1 4 e 2 4 e 3 4 e 4 4 e 5 4 e 6
Face 5 5 e 1 5 e 2 5 e 3 5 e 4 5 e 5 5 e 6
Face 6 6 e 1 6 e 2 6 e 3 6 e 4 6 e 5 6 e 6
a) Verificamos, conforme a tabela, que há
3666
resultados possíveis.
b) Considerando que o menor número que pode sair na face superior do dado vermelho é
1 e na face superior do dado preto também é 1, concluímos que a menor soma possível é
2 (1+1). De maneira análoga, a maior soma possível é 12 (6+6).
Portanto, há 11 somas possíveis das faces superiores de dois dados lançados
simultaneamente: 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 e 12.
2. Princípio fundamental da contagem
Nos exemplos anteriores, utilizamos diferentes maneiras para descrever todas as
possibilidades da ocorrência de um evento: árvore das possibilidades, tabela de dupla
entrada ou simplesmente escrevendo os resultados possíveis. Veremos agora, com o
princípio fundamental da contagem ou princípio multiplicativo, essa mesma
quantidade de possibilidades sem a necessidade de descrevê-las.
Se um evento ocorrer por diversas etapas sucessivas e independentes, de tal modo
que:
C D U
p1 é a quantidade de possibilidades da 1ª etapa
p2 é a quantidade de possibilidades da 2ª etapa
.
.
.
pn é a quantidade de possibilidades da n-ésima etapa, então p1 p2 ... pn é a
quantidade total de possibilidades de o evento ocorrer.
Vamos retornar ao exemplo 1 dos problemas de contagem: “Júlio dispõem de
quatro camisetas, nas cores amarela (a), branca (b), cinza (c) e vermelha (v) e de três
calças, nas cores azul (A), preta (P) e marrom (M). De quantas maneiras diferentes Júlio
pode se vestir usando uma camiseta e uma calça?”
Aplicando o princípio multiplicativo, concluímos prontamente que Júlio possui
12 maneiras diferentes de se vestir, porque poderia escolher qualquer uma das quatro
camisetas e combinar, com cada camiseta escolhida, qualquer uma das três calças
1234
.
Exemplos:
1) Com os algarismos 1, 2, 3, 4, e 5:
a) Quantos números de 3 algarismos podemos formar?
Resolução:
Um número de três algarismos possui a forma e o algarismo da casa
das centenas não pode ser zero. Como o zero não é um dos algarismos citados neste
exemplo, podemos escolher qualquer um desses cinco algarismos para a casa das
centenas, cinco para a casa das dezenas e cinco para a casa das unidades. Usando o
princípio multiplicativo concluímos que:
Podemos formar
125555
números de três algarismos utilizando os algarismos 1, 2,
3, 4, e 5.
b) Quantos números de 3 algarismos distintos podemos formar?
Resolução:
UM C D U
Para formar números com algarismos distintos, sem repetição de algarismos, verificamos
a quantidade de possibilidades para a primeira opção e o algarismo escolhido não poderá
ser utilizado nas demais casas. Ou seja:
cinco quatro três
opções opções opções
1 1 1
2 2 2
3 3 3
4 4 4
5 5 5
Havia cinco opções para a casa das centenas (1, 2, 3, 4 e 5) e, supondo que
escolhemos o algarismo 4, agora não podemos escolher este algarismo para as demais
casas. Restam quatro opções para a casa das dezenas (1, 2, 3, e 5). Se escolhermos, por
exemplo, o algarismo 2 para a casa das dezenas, restará três opções para a casa das
unidades (1, 3 e 5).
Usando o princípio multiplicativo, podemos formar
60345
números distintos.
2) Com os algarismos 0, 2, 4, 6 e 8:
a) Quantos números de 4 algarismos podemos formar?
Resolução:
Um número com quatro algarismos possui a forma e o primeiro
algarismo não pode ser zero, pois formaria um número de três algarismos.
quatro cinco cinco cinco
opções opções opções opções
DM UM C D U
2 0 0 0
4 2 2 2
6 4 4 4
8 6 6 6
8 8 8
Temos quatro opções para a casa das unidades de milhar (2, 4, 6 e 8), cinco opções
para a casa das centenas (0, 2, 4, 6, e 8), cinco opções para a casa das dezenas (0, 2, 4, 6,
e 8) e cinco opções para a casa das unidades (0, 2, 4, 6 e 8).
Usando o princípio multiplicativo, podemos formar
5005554
números de
quatro algarismos utilizando 0, 2, 4, 6 e 8.
b) Quantos números de 5 algarismos distintos podemos formar?
Resolução:
Um número com cinco algarismos possui a forma e o
primeiro algarismo não pode ser zero. Como queremos números distintos, não pode haver
repetição de algarismos. Temos a seguinte situação:
quatro quatro três duas uma
opções opções opções opções opção
2 0 0 0 0
4 2 2 2 2
6 4 4 4 4
8 6 6 6 6
8 8 8 8
Na casa das dezenas de milhar temos quatro opções (2, 4, 6 e 8). Caso a opção
seja pelo algarismo 4, este não poderá mais ser escolhido para as outras casas. Na casa
das unidades de milhar há quatro opções (0, 2, 6 e 8). Supondo que o algarismo 6 tenha
sido o escolhido, restaram três opções para a casa das centenas (0, 2 e 8), onde escolhemos
o algarismo 2. Na casa das dezenas há duas opções (0 e 8), onde escolhemos o algarismo
0. Restou somente uma opção para a casa das unidades (8).
Utilizando o princípio multiplicativo
9612344
, concluímos que podemos
formar 96 números de cinco algarismos distintos.
3) No Brasil, as placas dos automóveis são compostas por três letras e quatro algarismos.
Qual o número máximo de possibilidades para as placas com essa formatação? (Considere
26 letras, supondo que não há nenhuma restrição.)
Resolução:
26 26 26 10 10 10 10
opções opções opções opções opções opções opções
A A A 0 0 0 0
aa a a a a a
Z Z Z 9 9 9 9
Considerando que não há nenhuma restrição para a formação das placas, temos 26
opções para cada uma das três posições ocupadas por letras (A a Z) e 10 opções para cada
uma das quatro posições ocupadas por algarismos (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 e 9).
Utilizando o princípio multiplicativo
00076017510101010262626
,
concluímos que é possível formar 175 760 000 placas de automóveis com essa
formatação.
4) Para emplacar carros novos, cada estado brasileiro possui uma sequência de letras e
números definidos. No estado do Paraná, por exemplo, as placas definidas vão da série
inicial AAA-0001 até a série final BEZ-9999. Sabendo que dentre os quatro algarismos
ao menos um deles deve ser diferente de zero, qual o número máximo de possibilidades
para as placas no estado do Paraná?
Resolução:
Na formatação das placas podemos utilizar as 26 letras do alfabeto e os 10 algarismos (de
0 a 9). Para as placas do Paraná elas podem ser do tipo A __ __ - __ __ __ __ ou
B __ __ - __ __ __ __.
(I) Opções de placas iniciando com a letra A:
1 26 26 10 10 10 10
opção opções opções opções opções opções opções
A A A 0 0 0 0
a a a a a a
Z Z 9 9 9 9
Usando o princípio multiplicativo, temos
00076061010101026261
.
Como não podemos ter as placas com quatro algarismos zero, como AAA-0000,
AAB-0000, ... , AAZ-000, ABA-0000, ... , AZZ-0000, retiramos
6762626
possibilidades.
Assim, temos
32475966760007606
placas iniciando com A.
(II) Opções de placas iniciando com a letra B:
1 5 26 10 10 10 10
opção opções opções opções opções opções opções
B A A 0 0 0 0
a a a a a a
E Z 9 9 9 9
Usando o princípio multiplicativo, temos:
R1
R2
R3
R4
r1
r2
r3
0003001101010102651
Como ao menos um algarismo deve ser diferente de zero, retiramos as
possibilidades de placas terminadas em 0000, que totalizam
130265
placas.
Assim, temos
87029911300003001
placas iniciadas com a letra B.
Somando (I) e (II), concluímos que há
194059887029913247596
placas
possíveis para o estado do Paraná.
5) Existem 4 ruas ligando os bairros A e B e 3 ruas ligando os bairros B e C. De quantos
modos diferentes é possível ir do bairro A até o bairro C, passando por B?
Resolução:
Esquematicamente, temos:
A B C
Fixando uma das ruas que ligam A e B e variando as ruas que ligam B e C, visualizamos
que há 12 modos diferentes de ir do bairro A até o bairro C, passando por B:
r1
R1 r2
r3
r1
R2 r2
r3
r1
R3 r2
r3
r1
R4 r2
r3
Pelo princípio multiplicativo também verificamos as doze possibilidades:
1234
Logo, há 12 modos diferentes de ir do bairro A até o bairro C, passando pelo bairro B.
6) Quantos anagramas da palavra FAEL:
a) Começam com L?
b) Não terminam com consoantes?
Resolução:
a) Anagramas são as alterações possíveis na sequência de letras de uma palavra. Que
começam com L, podemos ter LFAE, LFEA, dentre outras. Esquematicamente, temos:
uma três duas uma
opção opções opções opção
L F F F
A A A
E E E
L L L
Pelo princípio multiplicativo, temos
61231
anagramas que começam com a letra L.
b) Para determinar os anagramas que não terminam com consoantes, temos duas opções
para última letra (A ou E).
uma duas três duas
opção opções opções opções
F F F A
A A A E
E E E
L L L
Aplicando o princípio multiplicativo, concluímos que há
122321
anagramas da palavra FAEL que não terminam com consoantes.
3. Fatorial
Nos problemas de análise combinatória, é comum aparecer multiplicações cujos
fatores são números naturais consecutivos, como:
4.3.2.1
5.4.3.2.1
6.5.4.3.2.1
Para facilitar essa escrita, utilizamos um símbolo chamado fatorial, representado
por ! (um ponto de exclamação).
Define-se fatorial por:
“Seja n um número inteiro maior que 1, n fatorial ou fatorial de n é o produto dos
n números naturais consecutivos de n a 1. Indica-se n!.”
n! (Lê-se: n fatorial ou fatorial de n)
,123...)3()2()1(! nnnnn
sendo
Nn
e
1n
ou
)!1(! nnn
Exemplos:
212!2
6123!3
241234!4
12012345!5
720123456!6
Note que a propriedade
)!1(! nnn
deve ser conservada em todos os casos.
Sendo assim:
(I) Para
2n
:
!11
)2(!1212
)!12(2!2
)!1(!
pormembrososambosdividindo
nnn
1! = 1
(II) Para
1n
:
!01!1
)!11(1!1
)!1(!
nnn
Para que essa igualdade seja verdadeira, define-se
1!0
.
Exemplos:
1) Calcule o valor de:
a)
!3!5
!7
Resolução:
40
126
5040
12312345
1234567
!3!5
!7
b)
!5!6
!6!8
Resolução:
5
342
5
6336
)16(!5
)6678(!5
!5)!56(
)!56()!5678(
!5!6
!6!8
2) Simplifique a expressão
)!1(
)!2(
n
n
:
Resolução:
2
)!1(
)!1()2(
)!1(
)!2(
n
n
nn
n
n
3) Resolva a equação
)!2(15)!3()!4( yyy
.
Resolução:
0
)1,!(8
0
0)8(
08
1531243
15)3()3()4(
:0)!2(
)!2(15)3()3()4()!2(
)!2(15)!2()3()!2()3()4(
)!2(15)!3()!4(
2
1
2
2
S
neNnnempoissatisfaznãoy
y
yy
yy
yyyy
yyyypormembrososambosDividindo
yyyyy
yyyyyy
yyy
4) Resolva a equação
24)!3( n
.
Resolução:
7
7
43
!4)!3(
1234)!3(
24)!3(
S
n
n
n
n
n
4. Arranjos simples
Começaremos a estudar problemas de contagem onde há a necessidade de
organizar ou agrupar os elementos de um conjunto.
Vamos considerar os seguintes exemplos:
a) Com os algarismos 3, 5, 7 e 8, vamos formar todos os números possíveis de dois
algarismos distintos:
Resolução:
Como os algarismos devem ser distintos, vamos construir a árvore das possibilidades:
Primeira posição Segunda posição Números formados
5 35
3 7 37
8 38
3 53
5 7 57
8 58 12 números
formados
3 73
7 5 75
8 78
3 83
8 5 85
7 87
Neste exemplo, 4 elementos foram agrupados de 2 em 2, ou tomados 2 a 2.
Observamos que os números formados diferem entre si pela posição que ocupam:
35 e 53, por exemplo. Isto é, a ordem dos elementos interfere nos números formados.
Cada número obtido dessa maneira é denominado arranjo simples dos 4
elementos tomados 2 a 2.
Indicamos esses arranjos por
2,4A
ou
2
4A
.
b) Cinco alunos, Júlia, Marcos, Davi, Luana e Eduardo disputam votos para
representantes de turma, onde o primeiro colocado será eleito para representante e o
segundo colocado será eleito para suplente de turma. Sabendo que as escolhas de
representante e suplente são independentes, quais são as possibilidades para os dois
primeiros lugares?
Resolução:
Construindo a árvore de possibilidades, temos:
Representante Suplente Resultados possíveis
(Representante / Suplente)
Marcos Júlia / Marcos
Júlia Davi Júlia / Davi
Luana Júlia / Luana
Eduardo Júlia / Eduardo
Júlia Marcos / Júlia
Marcos Davi Marcos / Davi
Luana Marcos / Luana
Eduardo Marcos / Eduardo
Júlia Davi / Júlia
Davi Marcos Davi / Marcos 20
resultados
Luana Davi / Luana possíveis
Eduardo Davi / Eduardo
Júlia Luana / Júlia
Luana Marcos Luana / Marcos
Davi Luana / Davi
Eduardo Luana / Eduardo
Júlia Eduardo / Júlia
Eduardo Marcos Eduardo / Marcos
Davi Eduardo / Davi
Luana Eduardo / Luana
Neste exemplo, 5 elementos foram agrupados de 2 em 2, ou tomados 2 a 2.
Também observamos que a ordem dos elementos interfere no resultado: Júlia para
represente e Davi para suplente difere de Davi para representante e Júlia para suplente.
Cada resultado assim obtido é denominado arranjo simples dos 5 elementos
tomados 2 a 2, ou seja,
2,5A
ou
2
5A
.
Nesses dois exemplos, temos o que chamamos de arranjos simples.
Sendo C um conjunto com n elementos e
np
, com n, p
*N
, definimos:
Arranjo simples de n elementos de C, tomados p a p, é toda sequência de p
elementos
A quantidade de arranjos simples de n elementos distintos, tomados p a p, indica-
se por
p
npn AouA ,
.
Organizaremos uma tabela para calcular
pnA ,
:
Escolha do: Número de possibilidades:
primeiro elemento (qualquer elemento de um
conjunto)
n
segundo elemento, após a escolha do primeiro n – 1
terceiro elemento, após a escolha do primeiro e
do segundo
n – 2
. . .
p-ésimo elemento, após a escolha dos anteriores
(1º, 2º, ..., (p – 1) elementos
n – (p – 1) ou n – p + 1
Portanto, pelo princípio multiplicativo, tem-se que:
)1()3()2()1(, pnnnnnA pn
Note que a fórmula de An,p pode ser descrita por meio de fatoriais, ou seja, é o
produto de p fatores decrescentes em uma unidade a partir de n. Exemplos:
12012345)
1202345)
60345)
2045)
5)
5,5
4,5
3,5
2,5
1,5
Ae
Ad
Ac
Ab
Aa
No exemplo c, onde
3453,5 A
, multiplicando o segundo membro dessa
igualdade por
!2
!2
, que é igual a 1, temos:
)!25(
!5
!2
!5
!2
12
345
!2
!2
3453,5
A
Usando o mesmo raciocínio para
pnA ,
, temos:
)1()3()2()1(, pnnnnnA pn
Multiplicando o segundo membro por
)!(
)!(
pn
pn
, temos:
)!(
123)1()(
)1()3()2()1(
)!(
)!(
)1()3()2()1(
,
,
pn
pnpn
pnnnnnA
pn
pn
pnnnnnA
pn
pn
Assim, concluímos que arranjos simples de n elementos, tomados p a p, podem ser
calculados por:
)!(
!
,
pn
n
A pn
Exemplos:
1) Calcule:
a)
4,7A
Resolução:
840
4567
!3
!34567
)!47(
!7
)!(
!
4,7
4,7
4,7
4,7
,
A
A
A
A
pn
n
A pn
b)
1,72,9
3,64,8
AA
AA
Resolução:
13
360
65
1800
772
1201680
789
4565678
!6
!67
!7
!789
!3
!3456
!4
!45678
)!17(
!7
)!29(
!9
)!36(
!6
)!48(
!8
1,72,9
3,64,8
AA
AA
2) Quantos pares ordenados com elementos distintos podemos formar com as letras a, b,
c, d, e, f e g?
Resolução:
Considerando dois pares ordenados quaisquer, observa-se que a ordem dos elementos
altera o par ordenado, exemplo
abba ,,
. Trata-se, então, de um problema de arranjo
simples.
Temos que arranjar sete letras tomadas duas a duas, ou seja,
2,7A
.
42
!5
!567
)!27(
!7
2,7
A
Logo, podemos formar 42 pares ordenados.
3) Quantos números de quatro algarismos distintos podemos formar com os algarismos 1
a 9?
Resolução:
Alterando a ordem dos algarismos, observa-se que altera o número formado. Observe,
por exemplo,
21341234
.
Temos, portanto, um problema de arranjo simples, de 9 elementos tomados 4 a 4.
3024
!5
!56789
)!49(
!9
4,9
A
Podemos formar 3024 números com os algarismos 1 a 9.
4) Quantos números de quatro algarismos distintos podemos formar com os dez primeiros
números naturais?
Resolução:
Como no exemplo anterior, a ordem dos elementos altera o número formado. Temos um
problema de arranjo simples.
