05_Aula 18

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Dispositivo de Briot-Ruffini
MO´DULO 3 - AULA 18
Aula 18 – Dispositivo de Briot-Ruffini
Conceitos:
Nu´meros reais e operac¸o˜es.
Polinoˆmios com coeficientes
reais, operac¸o˜es e
propriedades e o algoritmo
euclidiano.
Objetivos
• Aplicar o dispositivo de Briot-Ruffini.
• Fazer diviso˜es sucessivas e aprender a divisa˜o por poteˆncias de x − α,
usando esse dispositivo.
• Aprender os conceitos de raiz real mu´ltipla e de multiplicidade da raiz.
O dispositivo de Briot-Ruffini e´ um algoritmo eficiente e pra´tico para a
determinac¸a˜o do quociente q(x) e do resto r(x) da divisa˜o euclidiana de um
polinoˆmio f(x) por x − α. A lo´gica desse algoritmo esta´ fundamentada no
me´todo dos coeficientes a determinar.
Lembramos que:
f(x) = q(x)(x− α) + r, onde r(x) = r ∈ R e gr(q(x)) = gr(f(x))− 1 O s´ımbolo α leˆ-se alfa.
Para voceˆ entender esse algoritmo, consideramos a divisa˜o por x−α de
um polinoˆmio f(x) = a3x
3 + a2x
2 + a1x + a0 de grau 3. Nesse caso, o resto
e´ r(x) = r ∈ R e o quociente e´ q(x) = q2x2 + q1x + q0. Enta˜o,
f(x) = (q2x
2 + q1x + q0)(x− α) + r
= q2x
3 + (q1 − q2α)x2 + (q0 − q1α)x + (r − q0α) .
Logo, a3x
3+a2x
2+a1x+a0 = q2x
3+(q1−q2α)x2+(q0−q1α)x+(r−q0α).
Comparando os coeficientes, obtemos⎧⎪⎪⎪⎨
⎪⎪⎪⎩
q2 = a3
q1 − q2α = a2
q0 − q1α = a1
r − q0α = a0
=⇒
⎧⎪⎪⎪⎨
⎪⎪⎪⎩
q2 = a3
q1 = q2α + a2
q0 = q1α + a1
r = q0α + a0 .
O dispositivo de Briot-Ruffini consiste na elaborac¸a˜o de uma tabela
com o objetivo de calcular, sucessivamente, os coeficientes do quociente e
do resto, usando a fo´rmula recursiva acima. A tabela tem duas linhas. Na
primeira, colocamos α seguido dos coeficientes a3, a2, a1 e a0 do dividendo
f(x). Na segunda, colocamos os coeficientes q2, q1 e q0 do quociente q(x) e o
valor do resto r(x) = r, que sa˜o calculados um apo´s o outro. A forma final
da tabela e´ a seguinte:
Fo´rmula recursiva
A partir de um valor inicial,
nesse caso o coeficiente do
termo de mais alto grau de
q(x), determinamos os
outros valores, um apo´s o
outro.
α a3 a2 a1 a0
q2 q1 q0
... r
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Dispositivo de Briot-Ruffini
Roteiro:
(1) Os polinoˆmios f(x) e x− α sa˜o os dados do problema. Constru´ımos
a primeira linha da tabela com α seguido dos coeficientes a3, a2, a1 e a0,
nessa ordem.
(2) A segunda linha e´ constru´ıda passo a passo. Primeiramente, colocamos
embaixo de a3 o valor de q2 = a3. Esse e´ o valor inicial.
Paolo Ruffini
1765-1822, Ita´lia.
Em 1783, ingressou na
Universidade de Modena,
onde estudou Matema´tica,
Medicina, Filosofia e
Literatura. Ale´m da sua
atuac¸a˜o como professor na
Universidade de Modena,
exerceu a Medicina.
No enderec¸o:
http://www-history.mcs.st
-andrews.ac.uk/∼history/
Mathematicians/
Ruffini.html
podem ser encontradas mais
informac¸o˜es sobre Ruffini.
