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Matemática Nivelamento 2 NIVELAMENTO DE MATEMÁTICA SUMÁRIO APRESENTAÇÃO, 4 1. Conjuntos numéricos, 5 1.1 Conjunto dos números naturais, 5 1.2 Conjunto dos números inteiros, 6 1.3 Conjunto dos números racionais, 7 1.4 Conjunto dos números irracionais, 9 1.5 Conjunto dos números reais, 9 1.6 Conjunto dos números complexos, 10 2. Reta real e intervalos, 12 2.1 Reta real, 12 2.2 Módulo ou valor absoluto de um número, 12 2.3 Números opostos ou simétricos, 12 2.4 Intervalos, 13 2.5 Operações com intervalos, 15 3. Operações com números reais, 16 3.1 Adição e subtração, 16 3.2 Multiplicação e divisão, 17 3.3 Potenciação, 19 3.3.1 Propriedades da potenciação, 19 3.4 Radiciação, 23 3.4.1 Propriedades da radiciação, 24 3.4.2 Radicais semelhantes, 25 3.4.3 Operações com radicais, 25 3.4.4 Notação científica, 27 4. Expressões Algébricas, 29 4.1 Valor numérico de uma expressão algébrica, 29 4.2 Monômios, 29 4.2.1 Monômios semelhantes, 30 Matemática Nivelamento 3 4.2.2 Operações com monômios, 30 4.3 Polinômios, 31 4.3.1 Polinômio a uma variável, 32 4.3.2 Operações com polinômios, 32 5. Produtos Notáveis e fatoração, 37 5.1 Produtos notáveis, 37 5.2 Fator comum, 38 5.3 Fatoração por agrupamento, 40 5.4 Fatoração de produtos notáveis, 41 Referências Bibliográficas, 44 Matemática Nivelamento 4 APRESENTAÇÃO Alguns alunos que ingressam nos cursos superiores apresentam dificuldades em algumas disciplinas da graduação por não terem pré-requisitos básicos necessários para os estudos que elas propõem. Muitas vezes as dificuldades são em relação a conteúdos básicos estudados no Ensino Fundamental e no Ensino Médio e que ainda não são de domínio do aluno. Assim, a proposta do Nivelamento de Matemática, Módulo 1, é revisar conceitos básicos de Matemática estudados no ensino fundamental e médio que permitam aos alunos melhor acompanhar os conteúdos abordados nas disciplinas de seus cursos de graduação. O objetivo e oportunizar a compreensão de conceitos, procedimentos e estratégias matemáticas que permitam desenvolver estudos posteriores e adquirir uma formação científica geral. Matemática Nivelamento 5 1. CONJUNTOS NUMÉRICOS Ao longo do ensino fundamental e médio, você já conheceu os conjuntos numéricos que vamos apresentar abaixo. O primeiro deles, o conjunto dos números naturais, você certamente conheceu inclusive antes de estar na escola, pois os números naturais são utilizados em muitas situações cotidianas nas quais mesmo crianças muito pequenas estão envolvidas. Um exemplo: situações de contagem (de anos, de brinquedos, etc.). Ainda no início do ensino fundamental, você conheceu as frações e os números decimais, que pertencem ao conjunto dos números racionais. Nesse primeiro momento, as frações e os decimais eram apenas positivos, pois só mais tarde (pela 6ª série/7º ano) você deve ter estudado o conjunto dos números inteiros. É a partir do estudo dos números inteiros que passamos a compreender que os números podem ser positivos, negativos ou zero. No final do ensino fundamental, 7ª e 8ª séries (8º e 9º anos), você conheceu o conjunto dos números irracionais (que compreende os números não-racionais, ou seja, aqueles que não podem ser escritos na forma de fração com numerador e denominador inteiros) e o conjunto dos números reais (que consiste na união entre o conjunto dos números racionais e o conjunto dos números irracionais). No ensino médio, você deve ter conhecido mais um conjunto, denominado conjunto dos números complexos, que contém o conjunto dos números reais e que define a unidade imaginária i, onde i = 1− . 1.1 CONJUNTO DOS NÚMEROS NATURAIS Os números naturais servem para contar. O símbolo utilizado para representar o conjunto dos números naturais é . O conjunto dos números naturais possui infinitos elementos que podem ser ordenados. Assim, podemos representá-lo por = {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, ...}. Matemática Nivelamento 6 1.2 CONJUNTO DOS NÚMEROS INTEIROS Os números inteiros são utilizados em diversas situações, por exemplo: a) Saldo de gols: a diferença entre o número de gols contra e o número de gols a favor de um time de futebol. Assim, se o time tem mais gols contra, seu saldo é negativo; se ele tem mais gols a favor, seu saldo é positivo; se ele tem o mesmo número de gols contra e a favor, seu saldo é nulo. b) Fuso-horário: O Meridiano de Greenwinch estabelece a linha imaginária de referência a partir da qual a leste é + 1 hora a cada fuso e a oeste é –1 hora a cada fuso. Assim, o Brasil está no fuso -3 horas, enquanto Tóquio no Japão está no fuso +9 horas, por isso a tão celebrada diferença de 12 horas entre esses dois países. c) Temperatura: Existem diferentes escalas para expressar a temperatura. Por exemplo, a escala Celsius que, grosso modo, tem como