Primeiramente, arranjamos 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 e 9, que são os dez primeiros números
naturais, tomados 4 a 4:
5040
!6
!678910
)!410(
!10
4,10
A
Para um número possuir quatro algarismos, o zero não deve ocupar a primeira posição.
Sendo assim, devemos retirar as possibilidades em que isso ocorre. Fixando o zero na
primeira posição, restam 9 algarismos para serem arranjados, tomados 3 a 3.
504
!6
!6789
)!39(
!9
3,9
A
453650450403,94,10 AA
Logo, podemos formar 4536 números.
5) Resolva a equação
722, xA
.
Resolução:
Vamos lembrar que todo
pnA ,
, deve ter
pn
(condição de existência).
9
.9,2
98
072
72
72
)!2(
)!2()1(
72
)!2(
!
72
2
21
2
2
2,
S
equaçãoasatisfazxsomentexComo
xex
xx
xx
x
xxx
x
x
Ax
6) Resolva a equação
2,3, 16 xx AA
.
Resolução:
18
18
162
)1()1(16)2()1(
)!2(
)!2()1(
16
)!3(
)!3()2()1(
)!2(
!
16
)!3(
!
16 2,3,
S
x
x
membrososambosxxpordividindoxxxxx
x
xxx
x
xxxx
x
x
x
x
AA xx
5. Permutação simples
Seja C um conjunto com n elementos, definimos:
Permutação simples dos n elementos é qualquer agrupamento ordenado
(sequência) de n elementos distintos de C.
Indica-se a permutação simples de n elementos por Pn.
Lê-se: permutação simples de n elementos.
A permutação de n elementos, é um caso particular de arranjo, quando n = p, ou
seja, um arranjo simples de n elementos, tomados n a n. Assim, temos:
1
!
!0
!
)!(
!
,
n
P
n
P
nn
n
P
AP
n
n
n
nnn
!nPn
Como
1)2()1(! nnnn
, o número de permutações de n elementos pode
ser:
1)2()1( nnnPn
Exemplos:
1) Quantos anagramas possui a palavra LIVRO?
Resolução:
Cada anagrama é uma permutação simples das letras L, I, V, R, O.
Sendo assim:
12012345!5! 555 PPPnPn
A palavra LIVRO possui 120 anagramas.
2) Usando os algarismos 2, 4, 6 e 8, quantos números de quatro algarismos distintos
podemos formar?
Resolução:
Basta permutar os quatro algarismos: 2, 4, 6 e 8.
241234!44 P
Logo, podemos formar 24 números.
3) Com a palavra VIAGEM, podemos formar:
a) Quantos anagramas?
Resolução:
O total de anagramas é obtido através da permutação das seis letras da palavra VIAGEM,
ou seja:
720123456!66 P
anagramas.
b) Quantos anagramas que iniciam com a letra V?
Resolução:
Fixando a letra V na primeira posição, podemos permutar as demais cinco letras (I, A, G,
E, M). Ou seja:
_V_ ____ ____ ____ ____ ____
12012345!55 P
anagramas que iniciam com a letra V.
c) Quantos anagramas que iniciam com consoante?
Resolução:
Analogamente ao exercício anterior, observamos que há P5 para cada consoante:
_V_ ____ ____ ____ ____ ____
_G_ ____ ____ ____ ____ ____
_M_ ____ ____ ____ ____ ____
Como são três consoantes, temos 3.P5 anagramas:
360123453!533 5 P
d) Quantos anagramas iniciam com consoante e terminam em vogal?
Resolução:
Para cada consoante na primeira posição e para cada vogal na última posição, temos P4
anagramas, totalizando 3.3.P4 anagramas que iniciam com consoante e terminam em
vogal:
______ ______ ______ ______ ______ ______
consoante P4 anagramas vogal
Assim,
216123433!43333 4 P
anagramas.
4) Permutando os algarismos do número 1234 e colocando-os em ordem crescente, qual
é a posição ocupada pelo número 4312?
Resolução:
Colocamos as permutações obtidas pelos 4 algarismos em ordem crescente:
Números iniciados com 1: _1_ ____ ____ ____
6!33 P
Números iniciados com 2: _2_ ____ ____ ____
6!33 P
Números iniciados com 3: _3_ ____ ____ ____
6!33 P
22 elementos
Números iniciados com 4 e 1: _4_ _1_ ____ ____
2!22 P
Números iniciados com 4 e 2: _4_ _2_ ____ ____
2!22 P
Números iniciados com 4 e 3: _4_ _3_ __1_ __2_ 23º
Observamos que há 22 elementos precedendo o número 4312. Logo, ele pertence à 23ª
posição.
5) Calcular
3
4
32
25 3
5
23
P
P
PP
PP
y
.
Resolução:
103
1291
6
72
610
4360
!3
!43
!3!25
!22!53
3
5
23
3
4
32
25
y
y
y
y
P
P
PP
PP
y
6. Combinação simples
Para definir combinação simples vamos analisar duas situações:
a) No hexágono abaixo, cujos vértices são A, B, C, D, E e F, quantos segmentos podemos
traçar com extremidades em dois desses seis pontos?
Escolhendo o vértice A como uma das extremidades, a outra extremidade pode
ser B, C, D, E ou F. Temos então, cinco possibilidades de segmentos para cada um dos
seis vértices escolhidos. Veja:
AB, AC, AD, AE, AF,
BA, BC, BD, BE, BF,
CA, CB, CD, CE, CF,
DA, DB, DC, DE, DF,
EA, EB, EC, ED, EF,
FA, FB, FC, FD, FE.
Como
3065
, obtemos 30 segmentos. No entanto, observe que AB = BA, ou
seja, representam o mesmo segmento pois a ordem das extremidades não os diferencia.
Isto significa que contamos em dobro a quantidade de segmentos obtidos.
Sendo assim, a quantidade de segmentos traçados com extremidade em dois
desses pontos será:
15
2
65
Esse cálculo também pode ser obtido pelo arranjo simples de seis elementos
tomados dois a dois, dividido pela quantidade de permutações simples de dois elementos:
15
2
56
!2
!4
!6
!2
)!26(
!6
2
2,6
P
A
b) Sandra, Marta, Joana, Cecília e Ana participam de uma escola de dança. Três delas
serão escolhidas para representar a escola em um evento. Quantos grupos com três
dançarinas podem ser formados?
Escolhendo três das cinco dançarinas, vamos formar todos os grupos possíveis:
Sandra – Marta – Joana Sandra – Cecília – Ana
Sandra – Marta – Cecília Marta – Joana – Cecília
Sandra – Marta – Ana Marta – Joana – Ana
Sandra – Joana – Cecília Marta – Cecília – Ana
Sandra – Joana – Ana Joana – Cecília - Ana
Podemos formar dez grupos com três das cinco dançarinas.
Observe que a ordem da escolha das dançarinas não interefere no grupo formado.
O grupo formado por Sandra – Marta – Joana é igual ao grupo formado por Joana – Sandra
– Marta.
Nesses dois exemplos, vimos casos em que a ordem dos elementos não altera o
agrupamento formado. Esse tipo de agrupamento recebe o nome de combinação simples.
Combinação simples de n elementos distintos, tomados p a p (
np
), é todo
agrupamento formado por p elementos distintos escolhidos dentre os n elementos dados,
de modo que a mudança da ordem dos elementos não modifique o agrupamento.
Notação:
p
npn CouC ,
Lê-se: Combinação simples de n elementos tomados p a p.
No exemplo a, vimos que o cálculo da quantidade de segmentos traçados com
extremidade em dois vértices do hexágono, poderia ser obtido pelo arranjo simples de
seis elementos tomados dois a dois, dividido pela quantidade de permutações simples de
dois elementos. Esse mesmo raciocínio pode ser utilizado para obter a fórmula para
cálculo do número de combinações simples. Veja:
)!(!
!
!
)!(
!
,
,
pnp
n
p
pn
n
P
A
C
p
pn
pn
Logo,
)!(!
!
,
pnp
n
C pn
Casos particulares:
I) Se
*Nn
e p = 0, temos:
1
!
!
!1
!
)!0(!0
!
0,
n
n
n
n
n
n
Cn
Um conjunto com n elementos possui um único subconjunto com zero elementos, que é
o vazio.
II) Se n = p = 0, temos:
1
!0
!0
)!00(!0
!0
0,0
C
Um conjunto com zero elementos possui um único subconjunto com zero elementos, que
é o vazio.
Exemplos:
1) Quantas comissões com cinco elementos podemos formar numa classe de vinte alunos?Resolução:
Chamando os cinco alunos de A, B, C, D e E, temos que
EDCABEDCBA ,,,,,,,,
, ou seja, a ordem dos cinco alunos escolhidos não
interfere na comissão formada.
Assim, têm-se um problema de combinação simples de 20 elementos, tomados
cinco a cinco.
50415
12345
1617181920
!15!5
!151617181920
)!520(!5
!20
)!(!
!
5,20
5,20
5,20
5,20
,
C
C
C
C
pnp
n
C pn
Logo, podemos formar 15 504 comissões.
2) Sabendo que não existem três pontos alinhados em um plano, quantos triângulos
podemos formar com 12 pontos desse plano?
Resolução:
Para formar triângulos, precisamos de três pontos não alinhados em um plano. Sendo A,
B, C, D, E, F, G, H, I, J, K, L, os pontos do plano, verifica-se que o
BACABC
ou
que o
FEDDEF
, ou seja, a ordem dos pontos não altera o triângulo formado. Temos
então, um problema de combinação de 12 elementos, tomados 3 a 3.
220
6
1320
!923
!9101112
!9!3
!12
)!312(!3
!12
3,12
C
Logo, podemos formar 220 triângulos.
3) Uma escola possui 5 professores de português e 6 de matemática. Quantos grupos com
2 professores de português e 3 professores de matemática podemos formar?
Resolução:
Considerando os grupos com 2 professores de português como C5,2 e os grupos com 3
professores de matemática como C6,3, têm-se pelo princípio fundamental da contagem
que o total de grupos é:
2002010
!323
!3456
!32
!345
!3!3
!6
!3!2
!5
)!36(!3
!6
)!25(!2
!5
3,62,5
CC
Podemos formar 200 grupos.
4) Em uma empresa há quatro diretores e cinco gerentes. Quantas comissões de cinco
pessoas podem ser formadas contendo no mínimo um diretor?
Resolução:
Devemos combinar 9 pessoas (4 diretores + 5 gerentes) tomados 5 a 5:
126
!5234
!56789
)!59(!5
!9
5,9
C
No entanto, as comissões devem conter no mínimo um diretor. Sendo assim, devemos
retirar as opções em que apenas os cinco gerentes participam:
1
!0!5
!5
)!55(!5
!5
5,5
C
Assim:
12511265,55,9 CC
Podem ser formadas 125 comissões.
5) Calcule:
a)
2,43,10
4,20
CC
C
42
1615
126
4845
6120
4845
4
234
!723
!78910
!16234
!1617181920
!2!2
!4
!7!3
!10
!16!4
!20
)!24(!2
!4
)!310(!3
!10
)!420(!4
!20
2,43,10
4,20
CC
C
b)
5
8
3
7
2
12 CCC
Observação:
pn
p
n CC ,
Resolução:
45563566
!3!5
!5678
!423
!4567
!102
!101112
)!58(!5
!8
)!37(!3
!7
)!212(!2
!12
5
8
3
7
2
12
CCC
6) Determine n nas equações:
a)
281,2, nn CC
Condição de existência:
.2log,12 nonen
Resolução:
7
,2
87
056
2
56
2
2
28
2
28
)!1(
)!1(
)!2(2
)!2()1(
28
)!1(!1
!
)!2(!2
!
28
21
2
2
2
1,2,
S
nComo
nen
nn
nnn
n
nn
n
nn
n
nnn
n
n
n
n
CC nn
b)
05 4,23, nn CC
Condição de existência:
3n
Resolução:
14,3
143
04217
402023
)2(20)1()2(
)1()2(
4
1
)2(5
)1()1()2(
24
1
)2()1(
6
5
0
)!2(
)!2()1()1()2(
24
1
)!3(
)!3()2()1(
6
5
0
)!42(!4
)!2(
)!3(!3
!
5
05
21
2
2
4,23,
S
noun
nn
nnn
nnn
nnn
nnnnnnn
n
nnnnn
n
nnnn
n
n
n
n
CC nn
c)
3,14,2 nn AC
Resolução:
22
242
)!2(
)!1(
)!2(24
)!1()2(
)!2(
)!1(
)!2(24
)!2(
)!31(
)!1(
)!42(!4
)!2(
3,14,2
n
n
n
n
n
nn
n
n
n
n
n
n
n
n
AC nn
7) A quina no jogo da Loto é obtida com o acerto de cinco números, entre 1 e 80. Se o
jogador fez um palpite simples (cinco números), de quantas maneiras é possível montar
uma quina?
Resolução:
Observe que a ordem dos números não altera a formação da quina. Temos, portanto, um
problema de combinação de 80 elementos tomados 5 a 5.
01604024
!752345
!757677787980
)!580(!5
!80
5,80
C
Logo, há 13 847 049 216 maneiras de montar uma quina.
7. Arranjo com repetição
Estudamos até o momento, arranjos simples, onde não há repetição de elementos.
Vejamos agora o que acontece quando temos arranjos que consideram a repetição de
elementos.
Notação: (AR)n,p
Leitura: Arranjo com repetição de n elementos, tomados p a p.
Consideremos duas situações:
I) Quantos números de dois algarismos distintos podemos formar usando os algarismos
1, 3, 5 e 7?
Resolução:
Como a ordem dos elementos altera o número formado, devemos calcular o arranjo de 4
algarismos tomados 2 a 2.
12
!2
!4
)!24(
!4
2,4
A
Logo, podemos formar 12 números.
II) Quantos números de dois algarismos podemos formar usando os algarismos 1, 3, 5 e
7?
Resolução:
Observe que agora não há a obrigatoriedade dos algarismos serem distintos, ou seja, os
números 11, 33, 55 e 77 também são considerados.
Essa situação pode ser representada da seguinte maneira:
quatro quatro
opções opções
1 1
3 3
5 5
7 7
Pelo princípio fundamental da contagem, podemos formar
16444 2
números de
dois algarismos.
De um modo geral, para calcular o arranjo de n elementos, considerando a
repetição desses elementos, obtemos:
p
pn nAR ,)(
Exemplos:
1) Quantos números de quatro algarismos podemos formar com os seis primeiros números
naturais diferentes de zero?
Resolução:
Os seis primeiros números naturais diferentes de zero são 1, 2, 3, 4, 5 e 6. Como a ordem
dos elementos altera o número formado, observe como exemplo que
21341234
, temos
um problema de arranjo.
Não há a obrigatoriedade de utilizar elementos distintos. Temos, portanto, um problema
de arranjo com repetição de 6 elementos, tomados 4 a 4.
12966)( 44,6 AR
Assim, podemos formar 1296 números.
2) Um concurso público dispõem de 50 questões objetivas, com cinco alternativas
diferentes para cada questão (a, b, c, d, e). De quantas formas diferentes podemos
responder a essas 50 questões?
Resolução:
Observe que a ordem dos elementos altera o resultado e que pode ocorrer repetição das
alternativas. Temos, portanto, um arranjo com repetição.
Assim, temos 550 formas diferentes para responder a essas 50 questões.
8. Permutação com elementos repetidosNo estudo das permutações simples, vimos que a permutação de n elementos
distintos é dada por Pn = n!.
Estudaremos agora, problemas de contagem que envolvem a permutação com
elementos repetidos. É o caso, por exemplo, do cálculo da quantidade de anagramas da
palavra CALCULADORA.
Se as letras fossem todas diferentes, cada anagrama seria uma permutação das 11
letras, o que corresponderia a 11! anagramas. Mas, a letra A se repete 3 vezes e a letra C
e L se repetem 2 vezes cada.
Considerando a letra C, para cada um dos 11! anagramas formados, há outro
idêntico com a letra C nas mesmas posições. Veja:
CLALUACDORA CLALUACDORA
50
50,5 5)( AR
Sendo assim, para não contarmos esses anagramas “iguais”, devemos dividir o
total de anagramas por 2!, que é a permutação das duas letras C. Além disso, temos duas
letras L e três letras A. Logo, o total de anagramas é dado por:
2006631
24
234567891011
!2!2!3
!11
O número de anagramas da palavra CALCULADORA é indicado por
20066311,1,1,1,2,2,311 P
, onde 3, 2, 2, 1, 1, 1 e 1 significam que existe, respectivamente 3
letras A, 2 letras C, 2 letras L, 1 letra U, 1 letra D, 1 letra O, 1 letra R, num total de 11
letras.
Generalizando essa idéia para n elementos com p1 elementos iguais a
, p2
elementos iguais a
e, assim, sucessivamente até pr elementos iguais a
, temos:
Exemplos:
1) Quantos anagramas podemos formar com a palavra GEOGRAFIA?
Resolução:
A palavra GEOGRAFIA possui um total de 9 letras, sendo duas letras iguais a G e duas
letras iguais a A.
Logo,
72090
4
23456789
!2!2
!92,2
9
P
anagramas
2) Quantos anagramas iniciados pela letra I podemos formar da palavra INCRÍVEIS?
Resolução:
.
,
!,,!,!,!,!
!
4321
4321
,,,,, 4321
nppppponde
ppppp
n
p
r
r
ppppp
n
r
A palavra INCRÍVEIS possui nove letras, sendo três delas iguais à letra I. Fixando o I na
primeira posição, devemos permutar as outras oito letras, sendo que duas letras I ainda se
repetem:
16020
!2
!82
8 P
Logo, podemos formar 20 160 anagramas.
3) Quantos números pares obtemos da permutação dos algarismos contidos no número 5
443 125?
Resolução:
O número 5 443 125 possui 7 algarismos mas para formar números pares, o algarismo
contido na unidade deve ser par, que nesse exemplo é 4 ou 2.