Charles Auguste Briot,
matema´tico franceˆs, nasceu
em 1817 e faleceu em 1882.
Obteve o seu doutorado em
1842, com um trabalho sobre
a o´rbita de um corpo so´lido
em torno de um ponto fixo.
Escreveu diversos livros e
recebeu preˆmios pelos seus
trabalhos. Trabalhou em
Ana´lise, Calor e Eletricidade.
Foi professor na
Universidade de Lyon, onde
conheceu Claude Bouquet,
com quem fez importantes
trabalhos de Ana´lise. Atuou
na E´cole Polytechnique, na
Faculte´ des Sciences e, a
partir de 1864, foi professor
da Sorbonne.
Lamentavelmente, na˜o temos
uma foto do Briot.
Quer saber mais? Consulte
http://www-history.mcs.st
-andrews.ac.uk/∼history/
Mathematicians/Briot.html
α a3 a2 a1 a0
q2 = a3
...
(3) Usando q2, α e a2, calculamos o valor de q1 = q2α + a2 e colocamos
embaixo de a2.
α a3 a2 a1 a0
q2 q1 = q2α + a2
...
(4) Usando q1, α e a1, calculamos o valor de q0 = q1α + a1 e colocamos
embaixo de a1.
α a3 a2 a1 a0
q2 q1 q0 = q1α + a1
...
(5) Usando q0, α e a0, calculamos o valor de r = q0α+a0 e colocamos embaixo
de a0.
α a3 a2 a1 a0
q2 q1 q0
... r = αq0 + a0
Exemplo 6
Vamos determinar o quociente q(x) e o resto r(x) = r da divisa˜o euclidiana
de f(x) = x3 − 3x2 + 4 por x − 2, seguindo o roteiro anterior. Nesse caso,
α = 2 e os coeficientes de f(x) sa˜o a3 = 1, a2 = −3, a1 = 0 e a0 = 4.
(1) A primeira linha da tabela e´:
2 1 −3 0 4
...
Constru´ımos a segunda linha, a partir da segunda coluna, passo a passo.
O quociente tem grau 2. Comec¸amos determinando q2.
(2) O coeficiente do termo de maior grau do quociente e´ q2 = a3 = 1.
2 1 −3 0 4
1
...
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(3) Calculamos o coeficiente q1 = q2α + a2 = 1× 2− 3 = −1.
2 1 −3 0 4
1 −1 ...
(4) Calculamos o coeficiente q0 = q1α + a1 = (−1) · 2 + 0 = −2.
2 1 −3 0 4
1 −1 −2 ...
(5) Calculamos o resto r = q0α + a0 = (−2) · 2 + 4 = 0.
2 1 −3 0 4
1 −1 −2 ... 0
Obtemos o quociente q(x) = x2 − x − 2 e o resto r = 0. O polinoˆmio
f(x) e´ divis´ıvel por x − 2. Assim, α = 2 e´ uma raiz de f(x) e f(x) =
(x2 − x− 2)(x− 2).
Exemplo 7
Vamos agora dividir g(x) = 2x4 + x3 − x2 + 3x − 4 por x + 2, usando o
dispositivo de Briot-Ruffini.
(1) Para construirmos a primeira linha da tabela, escrevemos α = −2, a4 = 2,
a3 = 1, a2 = −1, a1 = 3 e a0 = −4.
−2 2 1 −1 3 −4
...
Calculamos a segunda linha, comec¸ando da segunda coluna, usando a
fo´rmula recursiva com valor inicial 2, obtendo:
−2 2 1 −1 3 −4
2 −3 5 −7 ... 10
(2) (3) (4) (5) (6)
(2) q3 = a4 = 2.
(3) q2 = q3α + a3 = 2 · (−2) + 1 = −3.
(4) q1 = q2α + a2 = (−3) · (−2) + (−1) = 5.
(5) q0 = q1α + a1 = 5 · (−2) + 3 = −7.