referência 0°C (zero graus Celsius) para a temperatura ponto de congelamento da água e 100ºC (cem graus Celsius) para a temperatura ponto de evaporação da água em situação de pressão atmosférica padrão. Essa é a escala utilizada no Brasil para medir a temperatura ambiente. Em geral as temperaturas são positivas, mas no inverno, especialmente na região sul, há dias nos quais as temperaturas estão abaixo de zero. Matemática Nivelamento 7 Uma característica importante dos números inteiros é que eles expressam os resultados de todas as diferenças entre dois números naturais. Por exemplo: 25 – 15 = 10 (diferença positiva) 15 – 25 = –10 (diferença negativa) 15 – 15 = 0 (diferença nula) Outra característica é que os números inteiros podem ser de três tipos: positivos, negativos ou zero. O símbolo utilizado para representar o conjunto dos números inteiros é . Apesar das brincadeiras de justificar que z vem de “zinteiros”, acredita-se que a escolha desta letra venha da palavra zahl que em alemão significa número. Como os naturais, os números inteiros também podem ser ordenados. A representação do conjunto é dada por = {..., –3, –2, –1, 0, 1, 2, 3, ...}. E ainda temos alguns subconjuntos que recebem notação especial: = {..., –3, –2, –1, 1, 2, 3, ...}: conjunto dos números inteiros não-nulos + = {0, 1, 2, 3, ...}: conjunto dos números inteiros não-negativos – = {..., –3, –2, –1, 0}: conjunto dos números inteiros não-positivos = {1, 2, 3, ...}: conjunto dos números inteiros positivos = {..., –3, –2, –1}: conjunto dos números inteiros negativos Observação: O asterisco (*) exclui o zero do conjunto. 1.3 CONJUNTO DOS NÚMEROS RACIONAIS Os números racionais servem para representar a razão entre dois números inteiros. Esses números estão associados aos processos de medição, pois medir consiste na comparação de duas grandezas de mesmo tipo. Os números racionais são todos os números que podem ser escritos na forma b a , com a e b inteiros e b diferente de zero. O símbolo utilizado para o conjunto dos números racionais é , podendo ser assim representado: Matemática Nivelamento 8 Observações: 0≠b , porque não existe divisão por zero. Exemplos de números racionais: 2 1 3 2 5 12 − são números racionais na forma fracionária 2,4 0,666... –0,5 são números racionais na forma decimal Vejam que na forma decimal os números racionais podem ser decimais exatos ou dízimas periódicas. Os decimais exatos são aqueles números decimais que possuem um número finito de casas decimais. Por exemplo: 8 5 = 0,625 4 1 = 0,25 2 5 − = –2,5 As dízimas periódicas são aqueles números decimais que possuem um ou mais algarismos (período) quese repete infinitamente. Por exemplo: 9 1 = 0,11111... período 1 6 17 = 2,833333... período 3 11 25 − = –2,272727... período 27 A fração que gera uma dízima periódica é chamada geratriz. Abaixo alguns subconjuntos do conjunto dos números racionais que recebem notação especial: conjunto dos números racionais não-nulos + conjunto dos números racionais não-negativos conjunto dos números racionais não-positivos conjunto dos números racionais positivos conjunto dos números racionais negativos Observação: O asterisco (*) exclui o zero do conjunto. Matemática Nivelamento 9 1.4 CONJUNTO DOS NÚMEROS IRRACIONAIS São aqueles que não admitem a representação na forma de fração com numerador e denominador inteiros e na forma decimal são dízimas não-periódicas. Por exemplo: a medida da diagonal de um quadrado de lado igual a 1 unidade de medida. Utilizando o teorema de Pitágoras, temos que: 2d 2d 11d 11d 2 2 222 = = += += Com o auxílio de computadores, o valor decimal de 2 já foi calculado com milhares de casas e não há nenhuma repetição periódica como é característica dos números irracionais. 2 = 1, 414213562373... Um outro exemplo: o famoso número pi (pi). O número pi é o obtido pela razão entre o comprimento de uma circunferência (C) pelo seu diâmetro (d). Então, pi = d C . Na forma decimal, pi = 3,141592654... Outros exemplos de números irracionais: 11 5 3 −,, ,... 1.5 CONJUNTO DOS NÚMEROS REAIS Conjunto dos números reais é a união do conjunto dos números racionais e do conjunto dos números irracionais. O símbolo utilizado para o conjunto dos números reais é . Resumindo, podemos relacionar os conjuntos estudados no diagrama abaixo: Matemática Nivelamento 10 Lê-se: está contido em , está contido em e está contido em . Lê-se: menos . Essa diferença representa o conjunto dos números irracionais que não possuem um símbolo próprio. As notações a seguir representam alguns subconjuntos do conjunto dos números reais: * = conjunto dos números reais não-nulos + = conjunto dos números reais não-negativos − = conjunto dos números reais não-positivos * + = conjunto dos números reais positivos * − = conjunto dos números reais negativos Observação: O asterisco (*) exclui o zero do conjunto. 