Fixando o algarismo 4 na unidade:
____ ____ ____ ____ ____ ____ _4__
As primeiras seis posições podem ser preenchidas com os algarismos restantes 5, 4, 3, 1,
2, 5:
360
!1!1!1!1!2
!61,1,1,1,2
6 P
números terminados com o algarismo 4.
Fixando o algarismo 2 na unidade:
____ ____ ____ ____ ____ ____ _2__
As primeiras seis posições podem ser preenchidas com os algarismos restantes 5, 4, 4, 3,
1, 5:
180
!1!1!2!2
!61,1,2,2
6 P
números terminados com o algarismo 2.
Assim, a quantidade de números pares é
540180360
.
4) De quantas maneiras podemos organizar em uma prateleira 6 livros iguais de Física, 7
livros iguais de Matemática e 3 livros iguais de Química?
Resolução:
960960
!3!7!6
!163,7,6
16 P
Há 960 960 maneiras diferentes de organizar esses livros em uma prateleira.
5) Quantos números diferentes podemos achar permutando os algarismos do número 225
744 112?
Resolução:
Como há algarismos iguais, devemos calcular a permutação com repetição:
12015
!2!2!1!1!3
!92,2,1,1,3
9 P
números diferentes.
6) Na figura abaixo, quantos caminhos diferentes podem ser feitos de X até Y,
deslocando-se uma unidade de cada vez, para cima ou para a direita?
Resolução:
Partindo de X, temos como opções 5 unidades para cima e 6 unidades para a direita,
totalizando 11 opções.
Como as repetições são consideradas, calculamos a permutação com repetição.
Assim:
462
!6!5
!116,5
11 P
Logo, podem ser feitos 462 caminhos diferentes de X até Y.
9. Números binomiais
A combinação de n elementos tomados p a p, vista anteriormente por Cn,p,
também pode ser representada pelo número binomial
p
n
. Assim,
.0,
)!(!
!
,
pncom
pnp
n
p
n
C pn
Lê-se: binomial de n sobre p.
Exemplos:
a)
20
!3!3
!6
3
6
b)
21
!5!2
!7
2
7
Pela definição, concluímos que:
I)
1
!
!
)!0(!0
!
0
n
n
n
nn
II)
n
n
nn
n
nn
)!1(
)!1(
)!1(!1
!
1
III)
1
!
!
!0!
!
)!(!
!
n
n
n
n
nnn
n
n
n
Os números binomiais podem ser dispostos ordenadamente conforme esquema
mostrado abaixo, formando o chamado triângulo de Pascal ou triângulo de Tartaglia.
n
nnnnnnnnn
76543210
7
7
6
7
5
7
4
7
3
7
2
7
1
7
0
7
6
6
5
6
4
6
3
6
2
6
1
6
0
6
5
5
4
5
3
5
2
5
1
5
0
5
4
4
3
4
2
4
1
4
0
4
3
3
2
3
1
3
0
3
2
2
1
2
0
2
1
1
0
1
0
0
Observação:
Os binomiais com o mesmo numerador são colocados na mesma linha e os
binomiais com o mesmo denominador são colocados na mesma coluna.
Substituindo os binomiais do triângulo de Pascal pelos seus respectivos valores
teremos:
172135352171
1615201561
15101051
14641
1331
121
11
1
Propriedades do triângulo de Pascal
I) Todos os elementos da primeira coluna são iguais a 1, pois:
1
!
!
)!0(!0
!
0
n
n
n
nn
II) O último elemento de cada linha é igual a 1, pois:
1
!
!
!0!
!
)!(!
!
n
n
n
n
nnn
n
n
n
III) Se dois números binomiais são complementares, então eles são iguais.
Dois números binomiais
p
n
e
q
n
são complementares se
nqp
.
Exemplos:
a)
4
6
2
6
e
são complementares, pois
n 642
.
b)
7
10
3
10
e
são complementares, pois
.1073 n
Se
nqp
, então
q
n
p
n
.
Demonstração:
1064
2
5
2
4
1
4
172135352171
1615201561
15101051
14641
1331
121
11
1
q
n
p
n
Logo
p
n
ppn
n
pnnpn
n
pn
n
q
n
Assim
pnqnqp
,
!)!(
!
)!()!(
!
:
Exemplos:
a)
!2!4
!6
!4!2
!6
4
6
2
6
pois
b)
!7!1
!8
!1!7
!8
1
8
7
8
pois
IV) Relação de Stiffel:
1
1
1 p
n
p
n
p
n
Essa propriedade é utilizada para facilitar a construção do triângulo de Pascal.
Observa-se que “somando dois elementos que estão lado a lado no triângulo, obtêm-se o
elemento situado logo abaixo do elemento da direita”.
V) A soma dos números binomiais de uma mesma linha é uma potência de base 2, cujo
expoente é a ordem desta linha.
351520
4
7
4
6
3
6
No geral, a soma dos elementos da linha n é 2n, ou seja:
n
n
nnnn
2
210
Veja: Soma dos elementos:
172135352171
1615201561
15101051
14641
1331
121
11
1
VI) A soma dos n primeiros termos da coluna p é igual ao termo n da coluna p + 1.
172135352171
1615201561
15101051
14641
1331
121
11
1
Exemplos:
1) Calcule os números binomiais abaixo:
a)
2
5
Resolução:
10
!3!2
!5
)!25(!2
!5
2
5
linha 0 20 = 1
linha 1 21 = 2
linha 2 22 = 4
linha 3 23 = 8
linha 4 24 = 16
linha 5 25 = 32
linha 6 26 = 64
linha 7 27 = 128
b)
5
5
2
6
3
4
Resolução:
181154
!0!5
!5
!4!2
!6
!1!3
!4
)!55(!5
!5
)!26(!2
!6
)!34(!3
!4
5
5
2
6
3
4
c)
0
1
2
5
5
8
3
7
Resolução:
196
110
5635
!1!0
!1
!3!2
!5
!3!5
!8
!4!3
!7
)!01(!0
!1
)!25(!2
!5
)!58(!5
!8
)!37(!3
!7
0
1
2
5
5
8
3
7
2) Determine x na equação
0
23
xx
Resolução:
Condição de existência:
.3,,23 xassimxex
Então:
5
5
32
)1(2)1(6)2()1(2
2
)1(
6
)2()1(
0
)!2(2
)!2()1(
)!3(6
)!3()2()1(
0
)!2(!2
!
)!3(!3
!
0
23
S
x
x
xxpormembrososambosDividindoxxxxx
xxxxx
x
xxx
x
xxxx
x
x
x
x
xx
3) Se
36
2
3
m
, então m é:
Resolução:
Condição de existência:
5
23
m
m
Assim:
12
)5,(5
12
0607
0721234
72)4()3(
36
)!5(2
)!5()4()3(
36
)!5(2
)!3(
36
)!23(!2
)!3(
36
2
3
2
1
2
2
S
mpoisservenãom
ou
m
mm
mmm
mm
m
mmm
m
m
m
m
m
4) Resolva a equação
23
12
6
12
pp
Resolução:
Condição de existência:
3
10
,
3
10
12236126
pAssim
ppepp
Da igualdade
23
12
6
12
pp
, temos duas conclusões:
I) os binomiais são iguais: II) os binomiais são complementares:
2
42
623
236
p
p
pp
pp
Como ambas as soluções verificam a condição de existência dos números binomiais,
temos:
2,1S
5) Simplifique a expressão
)!4(!2
3
!
p
p
p
Resolução:
93)3(3
)2()1(
)3()2()1(3
3
)2()1(
)3()2()1(
)!4(
3
)2()1(
)!4()3()2()1(
)!4(2
)!3(6
)!3()2()1(
!
)!4(!2
)!3(!3
!
!
)!4(!2
3
!
pp
ppp
pppp
ppp
pppp
p
ppp
ppppp
p
p
pppp
p
p
p
p
p
p
p
p
6) Encontre o valor das expressões abaixo:
1
44
1284
12236
p
p
p
pp
a)
9
9
3
9
2
9
1
9
0
9
Resolução:
Observa-se que as parcelas pertencem à 9ª linha do triângulo de Pascal.
Assim, utilizaremos a “propriedade V” que diz: “a soma dos elementos da linha n é 2n”.
Logo,
5122
9
9
3
9
2
9
1
9
0
9
9
b)
3
10
3
6
3
5
3
4
3
3
Resolução:
Observa-se que as parcelas correspondem aos dez primeiros termos da 3ª coluna
do triângulo de Pascal.
Assim, utilizaremos a “propriedade VI” que diz: “A soma dos n primeiros termos
da coluna p é igual ao termo n da coluna p + 1”.
Logo, a soma dos 10 primeiros termos da coluna 3 é igual ao termo 10 da coluna
4, ou seja,
:
4
11
330
1234!7
!7891011
!7!4
!11
4
11
10. Binômio de Newton
Um binômio é uma expressão formada pela soma algébrica de dois monômios.
Outra aplicação da análise combinatória é o desenvolvimento do binômio
nax
, com
., RaeRxNn
Atribuindo valores para n, observa-se que os coeficientes dos termos das
expansões de
nax
são as linhas do triângulo de Pascal e o número da posição da linha
é igual ao expoente de
ax
. Veja:
Para n = 0, temos
10 ax
Para n = 1, temos
axax 111
Para n = 2, temos
222 121 aaxxax
Para n = 3, temos
32233 1331 axaaxxax
Para n =4, temos
4322344 14641 axaxaaxxax
14641
1331
121
11
1
Desse modo, com números binomiais, temos:
01122110
04132231404
031221303
0211202
01101
000
1210
4
4
3
4
2
4
1
4
0
4
3
3
2
3
1
3
0
3
2
2
1
2
0
2
1
1
0
1
0
0
xa
n
n
xa
n
n
xa
n
xa
n
xa
n
ax
xaxaxaxaxaax
xaxaxaxaax
xaxaxaax
xaxaax
xaax
nnnnnn
linha 0
linha 1
linha 2
linha 3
linha 4
De forma geral, para
RaeRxNn ,
, temos a chamada fórmula do
binômio de Newton:
01122110
1210
xa
n
n
xa
n
n
xa
n
xa
n
xa
n
ax nnnnn
n
Podemos representar essa mesma fórmula utilizando o símbolo de somatório:
pnp
n
p
n
xa
p
n
ax
0
Observações:
I) O desenvolvimento de
nax
tem
)1( n
termos.
II) Os expoentes de x decrescem de n até zero.
III) Os expoentes de a crescem de zero até n.
IV) A soma dos expoentes de a e x, em cada termo, é sempre igual a n.
V) Em todos os termos, o expoente de a será o denominador do coeficiente binomial e o
expoente de x será a diferença entre o numerador e o denominador deste coeficiente.
VI) Se o desenvolvimento for da forma
nax
, com
0a
, os sinais de cada termo
serão alternados, ou seja, os termos de ordem par (2º, 4º, 6º, 8º, ...) serão negativos e os
termos de ordem ímpar (1º, 3º, 5º, 7º, ...) serão positivos. Veja:
nnnnnn a
n
n
xa
n
xa
n
x
n
axax
221
210
nnnnnn a
n
n
xa
n
ax
n
x
n
ax
1
210
221
Exemplos:
1) Desenvolva os binomiais abaixo com o auxílio do triângulo de Pascal.
a)
332 x
Resolução:
2754368)32(
127129343381)32(
)2(3
3
3
)2(3
2
3
)2(3
1
3
)2(3
0
3
32
1210
233
233
031221303
01122110
xxxx
xxxx
xxxxx
xa
n
n
xa
n
n
xa
n
xa
n
xa
n
ax nnnnn
n
b)
4)23( x
Resolução:
169621621681)23(
11613849462724811)23(
)3(2
4
4
)3(2
3
4
)3(2
2
4
)3(2
1
4
)3(2
0
4
23
1210
2344
2344
04132231404
01122110
xxxxx
xxxxx
xxxxxx
xa
n
n
xa
n
n
xa
n
xa
n
xa
n
ax nnnnn
n
c)
3)24(
Resolução:
25088)24(
222424864)24(
22114231623641)24(
)2(
3
3
14)2(
2
3
42
1
3
4
0
3
)24(
1
210
3
3
3
3312233
221
n
nnnnn a
n
n
xa
n
ax
n
x
n
ax
11. Termo geral de
nax )(
Observe o desenvolvimento de
nax )(
:
022110
210
xa
n
n
xa
n
xa
n
xa
n
ax nnnn
n
T1 T2 T3 Tn+1
No desenvolvimento de
nax )(
, há n + 1 termos, sendo que cada um deles é da
forma
pnp xa
p
n
.
Para p = 0:
1º termo = T1 = T0+1 =
nxa
n
0
0
Para p = 1:
2º termo = T2 = T1+1 =
11
1
nxa
n
Para p = 2:
3º termo = T3 = T2+1 =
22
2
nxa
n
Generalizando:
(p + 1) -ésimo termo = Tp+1 =
pnp xa
p
n
Assim, um termo qualquer de ordem (p + 1), segundo expoentes decrescentes de x é
dado por:
pnp
p xa
p
n
T
1
Observação:
De maneira análoga, no desenvolvimento de
nax )(
, temos:
nn axax )(
Assim,
pnpp
p
pnp
p xa
p
n
Touxa
p
n
T
)1()( 11
Exemplos:
1) Determine o 5º termo no desenvolvimento de
6)1( x
.
Resolução:
Para o 5º termo, temos:
1
6
451
a
n
pp
2
5
2
5
2
5
464
14
1
15
1
!2!4
!456
1
)!46(!4
!6
1
4
6
xT
xT
xT
xT
xa
p
n
T pnpp
2) Encontre o coeficiente de x8 no desenvolvimento de
92)2(4 xx
.
Resolução:
929292 444424 xxxxxx
Temos a = 4 e n = 9
Termo geral:
pp
p
pp
p
pnp
p
x
p
T
x
p
T
xa
p
n
T
218
1
92
1
1
4
9
)(4
9
Como queremos encontrar o coeficiente de x8, fazemos:
5
102
8218
8218
p
p
p
xx p
Assim:
8
6
8
6
8
6
8
6
10185
6
52185
15
218
1
024129
1024126
1024
!51234
!56789
1024
)!59(!5
!9
4
5
9
4
5
9
4
9
xT
xT
xT
xT
xT
xT
x
p
T ppp
Logo, o coeficiente de x8 é 129 024.
3) Determine o termo médio do desenvolvimento de 6
2
2
t
t
Resolução:
Como n = 6, o desenvolvimento desse binômio terá 7 termos
7161 n
. Logo,
seu termo médio é o 4º.
Assim:
Termo geral:
3
3
4
3
4
36
4
3
64
36
3
213
1
160
160
820
8
!3123
!3456
8
)!36(!3
!6
23
6
t
outT
tT
ttT
t
t
T
t
t
T
xa
p
n
T pnpp
6
2
:,)(
341
2
n
t
a
tx
temosaxDe
pp
n
Capítulo III
Números Complexos
Karen Cristine Uaska dos Santos Couceiro
O estudo dos números complexos permite resolver inúmeras questões no ramo da
eletrônica, mecânica, elétrica, engenharia aeronáutica, geometria, dentre outros.
Uma aplicação indispensável dos números complexos é na Transformação de
Joukowski, que possibilita aos engenheiros aeronáuticos a realização de estudos sobre
aerofólios e suas influências na força de sustentação dos aviões.
Nos circuitos elétricos, têm-se outra aplicação clássica dos números complexos,
possibilitando o estudo dos circuitos reativos, ou seja, os circuitos que contém resistores,
capacitores e indutores.
Vejamos o histórico da evolução dos números complexos para posteriormente nos
ocuparmos da evolução dos conhecimentos.
1. Introdução e histórico
Por volta do ano de 1500, acreditava-se que os números reais eram suficientes
para a resolução de todos os problemas de medida. Um dos pensamentos correntes era de
que raízes quadradas de números negativos não existiam e quando os matemáticos se
deparavam com equações do 3º grau do tipo
03 qpxx
, consideravam-nas sem
solução.
Em 1545, Jerônimo Cardano (1501-1576) publicou um livro chamado “Ars
Magna” (A Grande Arte), mostrando o método para resolver equações de terceiro grau,
que hoje é chamado de Fórmula de Cardano:
2742
32
33 pqBe
q
AqueemBABAx
Raphael Bombelli (1526-1573), discípulo de Cardano, publicou seu livro
“l´Algebra” (Álgebra) em 1572. No capítulo II dessa obra, trouxe a equação
04153 xx
. Ao aplicar a fórmula de Cardano obteve:
33 12121212 x
A conclusão que poderia ser tirada é que esta equação não possui raízes reais.
Entretanto, Bombelli observou que 4 é uma solução real da equação referida, afinal para
x = 4, tem-se
0441543
.
Aplicando as regras usuais da álgebra ao operar com as raízes quadradas de
números negativos, Bombelli mostrou que:
121212
111212
16112812
1123123212
3
3
3
32
23
3
Logo,
12121212 3 33
Analogamente,
12121212 3 33
Assim, concluiu que:
4
1212
12121212 33
x
x
x
A partir de Bombelli os matemáticos passaram a usar as raízes quadradas de
números negativos, considerando
1
como um novo tipo de número.
Leonhard Euler (1707-1783) usou, em 1777, o símbolo i para representar
1 ,
pois 12 i . Símbolo este, chamado por René Descartes em 1637 de unidade
imaginária, devido à desconfiança que os matemáticos tinham dessa nova criação.
1
12
i
i
No século XIX, Carl Friederich Gauss (1787-1855), um dos maiores matemáticos
de todos os tempos, introduziu a expressão número complexo, representando esses
números geometricamente.
Após esse acontecimento, desaparece a sensação de desconforto na utilização dos
números complexos entre os matemáticos da época.
2. Forma algébrica de um número complexo
Um número complexo z pode ser escrito na forma a + bi, com a e b reais e i a
unidade imaginária.