(6) r = q0α + a0 = (−7) · (−2) + (−4) = 10.
Obtemos o quociente q(x) = 2x3− 3x2 +5x− 7 e o resto r = 10. Nesse
caso, g(−2) = 10.
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Exemplo 8
Qual o valor de h(−3), sendo h(x) = x5 + 2x4 − 4x3 − 3x2 + 2x− 1 ?
Podemos fazer este ca´lculo utilizando o dispositivo de Briot-Ruffini,
pois h(−3) e´ o resto da divisa˜o de h(x) por x + 3.Lembre que:
h(x) = q(x)(x− α) + r(x),
r(x) = r ∈ R e
h(α) = r(α) = r.
(1) Para formar a primeira linha da tabela, temos α = −3, a5 = 1, a4 = 2,
a3 = −4, a2 = −3, a1 = 2 e a0 = −1.
−3 1 2 −4 −3 2 −1
...
O quociente tem grau 4. Constru´ımos a segunda linha comec¸ando da
segunda coluna, usando a fo´rmula recursiva com valor inicial q4 = a5 = 1,
obtendo:
−3 1 2 −4 −3 2 −1
1 −1 −1 0 2 ...− 7
(2) (3) (4) (5) (6) (7)
(2) q4 = a5 = 1.
(3) q3 = q4α + a4 = 1 · (−3) + 2 = −1.
(4) q2 = q3α + a3 = (−1) · (−3)− 4 = −1.
(5) q1 = q2α + a2 = (−1) · (−3)− 3 = 0.
(6) q0 = q1α + a1 = 0 · (−3) + 2 = 2.
(7) r = q0α + a0 = 2 · (−3)− 1 = −7.
Escrevemos o quociente q(x) = x4 − x3 − x2 + 2 e o resto r = −7,
olhando para a segunda linha da tabela. Portanto, h(−3) = −7.
Quando α1 �= α2 sa˜o ra´ızes reais do polinoˆmio f(x) ∈ R[x], enta˜o
f(α1) = f(α2) = 0 e f(x) e´ divis´ıvel por (x − α1)(x − α2). O algoritmo
de Briot-Ruffini e´ muito eficiente para obter o quociente q(x) e escrever a
fatorac¸a˜o f(x) = (x− α1)(x− α2)q(x). Usamos o algoritmo duas vezes. Na
primeira, dividimos f(x) por x− α1, logo,
f(x) = (x− α1)h(x).
Como 0 = f(α2) = (α2−α1)h(α2) e α2−α1 �= 0, temos que h(α2) = 0.
Logo, h(x) e´ divis´ıvel por x− α2. Sabendo h(x), aplicamos o algoritmo pela
segunda vez, fazendo a divisa˜o de h(x) por x− α2, obtendo
h(x) = (x− α2)q(x).
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Assim,
f(x) = (x− α1)h(x) = (x− α1)(x− α2)q(x).
Consideremos o polinoˆmio f(x) = x4 + x3 − x2 + x − 2. Note que
f(1) = 0 e f(−2) = 0. Fazendo a divisa˜o de f(x) por x− 1, aplicando
o algoritmo com α1 = 1, obtemos:
1 1 1 −1 1 −2
1 2 1 2
... 0
O quociente dessa divisa˜o e´ x3 + 2x2 + x+ 2. Logo, temos a fatorac¸a˜o
f(x) = (x−1)(x3 +2x2 +x+2). Devemos dividir x3 +2x2 +x+2 por x+2.
Fazemos esse ca´lculo na mesma tabela. Acrescentamos o valor de α2 = −2
na primeiracoluna da segunda linha da tabela anterior. Obtemos:
1 1 1 −1 1 −2
−2 1 2 1 2 ... 0
...