1.6 CONJUNTO DOS NÚMEROS COMPLEXOS Os números complexos são números escritos na forma z = a + bi, com a e b números reais e i = 1− (chamada unidade imaginária). O símbolo utilizado para o conjunto dos números complexos é . Podemos representar o conjunto dos números complexos por: = {z = a + bi | a ∈ , b ∈ * e i = 1− } a é denominada parte real e bi é denominada parte imaginária. Considerando um número z = a + bi em sua forma algébrica: Se b = 0, z é um número real, pois z = a + 0i ⇒ z = a. Se b ≠ 0, z é um número imaginário, pois z = a + bi. Matemática Nivelamento 11 Se a = 0 e b ≠ 0, z é um número imaginário puro, pois z = 0 + bi ⇒ z = bi. Exemplos de números complexos: 2 + 3i –1 + i –5i 8 Podemos concluir que ⊂ (lê-se: está contido em ) LISTA DE EXERCÍCIOS 1 – Conjuntos numéricos 1) Complete com V (verdadeiro) ou F (falso): ( ) Todo número positivo é maior que qualquer número negativo. ( ) Todo número negativo é maior que zero. ( ) Todo número positivo é maior que zero. ( ) Zero é maior que qualquer número negativo e menor que qualquer número positivo. ( ) Sempre um número negativo é maior que um número positivo. ( ) Todo decimal exato é um número racional. ( ) Toda dízima periódica é um número irracional. ( ) Toda dízima não-periódica é um número racional. 2) Complete com o nome de cada subconjunto: a) b) c) d) 3) Relacione as duas colunas: a) Z – IN b) Q – Z c) R – Q ( ) conjunto dos números reais irracionais. ( ) conjunto dos números inteiros negativos. ( ) conjunto dos números racionais não inteiros. 4) Responda: a) O que são decimais exatos? b) O que são dízimas periódicas? 5) Considerando o sistema de numeração indo-arábico, explique por que ele é a) Decimal b) posicional GABARITO 1. V-F-V-V-F-V-F-F 2. a) conjunto dos números reais não nulos. b) conjunto dos números racionais negativos. c) conjunto dos números inteiros não negativos. d) conjunto dos números naturais não nulos. 3. c, a, b 4. a) Os decimais exatos são aqueles números decimais que possuem um número finito de casas decimais. b) As dízimas periódicas são aqueles números decimais que possuem um ou mais algarismos (período) que se repete infinitamente. 5) a) Decimal porque a base é 10, ou seja, 10 unidades formam uma dezena, 10 dezenas formam uma centena, 10 centenas formam uma unidade de milhar e assim sucessivamente. b) Posicional porque o valor de cada algarismo é relativo à posição que ele ocupa no numeral. Matemática Nivelamento 12 2. RETA REAL E INTERVALOS Neste capítulo, estão trabalhados os conceitos de reta real, intervalos e operações com intervalos. São conceitos estudados no ensino médio e complementam o estudo do capítulo anterior sobre conjuntos numéricos, pois intervalos são subconjuntos dos números reais. 2.1 RETA REAL Qualquer número real pode ser representado numa reta. Para isso, basta escolhermos um ponto sobre a reta para representar o zero, ou seja, a origem. Depois estabelecemos dois sentidos (um positivo e um negativo) e escolhemos uma unidade de medida para graduar a reta. Cada ponto da reta corresponde a um número real. 2.2 MÓDULO OU VALOR ABSOLUTO DE UM NÚMERO Chama-se módulo ou valor absoluto de um número x, representado por |x|, a distância entre x e a origem. Exemplos: |3| = 3, |-2| = 2, | 4| = 4, 3 2 − = 3 2 , 2 1 = 2 1 2.3 NÚMEROS OPOSTOS OU SIMÉTRICOS Dois números são opostos ou simétricos quando têm o mesmo módulo e sinais contrários. Na reta real, estes números se encontram à mesma distância da origem 0 (zero). São opostos os números: – 4 e 4 (vermelho) – 3 2 e 3 2 (verde) – 6,2 e 6,2 (azul) Matemática Nivelamento 13 2.4 INTERVALOS Sejam a e b números reais tais que a < b. Chamam-se intervalos reais os subconjuntos de compreendidos entre os extremos a e b. Observe as representações abaixo: Observações: − A bolinha cheia ( ) no extremo de um intervalo indica que o número associado a esse extremo pertence ao intervalo. − A bolinha vazia ( ) no extremo de um intervalo indica que o número associado a esse extremo não pertence ao intervalo. − No + (lê-se: mais infinito) ou - (lê-se: menos infinito) é usada sempre a denominação aberta. 2.5 OPERAÇÕES COM INTERVALOS Os intervalos são conjuntos, portanto podemos efetuar com eles qualquer uma das operações entre conjuntos: união, intersecção e diferença. Matemática Nivelamento 14 UNIÃO Considere os conjuntos A e B. A união entre estes conjuntos, indicada por A ∪ B, é conjunto formado pelos elementos que pertencem ao conjunto A ou ao conjunto B. INTERSECÇÃO Considere os conjuntos A e B. A intersecção entre estes conjuntos, indicada por A ∩ B, é o conjunto formado pelos elementos que pertencem a A e a B. DIFERENÇA Matemática Nivelamento 15 A diferença entre A e B, indicada por A – B, é conjunto formado pelos elementos que pertencem a A enão pertencem a B. Observação: A – B é diferente de B – A Exemplos de operações com intervalos: a) [ - 3 ; 2 ] ( 1 ; 5 ) = [ - 3 ; 5 ) b) [ - 3 ; 2 ] ( 1 ; 5 ) = ( 1 ; 2 ] c) [ - 3 ; 2 ] – ( 1 ; 5 ) = [ - 3 ; 1 ] d) ( 1 ; 5 ) – [ - 3 ; 2 ] = ( 2 ; 5 ) LISTA DE EXERCÍCIOS 2 – Reta real e intervalos 1) Determine: a) o valor do módulo de 328; b) o valor de (5); c) o valor da soma de 30 com o simétrico de 80; d) o valor da diferença entre os valores absolutos de 29 e 29. 