Assim,
biaz
é a forma algébrica de um número complexo, em que a é a parte
real de z e b é a parte imaginária.
biaz
parte real de z: Re(z) = a parte imaginária de z: Im(z) =
b
Em um número complexo, observa-se que:
se a parte imaginária é nula (
0b
), então o número é real:
aziaz 0
se a parte real é nula (
0a
) e a parte imaginária é diferente de zero (
0b
), então o
número é imaginário puro:
bizbiz 0
Exemplos:
Em
iz 29
,
2)Im(9)Re( zez
Em
2
3
i
z
,
2
1
)Im(3)Re( zez
Em
3z
,
0)Im(3)Re( zez
(número real)
Em
iz 2
,
2)Im(0)Re( zez
(número imaginário puro)
Em
0z
,
0)Im(0)Re( zez
(número real)
3. Plano de Argand-Gauss
Gauss, por volta de 1800, observou que cada ponto do plano podia ser associado
a um número complexo.
Fixando um sistema de coordenadas no plano, o complexo
biaz
pode ser
representado pelo ponto P(a, b), estabelecendo uma correspondência um a um entre os
números complexos e os pontos do plano xOy.
O ponto P é chamado de imagem do complexo z e o plano no qual representamos
os complexos é chamado de plano de Argand-Gauss.
x
y
a
b
P(a, b)
O
(Re)
(Im)
Re
Im
A
B
C
D
Os números representados no eixo das abscissas são números reais, ou seja, a parte
real de z. Por esse motivo, o eixo das abscissas é chamado de eixo real.
No eixo das ordenadas, chamado de eixo imaginário, é representada a parte
imaginária de z.
Temos:
Eixo real: Ox
Eixo imaginário: Oy
Imagem geométrica de z: P
Plano de Argand-Gauss: xOy
Observe a representação no plano complexo dos seguintes números:
Ponto A (2, 4):
i42
Ponto B (3, 1):
i3
Ponto C (-2, 0):
2
Ponto D (0, -3):
i3
Podemos associar cada número complexo z = a + bi a um único vetor, com uma
das extremidades na origem do plano e a outra no ponto P(x, y). Vale lembrar que vetor
é um segmento de reta que possui direção, sentido e comprimento. Observe a
representação do número complexo
iz 35
como um vetor:
4. O conjunto C
Os números complexos formam um novo conjunto chamado conjunto dos
números complexos, representado pela letra C.
O conjunto dos números complexos C pode ser definido como o conjunto dos
pares ordenados (a, b) de números reais, escritos na forma a + bi.
Os números complexos são os elementos de C e estão definidos de tal forma que
seja possível realizar as operações de adição e multiplicação, além de possibilitar o
cálculo da raiz de índice par de números negativos. As operações de adição e
multiplicação mencionadas não sofrem alterações quando comparadas ao conjunto dos
números reais, visto que R é subconjunto de C.
Não é definida uma relação de ordem no conjunto dos números complexos, ou
seja, não existe um número complexo maior ou menor do que o outro.
Exemplos:
1) Resolva as equações abaixo no conjunto dos números complexos:
a)
092 x
Re
Im
z = 5 + 3i
P = (5, 3)
Resolução
iiS
ix
iFazemosx
x
x
x
x
3,3
3
)1(13
19
9
9
09
2
2
b)
01782 xx
Resolução
iiS
ix
i
x
x
x
x
x
x
xx
4,4
4
2
2
2
8
2
128
2
148
2
48
2
68648
2
171488
0178
2
2
c)
015123 2 xx
Resolução
iiS
ix
i
x
x
x
x
x
x
xx
xx
2,2
2
2
24
2
124
2
144
2
44
2
20164
2
5144)4(
054
015123
2
2
2
d)
8)2()3( yy
Resolução
iiS
iy
i
y
y
y
y
y
yy
yyy
yy
2
7
2
1
,
2
7
2
1
2
7
2
1
2
71
2
)1(71
2
71
2
811
2
21411
02
8632
8)2()3(
2
2
2
2) Determine o valor de k para que
ikkz )1(54
seja:
a) imaginário:
Resolução
Para
biaz
ser imaginário, devemos ter
00 bea
, ou seja, em
ikkz )1(54
:
4
5
154
01054
k
kk
kek
Logo,
1
4
5
kek
b) imaginário puro:
Resolução
Para
biaz
ser imaginário puro, devemos ter
00 bea
, ou seja, em
ikkz )1(54
:
4
5
154
01054
k
kk
kek
Logo,
1
4
5
kek
c) real:
Resolução
Para
biaz
ser real, devemos ter
00 bea
, ou seja, em
ikkz )1(54
:
4
5
154
01054
k
kk
kek
Logo,
1
4
5
kek
d) tal que
)Im()Re( zz
Resolução
Para
biaz
possuir
)Im()Re( zz
, devemos ter
ba
, ou seja, em
ikkz )1(54
:
2
63
514
154
k
k
kk
kk
3) Abaixo estão representadas as imagens de alguns números complexos no plano de
Argand-Gauss. Escreva a forma algébrica desses números.
Resolução
A forma algébrica dos números complexos é
biaz
, sendo sua imagem igual ao ponto
P(a, b). Logo:
iz
z
iz
z
iz
iz
iz
2
1
22
3
1
2
23
7
6
5
4
3
2
1
5. Igualdade de números complexos
Re
Im
z1
z2
z3
z4
z5
z6
z7
Re
Im
Dois números complexos
biaz 1
e
dicz 2
são iguais se, e somente se,
suas partes reais e imaginárias forem iguais, ou seja:
dbecasesomenteesedicbia ,,
Exemplo:
Determinar x e y em
ixz 351
e
yiz 6202
, sabendo que z1 = z2.
Resolução
Se z1 = z2, temos que:
2
1
4
6
3
5
20
63205
yx
yx
yex
6. Conjugado de um número complexo
Sendo
biaz
, chamamos de conjugado de z e indicamos por
z
o número
complexo
bia
, isto é:
biazbiaz
Note que dois números complexos conjugados possuem partes reais iguais e partes
imaginárias simétricas.
No plano de Argand-Gauss, observa-se que complexos conjugados possuem
imagens simétricas em relação ao eixo real x:
iziz
zz
iziz
iziz
44
33
2424
3232
44
33
22
11
z1
1z
z2
2z
z3 =
3z
z4
4z
Exemplos:
1) Determine o conjugado dos números complexos abaixo:
a)
iz 56
Resolução
iz 56
b)
iz
5
3
2
Resolução
iz
5
3
2
2) Calcule
Cz
de modo que
izz 253
.
Resolução
Considerando
biaz
e
biaz
temos que:
iz
biaz
Logo
bea
bea
ibia
ibiabia
ibiabia
izz
4
5
,
1
4
5
2254
2524
2533
25)(3
253
3) Sendo
inmz 4231
e
inmz )(122
, determine m e n de modo que
21 zz
.
Resolução
Se
inmz )(122
, temos que
inmz )(122
.
Assim,
2420
,
24
204
420
4
:,420
20
822
1223
4
1223
)(12423
21
nem
Assim
n
n
n
nm
temosnmemmdoSubstituin
m
nm
nm
nm
nm
inminm
zz
7. Adição e subtração de números complexos na forma algébrica
Na adição ou subtração de números complexos, adicionamos ou subtraímos
separadamente as partes reais e as partes imaginárias.
Dados
biaz 1
e
dicz 2
, definimos:
Adição:
idbcadicbiazz )()()()(21
Subtração:
idbcadicbiazzzz )()()()(2121
Exemplos:
1) Dados
iz 271
e
iz 352
, calcule:
a)
21 zz
Resolução
iiiiizz 12)1(12)3(2)57()35()27(21
b)
21 zz
Resolução
iiiizz 52)3(2)57()35()27(21
2) Calcule:
a)
)45()23( ii
Resolução
iiiii 224523)45()23(
b)
)36()82( ii
Resolução
iiiii 1183682)36()82(
c)
)21()35()2( iii
Resolução
iiiiiii 4221352)21()35()2(
3) Determine o número complexo z de modo que
izz 2524
.
Resolução
Fazendo
biaz
e
biaz
, temos:
iz
biaz
Logo
bea
bea
ibia
ibiabia
ibiabia
izz
6
5
,
1
6
5
2256
2526
252244
25)(2)(4
2524
8. Multiplicação de números complexos na forma algébrica
A multiplicação de números complexos segue a mesma regra da multiplicação de
polinômios, considerando
12 i
.
Dados dois números complexos,
biaz 1
e
dicz 2
, seu produto é definido
por:
)1(
)()(
21
2
21
21
bdbciadiaczz
bdibciadiaczz
dicbiazz
ibcadbdaczz )()(21
Exemplos:
1) Dados
iz 231
,
iz 12
e
iz 423
, calcule:
a)
21 zz
Resolução
iiiiiiizz 5)1(232233)1()23( 221
b)
13 32 zz
Resolução
iiiii
iiiiiiizz
488472244836)1(48722436
48722436)69()84()23(3)42(232 213
c)
)3(3 322 zzz
Resolução
iiiii
iiiiiii
iiiiiizzz
551754181)186(31
)126126(31)126126(31
)126()1(31)42(3)1(31)3(3
2
322
2) Sendo z1 e z2 os números complexos representados no plano de Argand-Gauss abaixo,
escreva a forma algébrica do número complexo
3z
, tal que
213 2 zzz
.
Resolução
No plano de Argand-Gauss, observa-se que:
iz
iz
2
21
2
1
Logo,
iz 22
Assim,
iz
iiz
iiz
iiiz
iiz
iiz
zzz
68
4824
)1(4824
4824
)2()42(
)2()21(2
2
3
3
3
2
3
3
3
213
3) Determine o valor de x,
Cx
, tal que
)2()43( ixi
seja:
a) um número real:
Resolução
ixxxiixixiixixi )46()83()1(84638463)2()43( 2
Para um número complexo ser real, a parte imaginária deve ser igual a zero.
Assim:
Re
Im
z1
z2
2
3
4
6
64
046
x
x
x
x
b) um número imaginário puro:
ResoluçãoPara um número complexo ser imaginário puro, a parte real deve ser igual a zero.
Assim:
3
8
83
083
x
x
x
9. Divisão de números complexos
O quociente entre dois números complexos pode ser obtido multiplicando o
dividendo e o divisor pelo conjugado do divisor. Com isso, obtemos uma divisão por um
número real.
Considere
biaz 1
e
dicz 2
. O quociente de z1 por z2 é dado por:
)0( 2
22
21
2
1
zcom
zz
zz
z
z
Observe que
22 zz
é um número real:
22222
22 )()( dcidcdicdicdicdiczz
número real
Exemplos:
1) Dados
izeiziz 213,42 321
, calcule:
a)
2
1
z
z
Resolução
i
i
iii
iii
i
i
i
i
i
i
z
z
5
7
5
1
10
142
339
41226
3
3
3
42
3
42
2
2
2
1
b)
1
32
2z
zz
Resolução
ii
i
iii
iii
i
i
i
i
i
iii
i
ii
z
zz
4
1
4
3
80
20
80
60
6416
2060
64323216
40204020
84
84
84
55
84
263
)42(2
)21()3(
2
2
2
2
1
32
c)
31
21
zz
zz
Resolução
i
i
iii
iii
i
i
i
i
ii
iii
ii
ii
zz
zz
62
5
3010
4221
20102010
21
21
21
1010
2142
41226
)21()42(
)3()42(
2
2
2
31
21
2) Dado o número complexo
iz 33
, escreva o seu inverso, z-1, na forma algébrica.
Resolução
O inverso de um número complexo
biaz
é dado por
bia
z
11
.
Logo,
iz
iz
i
z
iii
i
z
i
i
i
z
divisordoconjugadopelondomultiplica
i
z
4
1
12
3
12
3
12
3
12
33
933333
33
33
33
33
1
)(
33
1
1
1
1
2
1
1
1
3) Calcule x e y de modo que
i
i
yix
25
23
32
.
Resolução
81
610
54
2235
3
1
27
610
2
1
27
2235
27
610
3
27
2235
2
27
610
27
2235
32
27
)610()2235(
32
2252525
2210635
32
25
25
25
23
32
25
23
32
2
2
yex
yex
yex
iyix
i
yix
iii
iii
yix
i
i
i
i
yix
i
i
yix
10. Potências de i
Utilizando as mesmas propriedades da potenciação definidas nos números reais e
sabendo que
12 i
, podemos calcular as potências de i, com
Ni
.
iiiii
iii
iiiii
iii
iiiii
iii
iiiii
i
ii
i
1
111
1
1)1(1
1
1)1(1
1
1
1
89
448
67
246
45
224
23
2
1
0
Observe como os resultados repetem-se de quatro em quatro.
Desse modo, para calcular in, indicando por q e r, respectivamente, o quociente e
o resto da divisão de n por 4, obtemos:
n 4
)30(4 rrqn
r q
Portanto:
rqn
rqn
rqn
iii
iii
ii
)( 4
4
4
Como
14 i
, temos:
rn
rn
rqn
ii
ii
ii
1
1
Sendo assim, para calcular in basta dividir o expoente n, n inteiro e positivo, por 4
e observar:
Se o resto for 0,
1ni
Se o resto for 1,
ii n
Se o resto for 2,
1ni
ii ,1,,1
ii ,1,,1
Se o resto for 3,
ii n
Exemplos:
1) Calcule:
a) i85
Resolução
85 4
121485
1 21
iiiiiii 11211214121485 .1)(
Ou, brevemente, observa-se que o resto da divisão de 85 por 4 é 1. Logo,
iii 185
b) i50
Resolução
50 4
212450
2 12
O resto da divisão de 50 por 4 é 2, logo:
1250 ii
2) Determine o valor da expressão
1803415043 32 iiii
.
Resolução
43 4
3 10
O resto da divisão de 43 por 4 é 3, logo
iii 343
.
150 4
2 37
O resto da divisão de 150 por 4 é 2, logo
12150 ii
.
34 4
2 8
O resto da divisão de 34 por 4 é 2, logo
1)()( 1213434 iii
.
180 4
0 45
O resto da divisão de 180 por 4 é 0, logo
10180 ii
.
Assim:
iiiiiii 631213)1()1(232 1803415043
3) Determine o valor da potência
2)22( i
.
Resolução
iiiii 8484484)22( 22
4) Determine as raízes quadradas de
i43
.
Resolução
Devemos obter os números complexos
)( RbeRabiaz
, tais que
iz 432
. Ou seja:
)(2
)(3
42
3
432
432
43)(
2222
22
222
2
IIab
Iba
ab
ba
iabiba
iibabia
ibia
Da equação (II), temos:
)(
2
III
b
a
Substituindo (III) em (I):
043
)1(043
34
)(3
4
3
2
3
24
24
24
22
2
2
2
22
bb
portermosostodosndomultiplicabb
bb
bportermosostodosndomultiplicab
b
b
b
ba
Para resolver essa equação biquadrada faremos
yb 2
:
1
4
043
043)(
043
2
1
2
222
24
y
y
yy
bb
bb
Como
yb 2
, temos:
2
)(14
14 22
b
Rbpoisimpossívelbb
boub
Na equação (II):
Se
2b
, então:
1
22
2
a
a
ab
Se
2b
, então:
1
2)2(
2
a
a
ab
Logo, as raízes quadradas de
i43
são:
izouiz 2121 21
11. Módulo e argumento de um número complexo
Estudamos anteriormente a forma algébrica de um número complexo
biaz
,
onde a é a parte real e b a parte imaginária de z. Vejamos agora outra forma de representar
um número complexo, considerando uma distância e um ângulo.
Consideremos o plano de Argand-Gauss abaixo com o número complexo
biaz
e o ponto P(a, b) que o representa.
A distância de P à origem O está indicada pela grandeza
, é chamada de módulo
de z e indicamos por
z
.
Aplicando o Teorema de Pitágoras no triângulo retângulo OaP para calcular a
distância de P à origem O, ou
, temos:
22222 baba
22 baz
O ângulo
)20(
formado por
OP
e pelo eixo real, no sentido anti-
horário, conforme indicado na figura anterior, é chamado de argumento de z (
0z
) e é
representado por arg(z). Sendo assim, escrevemos:
)arg(z
Note que:
a
cos
b
sen
Os números
e
são as coordenadas polares do ponto P(a, b) no plano e
determinam a posição do ponto no plano.
Exemplos:
1) Calcule o módulo dos números complexos abaixo:
a)
iz 43
Resolução
5
25
169
43 22
22
z
z
z
z
baz
b)
iz 72
Resolução
51
492
)7()2( 22
22
z
z
z
baz
c)
25
3 i
z
Resolução
10
61
100
61
100
2536
4
1
25
9
2
1
5
3
22
22
z
z
z
z
z
baz
2) Determine o módulo e o argumento do número complexo
iz 1
e faça sua
representação geométrica.
Resolução
2
11 22
22
baz
Determinando o argumento:
4
2
2
2
1
2
2
2
1
cos
b
sen
a
12. Forma trigonométrica ou polar dos números complexos
Consideremos o plano de Argand-Gauss abaixo e a representação do número
complexo não-nulo
biaz
, com
RbeRa
, módulo
e argumento
.
Observamos que:
senb
b
sen
a
a
coscos
Substituindo esses valores na forma algébrica de um número complexo, obtemos
a chamada forma trigonométrica ou forma polar do número complexo.
isenzbiaz cos )(cos seniz
Exemplos:
1) Escrever o número complexo
iz 33
na forma trigonométrica e fazer sua
representação geométrica.
Resolução
Cálculo do o módulo de z:
231833 2222 ba
Cálculo do argumento de z:
4
2
2
6
23
23
3
2
2
6
23
23
3
cos
b
sen
a
Forma trigonométrica de z:
44
cos23
)(cos
isenz
seniz
2) Escrever o número complexo
66
cos2
isenz
na forma algébrica e fazer sua
representação geométrica.