Aplicamos novamente o dispositivo de Briot-Ruffini, construindo uma
nova linha da tabela, formada pelos coeficientes do quociente da divisa˜o do
polinoˆmio x3+2x2+x+2 por x+2 e tambe´m pelos coeficientes do quociente
da divisa˜o de x4 + x3 − x2 + x− 2 por (x− 1)(x+ 2). Obtemos:
1 1 1 −1 1 −2
−2 1 2 1 2 ... 0
1 0 1
... 0
Finalmente, sendo o u´ltimo quociente x2 + 1, conclu´ımos que
x3 + 2x2 + x + 2 = (x + 2)(x2 + 1) e f(x) = (x− 1)(x+ 2)(x2 + 1).
Esse procedimento pode ser generalizado, continuando a divisa˜o, quando
o polinoˆmio tiver outras ra´ızes reais distintas.
Tambe´m podemos utilizar o dispositivo de Briot-Ruffini, sucessiva-
mente, para verificar se um polinoˆmio f(x) e´ divis´ıvel por x − α, (x − α)2,
(x− α)3 etc. Veja o pro´ximo exemplo.
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Exemplo 9
O polinoˆmio f(x) = x6− 3x2 +2 tem a raiz α = −1. Os coeficientes de f(x)
sa˜o a6 = 1, a5 = 0, a4 = 0, a3 = 0, a2 = −3, a1 = 0 e a0 = 2. A divisa˜o de
f(x) por x + 1, aplicando o dispositivo e´:
−1 1 0 0 0 −3 0 2
1 −1 1 −1 −2 2 ... 0
Logo, f(x) = x6 − 3x2 + 2 = (x + 1)(x5 − x4 + x3 − x2 − 2x + 2).
Para verificar se (x + 1)2 divide f(x), aplicamos novamente o dispositivo ao
quociente obtido acima. Acrescentamos na segunda linha da tabela o valor
de α = −1 e fazemos os ca´lculos:
−1 1 0 0 0 −3 0 2
−1 1 −1 1 −1 −2 2 ... 0
1 −2 3 −4 2 ... 0
O resto da divisa˜o e´ 0. Logo, (x+ 1)2 divide f(x).
Para saber se (x+1)3 divide f(x), continuamos o procedimento. Acres-
centamos α = −1 na terceira linha e aplicamos, novamente, o algoritmo:
−1 1 0 0 0 −3 0 2
−1 1 −1 1 −1 −2 2 ... 0
−1 1 −2 3 −4 2 ... 0
1 −3 6 −10 ... 12
Agora, o resto e´ diferente de zero, assim (x + 1)3 na˜o divide f(x). No
entanto, na terceira linha da tabela, podemos ler os coeficientes do quociente
da divisa˜o de f(x) por (x+ 1)2 e escrever
f(x) = (x+ 1)2(x4 − 2x3 + 3x2 − 4x + 2) .
Observe que α = 1 e´ raiz de x4 − 2x3 + 3x2 − 4x + 2. Fazendo a
divisa˜o sucessiva de x4− 2x3 +3x2− 4x+2 por x− 1, (x− 1)2 e (x− 1)3,
obtemos:
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1 1 −2 3 −4 2
1 1 −1 2 −2 ... 0
1 1 0 2
... 0
1 1
... 3
Verificamos que (x−1)2 divide e (x−1)3 na˜o divide x4−2x3+3x2−4x+2.
Consultanto a terceira linha da tabela anterior, escrevemos
x4 − 2x3 + 3x2 − 4x+ 2 = (x− 1)2(x2 + 2).
Portanto,
f(x) = (x+ 1)2(x4 − 2x3 + 3x2 − 4x + 2) = (x+ 1)2(x− 1)2(x2 + 2).
Esse u´ltimo exemplo motiva a seguinte definic¸a˜o.
Definic¸a˜o 18.1 (Multiplicidade da raiz)
Dizemos que o nu´mero real α e´ uma raiz de f(x) com multiplicidade r se, e
somente se, (x − α)r divide f(x) mas (x − α)r+1 na˜o divide f(x), onde r e´
um nu´mero natural maior ou igual a 1. Nesse caso, r e´ o expoente da maior
poteˆncia de x− α que divide f(x) e
f(x) = (x− α)rq(x), com q(α) �= 0.