2) Responda: a) Quantos números naturais têm valor absoluto menor que 4? b) Quantos números inteiros têm valor absoluto menor que 4? 3) Represente cada intervalo na reta real: a) ]–4; 1] b) [–2; 1[ c) [–3; +[ d) ]– ; 2[ 4) Represente cada conjunto numérico com a notação de intervalos e na reta numérica: (Obs.: considere R conjunto dos números reais) a) {x R | x – 4} b) {x R | x < – 2} c) {x R | –3 ≤ x < 4} d) {x R | 0 < x ≤ 3} 5) Considere os intervalos A = [2; 5], B = ]-1; 3] e C = [1; 6] e encontre: a) A B b) B C c) A B d) C B e) A B f) B A GABARITO 1. a) 328 b) 5 c) 110 d) 0 2. a) 4 b) 7 3.a) b) c) d) 4. a) [-4 ; +∞[ b) ]-∞ ; -2[ c) [-3 ; 4[ d) ]0 ; 3] 5. a) (1; 5] b) (1; 6] c) [2; 3] d) [1; 3] e) (3; 5] f) (-1; 2) Matemática Nivelamento 16 3. OPERAÇÕES COM NÚMEROS REAIS Neste capítulo são revisadas as operações com os números reais. É bastante comum a dúvida em como operar com números inteiros, fazer uso das regras de sinais, operar com frações e com números decimais. Também serão revistas as operações de potenciação e radiciação e, por fim, a notação científica, que economiza na escrita de números com muitos algarismos iguais a zero. 3.1 ADIÇÃO E SUBTRAÇÃO Observe os exemplos I. 3 + 2 = 5 II. –3 – 2 = – 5 III. +3 – 2 = 1 IV. –3 + 2 = –1 Os casos I e II consistem na adição de dois números reais de mesmo sinal, por isso somam-se seus módulos e conserva-se o sinal. Os casos III e IV consistem na adição de números com sinais diferentes, subtraem- se os módulos e o resultado terá o sinal do termo de maior módulo. A subtração sempre pode ser transformada em uma adição. Assim, para efetuar a subtração entre dois números reais, adiciona-se o primeiro com oposto do segundo. Exemplo: 3 – (– 4) = 3 + (+4) = 3 + 4 = 7 3 – (+ 4) = 3 + (–4) = 3 – 4 = –1 Matemática Nivelamento 17 Na adição e subtração de números reais fracionários valem as mesmas regras de sinais, contudo convém lembrar que as frações devem ter o mesmo denominador e que a operação é feita apenas com os numeradores ficando o denominador inalterado. Exemplos: 7 6 7 4 7 2 =+ 9 4 9 5 9 1 −=− Caso as frações não possuam o mesmo denominador é necessário reduzi-los a um denominador comum. Veja o exemplo abaixo: = −+ 2 3 5 2 Calcula-se o m.m.c. entre 5 e 2 = −+ 10 15 10 4 Encontram-se frações equivalentes às anteriores =− 10 15 10 4 Eliminam-se os parênteses 10 11 − Opera-se a subtração entre os numeradores 3.2 MULTIPLICAÇÃO E DIVISÃO Para calcular o produto de dois números reais efetua-se a multiplicação entre seus módulos e coloca-se o sinal obedecendo-se o seguinte critério: Se os números tiverem o mesmo sinal o resultado recebe o sinal positivo (+). Exemplos: (+ 6) × (+ 5) = + 30 (– 6) × (– 5) = + 30 Se os números tiveram sinais diferentes o resultado recebe o sinal negativo (-). Exemplos: (– 6) × (+ 5) = – 30 (+ 6) × (– 5) = – 30 Matemática Nivelamento 18 Para obter o produto de números fracionários valem as mesmas regras de sinais, porém a multiplicação deve ser feita diretamente entre os numeradores e denominadores, não havendo necessidade de os denominadores serem iguais como no caso da adição. Veja o exemplo. 35 6 7 2 5 3 −= −× + A divisão é a operação inversa da multiplicação. Assim, para encontrar o quociente entre dois números reais, dividem-se seus módulos e utilizam-se as mesmas regras de sinais utilizadas na multiplicação. Exemplos: 12 : 4 = 3 (–12) : (– 4) = 3 (–12) : 4 = –3 12 : (– 4) = –3 A divisão entre dois números fracionários sempre pode ser transformada em uma multiplicação. Assim, para encontrar o quociente entre dois números fracionários, multiplica-se o dividendo pelo inverso do divisor, conforme o exemplo: 6 5 12 10 4 5 3 2 5 4 3 2 −=−= −×= −÷ Matemática Nivelamento 19 3.3 POTENCIAÇÃO Dada a igualdade abaixo: ba n = , temos: a é um número real chamado de base; n é um número inteiro chamado expoente; b é o resultado chamado potência. Nestas condições, an = a × a × a × a × a × a × . . . . . . .× a (n fatores iguais a a). De um modo geral, chama potência n-ésima de a o produto de n fatores iguais a a. Exemplo: 34 = 3×3×3×3 = 81 3 → base 4 → expoente 81 → potência. 