Resolução
Forma algébrica:
iz
iz
iz
isenz
3
2
2
2
32
2
1
2
3
2
66
cos2
Da forma trigonométrica
)(cos seniz
, temos que em
66
cos2
isenz
:
º30
6
2
e
13. Multiplicação e divisão de números complexos na forma trigonométrica
Considere os números complexos na forma trigonométrica
)(cos 1111 seniz
e
)(cos 2222 seniz
. Vamos calcular:
o produto
21 zz
:
)cos(coscoscos
coscoscos(cos
)(cos)(cos
)(cos)(cos
212121212121
21
2
2121212121
22112121
22211121
sensenisensenzz
sensenisenisenizz
senisenizz
senisenizz
21212121 cos senizz
De maneira geral, para n números complexos,
nzzz ,,, 21
, o produto z é um
número complexo cujo módulo é o produto dos módulos e o argumento é a soma dos
argumentos dos fatores, ou seja:
nnnn senizzzz 21212121 cos
o quociente
2
1
z
z
, com
02 z
:
)(cos
)coscos(coscos
)(cos
coscoscoscos
)(cos
)(cos
)(cos
)(cos
)(cos
)(cos
2
2
2
2
2
212121211
2
1
2
22
2
22
2
21
2
21212121
2
1
222
222
222
111
2
1
222
111
2
1
sen
sensenisensen
z
z
seni
senseniseniseni
z
z
seni
seni
seni
seni
z
z
seni
seni
z
z
2121
2
1
2
1 cos
seni
z
z
De maneira geral, o quociente entre dois números complexos
1z
e
2z
é o número
complexo cujo módulo é igual ao quociente dos módulos e cujo argumento é igual à
diferença, na ordem dada, dos argumentos de
1z
e
2z
.
Exemplos:
1) Dados os números complexos
22
cos41
seniz
e
33
cos62
seniz
, calcule:
a)
2
1z
Resolução
A forma trigonométrica de z é
)(cos seniz
. Assim, de
22
cos41
seniz
, temos que:
2
4
e
Como
21212121 cos senizz , temos que:
16
0116
cos16
2222
cos44
cos
11
11
11
11
11111111
2
1
zz
izz
senizz
senizz
senizzz
b)
21 zz
Resolução
De
22
cos41
seniz
, temos que:
2
4 11
e
De
33
cos62
seniz
, temos que:
3
6 22
e
Assim:
izz
izz
senizz
senizz
senizz
12312
2
1
2
3
24
6
5
6
5
cos24
3232
cos64
cos
21
21
21
21
21212121
c)
2
1
z
z
Resolução
2
4 11
e
3
6 22
e
i
z
z
i
z
z
i
z
z
seni
z
z
seni
z
z
seni
z
z
3
1
3
3
6
2
6
32
2
1
2
3
3
2
66
cos
3
2
3232
cos
6
4
cos
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2121
2
1
2
1
14. Potenciação de números complexos na forma trigonométrica
Considere
)(cos seniz
e n um número inteiro maior que 1. Sabemos
que:
zzzzz n
. Portanto:
n fatores
seniz n cos
)(cos nseninz nn
Essa igualdade é conhecida como a 1ª fórmula de Moivre. Abraham De Moivre
(1667-1754) foi um matemático francês que se dedicou, em grande parte, ao estudo de
teoria de probabilidades e aos números complexos.
Exemplos:
1) Sabendo que
iz
2
3
2
3
, calcule 6z e 14z .
Resolução
Cálculo do módulo de z:
3
4
12
4
3
4
9
2
3
2
3
22
22
ba
Cálculo do argumento de z (
):
)º30(
6
2
1
3
2
3
2
3
6
33
32
3
3
2
3
cos
b
sen
a
Cálculo de 6z :
27
)01(27
cos27
6
6
6
6cos3
)(cos
6
6
6
6
6
z
iz
seniz
seniz
nseninz nn
Cálculo de 14z :
iz
iz
seniz
seniz
nseninz nn
2
33
2
3
2
3
2
1
3
3
7
3
7
cos3
6
14
6
14cos3
)(cos
77
14
714
714
14
14
15. Radiciação de números complexos na forma trigonométrica
Dado um número complexo
biaz
, o número
wz
é chamado de raiz enésima
de z se, e somente se,
)2,( nNnzz nw
.
Seja
seniz cos
o número complexo
biaz
na sua forma
trigonométrica e
wwww seniz cos
uma de suas raízes enésimas.
Aplicando a 1ª fórmula de Moivre, temos que:
seninsenin wwnw coscos
Assim,
)(2
2
coscos
)(
II
n
k
kn
sennsen
n
I
ww
w
w
n
w
n
w
Substituindo os valores de
w
e de
w
em
wwww seniz cos
, temos:
wwww seniz cos
n
k
seni
n
k
z nw
22cos
Essa fórmula é conhecida como a 2ª fórmula de Moivre.
Como
220
n
k
, pois é o argumento de
wz
, então os possíveis valores
reais para k são:
n
n
nk
n
k
n
k
n
k
n
)1(2
1
4
2
2
1
0
1
2
1
0
Observemos que para
1,,2,1,0 nk
, os valores de zw são todos diferentes,
pois os arcos
n
k 2
não são congruentes. Daí em diante, ou seja, para
,2,1, nnnk
, os arcos coincidem em seus pontos terminais e os valores de zw se
repetem.
Logo, para obtermos as n raízes de um número complexo, basta fazer na fórmula
anterior
1,,2,1,0 nk
, contanto que
0z
. Conclui-se que, todo número complexo
z,
0z
, possui exatamente n raízes enésimas distintas.
Exemplos:
1) Calcular as raízes quadradas de
iz 322
.
Resolução
Cálculo de
:
416344322 22
Cálculo de
:
3
2
3
4
32
2
1
4
2
cos
b
sen
a
Logo,
33
cos4
cos
seniz
seniz
Aplicando a 2ª fórmula de Moivre para obter as raízes quadradas de
iz 322
:
2
2
3
2
2
3cos2
2
2
3
2
2
3cos4
22
cos
2
k
seni
k
z
k
seni
k
z
n
k
seni
n
k
z
w
w
n
w
Como n = 2, basta calcular k = 0 e k = 1.
iiseniseni
seniseniz
kPara
3
2
1
2
3
2º30º30cos2
66
cos2
2
3
2
3cos2
2
02
3
2
02
3cos2
:0
0
ii
seniseniseni
seniseniz
kPara
3
2
1
2
3
2
º210º210cos2
6
7
6
7
cos2
2
3
7
2
3
7
cos2
2
2
3
2
2
3cos2
2
12
3
2
12
3cos2
:1
1
iiS 3,3
Capítulo IV
Polinômios
Rogério Mazur
1. Definição
Dados um número natural n e os números complexos,
01221 ,,...,,, aeaaaaa nnn
denomina-se função polinomial na variavel x a função,
n
n xaxf )(
, ou seja:
01
2
2
3
3
2
2
1
1 ...)( axaxaxaxaxaxaxP
n
n
n
n
n
n
n
n
Temos:
x, a variável
1221 ,,...,,, aaaaa nnn
, são os coeficientes que multiplicam a variável.
xaxaxaxaxxa nn
n
n
n
n
n
n 1
2
2
3
3
2
2
1
1 ,,...,,,,
e
0a
são os termos do polinômio,
0a
é o termo independente de x.
Exemplos de polinômio:
a)
2085)( 3 xxxP
Onde:
0a
= -20
1a
= -8
2a
= 0
3a
= 5
Observe que o termo x2 não aparece no polinômio, logo seu coeficiente é zero.
b)
53)( 24 xxxP
Onde:
0a
= 5
1a
= 0
2a
= 3
3a
= 0
4a
= 1
2. Grau de um polinômio
Grau de um polinômio P(x) é o máximo expoente n que o polinômio apresenta. E o seu
coeficiente é chamado de coeficiente dominante.
Exemplos:
𝑃(𝑥) = 3 ou 𝑃(𝑥) = 3𝑥0, polinômio de grau zero
𝑃(𝑥) = 5𝑥3 − 8𝑥 − 20, polinômio de grau três
𝑃(𝑥) = 4𝑥5 + 2𝑥 + 1, polinômio de grau cinco
𝑃(𝑥) = 𝑥10 + 81𝑥 − 210, polinômio de grau dez
Exemplos:
1) Determine o valor de m para que o polinômio
82)1()102()( 234 mxmxxmxmxP
seja do grau 3.
Resolução:
Para o polinômio ser do grau 3 o coeficiente de
4x
deve ser zero
0)102( m
102 m
5m
Resposta: Para que o polinômio seja de grau 3, o valor de m deve ser 5.
2) Determine o valor de a para que o polinômio
162)2()4()( 2352 xxxaxaxP
seja de grau 2.
Resolução:
Para que o polinômio seja de grau 2 os coeficientes de
5x
e
3x
devem ser iguais a zero.
Para
5x
0)4( 2 a
2a
Para
3x
0)2( a
2a
Resposta: Para que o polinômio seja de grau 2, o valor de a deve ser -2.
3) Considere o polinômio
20424)( 23 xxxxP
. Calcule o valor de
)2(P
.
Resolução:
20424)( 23 xxxxP
Substituindo x=-2
20)2(4)2(2)2(4)2( 23 P
2084.2)8.(4)2( P
2084.2)8.(4)2( P
208832)2( P
36)2( P
Resposta: O valor de
36)2( P
Neste exemplo, calculamos o valor numérico do polinômio, para x = -2.
3. Valor numérico de um polinômio
Valor numérico de um polinômio é o valor do polinômio para um determinado valor da
variável x. Para determinarmos o valor numérico de um polinômio para x=a, onde a é um
número real, devemos substiruir a variavel x do polinômio pelo valor de a e efetuar as
operações da expresão do polinômio.
Exemplos:
1) Determine o valor numérico do polinômio
2085)( 3 xxxP
para x = 5.
Resolução:
Substituindo x pelo valor 5,
2085)( 3 xxxP
205.85.5)5( 3 P
Efetuando as operações,
2040125.5)5( P
2040625)5( P
565)5( P
Resposta: o valor numérico do polinômio, para x=5, é 565.
2) Determine o valor numérico do polinômio
65)( 2 xxxP
para x=3.
Resolução:
Substituindo x pelo valor 3,
65)( 2 xxxP
63.53)3( 2 P
Efetuando as operações:
6159)3( P
0)3( P
Resposta: o valor numérico do polinômio, para x=3, é zero.
Quando o valor numérico do polinômio, para x=a, resulta em zero, dizemos que a é raiz
do polinômio.
3) O polinômio
124)( 2 mxxxP
apresenta o valor numérico de
30)3( P
.
Determine o valor de m.
Resolução:
Vamos substituir x=3 e
30)3( P
no polinômio;
124)( 2 mxxxP
123.3.4)3( 2 mP
1233630 m
m34830
m34830
m318
6m
Resposta: Para que
30)3( P
, o valor de m é 6.
4) Determine o valor de n no polinômio
83)( xxxP n
para queo valor numérico
do polinômio para x=2 seja 18.
Resolução:
Vamos substituir o valor de x=2 e
18)2( P
no polinômio,
83)( xxxP n
82.32)2( nP
Substituindo 18)2( P
86218 n
14218 n
n21418
n24
Fatorando o termo 4, temos
n222
Como as bases são iguais, os expoentes também são iguais, portanto
2n
Resposta: Para que o valor numérico do polinômio, para x=2, seja 18, n deve ser igual a
2.
5) Calcule o valor numérico de
132)( 2345 xxxxxxP
, para
ix
, sendo
i a unidade imaginária.
Resolução:
Substituindo
ix
em P(x):
132)( 2345 xxxxxxP
132)( 2345 iiiiiiP
1)1()(31.2)( iiiiP
1132)( iiiiP
iiP 52)(
Resposta: O valor numérico é
iiP 52)(
4. Polinômio nulo
Um polinômio nulo, ou identicamente nulo, é aquele em que todos seus coeficientes são
iguais a zero.
01
2
2
3
3
2
2
1
1 ...)( axaxaxaxaxaxaxP
n
n
n
n
n
n
n
n
01
2
2
3
3
2
2
1
1 ...0 axaxaxaxaxaxa
n
n
n
n
n
n
n
n
012321 ...0 aaaaaaa nnnn
0)( xP
polinômio nulo
Exemplos:
1) Determine os valos de a,b e c para o polinômio
9)62()( 22 cxbaxxP
seja nulo.
Resolução:
Para o polinômio seja nulo todos os seus coeficientes devem ser nulos.
Temos os coeficientes:
a=0
2b+6=0
092 c
As soluções são:
a=0
b=-3
3c
Resposta: Os coeficientes devem ser a=0,b=-3 e
3c
2) Dado o polonômio
62)3(5)()( 2 axbxbaxP
determine os valores de a
e b para que o polinômio seja nulo.
Resolução:
Sabemos que
6+2a=a e 3)-5(b=ab,+a 012 a
Como a condição de polinômio nulo é
0a =a 012 a
temos
0b+a=2 a
3=b0=3)-(b=1 a
-3=a6+2a=0 a
Resposta: Para que o polimômio seja nulo,
3=b
e
-3=a
5. Polinômios idênticos
Sejam dois polinômios
)(1 xP
e
)(2 xP
. Eles serão idênticos quando todos os seus
coeficientes forem respectivamente iguais.
Sejam
01
2
2
1
11 ...)( axaxaxaxaxP
n
n
n
n
01
2
2
1
12 ...)( bxbxbxbxbxP
n
n
n
n
Se
)()( 21 xPxP
então
nn ba
,
22 ba
,
11 ba
,
00 ba
Exemplos:
3) Sejam os polinômios
cbxaxxP 21 )(
e
83)( 22 xxxP
, determine os
valores de a,b e c para que os polinômios sejamm idênticos.
Resolução:
Igualando os coeficientes dos polinômios, respectivamente, temos:
cbxaxxP 21 )(
83)( 22 xxxP
Para o termo em x2, temos a=1
Para o termo em x, temos b=3
Para o termo independente, temos c=8
Resposta: Para que os polinômios sejam idênticos, devemos ter a=1, b=3 e c=8.
4) Sabendo que os polinômios
3)()()( 21 caxbaxbaxP
e
35)( 22 xxxP
são idênticos, determine os valores de a,b e c.
Resolução:
Comparando os coeficientes para o termo em x2 dos polinômios, temos:
5ba
Comparando os coeficientes para o termo em 𝑥 dos polinômios, temos:
1ba
Comparando os coeficientes do termo idependente dos polinômios, temos:
33 ca
Das duas primeiras equações temos:
5ba
1ba
Usando o método da soma para resolver o sistema,
42 a
logo
2a
Substituindo o valor de
2a
na equação
5ba
52 b
3b
Substituindo o valores encontrados na equação:
33 ca
332 c
4c
Resposta: Para que os polinômios sejam idênticos, devemos ter
2a
,
3b
e
4c
.
5) Calcule os valores de a e b na expressão:
2
68
12 2
xx
x
x
b
x
a
Resolução:
Sabemos que:
1)-2).(x+(x22 xx
Efetuando a operação de soma de frações, temos:
2
68
)1)(2(
2)+b(x+1)-a(x
2
xx
x
xx
Como os denominadores são iguais, os numeradores tambem são, logo:
68x =2)+b(x+1)-a(x
Aplicando a propriedade distributiva:
68x =2b+bx+a-ax
Colocando x em evidência:
68x =2b+a-b)x(a
Aqui, temos uma igualdade de polinômios. Igualando os termos, rspectivamente, temos
o seguinte sistema:
{
𝑎 + 𝑏 = 8
−𝑎 + 2𝑏 = 6
Resolvendo o sistema, chegamos a:
3
14
3
10
bea
Resposta: Para que se tenha a igualdade, deve-se ter
3
14
3
10
bea
.
6) Sendo P(x) um polinômio do segundo grau tal que P(1)=7, P(2)=10 e P(0)=8,
determine esse polinômio.
Resolução:
Um polinômio do segundo grau é da forma:
cbxaxxP 2)(
Fazendo P(1)=7 ou seja x=1
cbaP 1.1.)1( 2
Substituindo P(1)=7
cba 7 (1)
Fazendo P(2)=10 ou seja x=2
cbaP 2.2.)2( 2
Substituindo P(2)=10
cba 2410 (2)
Fazendo P(0)=8 ou seja x=0
cbaP 0.0.)0( 2
Substituindo P(0)=8
c8 (3)
Temos o sistema:
c
cba
cba
8
2410
7
Substituindo o valor de c=8 nas duas primeiras equações temos
2.24
1.
ba
ba
Resolvendo o sistema, chegamos a a = 2 e b = -3.
Substituindo os valores de a, b e c em
cbxaxxP 2)(
temos:
832)( 2 xxxP
Resposta: o Polinômio desejado é
832)( 2 xxxP
6. Adição subtração e multiplicação de polinômios
Considere os polinômios:
01
2
2
1
11 ...)( axaxaxaxaxP
n
n
n
n
01
2
2
1
12 ...)( bxbxbxbxbxP
n
n
n
n
Na adição
)()( 21 xPxP
devemos somar os coeficientes das variáveis de mesma
potência:
)()()(...)()()()( 0011
2
22
1
1121 baxbaxbaxbaxbaxPxP
n
nn
n
nn
A subtração
)()( 21 xPxP
é definida como:
)()()(...)()()()( 0011
2
22
1
1121 baxbaxbaxbaxbaxPxP
n
nn
n
nn
Definimos a multiplicação de polinômios como:
)...).(...()().( 01
2
2
1
101
2
2
1
121 bxbxbxbxbaxaxaxaxaxPxP
n
n
n
n
n
n
n
n
Para resolver, devemos aplicar a propriedade distributiva de todos os elementos de )(1 xP
com todos os elementos de )(2 xP
Exemplos:
1) Dados os polinômios 35)( 2 xxxP e 52)( 2 xxxP
Determine:
a)
)()( 21 xPxP
b)
)()( 21 xPxP
c)
)().( 21 xPxP
Resolução:
a)
5)+2x+(x+3)+x-(5x)()( 2221 xPxP
5)(3+2)x(-11)x(5)()( 221 xPxP
8+x6x)()( 221 xPxP
b)
5)+2x+(x-3)+x-(5x)()( 2221 xPxP
5)(3+2)x(-11)x(5)()( 221 xPxP
2-3x-4x)()( 221 xPxP
c)
5)+2x+3).(x+x-(5x)().( 2221 xPxP
fazendo a distribuição
5)+2x+3.(x+5)+2x+x.(x-5)+2x+.(x5x)().( 222221 xPxP
Efetuando a multiplicação
15+6x+3x+5x-2x-x-25x+10x+5x)().( 22323421 xPxP
Agrupando os termos semelhantes
15+x26x+9x+5x)().( 23421 xPxP
2) Qual é o polinômio que subtraindo
58x-10x)( 21 xP
𝑃1(𝑥) = 10𝑥
2 − 8𝑥 + 5
resulta em
7+x35x-10x+4x)( 2342 xP
?