Dizemos que α e´ uma raiz simples de f(x) quando r = 1 e uma raiz
mu´ltipla de f(x), quando r ≥ 2.
Chamamos uma raiz
mu´ltipla de dupla, tripla,
qua´drupla, qu´ıntupla,
seˆxtupla, . . ., quando
r = 2, 3, 4, 5, 6, . . .,
respectivamente.
No Exemplo 9, vimos que 1 e´ raiz de x4 − 2x3 + 3x2 − 4x + 2 com
multiplicidade 2 , enquanto −1 e 1 sa˜o ra´ızes de x6 − 3x2 + 2 com multipli-
cidade 2.
Lembre que ...
Se Δ = b2 − 4ac < 0 e a > 0,
enta˜o
ax2 + bx + c ≥ − Δ
4a
> 0.
O gra´fico dessa para´bola
esta´ voltado para cima.
Exemplo 10
Seja f(x) = (x− 1)(x−√2)2(x +√3)(x− 2)3(10x− 3)(x2 + x + 1).
Os nu´meros reais 1, −√3 e 3
10
sa˜o ra´ızes simples,
√
2 e´ raiz dupla e 2 e´ raiz
tripla de f(x). O polinoˆmio x2 + x + 1 tem discriminante Δ = b2 − 4ac =
1−4 = −3 < 0 e assim, para todo nu´mero real x, o valor x2+x+1 ≥ − Δ
4a
= 3
4
.
Logo, o polinoˆmio x2 + x + 1 na˜o tem ra´ızes reais. As ra´ızes reais de f(x)
sa˜o 1, −√3, 3
10
,
√
2 e 2.
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Dispositivo de Briot-Ruffini
Resumo
Voceˆ aprendeu a aplicar o dispositivo de Briot-Ruffini; a utiliza´-lo para
determinar se um nu´mero real α e´ uma raiz de um polinoˆmio e para
calcular a divisa˜o sucessiva por x − α. Aprendeu tambe´m os conceitos de
multiplicidade de uma raiz real e de raiz real simples e mu´ltipla. Viu como
utilizar esse dispositivo para determinar a multiplicidade r de uma raiz real
α de f(x) e escrever f(x) = (x − α)rq(x), com q(α) �= 0. E viu ainda a
relac¸a˜o entre a divisibilidade por poteˆncias de x − α e a multiplicidade da
raiz α.
Exerc´ıcios
1. Determine f(α), usando o algoritmo de Briot-Ruffini:
a. f(x) = 3x4 + 2x3 − 3x2 − x + 7 e α = −3.
b. f(x) = 2x4 − 6x3 + 3x2 − 7x+ 6 e α = 3.
2. Determine o quociente e o resto da divisa˜o euclidiana de f(x) por g(x):
a. f(x) = x3 − 2x2 − 13x + 6 e g(x) = x+ 3 .
b. f(x) = 2x3 + 3x2 − x + 5 e g(x) = x+ 1 .
c. f(x) = x3 − 27 e g(x) = x− 3 .
d. f(x) = 2x5 + 7x4 − 18x2 − 8x+ 8 e g(x) = x− 1
2
.
3. Verifique que −2 e´ raiz de f(x) = 2x5+7x4−18x2−8x+8 e determine
a sua multiplicidade.
4. Verifique que α e´ uma raiz de f(x), determine a sua multiplicidade r e
escreva f(x) = (x− α)rq(x):
a. f(x) = x9 − x7 − x6 − x5 + x4 + x3 + x2 − 1, α = 1.
b. f(x) = x9 − x7 − x6 − x5 + x4 + x3 + x2 − 1, α = −1.
c. f(x) = x4 + x3 − 15x2 − 9x+ 54, α = 3.
d. f(x) = −x4 + 11x3 − 38x2 + 52x− 24, α = 2.