3.3.1 PROPRIEDADES DA POTENCIAÇÃO Sendo a e b números reais e m e n números inteiros, valem as seguintes propriedades: I) Multiplicação de potências de mesma base: am × an = am+n Demonstração: am × an = (a × a × a × a × ... × a) × (a × a × a × a × ... × a) = am+n m fatores n fatores m+n fatores Conclusão: Para multiplicar potências de mesma base, conserva-se a base e somam-se os expoentes. Matemática Nivelamento 20 Ex: 42 × 43 = 42+3 = 45 Veja: (4 × 4) × (4 × 4 × 4) = 4 × 4 × 4 × 4 × 4 = 45 II) Divisão de potências de mesma base: am : an = am – n, com a ≠ 0. Demonstração: m fatores iguaisfatoresoscancelandoa a....aa a....aa...aa a a nm n m − = ××× ×××××× = n fatores Conclusão: Para dividir potências de mesma base, conserva-se a base e subtraem-se os expoentes. .iguaisfatoresoscancelando3 3333 333333 3 3 :Exemplo 24 6 = ××× ××××× = III) Potência de potência: (an)m = an × m Demonstração: (am)n = am × am ×am ×.....× am = an × m n fatores Conclusão: Para elevar uma potência a um expoente, conserva-se a base e multiplicam-se os expoentes. Matemática Nivelamento 21 Exemplo: (23)2 = 23 × 2 = 26 = 64 IV) Potência de um quociente: n nn b a b a = , com b ≠ 0 Conclusão: Para elevar uma fração a um expoente, elevam-se o numerador e o denominador ao expoente. Ex. 4 44 2 3 2222 3333 2 3 2 3 2 3 2 3 2 3 = ××× ××× =×××= V) Potência de um produto: (a×b)n = an × bn Conclusão: Para elevar um produto a um expoente, eleva-se cada fator ao expoente. Observações: ( ) ⇒ =−×−=− −=×−= 16)4()4()4( 16444 - 2 2 2n é um número par qualquer .1ae0acom,)a(a 512222 64222)2( nmnm 93323 63323 ≠≠≠⇒ === ==×= × VI) Expoente zero: Pela primeira propriedade temos que am×a0 = am + 0 = am . Então, am×a0 = am – a2n ≠(–a)2n Matemática Nivelamento 22 Logo isolando a0, vem: 10 == m m a a a , com a ≠ 0. Exemplos: (-5)0= 1 30 = 1 1 3 2 0 = Conclusão: a0 = 1 VII) Expoente negativo: Pela primeira propriedade temos que: n n 0 nn0 n 0 a a 1 :temos,1acomo aa a a − −− = = == Observação: Considerando a um número real diferente de zero, temos: n n n a a 1 a 1 − = = Portanto, quando invertemos a base de uma potência, seu expoente troca de sinal. Exemplos: Matemática Nivelamento 23 33 77 3 3 3 2 7 7 2)c 3 2 2 3)b 5 5 1 5 1)a = = = = − − − Conclusão: n n a a = − 1 3.4 RADICIAÇÃO Dados a e b pertencentes a , e n pertencente a *, chama-se raiz n-ésima de a ao número b se, e somente se, bn = a. abba nn =⇔= Em 4643 = , temos: 3 é o índice 64 é radicando 4 é a raiz é radical Observações: 0b como a,bba 2n2n2n >=⇔= para qualquer n ∈ * não existe, em , raiz de índice par de números negativos. Ex.: ∉−16 Sempre existe raiz de índice ímpar em . Ex.: ∈−=− 283 , pois ( ) 82 3 −=− . Matemática Nivelamento 24 3.4.1 PROPRIEDADES DA RADICIAÇÃO Sendo a ∈ +, m ∈ , n ∈ * e p ∈ * , os radicais têm as seguintes propriedades: I) pm pnm n aa × × = Quando o índice da raiz e o expoente do radicando são multiplicados por um mesmo número, a raiz não se altera. II) pm pnm n aa : := Quando o índice da raiz e o expoente do radicando são divididos por um mesmo número, a raiz não se altera. III) mmm baba ×=× A raiz de um produto é igual ao produto das raízes. IV) m m m b a b a = A raiz de um quociente de dois números é igual ao quociente das raízes desses números. V) ( ) m mmm aa = A raiz elevada a um expoente é igual à raiz do radicando elevado ao expoente. VI) aa m m = Uma raiz cujo índice é igual ao expoente do radicando é igual ao próprio radicando. VII) nmm n aa ×= A raiz de uma raiz é iguala a outra raiz cujo índice é igual ao produto dos índices das raízes envolvidas. Matemática Nivelamento 25 3.4.2 RADICAIS SEMELHANTES Dois ou mais radicais são semelhantes quando têm o mesmo índice e o mesmo radicando. Ex.: 3.4.3 OPERAÇÕES COM RADICAIS I) Adição e Subtração A adição e a subtração só podem ocorrer entre radicais semelhantes. Ex. 3834228343232381 =−++=−++ )( . 24520 2 ++. Veja que os radicais não são semelhantes! Usando as propriedades apresentadas anteriormente, estes radicais podem se transformar em radicais semelhantes. 535345 525220 2 2 =×= =×= Então, 25525)32(2535224520 +=++=−+=++ Observe que 2 não foi operada com 5 por não serem semelhantes! II) Multiplicação e Divisão Para multiplicar ou dividir dois radicais é necessário que eles tenham apenas os mesmos índices. Nestes casos operam-se apenas os radicandos. Ex. 4444 3333 6318318.2 153535.1 =÷=÷ =×=× Matemática Nivelamento 26 Observação: Caso os índices não sejam iguais, pode-se reduzi-los a raízes de mesmo índice usando as propriedades. 66666 26 323 2132 313 67525272527535353 =×=×=×=×=× × ×× × II) Racionalização de denominadores Racionalizar o denominador de uma fração de denominador irracional é convertê-la em outra equivalente com denominador racional. Para isso devemos multiplicar o denominador e o numerador da fração por um fator conveniente que torne o denominador um número racional. 