Resolução:
Pela condição, temos
)()()( 21 xPxPxP
)()()( 21 xPxPxP
)7+x35x-10x+4x(5)8x-10x()( 2342 xP
Somando os termos de mesma potência, temos:
12+x55x10x+4x)( 234 xP
Resposta: o polinômio procurado é
12+x55x10x+4x)( 234 xP
7.Divisão de polinômios
a) Método das chaves
Podemos fazer uma analogia com as divisões de números reais , onde:
Dividendo Divisor
Resto Quociente
E ainda:
Dividendo =(divisor) .(quociente) +resto
Para os polinômios, essa regra tambem é verdadeira.
O grau do polininômio do quociente é a diferença entre o grau do dividendo e o do
divisor.
Nessa operação, se P(x) é o dividendo, o divisor é D(x), o quociente é Q(x) e o resto
é R(x), temos:
P(x) D(x)
R(x) Q(x)
𝑒 𝑎𝑖𝑛𝑑𝑎:
P(x)=D(x).Q(x)+R(x)
Quando a divisão de P(x) por D(x) resultar em um resto R(x) igual a zero dizemos
que a divisão é exata.
Exemplos:
1) Determine a divisão de
6+x74xx)( 23 xP
por
2+x)( xD
:
Resolução:
P(x) D(x)
R(x) Q(x)
Para efetuarmos a divisão, devemos completar e ordenar os polinômios. Neste caso, já
está nessa forma.
Montando a divisão:
6+x74xx 23
x+2
Dividimos o primeiro termo do dividendo pelo primeiro termo do divisor. Temos 3x
dividido por x, que dá x2. Colocamos x2 no quociente. Multiplicamos x2 por (x+2),
invertemos o sinal do resultado e colocamos embaixo de P(x):
6+x74xx 23
x+2
23 x2x-
2x
Somamos P(x) com o resultado da multiplicação e colocamos embaixo,
6+x74xx 23
x+2
23 x2x-
2x
6+x72x 2
Dividimos agora 22x por x. O resultado é 2x, que colocamos no quociente.
Multiplicamos por (-1) e levamos embaixo do dividendo.
6+x74xx 23
x+2
23 x2x-
x2x2
6+x72x 2
x42x- 2
Somando temos:
6+x74xx 23
x+2
23 x2x-
x2x2
6+x72x 2
x42x- 2
6+3x
Vamos agora dividir 3x por x:
6+x74xx 23
x+2
23 x2x-
32x2 x
6+x72x 2
x42x- 2
6+3x
6-3x-
Somando as duas últimas linhas:
6+x74xx 23
x+2
23 x2x-
32x2 x
6+x72x 2
x42x- 2
6+3x
6-3x-
0
Lembrando que:
P(x) D(x)
R(x) Q(x)
Então temos: R(x)=0 e
32xQ(x) 2 x
Resposta: O resultado da divisão é
32xQ(x) 2 x
e o resto R(x) = 0.
Lembre-se de que quando o resto da divisão resulta em zero, a divisão é exata.
2) O Polinômio
baxxxP 2)(
é divisível por D(x)= x +1, e P(1) = 4 qual é o valor de
a e b?
Resolução:
Sabemos que, para que a divisão seja exata, o resto deve ser zero.
Fazendo a divisão
baxx 2
x +1
Vamos dividir por x
baxx 2
x +1
xx 2
x
Somando as linhas:
baxx 2
x +1
xx 2
x
bxa )1(
Vamos dividir por (a-1)
baxx 2
x +1
xx 42
)1( ax
bxa )1(
)1()1( axa
Somandoas linhas:
baxx 2
x +1
xx 42
)1( ax
bxa )1(
)1()1( axa
ba 1
Para que a divisão seja exata, o resto deve ser zero, logo:
01 ba
1 ba
Sabemos que P(1)=4, substituindo em P(x)
baxxxP 2)(
baP 1.1)1( 2
ba .14
3ba
Temos o sistema das equações encontradas:
3
1
ba
ba
Resolvendo o sistema temos:
a = 2 e b = 1
Resposta: Os valores procurados são a = 2 e b = 1.
3) Calcule o quociente e o resto da divisão de
12)( 3 xxxP
por
2)( xxD
:
Montando a divisão:
P(x) D(x)
R(x) Q(x)
Substituindo P(x) e D(x):
123 xx
x+2
Vamos dividir por 𝑥2
123 xx
x+2
23 2xx
2x
Somando as linhas:
123 xx
x+2
23 2xx
2x
122 2 xx
Vamos dividir por
x2
123 xx
x+2
23 2xx
xx 22
122 2 xx
xx 42 2
Somando as linhas:
123 xx
x+2
23 2xx
xx 22
122 2 xx
xx 42 2
16 x
dividindo por: 6
123 xx
x+2
23 2xx
622 xx
122 2 xx
xx 42 2
16 x
126 x
Somando as últimas linhas:
123 xx
x+2
23 2xx
622 xx
122 2 xx
xx 42 2
16 x
126 x
-13
Resposta: O resultado da divisão é o quociente
62)( 2 xxxQ
e o resto é R(x)= -13.
4) O resto da divisão do polinômio
baxxxxxP 234)(
por
1)( 2 xxD
é 4.
Determine os valores de a e b.
Fazendo a divisão
baxxxx 234
12 x
Vamos dividir por x2
baxxxx 234
12 x
24 xx
2x
Somando as linhas:
baxxxx 234
12 x
24 xx
2x
baxx 3
Vamos dividir por x
baxxxx 234
12 x
24 xx
xx 2
baxx 3
xx 3
Somando as linhas:
baxxxx 234
12 x
24 xx
xx 2
baxx 3
xx 3
bxa )1(
O resto da divisão é igual a 4, logo:
4)1( bxa
Na igualdade temos as condições:
01a
1a
4b
Resposta: Os valores procurados são
1a
e
4b
d) Método dos coeficientes a determinar
Esse método também é conhecido como método de Descartes, devido a René
Descartes (1596-1650) que foi físico, matemático e filósofo francês que ficou conhecido
com o seu nome de Renatus Cartesius. Deixou grandes contribuições na área da
matemática, como a fusão da álgebra com a geometria. Desenvolveu o sistema de
coordenadas tambem conhecido como sistema cartesiano e ficou bastante conhecido pela
frase “ Penso , logo existo”.
Podemos aplicar a identidade
)()().()( xRxQxDxP
para a divisão. Sabemos
que o grau do polinômio do quociente é a diferença do grau do dividendo com o do
divisor.
Grau [Q(x)]= Grau [P(x)] - Grau [D(x)]
Exemplos:
1) Qual é o grau do quociente da divisão de
2)( 36 xxxP por 1)( 2 xxD
Resolução:
Grau [Q(x)]= Grau [P(x)] - Grau [D(x)]
Grau [Q(x)]=6-2
Grau [Q(x)]=4
Resposta: O quociente terá grau = 4
2) O polinômio
cbxaxxP 24)(
é divisivel por
xxxD 2)(
e apresenta um
quociente
3)( 2 xxxQ
e resto
33)( xxR
. Determine os valores de a, b e c.
Resolução:
aplicando a identidade
)()().()( xRxQxDxP
e substituindo os polinômio
)()().()( xRxQxDxP
3)+(-3x+3)+x-x).(x+(x= c+bx+ax 2224
Efetuando as multiplicações, temos:
3)+(-3x+3)+x-x.(x+3)+x-.(xx= c+bx+ax 22224
3+3x-3x+x-x+3x+x-x= c+bx+ax 2323424
Somando os termos:
3+2x+x= c+bx+ax 2424
Comparando os coeficientes na identidade dos polinômios, concluímos:
Para x4: a = 1
Para x2: b = 2
Para x: c = 3
Resposta: para que a divisão seja verdadeira, temos: a = 1, b = 2 e c = 3.
8. Divisão de um polinômio por um binômio de forma ax+b
Exemplos:
1) Vamos determinar o resto da divisão do polinômio
648)( 2 xxxP
pelo
polinômio
12)( xxD
Resolução:
Utilizando o método das chaves:
P(x) D(x)
R(x) Q(x)
Substituindo P(x) e D(x):
648 2 xx
2x-1
Vamos dividir por 4x
648 2 xx
2x-1
xx 48 2
4x
Efetuando a soma:
648 2 xx
2x-1
xx 48 2
4x
6
Resposta: O resto da divisão de
648)( 2 xxxP
pelo polinômio
12)( xxD é
6.
2) Vamos fazer a divisão do polinômio
1032)( 23 xxxxP
pelo polinômio
32)( xxD .
Resolução: Utilizando o método das chaves:
P(x) D(x)
R(x) Q(x)
Substituindo P(x) e D(x):
1032 23 xxx
2x-3
Vamos dividir por
2
2x
1032 23 xxx
2x-3
2
3 23 xx
2
2x
Efetuando a soma:
1032 23 xxx
2x-3
2
3 23 xx
2
2x
103
2
1 2 xx
Dividindo por
4
x
1032 23 xxx
2x-3
2
3 23 xx
42
2 xx
103
2
1 2 xx
xx
4
3
2
1 2
Efetuando a soma:
1032 23 xxx
2x-3
2
3 23 xx
42
2 xx
103
2
1 2 xx
xx
4
3
2
1 2
10
4
9
x
Dividindo por
8
9
1032 23 xxx
2x-3
2
3 23 xx
8
9
42
2
xx
103
2
1 2 xx
xx
4
3
2
1 2
10
4
9
x
8
27
4
9
x
somando as linhas:
1032 23 xxx
2x-3
2
3 23 xx
8
9
42
2
xx
103
2
1 2 xx
xx
4
3
2
1 2
10
4
9
x
8
27
4
9
x
8
107
Chegamos a um quociente de
8
9
42
)(
2
xx
xQ
e um resto de
8
107
)( xR
Vamos calcular a raiz do divisor:
32)( xxD
320 x
2
3
x
Vamos calcular o
2
3
P
1032)( 23 xxxxP
10
2
3
3
2
3
2
2
3
2
3
23
P
10
2
3
3
4
9
2
8
27
2
3
P
10
2
9
4
18
8
27
2
3
P
8
107
2
3
P
Observe que o resto da divisão é
8
107
)( xR
e
8
107
2
3
P
também resultou no
mesmo valor.
Podemos afirmar que:
Para o binômio
bax
, seu zero de função é
a
b
x
O resto da divisão do polinômio P(x) pelo divisor apresenta um valor que igual ao de
a
b
P
Logo o resto da divisão é:
a
b
PxR )(
Esse é o teorema do resto:
O resto R(x) , que resulta da divisão de um polinômio P(x) por (x – a), é igual a P(a).
3) Calcule o resto da divisão do polinômio
1003)( 5 xxxP
pelo polinômio
3)( xxD
Resolução:
O zero da função do divisor é:
03)( xxD
x = - 3
Calculando P (-3) temos:
1003)( 5 xxxP
100)3(3)3()3( 5 P
1009243)3( P
352)3( P
Resposta: o resto da divisão é -352.
4) Calcule o valor de a para que o polinômio
aaxxxP 3)( 23
, dividido por
2)( xxD
apresente resto igual a 36.
Resolução:
Calculando o zero da função D(x) temos:
2)( xxD
20 x
2x
Calculando P(-2)
aaxxxP 3)( 23
aaP 3)2()2()2( 23
aaP 348)2(
aP 78)2(
Sabemos que o resto da divisão é 36, e pelo teorema do resto temos:
a
b
PxR )(
)2()( PxR
Substituindo e resolvendo a equação temos:
a7836
7
44
7836
a
a
Resposta: o valor de a é
7
44
.
9. Divisão de um polinômio por um binômio de forma
x
Aplicando a identidade
)()().()( xRxQxDxP
Supondo um polinômio P(x) dividido por
xxD )(
temos:
)()().()( xRxQxDxP
)()().()( xRxQxxP
O zero da função do divisor é:
xxD )(
x0
x
Substituindo
x
na equação:
)()().()( xRxQxxP
)()().()( xRxQP
)()( xRP
O resto da divisão do polinômio P(x) pelo binômio
x
é igual a
)(P
Teorema de D’Alembert
Um polinômio P(x) é divisível por
x
se, e somente se, α for raiz de P(x), ou seja
0)( P
Exemplo:
Determine o valor de b para que o polinômio
302)( 24 bxbxxP
seja divisível por
x+1.
Resolução:
Calculando o zero da função de x+1 temos x = -1
Usando o Teorema de D’Alembert, para que o polinômio P(x) seja divisível por x + 1, o
resto de P(-1) = 0
302)( 24 bxbxxP
30)1(2)1()1( 24 bbP
302)1( bbP
303)1( bP
Usando o teorema de D’Alembert
0)( P
0)1( P
Logo teremos:
303)1( bP
3030 b
10b
Resposta: O valor de b é igual a 10.
10. Divisão de um polinômio por
))(( xx
Usando a identidade
)()().()( xRxQxDxP
Vamos calcular o resto da divisão do polinômio P(x) por
xxD )(
)()().()( xRxQxDxP
)()().()( 1 xRxQxxP
Fazendo
x
)()().()( 1 xRxQP
)()( 1 xRP
Vamos calcular o resto da divisão do polinômio P(x) por
xxD )(
)()().()( xRxQxDxP
)()().()( 2 xRxQxP
Fazendo
x
)()().()( 2 xRxQP
)()( 2 xRP
O divisor
))(()( xxxD
apresenta grau dois, portanto o resto vai apresentar grau
um, sendo na forma
baxxR )(
Para
x
baxR .)(1
Para
x
baxR .)(2
temos o sistema:
{
𝑎. α + 𝑏 = 𝑅1
𝑎. β + 𝑏 = 𝑅2
Resolvendo o sistema chegamos em:
)()( 21 xRxRa
)()( 21 xRxRb
O resto 𝑅(𝑥) fica na forma:
baxxR )(
)()()()(
)( 2121
xRxRxRxR
axR
Exemplo:
Determine os valores de a e b para que o polinômio
102)( 2 bxaxxP
seja
divisível por
)2)(1()( xxxD .
Resolução:
Se P(x) é divisível por
1x
então
0)1( P
Temos:
102)( 2 bxaxxP
101.21)1( 2 baP
102)1( baP
1020 ba
Se P(x) é divisível por
2x
então
0)2( P
Temos:
102)( 2 bxaxxP
102.22)2( 2 baP
1044)2( baP
10440 ba
Temos o seguinte sistema:
{
𝑎 + 2𝑏 + 10 = 0
4𝑎 + 4𝑏 + 10 = 0
Resolvendo o sistema, chegamos:
5a
e
2
15
b
O resto será:
baxxR )(
2
15
5)( xxR
Resposta: o resto é igual a
2
15
5)( xxR
.
11. Dispositivo de Briot-Ruffini
O Dispositivo de Briot-Ruffini é um método prático utilizado para fazer a divisão
entre dois polinômios. Foi criado por Charles Auguste Briot e Paolo Ruffini.
Charles Auguste Briot foi um matemático francês que realizou importantes
contribuições em análise, calor, luz, eletricidade e gravitação. Na infância, sofreu um
acidente em que quebrou um braço, perdendo o movimento deste membro. Apesar disso,
nunca desistiu de ser um professor. Tornou-se doutor em 1842, defendendo um trabalho
sobre a órbita de um corpo sólido ao redor de um ponto fixo. Tornou-se professor na
Universidade de Lyon, veio a falecer em 1882, na França.
Paolo Ruffini foi um médico e matemático italiano nascido em 1765. Demonstrou
a impossibilidade da solução algébrica para equações quíntuplas ou superiores - teorema
Abel-Ruffini e, também, deu contribuições para soluções práticas para o estudo dos
polinômios. Veio a falecer de tifo, em 1822
Para um polinômio
01
2
2
1
11 ...)( axaxaxaxaxPn
n
n
n
e um divisor na
forma
baxxD )(
podemos fazer a divisão de polinômio de forma rápida através do
método de Briot-Ruffini. Para isso, devemos seguir algumas etapas.
Vamos utilizar o seguinte exemplo, vamos dividir
103)( 2 xxxP
por
2)( xxD
1ª etapa: calcular o zero da função ou raiz de D(x).
2)( xxD
20 x
2x
2ª etapa: colocamos a raiz de D(x) no lado esquerdo e os coeficientes do polinômio P(x)
à direita, de forma ordenada.
Raiz de D(x) Coeficientes do polinômio P(x) ordenados
Para nosso exemplo temos
2 1 3 10
3ª etapa: abaixar o primeiro coeficiente do polinômio P(x)
2 1 3 10
1
4ª etapa: multiplicar o primeiro coeficiente pela raiz (1x2=2)
5ª etapa: somar o produto obtido com o coeficiente seguinte de P(x), (2+3=5) o resultado
é colocado abaixo desse coeficiente:
2 1 3 10
1 5
6ª etapa: com esse resultado, repetem-se as operações de multiplicação e soma para todos
os coeficientes.