5. Verifique que (x − 2)(x + 3) divide f(x) = x4 + x3 − 15x2 − 9x + 54.
Determine a multiplicidade das ra´ızes 2 e −3.
6. Verifique que (x−1)(x+1) divide 2x7−6x6+3x5+x4+x3+3x2−6x+2.
Determine a multiplicidade das ra´ızes 1 e −1.
7. Determine m para que x4 +ma2x2− 5ax2 + a4 seja divis´ıvel por x− a,
a �= 0.
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MO´DULO 3 - AULA 18
8. Diga quais das afirmac¸o˜es sa˜o falsas ou verdadeiras, justificando a sua
resposta:
a. As ra´ızes reais de f(x) = x4 − 4 sa˜o simples.
b. O polinoˆmio xn − 1 e´ mu´ltiplo de x + 1, para todo nu´mero natural
n ≥ 1.
c. O polinoˆmio (x2 − 1)(x3 − 1)(x4 − 1) tem duas ra´ızes reais, ambas
com multiplicidade 2.
d. Existe um u´nico polinoˆmio de grau 3 tendo ra´ızes 1 , 2 e 3.
e. x3 + x− 2 tem uma u´nica raiz real simples.
9. Seja f(x) = anx
n + an−1xn−1 + · · · + a1x + a0 com an �= 0, n ≥ 1.
Determine as condic¸o˜es sobre os coeficientes de f(x) para que:
a. x divida f(x). Qual o quociente?
b. x2 divida f(x). Qual o quociente?
c. xr divida f(x), onde r ≥ 1 e´ um nu´mero natural. Qual o quociente?
d. 0 seja uma raiz simples de f(x).
e. 0 seja uma raiz de f(x) com multiplicidade 2.
f. 0 seja uma raiz de f(x) com multiplicidade r.
Auto-avaliac¸a˜o
Voceˆ deve prosseguir apo´s ter entendido o dispositivo de Briot-Ruffini e
as suas aplicac¸o˜es: determinar se α ∈ R e´ raiz de um polinoˆmio (Exerc´ıcios 1
a 7); fazer diviso˜es sucessivas por fatores distintos da forma x−α (Exerc´ıcios
5 e 6); fazer diviso˜es sucessivas por poteˆncias de x − α e determinar a
multiplicidade de uma raiz real (Exerc´ıcios 5 e 6). Os Exerc´ıcios 8 e 9 sa˜o
conceituais. Na Aula 17 vamos estudar os nu´meros complexos, inventados
para determinar ra´ızes para os polinoˆmios do 2o grau com discriminante
negativo.
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§2. Nu´meros complexos e a fatorac¸a˜o em R[x]
Conceitos:
Nu´meros reais e operac¸o˜es.
Polinoˆmios com coeficientes
reais, operac¸o˜es e
divisibilidade.
Nesta sec¸a˜o vamos definir o conjunto dos nu´meros complexos C e suas
operac¸o˜es de adic¸a˜o e multiplicac¸a˜o. Estudaremos as propriedades destas
operac¸o˜es, relacionadas diretamente com as propriedades da adic¸a˜o e multi-
plicac¸a˜o de nu´meros reais.
Os nu´meros complexos foram criados para extrair ra´ızes quadradas de
nu´meros reais negativos. Todas as equac¸o˜es quadra´ticas ax2 + bx + c = 0,
onde a �= 0, b, c sa˜o nu´meros reais, sempre teˆm duas soluc¸o˜es em C.
Vamos relacionar a existeˆncia de ra´ızes complexas parapolinoˆmios f(x)
de coeficientes reais com a sua divisibilidade por polinoˆmios quadra´ticos do
tipo x2 + bx + c com Δ = b2 − 4c < 0.
Finalmente, estudaremos o Teorema Fundamental da A´lgebra e a sua
relac¸a˜o com a fatorac¸a˜o de um polinoˆmio com coeficientes reais num produto
de poteˆncias de fatores dos tipos x− α, com α ∈ R, ou x2 + bx+ c, com
Δ = b2 − 4c < 0.