1º caso: Radicais de índice 2 (raiz quadrada) Multiplica-se a fração pela raiz quadrada sobre a raiz quadrada. Isso não altera o valor da fração a ser racionalizada, pois quando temos numerador igual ao denominador a fração vale 1 e um é o elemento neutro da multiplicação. Ex.: a) ( ) 3 32 3 32 3 3 3 2 3 2 2 ==×= b) ( ) 7 213 7 733 7 733 7 7 7 33 7 33 2 = × ==×= 2º caso: Radicais de índice diferente de 2 (raízes não quadradas) Multiplica-se a fração pela raiz não quadrada sobre a raiz não quadrada, mas o novo expoente do radicando deve ser a diferença entre o índice e o expoente do radicando. Ex.: a) 2 2 2 2 2 2 2 1 2 1 5 2 5 5 5 2 5 2 5 2 5 35 3 ==×= b) 2 2 2 2 2 2 2 1 2 1 5 2 5 5 5 2 5 2 5 2 5 35 3 ==×= 3º caso: Adição ou subtração envolvendo radicais Multiplica-se a fração pela subtração com radicais sobre ela mesma, quando for adição com radicais e multiplica-se pela adição com radicais sobre ela mesma, quando for subtração com radicais. Ex.: Matemática Nivelamento 27 a) ( )( )( ) ( ) 46 3321 46 2133 493 2133 73 2133 7373 733 73 73 73 3 73 3 22 − = − − = − − = − − = −+ − = − − × + = + b) ( )( )( ) ( ) ( ) 3 25 25 25 25 25 2525 251 25 25 25 1 25 1 22 + = − + = − + = +− + = + + × − = − 3.4.4 NOTAÇÃO CIENTÍFICA Para expressar quantidades muito grandes ou muito pequenas, usa-se uma forma chamada notação científica, que consiste em expressar essas quantidades como um produto entre dois números reais: um número pertence ao intervalo [1, 10) e uma potência de 10. Números com muitos zeros são de difíceis de ler, por exemplo: 602 000 000 000 000 000 000 000 0,000 000 000 000 000 000 16 A notação científica facilita a leitura desses números. Veja: 602 000 000 000 000 000 000 000 = 6,02 × 1023 onde o número real 6,02 é um número que pertence ao intervalo [1, 10) e 1023 é um potência de 10. Na prática, houve um deslocamento da vírgula (ela está subentendida ao final do número, depois do último zero) 23 casas para a esquerda. 0,000 000 000 000 000 000 16 = 1,6 × 10-19 onde 1,6 é um número que pertence ao intervalo [1, 10) e 10-19 é um potência de 10. Na prática, houve um deslocamento da vírgula 19 casas para a direita. Veja outros exemplos: 300 = 3 × 102 0,052 = 5,2 × 10-2 0,000 000 000 2 = 2 × 10-10 8 500 000 = 8,5 × 106 Matemática Nivelamento 28 Adição e subtração com números em notação científica Os números devem ter a mesma potência de 10, ou seja, os mesmos expoentes. Por exemplo: 4,2 × 107 + 0,035 × 107 = (4,2 + 0,035) × 107 = 4,235 × 107 4,2 × 107 − 0,035 × 107 = (4,2 − 0,035) × 107 = 4,165 × 107 Multiplicação com números em notação científica Multiplicamos as mantissas e somamos os expoentes de cada valor. O resultado possivelmente não será padronizado, mas pode ser convertido. Exemplos: (6,5 · 108) . (3,2 · 105) = (6,5 · 3,2) · 108+5 = 20,8 · 1013 (não padronizado) Convertendo para a notatação padronizada: 20,8 · 1013 = 2,08 · 1014 (4 · 106) · (1,6 · 10-15) = (4 · 1,6) · 106+(-15) = 6,4 · 10-9 (já padronizado sem necessidade de conversão) Divisão com números em notação científica Dividimos as mantissas e subtraímos os expoentes de cada valor. O resultado possivelmente não será padronizado, mas pode ser convertido. Exemplos: (8 · 1017) : (2 · 109) = (8 :2) . 1017-9 = 4 · 108 (padronizado) (2,4 · 10-7) : (6,2 · 10-11) = (2,4 /6,2) · 10-7-(-11) ≈ 0,3871 · 104 (não padronizado) Convertendo para a notatação padronizada: 0,3871 · 104 = 3,871 · 10³LISTA DE EXERCÍCIOS 3 – Operações com números reais 1. Calcular as seguintes potências: a) 73 = b) (-5)3 = c) (-8)4 = d) (0,5)2 = e) (0,01)3 = f) (-0,21)0 = g) 5 3 2 h) 2 5 7 2. Calcular o valor das seguintes expressões: a) (-2)0 . (-2)1 . (-2)5 = b) 7 17 8 8 c) 5 32 10 10.10 d) 3 24 2 )3.(2 3. Determinar o valor das raízes, aplicando as propriedades dos radicais: 5 3 23 4 2 2 2 8 16 32- 44 81 502 6 12 3 5 ) .) ) .) ) ) ) g f e d c b a 4. Efetuar as operações indicadas: 3.20e) 277512d) )3 24(3 26c) 325018b) 2723555)a 5. Racionalizar os denominadores: 352 3 )d 53 6 )c 23 2 )b 3 56 )a 4 6. Representar os números na forma a10n, com 1 n < 10 ( notação científica). a) 720 000 000 = b) 0,0005 = c) 0,00000135 = d) 0,007384 = 7. Classifique em verdadeira (V) ou falsa (F) cada uma das seguintes afirmações: a) ( ) O produto de dois números racionais não nulos e opostos um do outro é sempre negativo. b) ( ) O valor de uma potência de base negativa é menor que zero. c) ( ) Todo número negativo elevado ao quadrado é menor que zero. d) ( ) (2/5)³ = 2³ . 5³ e) ( ) (5/2)² = 5 . 