2 1 3 10
1 5 10
O último termo da divisão é o resto, ou seja resto é 10, os outros números correspondem
aos coeficientes ordenados do quociente da divisão.
O número 5 é o coeficiente
0a
e o número 1 é
1a
.
O quociente neste caso será:
01)( axaxQ
51)( xxQ
5)( xxQ
Exemplo:
Calcular a divisão de
4202)( 24 xxxxP por 3)( xxD .
Resolução:
Notamos que o coeficiente de x3 é zero e a raiz de D(x) é 3.
Vamos montar a chave para o método de Briot-Ruffini, colocando os coeficientes:
3 1 0 -2 -20 4
Baixando o primeiro coeficiente de P(x)
3 1 0 -2 -20 4
1
Multiplicando esse coeficiente (1) com a raiz (3) 1x3=3, somando com o próximo
coeficiente (0) 3+0=3 e colocando o resultado abaixo do coeficiente (0).
3 1 0 -2 -20 4
1 3
Multiplicando agora o número obtido (3) com a raiz (3) 3x3=9, somando com o próximo
coeficiente (-2) 9-2=7 e colocando o resultado abaixo do coeficiente (-2).
3 1 0 -2 -20 4
1 3 7
Multiplicando agora o número obtido (7) com a raiz (3) 7x3=21 , somando com o
proximo coeficiente (-20) 21-20=1 e colocando o resultado abaixo do coeficiente (-20).
3 1 0 -2 -20 4
1 3 7 1
Multiplicando agora o número obtido (1) com a raiz (3) 1x3=3 , somando com o proximo
coeficiente (4) 3+4=7 e colocando o resultado abaixo do coeficiente (4).
3 1 0 -2 -20 4
1 3 7 1 7
Concluímos que o resto da divisão é 7, o último número obtido.
Os outros números são os coeficientes de Q(x) sendo eles
10 a
,
71 a
,
32 a
e
13 a
01
2
2
3
3)( axaxaxaxQ
1371)( 23 xxxxQ
137)( 23 xxxxQ
A divisão resulta em um quociente
173)( 23 xxxxQ
e resto igual a
7)( xR
.
Capítulo V
Equações polinomiais
Karen Cristine Uaska dos Santos Couceiro
Rogério Mazur
Considere o seguinte problema:
Um artesão utilizou um único pedaço de papelão com 8 cm de largura por 15 cm
de comprimento para fazer uma caixa sem tampa. Retirou quadrados de mesma área de
cada um dos quatro cantos desse retângulo para, depois, dobrar para cima as abas
resultantes. Qual deve ser o lado do maior quadrado a ser cortado do pedaço de papelão
para que a caixa formada tenha volume de 54 cm3?
Para calcular o lado “x” do maior quadrado a ser cortado do papelão para obter o
volume de 54 cm3, fazemos:
054120464
4163012054
2821554
28215
23
322
2
xxx
xxxx
xxx
xxxV
Essa é uma equação polinomial de terceiro grau e para resolvê-la devemos recorrer
a certos métodos, que serão estudados neste capítulo.
1. Definição de equação polinomial
Denomina-se equação polinomial ou equação algébrica de grau n, na variável
Cx
, toda equação que pode ser escrita na forma:
001
2
2
1
1
axaxaxaxa
n
n
n
n
Onde:
0121 ,,,, aeaaaa nn
são os coeficientes
*Nn
0na
0a
é o termo independente
O grau e as raízes de uma equação polinomial
0)( xp
, são, respectivamente,
iguais ao grau e às raízes do polinômio
)(xp
.
O conjunto solução ou conjunto verdade de uma equação polinomial é dado pelo
conjunto de todas as suas raízes.
2. Raiz ou zero da equação
Raiz de um equação ou zero da equação é todo número complexo 𝛼 que faz a equação
𝑃(𝛼) = 0
Quando substituimos o valor de x por 𝛼 na equação e efetuamos os cálculos obtemos
𝑃(𝛼) = 0, ou seja:
0...)( 01
2
2
1
1
axaxaxaxaxP
n
n
n
n
x
0...)( 01
2
2
1
1
aaaaaP
n
n
n
n
Exemplos:
1) Identifique o grau, as raízes e o conjunto solução das seguintes equações:
a)
17102 x
Resolução
Grau: 1
Raiz:
2
7
72
17102
x
x
x
Conjunto solução:
2
7
S
b)
0432 xx
Resolução
Grau: 2
Raízes:
14
043
21
2
xex
xx
Conjunto solução:
1,4S
c)
045 24 xx
Resolução
Grau: 4
Raízes:
12
14
14
:1:4
:,
14
045
:
045)(
045
22
22
21
2
21
2
2
222
24
xx
xx
xx
yxyx
yParayPara
temosyxComo
yey
yy
yxFazendo
xx
xx
Conjunto solução:
1,1,2,2 S
2) Na equação
422)( 23 xxxxP
verifique que uma de suas raízes é
2 .
Resolução:
422)( 23 xxxxP
4)2(2)2(2)2()2( 23 P
4488)2( P
0)2( P
Pelo teorema de D’Alembert se 0)2( P então 2x é uma raiz da equação.
Resposta:
2
é uma raiz da equação.
3) Na equação
55)( 4 xxP uma de suas raízes é i , i é a unidade imaginaria.
Resolução:
55)( 4 xxP
Fazendo x=i
55)( 4 iiP
Lembrando que 14 i
55)( iP
0)( iP
Resposta:
ix
é uma raiz da equação.
4) Determine as raízes da equação
0107 23 xxx
Resolução:
Colocando o fator 𝑥 comum em evidência, temos:
0107 23 xxx
0)107( 2 xxx
Como o produto é zero temos as condições:
0x
01072 xx
Resolvendo a equação quadrática, temos as soluções
21 x
e
52 x .
Resposta: Os zeros da função são os valores de 𝑥 na solução
}5,2,0{S .
3. Teorema fundamental da Álgebra
Em 1798, Carl Friedrich Gauss (1777-1855) demonstrou satisfatoriamente o
Teorema fundamental da álgebra em sua tese de doutorado. Outros renomados
matemáticos, como Isaac Newton (1642-1727), D´Alembert (1717-1790), Leonhard
Euler (1707-1783) e Joseph Lagrange (1736-1813) também tentaram demonstrar esse
teorema, mas nenhum deles obteve o mesmo êxito.
Gauss demonstrou que:
“Toda equação algébrica
0)( xP
, de grau n (
1n
), tem pelo menos uma raiz real ou
complexa.”
Embora fundamental para a Álgebra, o teorema acima é um teorema de Análise e
sua demonstração baseia-se na continuidade das funções polinomiais complexas. Sendo
assim, nesse curso, admitiremos a existência desse teorema, sem demonstração.
4. Teorema da decomposição
Uma importante consequência do teorema fundamental da Álgebra é o teorema
da decomposição em fatores do 1º grau. Antes de enunciá-lo, observemosos polinômios
abaixo, suas raízes e formas fatoradas.
)2()2()3()3(2)(2,2,3,372102)(
)3()2()1()(32,16116)(
)2()3(4)(232444)(
)4()1()(4145)(
)5(3)(5153)(
5
24
5
4
23
4
3
2
3
2
2
2
11
ixixxxxPiixxxP
xxxxPexxxxP
xxxPexxxP
xxxPexxxP
xxPxxP
fatoradasFormasRaízesPolinômios
De maneira geral, todo polinômio de grau n, com
1n
, definido por
01
2
2
1
1)( axaxaxaxaxP
n
n
n
n
pode ser escrito na forma fatorada
)()()()( 21 nn xxxaxP
, na qual
n ,,, 21
são as raízes de P(x)
)(xP
e
na
é o coeficiente dominante de
)(xP
Assim, enunciamos o teorema:
Toda equação polinomial
0)( xP
, de grau n (
1n
), possui n e somente n raízes reais
ou complexas.
Exemplos:
1) Escreva o polinômio P(x) de raízes
iei 33,2
, tal que
15)3( P
.
Resolução
Utilizando o Teorema da decomposição temos que:
)2024()(
)3()3()2()(
)3()3()2()(
)()()()(
23
21
xxxaxP
ixixxaxP
ixixxaxP
xxxaxP
n
n
n
nn
Como
15)3( P
, segue que:
3
5
15
15)2063627(
15)2032343(
)2032343()3(
23
23
n
n
n
n
n
a
a
a
a
aP
Assim:
606123)(
)2024(3)(
)2024()(
23
23
23
xxxxP
xxxxP
xxxaxP n
2) Sendo
13 e
raízes da equação
067 234 xxxx
, determine as outras raízes
dessa equação.
Resolução
Sabendo que
13 e
são duas raízes da equação dada, pelo teorema da decomposição
temos:
0)()1()3(067 2
234 xqxxxxxx
Para obter
)(2 xq
aplicamos o dispositivo de Briot-Ruffini na divisão da equação por
3x
e, em seguida, o quociente dessa divisão por
1x
.
1)31( 7)32( 1)31( 6)32(
2)1(1 1)1(1 2)1(2
3 1 -1 -7 1 6
- 1 1 2 -1 -2 0
1 1 -2 0
Logo,
2)( 22 xxxq
e as raízes de
022 xx
são -2 e 1.
Sendo assim, as raízes da equação
067 234 xxxx
são
12,1,3 e
.
3) Expresse o polinômio
86)( 2 xxxP
na forma fatorada.
Resolução:
Vamos calcular as raízes do polinômio, fazendo P(x)=0
86)( 2 xxxP
860 2 xx
Resolvendo a equação do segundo grau, temos
As raízessão: x = 2 e x = 4.
Notamos que o coeficiente dominante
na
=1
Utilizando a relação na forma fatorada:
))...().(()( 21 nn axaxaxaxP
Temos:
86)( 2 xxxP
)4)(2(1)( xxxP
)4)(2()( xxxP
Resposta: na forma fatorada, o polinômio é
)4)(2()( xxxP .
4) Determine um polinômio que tenha como raízes 1,3 e 5.
Resolução:
Utilizando a expressão do polinômio na forma fatorada:
))...()()(()( 321 nn xxxxaxP
Sabemos que as raízes são:
11
,
32
e
53
O problema não informou qual é o coeficiente dominante, vamos escolher
na
=1 e
substituindo na expressão fatorada temos:
))...()()(()( 321 nn xxxxaxP
)5)(3)(1(1)( xxxxP
Distribuindo os dois primeiros termos:
)5(3)+4x-(x)( 2 xxP
Distribuindo os dois termos resultantes:
)53).(+4x-(x3)+4x-(x)( 22 xxP
1520x5x-3+4x-x)( 223 xxP
Simplificando a equação:
1523+9x-x)( 23 xxP
Resposta: Um polinômio que tem como raízes 1,3 e 5 é
1523+9x-x)( 23 xxP .
5) Verifique que -2, 1 e 4 são raízes do polinômio
322412-4x)( 23 xxxP
e expresse
esse polinômio na forma fatorada.
Resolução:
Verificando as raízes, usando
0)( P
Para x=-2
322412-4x)( 23 xxxP
32)2(24)2(12-4(-2))2( 23 P
32484.12-4(-8))2( P
324848--32)2( P
0)2( P
x=-2 é raiz
Para x=1
322412-4x)( 23 xxxP
32)1(24)1(12-4(1))1( 23 P
322421-4)1( P
03636)1( P
0)1( P
x=1 é raiz
Para x=4
322412-4x)( 23 xxxP
32)4(24)4(12-4(4))4( 23 P
329616.21-4.64)4( P
3296192256)4( P
0)4( P
x=4 é raiz
Expressando na forma fatorada P(x) temos o coeficiente dominante 𝑎𝑛 = 4
))...()()(()( 321 nn xxxxaxP
)4)(1))(2((4)( xxxxP
)4)(1)(2(4)( xxxxP
Resposta: os valores de -2, 1 e 4 são raízes e o polinômio na forma fatorada é
)4)(1)(2(4)( xxxxP
4. Multiplicidade de uma raiz
As raízes de uma equação algébrica ou polinomial podem ser todas distintas ou
não.
Se uma raiz de certa equação algébrica for distinta das demais raízes dessa
equação, dizemos que ela é uma raiz simples.
Se uma equação algébrica tiver duas raízes iguais a certo número, dizemos que
esse número é uma raiz de multiplicidade 2 ou uma raiz dupla. Se tiver três raízes iguais,
dizemos que é uma raiz de multiplicidade 3 ou uma raiz tripla, e assim sucessivamente.
A quantidade de vezes que um número aparece como raiz de uma equação
algébrica indica a multiplicidade dessa raiz.
A equação
01282562007614 2345 xxxxx
por exemplo, apresenta
cinco raízes, sendo três iguais a 2 e duas iguais a 4.
Dizemos então, que 2 é a raiz tripla ou de multiplicidade 3 dessa equação e que 4
é a raiz dupla ou de multiplicidade 2 dessa equação.
Escrevendo essa equação na forma fatorada, temos
0)4()2( 23 xx
.
Observe que a multiplicidade de uma raiz da equação é igual ao expoente do fator
onde ela aparece. No exemplo acima, a raiz 4 possui multiplicidade 2 e o expoente do
fator onde ela aparece é 2. Como a raiz 4 possui multiplicidade 2, a equação é divisível
por
)4( x
e
2)4( x
mas não por
3)4( x
, por exemplo.
De maneira geral, dada uma equação
0)( xP
, dizemos que
é a raiz de
multiplicidade m (
*Nm
) se, e somente se,
xQxxP m )(
, sendo
0Q
.
Exemplos
1) Considere o polinômio
44)( 2 xxxP .
Calculando suas raízes, através da fórmula de Bhaskara
044)( 2 xxxP
a
acbb
x
2
42
a=1, b=-4 e c=4
1.2
4.1.4)4()4( 2
x
2
16164
x
2
04
x
2
2
4
x
Como o polinômio tem grau n=2 ele apresenta duas raízes de valor x=2. Dizemos que
essa raiz tem multiplicidade dois. Na forma fatorada, podemos representar:
))...()()(()( 321 nn xxxxaxP
O coeficiente dominante é
na
=1
Substituindo os valores:
)2)(2(1)( xxxP
2)2()( xxP
Neste exemplo, x=2 é uma raiz de multiplicidade 2, ou dupla.
2) Nas equações abaixo, identificar a quantidade de raízes e o conjunto solução.
a)
0)2()6( 24 xxx
Resolução
0 é uma raiz simples
-6 é uma raiz de multiplicidade 4
2 é uma raiz dupla
Assim, conclui-se que a equação dada possui 7 raízes.
2,0,6S
b)
213 45 xxx
Resolução
3 é uma raiz de multiplicidade 5
-1 é uma raiz de multiplicidade 4
-2 é uma raiz simples
Assim, conclui-se que a equação dada possui 10 raízes.
3,1,2 S
3) Escrever as equações de grau 3 que possuem -5 como raiz simples e 2 como raiz dupla.
Resolução
Pelo teorema da decomposição temos:
0)2016(
0)44()5(
0)2()5(
0)2()2()5(
0)()()(
23
2
2
21
xxxa
xxxa
xxa
xxxa
xxxa
n
n
n
n
nn
Atribuindo valores para an, algumas possíveis equações são:
Para
1na
, temos
0201623 xxx
Para
2na
, temos
0403222 23 xxx
Para
3na
, temos
0604833 23 xxx
Para
1na
, temos
0201623 xxx
e assim por diante.
5)1(1 6)1(4 2)1(2
4)1(1 2)1(3 4)1(1
7)1(4 3)1(3
3)1(3
3)1(1 1)1(2 3)1(3
2)1(1 3)1(1
a31
33)3( a ba 3)63(
)3(31 a )63(3)6( aa
4) Qual é a multiplicidade da raiz -1 na equação
037265 2345 xxxxx
?
Resolução
Se -1 é raiz da equação dada, então o resto da divisão de
037265 2345 xxxxx
por
1x
será 0.
Para determinar a multiplicidade dessa raiz, basta dividir a equação sucessivas
vezes por
.1x
Aplicando o dispositivo de Briot-Ruffini:
- 1 1 5 6 -2 -7 -3
- 1 1 4 2 -4 -3 0
- 1 1 3 -1 -3 0
- 1 1 2 -3 0
1 1 -4
0
Observemos que as três primeiras divisões foram exatas, ou seja, o resto foi igual
a 0. Sendo assim, a equação possui três raízes iguais a -1 e a multiplicidade da raiz -1 é
3.
5) Calcular a e b de modo que 3 seja raiz dupla da equação
0323 bxaxx
.
Resolução
Para 3 ser raiz dupla da equação, o resto da divisão de
0323 bxaxx
por
3x
deve ser 0 nas duas divisões sucessivas.
Aplicando o dispositivo de Briot-Ruffini:
3 1 - a - 3 b
3 1
1
Fazendo os restos iguais a zero:
63 a3 a 189 ba
6 a 246 a
)(0189
)(0246
IIba
Ia
Em ( I ), temos:
40246 aa
Substituindo
4a
em ( II ):
18018490189 bbba
6) Para o polinômio
axxxxP 167)( 23
, determine o valor de a sabendo que -3
é uma raiz do polinômio. Determine as suas outras raízes e o expresse na forma
fatorada.
Resolução:
Se -3 é uma raiz do polinômio, então
0)3( P
Substituindo x=-3 em P(x)
axxxxP 167)( 23
aP )3.(16)3(7)3()3( 23
aP 486327)3(
aP 12)3(
0)3( P
a 120
Logo o polinômio é:
12167)( 23 xxxxP
Calculando as raízes utilizando o método de Briot Ruffini:
Para a raiz x=-3
-3 1 7 16 12
1 4 4 0
O resto é zero, e o resultado da divisão é
4+4x+x 2 .
Calculando as raízes de
0=4+4x+x2
a
acbb
x
2
42
Sendo a=1, b=4 e c=4:
1.2
4.1.444 2
x
2
16164
x
2
04
x
2
2
4
x
O polinômio apresenta duas raízes iguais a -2, de multipicidade 2 e outra raiz simples,
igual a -3. O coeficiente dominante é an=1. Na forma fatorada, temos:
))...()()(()( 321 nn xxxxaxP
)]3()][2()][2([1)( xxxxP
)3)(2)(2(1)( xxxxP
)3()2()( 2 xxxP
Resposta: O valor de a é 12 e as raízes do polinômio são {-2,-3} sendo -2 de
multiplicidade dupla. O polinômio na forma fatorada é
)3()2()( 2 xxxP .
7) Determine as raízes do polinômio
2+7x+ x9+ x5+x)( 234xP
sabendo que -1 é
uma raiz tripla. Apresente o resultado na forma fatorada.
Resolução:
Utilizando o método de Briot Ruffini para P(x) com a raiz -1 temos:
-1 1 5 9 7 2
1 4 5 2 0
Dividindo mais uma uma vez para a raiz -1
-1 1 5 9 7 2
-1 1 4 5 2 0
1 3 2 0
Dividindo mais uma uma vez para a raiz -1
-1 1 5 9 7 2
-1 1 4 5 2 0
-1 1 3 2 0
1 2 0
O resultado da divisão é a equação
02+x
a raiz desta equação é
-2x
As raízes são -1 de multiplicidade tripla e raiz simples -2, o coeficiente dominante é
1na
na forma fatorada temos:
))...()()(()( 321 nn xxxxaxP
)]2()][1()][1()][1([1)( xxxxxP
)2)(1)(1)(1()( xxxxxP
)2()1()( 3 xxxP
Resposta: as raízes são {-1,-2}, sendo -1de multiplicidade tripla, e o polinômio é
)2()1()( 3 xxxP .
5. Raízes nulas
Observemos as equações abaixo, suas formas fatoradas e o exposto sobre suas
raízes nulas.
uma raiz nula duas raízes nulas cinco raízes nulas
De maneira geral, toda equação algébrica que não possui o termo independente
tem o número zero como raiz de multiplicidade igual ao menor expoente da incógnita.
0)32(
032
2
23
xxx
xxx
0353
0353
242
246
xxx
xxx
0132
032
235
5678
xxxx
xxxx
Uma equação algébrica que possui o termo independente diferente de zero, não
admite o número zero como uma de suas raízes.
6. Raízes complexas
Analisemos o seguinte teorema:
Se um número complexo
biaz
, com
Ra
e
*Rb
, é raiz de uma equação
algébrica com coeficientes reais, então o conjugado de z, dado por
biaz
, também é
raiz dessa equação.
Segue a demonstração.
Consideremos a equação algébrica
0)( 01
2
2
1
1
axaxaxaxaxP
n
n
n
n
de
coeficientes reais e o número complexo
biaz
, com
Ra
e
*Rb
.
Se z é raiz de
)(xP
, então a equação pode ser reescrita como:
001
2
2
1
1
azazazaza
n
n
n
n
Aplicando os conjugados aos dois membros:
001
2
2
1
1
azazazaza
n
n
n
n
O conjugado da soma é igual à soma dos conjugados e o conjugado de zero é zero:
001
2
2
1
1
azazazaza
n
n
n
n
O conjugado do produto é igual ao produto dos conjugados e o conjugado de uma potência
é igual à potência dos conjugados:
0)()()( 01
2
2
1
1
azazazaza
n
n
n
n
O conjugado de um número real é o número real:
0)()()( 01
2
2
1
1
azazazaza
n
n
n
n
Logo,
z
também é a raiz de P(x).
Consequências:
I) Para todas as equações algébricas com coeficientes reais, o número de raízes complexas
será sempre par.
5)2(1 i 7)2()3( ii 3)2()( ii
)3()2(1 ii ii 21 ii 24)2(2
10)2()24( ii
II) Todas equações algébricas de grau ímpar, com coeficientes reais, admitem pelo menos
uma raiz real.
III) Equações algébricas de coeficientes imaginários podem ter raízes imaginárias não
conjugadas.
Exemplos
1) Uma equação algébrica de coeficientes reais possui 2, -5, 3 + i e -7i como algumas de
suas raízes. Qual é, no mínimo, o grau dessa equação?
Resolução
Como 3 + i e -7i são raízes, seus conjugados 3 – i e 7i também são raízes da mesma
equação.
Sendo assim, essa equação admitirá no mínimo 6 raízes (2, -5, 3 + i, 3 – i, -7i e 7i) e terá,
no mínimo, grau 6.
2) Sendo 2 + i uma das raízes da equação
010375 234 xxxx
, determine seu
conjunto solução.
Resolução
Se 2 + i é uma das raízes da equação dada, então 2 – i também é raiz.
Para encontrar as outras duas raízes, abaixamos o grau da equação utilizando o método
Briot-Ruffini:
2 + i 1 -5 7 3 -10
2 – i 1 -3 + i -i 4 – 2i 0
1 -1 -2 0
0)(22010375 234 xQixixxxxx
Os coeficientes de Q(x) são 1, -1 e -2.
Assim,
2)( 2 xxxQ
Para encontrar as outras raízes faremos
0)( xQ
:
21
02
21
2
xex
xx
Logo,
iiS 2,2,2,13) Escreva o polinômio,
612i+-6x)( 2 xxP ,
sendo i o número imaginário, na forma
fatorada:
Resolução:
Colocando o termo comum em evidência:
612i+-6x)( 2 xxP
)12i+-6(x)( 2 xxP
Determinado as raízes de 12i+x2 x temos:
ix
Utilizando a expressão na forma fatorada:
))...()()(()( 321 nn xxxxaxP
O coeficiente dominante é
6na
e temos duas raízes iguais a
ix
,
))((6)( ixixxP
2)(6)( ixxP
Resposta: Na forma fatorada o polinômio é expresso por
2)(6)( ixxP
4) Calcular as raízes do polinômio
2-4)x-(-3i+ x1)-(-6i+ x2)(-3i+x)( 234 xP
sabendo que -1 é uma raiz de multiplicidade dois e 2𝑖 é outra raiz. Apresente o resultado
na forma fatorada.
Resolução:
Utilizando o dispositivo de Briot Ruffini para a raiz -1
-1 1 -3i + 2 -6i - 1 -3i - 4 -2
1 -3i + 1 -3i - 2 -2 0
Dividindo mais uma uma vez para a raiz -1
-1 1 -3i + 2 -6i - 1 -3i - 4 -2
-1 1 -3i + 1 -3i - 2 -2 0
1 -3i -2 0
Dividindo agora pela raiz 2𝑖:
-1 1 -3i + 2 -6i - 1 -3i - 4 -2
-1 1 -3i + 1 -3i - 2 -2 0
2i 1 -3i -2 0
1 -i 0
Concluímos que o resultado da divisão é o polinômio
ixxP )(
que apresenta a raiz
x = i.
Sabemos que o polinômio
2-4)x-(-3i+ x1)-(-6i+ x2)(-3i+x)( 234 xP
apresenta
o coeficiente dominante an=1. O polinômio na forma fatorada, para as raízes -1, 2i e i é:
))...()()(()( 321 nn xxxxaxP
))(2(111)( ixixxxxP
))(2(11)( ixixxxxP
))(2(1)( 2 ixixxxP
O polinômio apresenta multiplicidade dupla para a raiz x = -1, uma raiz igual a 2i e outra
igual a i.
Resposta: O polinômio procurado é
)1)(2(1)( 2 xixxxP
.
5) Resolver a equação
0=4+6x-6x+6x-2x 234
sabendo que i é uma de suas raízes.
Resolução:
Vamos aplicar o método de Briot Ruffini para a raiz 𝑧 = 𝑖
i 2 -6 6 -6 4
2 2i-6 -6i+4 4i 0
Se
i=z
é raiz da equação seu conjugado
-i=z
também é. Aplicando o dispositivo de
Briot Ruffini para essa raiz, temos:
i 2 -6 6 -6 4
-i 2 2i-6 -6i+4 4i 0
2 −6 4 0
A equação resultante é
0=4+6x-2x 2
Calculando as raízes:
a
acbb
x
2
42
sendo a=2, b=-6 e c=4
2.2
4.2.4)6()6( 2
x
4
32366
x
4
46
x
4
26
x
21 x e 12 x
Resposta: as raízes da equação são S={1,2,i,-i}.
6) Na equação
072+36x- x17+4x-x 234
uma raiz é 2i+2=z . Determine as
raízes da equação.
Resolução:
Aplicando o método de Briot Ruffini para a raiz 𝑧 = 2 + 2𝑖
2i+2
1 -4 17 -36 72
1
2i+2-
9
18i+18-
0
Se
2i+2=z
é raiz da equação seu conjugado
2i-2=z
também é, aplicando Briot
Ruffini para essa raiz temos:
2i+2
1 -4 17 -36 72
2i-2
1
2i+2-
9
18i+18-
0
1 0 9 0
A equação resultante na última linha é
09x2
Calculando as raízes:
09x2
9x2
9x
i31.9x
Resposta: as raízes da equação são
}22,22,3,3{ iiiiS
7. Relações de Girard
Em 1629 o matemático Albert Girard (1595-1632) apresentou um importante
teorema relacionando as raízes e os coeficientes de uma equação algébrica, conhecido
atualmente como Relações de Girard.
Somente as relações de Girard não são suficientes para resolver equações
algébricas, porém elas formam um sistema de equações, não-linear, e somado a alguma
outra informação sobre as raízes são suficientes para resolver o sistema.
Relações de Girard para a equação do 2º grau
Aplicando o teorema da decomposição na equação
02 cbxax
, com
0a
e
raízes
21 e
temos:
)()( 21
2 xxacbxax
Dividindo ambos os membros por
)0( aa
:
2121
22
2112
22
21
2
)(
)()(
xx
a
c
x
a
b
x
xxx
a
c
x
a
b
x
xx
a
c
x
a
b
x
Igualando os coeficientes obtemos as raízes de uma equação algébrica do 2º grau:
a
b
)( 21
a
b
21
a
c
21
Relações de Girard para a equação do 3º grau
Aplicando o teorema da decomposição na equação
023 dcxbxax
, com
0a
e raízes
321 , e
temos:
)()()( 321
23 xxxadcxbxax
Dividindo ambos os membros por
)0( aa
:
321323121
2
321
323
321
23
)()(
)()()(
xxx
a
d
x
a
c
x
a
b
x
xxx
a
d
x
a
c
x
a
b
x
Igualando os coeficientes obtemos as raízes de uma equação algébrica do 3º grau:
a
b
321
a
c
323121
a
d
321
A demonstração é análoga para as demais equações algébricas com grau maior
que 3.
Sendo
001
1
1
axaxaxa
n
n
n
n
uma equação algébrica de grau
)1( nn
,
0na
e
n ,,,, 321
suas raízes, temos:
n
n
nn
n
n
nnn
n
n
nn
n
n
nn
a
a
raízesndasoduto
a
a
trêsatrêstomadasraízesdasprodutosdosSoma
a
a
duasaduastomadasraízesdasprodutosdosSoma
a
a
raízesndasSoma
0
14321
3
12521421321
2
1413121
1
1321
1
:Pr
:
:
:
Exemplos
1) Escreva as relações de Girard para a equação
013 23 xxx
.
Resolução
Chamando as raízes da equação de
321 , xexx
temos:
Soma das três raízes:
3
1
)3(
321321
xxxxxx
Soma dos produtos das raízes tomados dois a dois:
1
1
1
323121323121 xxxxxxxxxxxx
Produto das três raízes:
1
1
1
321321 xxxxxx
2) Resolver a equação
012133 xx
sabendo que a soma de duas raízes é 4.
Resolução
0)4(1 13)4(4 12)4(3
Sendo os coeficientes da equação
1213,0,1 decba
e chamando as raízes da
equação de x, y e z, temos as seguintes relações de Girard:
)(12
)(13
)(0
IIIxyz
IIyzxzxy
Izyx
Conforme o enunciado, a soma de duas raízes é 4, então:
)(4 IVyx
Substituindo ( IV ) em ( I ):
4
04
0
z
z
zyx
Encontrado uma das raízes, podemos aplicar o dispositivo de Briot-Ruffini para reduzir
o grau da equação e encontrar as demais raízes.
- 4 1 0 - 13 12
1 - 4 3 0
34)( 2 xxxQ
Fazendo
0)( xQ
, temos:
13
034
21
2
xex
xx
Logo,
3,1,4S
3) Determine as raízes da equação
022 xx
Resolução:
Utilizando as relações de Girard,
a
c
a
b
21
21
Os coeficientes são𝑎 = 1, 𝑏 = 1 𝑒 𝑐 = −2, substituindonas relações de Girard, temos:
2
1
2
1
1
1
21
21
A soma das raízes é -1 e o produto é -2, temos como solução:
𝛼1 = 1 𝑒 𝛼2 = −2
Resposta: As raízes são{1,-2}.
4) Vamos determinar as raízes da equação
0673 xx
utilizando as relações de
Girard.
Resolução:
Os coeficientes da equação são a=1, b=0, c=-7 e d=6.
As relações de Girard são:
a
d
a
c
a
b
321
323121
321
Substituindo os coeficientes:
1
6
1
7
1
0
321
323121
321
Simplificando:
6
7
0
321
323121
321
Resolvendo o sistema temos:
3,2,1 321
Resposta: As soluções da equação são dadas pelo conjunto {1,2,-3}.
5) Determine as raízes da equação
0326 23 xx , utilizando as relações de Girard,
sabendo que uma das raízes é de multiplicidade dupla.
Resolução:
Os coeficientes da equação são: a=1, b=6, c=0 e d=-32.
As relações de Girard são:
a
d
a
c
a
b
321
323121
321
Substituindo os coeficientes:
1
)32(
1
0
1
6
321
323121
321
Simplificando:
32
0
6
321
323121
321
Temos duas raízes iguais,logo
21
temos:
32
0
6
311
313111
311
32
02
62
3
2
1
31
2
1
31
na primeira equação, isolando
3
temos:
13 26
equação (I)
02 31
2
1
equação (II)
323
2
1
equação (II)
Subistituindo a equação I em II temos
02 31
2
1
0)26(2 11
2
1
0123 1
2
1
As soluções para
1
são:
01
e
41
Substituindo na equação I temos:
13 26
para
01
0.263
63
Para
41
)4.(263
23
𝛼3 = −6 − 2𝛼1
Verificando esses valores na equação III
323
2
1
Se 𝛼1 = 0 𝑒 𝛼3 = −6
02(−6) = 32 → 0 = 32 não é verdade.
Se 𝛼1 = −4 𝑡𝑒𝑚𝑜𝑠 𝛼3 = 2
422 = 32 → 32 = 32 é verdade.
Logo as raízes são -4 (de multiplicidade dupla) e 2.
Resposta: As raízes da equação são{-4,2}.
6) Calcule a soma das raizes do polinômio 2862)( 23 xxxxP .
Utilizando as relações de Girard, temos:
a
b
aaa
321
No polinômio a=2 e b=6, logo temos:
2
6
321
aaa
3321 aaa
Resposta: a soma das raízes é -3.
7) Calcule o produto das raizes do polinômio
122273)( 23 xxxxP
.
Utilizando as relações de Girard, temos:
a
d
aaa
321 ..
No polinômio, a=3 e b=12, logo temos:
3
12
321
aaa
4321 aaa
8. Raízes racionais
Observe as equações polinomiais abaixo e seu conjunto solução:
32,32,
3
1
236,236,3
0171330545415 2323
SS
xxxxxx
Embora sejam equações com coeficientes inteiros, suas raízes não são todas
racionais.
O teorema a seguir não nos dá a garantia da existência de raízes racionais, mas
determina as possibilidades para essas raízes, ou seja, ajuda-nos a obtê-las caso elas
existam.
Se o número racional
q
p
, com p e q primos entre si, for raiz da equação polinomial
001
2
2
1
1
axaxaxaxa
n
n
n
n
de coeficientes inteiros, com
0na
, então q é
divisor de
na
e p é divisor de
0a
.
Exemplo
Verifique se a equação
0633 24 xx
possui raízes racionais.
Resolução
Como essa equação polinomial possui coeficientes inteiros
60,3,0,3 eedcba
, então:
p é divisor de -6, ou seja,
63,2,1 pouppp
q é divisor de 3, ou seja,
31 poup
Os possíveis valores para as raízes racionais da equação são dados pela razão
q
p
, logo:
3
2
,
3
2
,
3
1
,
3
1
,6,6,3,3,2,2,1,1
q
p
.
Fazendo a verificação dos valores que satisfazem a equação, notamos que nenhum desses
doze valores é raiz da equação. Portanto, conclui-se que a equação não possui raízes
racionais.
Referências
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Paulo: FTD, 2002.
DANTE, Luiz Roberto. Matemática: contexto e aplicações. Vol. único. São Paulo: Ática,
2006.
GENTIL, Nelson et al. Matemática para o 2º grau - volume 2 – 10 ed. – São Paulo: Editora
Ática, 2001.
GIOVANNI, José Rui; BONJORNO, José Roberto. Matemática completa 2ª série. São
Paulo: FTD, 2005.
GIOVANNI, José Rui; BONJORNO, José Roberto. Matemática completa 3ª série. São
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IEZZI, Gelson et al. Matemática: volume único. São Paulo: Atual, 1997.
_______. Matemática: ciência e aplicações. Vol. 1. São Paulo: Atual, 2010.
LIMA, Elon Lages et al. A Matemática no Ensino Médio - volume 3 – 6 ed. – Rio de
Janeiro: SMB 2006.
PAIVA, Manuel. Matemática. Vol. único. São Paulo: Moderna, 2003.
RIBEIRO, Jackson. Matemática: ciência e linguagem. Vol. único. São Paulo: Scipione,
2007.
SMOLE, Kátia Stocco; DINIZ, Maria Ignez. Matemática Ensino Médio – volume 2 – 6
ed. – São Paulo: Editora Saraiva, 2010.