2 -1 GABARITO 1. a) 343 b) -125 c) 4096 d) 0,25 e) 0,000001 f) 1 g) 243 32 h) 49 25 2. a) 64 b) 8 10 c) 10 4 d) -18 3. a) 25 b) 3 c) 2 d) 10 e) 3 f) 16 g) -2 4. a) 210555 b) 24 c) 3 210 d) 0 e) 152 5. a) 152 b) 3 84 c) 11 33-15 d) 17 3+152 6. a) 7,2108 b) 510-4 c) 1,3510-6 d) 7,38410-3 7. a) V b) F c) F d) F e) F Matemática Nivelamento 29 4. EXPRESSÕES ALGÉBRICAS Neste capítulo vamos estudar as expressões algébricas como monômios e polinômios. Para iniciar vamos a definição de expressões algébricas. Expressões algébricas são expressões que envolvem letras e/ou números. Exemplos: a) a + b b) 2x – 8 c) 4x 2 - 3x + 4 d) 3x + 2y e) 3a2 - b + c f) b.c 5 3x + 4.1 VALOR NUMÉRICO DE UMA EXPRESSÃO ALGÉBRICA Valor numérico de uma expressão algébrica é o número que se obtém quando substituímos as letras da expressão por números determinados e efetuamos as operações indicadas. Exemplos: Considere a expressão algébrica a2+ bc. Note que na expressão acima, entre b e c não foi colocado nenhum tipo de sinal. Nos casos como este, considera-se que entre estas letras deve ser realizada a operação de multiplicação. Vamos encontrar o valor numérico dessa expressão: Seu valor numérico quando a = 3, b = 4 e c = 2 será 32 + 4 × 2 = 9 + 8 = 17 Seu valor numérico quando a = 5, b = 3 e c = 4 será 52 + 3 × 4 = 25 + 12 = 37 4.2 MONÔMIOS Monômios são expressões algébricas que não envolvem operações de adição e/ou subtração: Exemplos: a) 4a b) abc c) 5x2 d) x3y Um monômio tem uma parte numérica (coeficiente) e uma parte literal. Por exemplo, no monômio 15x 3yz, o coeficiente é 15 e a parte literal é x3yz. Matemática Nivelamento 30 4.2.1 MONÔMIOS SEMELHANTES Monômios semelhantes são aqueles que apresentam a mesma parte literal. Exemplos: a) 3xy2 e 5xy2 b) 24bca 5 3 e 24bc7a 4.2.2 OPERAÇÕES COM MONÔMIOS a) Adição e Subtração de Monômios Só podemos efetuar as operações de adição e subtração com monômios semelhantes, isto é, aqueles que têm as partes literais iguais. Para isso basta efetuar a operação indicada com os coeficientes e manter a parte literal. Exemplos: a) 2a + 5a = 7a b) 8ab2– 3ab2 = 5ab2 c) 4xy + 7xy – 2xy = 9xy d) yx 6 7yx 6 43yx 3 2yx 2 1 2222 = + =+ Note que, no exemplo “d”, para somar os coeficientes foi necessário reduzi-los ao mesmo denominador, fazendo o m.m.c. entre eles. OBS.: Quando os monômios não são semelhantes, isto é, não possuem a mesma parte literal, a soma ou a subtração ficam apenas indicadas. Exemplo: A soma do monômio 3x2y com o monômio 2xyz ficaria indicada por: 3x2y + 2xyz (não podemos efetuar a soma dos seus coeficientes). b) Multiplicação O produto de monômios é obtido realizando-se a multiplicação dos coeficientes entre si e em seguida multiplicando suas partes literais. Para multiplicar monômios não é necessário que eles sejam semelhantes, nesse caso, a multiplicação é apenas indicada. Exemplos: a) 3a × 4b = (3×4) × (a × b) = 12ab b) 4x2y6 × 5x4y3 = (4 × 5) × (x2 × x4 × y6 × y3) = 20 x6 y9 c) 2xy2 × 5x2 y3 z = (2 × 5) × (x × x2 × y2 × y3 × z) = 10x3 y 5 z Matemática Nivelamento 31 Lembrar que quando multiplicamos potências de mesma base, conserva-se a base somam- se os expoentes. a m . a n = am + n c) Divisão O quociente entre dois monômios é obtido realizando-se a divisão dos coeficientes entre si e em seguida dividindo suas partes literais. Para dividir monômios não é necessário que eles sejam semelhantes, nesse caso, a divisão é apenas indicada. Exemplos: a) (-15a6b4) : (3a2b2) = (-15 : 3)(a6: a2)(b4: b2) = -5 a6 - 2 b4 - 2= -5a4 b2 b) 2332472542 275 zy6xzyx 3 18 y3x zy18x == −− c) (12x2y7) : (4x5y3) = (12 : 4)(x2-5 y7-3) = 3x-3y4 = 3 4 x 3y Lembrar que quando dividimos potências de mesma base, conserva-se a base subtraem-se os expoentes. am : an = a m-n d) Potenciação Para elevar um monômio a um expoente, basta elevar seu coeficiente a esse expoente e em seguida elevar a parte literal a esse mesmo expoente. Exemplos: a) (3x2y5)3= 33(x2) 3 (y 5) 3 = 27 x2 × 3 y5 × 3 = 27x 6 y 15 b) (2a3b4)2= 22(a3)2(b4)2= 4 a3 × 2 b4 × 2= 4 a 6 b 8 Lembrar que na potenciação os expoentes são multiplicados. (a m) n = a m × n 4.3 POLINÔMIOS Suponha que queremos realizar a adição com os monômios 4xy, 5x3y2 e 2x2y. Pelo que aprendemos anteriormente, sabemos que esta soma não pode ser obtida, porque os monômios não são semelhantes. Nesses casos, o que fazemos é deixar as operações indicadas, como segue: 4xy + 5x3y2 + 2x2y Matemática Nivelamento 32 Uma expressão formada por monômios não semelhantes, como no caso acima, é chamada Polinômio. Outros exemplos: a) 7x – 4 b) 4x – 2y + 4 d) 2xy + 4x – 3y + z3 Em se tratando de polinômios os monômios envolvidos são chamados de termos do polinômio. O polinômio do exemplo a tem 2 termos que são: 7x e - 4 O polinômio do exemplo b tem 3 termos que são: 4x, -2y e 4 O polinômio do exemplo c tem 4 termos que são: 2xy, 4x, -3y e z3 • Sabemos que o monômio tem um único termo. • O polinômio com dois termos (exemplo “a”) é chamado binômio e o polinômio com três termos (exemplo “b”) é chamado trinômio. • Os polinômios com mais de três termos não têm nomes especiais. 4.3.1 POLINÔMIO A UMA VARIÁVEL É o polinômio que apresenta uma única variável. Podemos definir estes polinômios como sendo toda expressão daforma: anx n + an-1x n-1 + an-2x n-2 + ... + a1x 1+ a0x 0 onde an , an-1 , ..., a0 são os coeficientes do polinômio e xn , xn-1 , . . . , x, são chamados parte literal. O grau “n” sempre será dado pelo maior expoente da parte literal do polinômio. Então podemos dizer que: 3x + 4 é um polinômio do 1º grau 5x2 + 3x –1 é um polinômio do 2º grau 4x 3 – 2x2 + 7x –3 é um polinômio do 3º grau x 5 + 2x 4– 5x2+ 2x – 4 é um polinômio do 5º grau 4.3.2 OPERAÇÕES COM POLINÔMIOS a) Soma e subtração de polinômios Para somarmos ou subtrairmos polinômios, devemos agrupar os termos que tenham mesma parte literal (mesma variável e mesmo expoente). Veja: Matemática Nivelamento 33 b) Multiplicação de polinômios Para multiplicarmos dois ou mais polinômios, devemos aplicar a propriedade distributiva da multiplicação com relação à adição, ou seja, devemos multiplicar todos os termos de um polinômio por todos os termos do outro. Veja: Matemática Nivelamento 34 Agrupando todos os termos, teremos: Neste polinômio podemos agrupar alguns termos semelhantes (termos com as mesmas cores são os semelhantes): Existe uma maneira simplificada de representar esta multiplicação, veja: E agrupando os termos de mesma parte literal teremos: Veja outros exemplos: Exemplo 1: Exemplo 2: Obs.: Para multiplicarmos um polinômio por um número real, agimos da mesma forma, veja: Se P(x) = 5x³ - 10x² + 11, 3.P(x) será: 3.(5x³ - 10x² + 11) = 15x³ - 30x² + 33 2.P(x) será: -2.(5x³ - 10x² + 11) = -10x³ + 20x² - 22 Matemática Nivelamento 35 c) Divisão de um polinômio por um monômio Para dividirmos um polinômio por um monômio, dividimos cada termo do polinômio pelo monômio. OBS: Propriedade da potenciação “Ao dividirmos duas potências de mesma base, conserva-se a base e subtraem-se os expoentes”, ou seja: Exemplos: e) Divisão de polinômio por polinômio Efetuar a divisão do polinômio A(x) pelo polinômio B(x), com B(x) 0, é determinar dois polinômios Q(x) e R(x) que satisfaçam as seguintes condições: Em que: A(x) é o dividendo B(x) é o divisor Q(x) é quociente R(x) é o resto da divisão. Quando A(x) é divisível por B(x), dizemos que a divisão é exata, isto é, R(x)=0. Se B(x) é divisor de A(x), então R(x) =0 Vejamos alguns exemplos de divisão de polinômio por este método, que é chamado método da chave. 1) Determinar o quociente de A(x) = x3 + 4x2 + x – 6 por B(x) = x + 2. Resolução: Matemática Nivelamento 36 Regra p/ dividir um polinômio A (x) por um polinômio B(x) 1. Divide-se o 1° termo do polinômio A pelo 1° termo do polinômio B e coloca-se o resultado sob o polinômio B. No exemplo, x3 : x = x2. 2. Multiplica-se o resultado por todos os elemento de B , troca-se o sinal e coloca-se sob o polinômio A, somando-se com A e obtendo-se um novo polinômio. No exemplo, x2(x + 2) = x3 + 2x2 Trocando o sinal: - x3 - 2x2 Somando: (x3 + 4x2 + x – 6) + (- x3 - 2x2) = 2x2 + x - 6 3. Toma-se o 1° termo desse novo polinômio e divide-se pelo 1° termo do polinômio B. No exemplo, 2x2 : x = 2x. 4. Multiplica-se o resultado dessa divisão por todos os elemento de B, troca-se o sinal e soma-se com o polinômio que está em baixo do polinômio A, obtendo-se um novo polinômio. No exemplo, 2x(x + 2) = 2x2 + 4x Trocando o sinal: - 2x2 - 4x Somando: (2x2 + x – 6) + (- 2x2 – 4x) = - 3x - 6 5. Repete-se os passos acima até que o resto R(x) seja um polinômio de grau menor que o grau do polinômio B(x) ou zero. No exemplo, - 3x : x = -3. Multiplicando: -3(x + 2) = - 3x - 6 Trocando o sinal: 3x + 6 Somando: (- 3x – 6) + (3x + 6) = 0 Verificamos facilmente que: x 3 + 4x2 + x – 6 = (x + 2) ( x2 + 2x –3) A(x) = B(x).Q(x) LISTA DE EXERCÍCIOS 4 – Expressões Algébricas 1) Calcular o valor das expressões numéricas: a) 3 – 4 + 2 5 – 2 = b) 7 – 23 + 4 (2 + 3) – 5 = c) 3 5 – 4 [2 – (5 3 + 5) – 3] = d) 4 + 32 – 25 + (2 3 + 2 4) = e) 49 + 2 (3 + 18 : 3) + 4 3 = 2) Quais dos monômios abaixo são semelhantes e por quê? a) 4ab b) –7ab2 c) 1,7ab d) 37a2b e) a2b2 f) – 415ab 3) Efetue as operações: a) 2a + 4a + 6a + 8a + 10a b) 5ab – 7ab + 18ab – 15,5ab c) 4a + 5b + 7a + 8b – 9a – 10b d) x – 2x + 3x – 4x + 5x – 17 e) 3x2 + 4x2 – 7 + 5x – 9x + 10 – 5x2 f) 2x2 – 4x – 7 – 2 (x2 + 3x – 6) 4) Calcule o produto dos monômios: a) 3x . 10x b) (–5 a2) . 2a c) (–4a) (–2xy2) d) (10a2b) (–ab) e) 4x . (–0,5 . y) 5) Obtenha o quociente: a) 10x5 : 5x2 b) (–4a3) : 8 a2 c) 10x2y2 : (–2xy2) d) (–48,4m3) : (–10m2) e) 3x2y2 : 3x2y2 f) 2 6ab g) y 5xyz h) 2 3 4a 16a i) y7x y42x 2 42 j) b2a b6a 2 2 6) Calcule as potências: a) (–2a3)2 b) (–2a3)3 c) (ab)2 d) (–10a3b2)5 e) (1,2xy3)2 7) Determine as seguintes somas de polinômios: a) (2x – 4y) + (5x + 3z) + (5y + 4z) = b) (4a – 8b + 7) + (–5a – 4b + 13) = c) (a2 – 2ab +b2) + (a 2 + 2ab +b2) = d) (6xy + 5xz +7) + (13xy – 18) + (–9xz + 4) = e) (x2 – 5x + 6) + (x2 – 7x + 12) = 8) Determine as seguintes diferenças de polinômios: a) (a – 7x) – (a – 8x) b) (3x + 8y – 7z) – (16x – 4y + 12z) c) (a3 + 4ab + 12) – (5a3 – 9ab +12) d) (7ax + 9mx) – (–5ax – 8mx) e) ba 3 2 1 – ab 3 1 2 9) Efetue as operações abaixo: a) (2x – 7y + 5z) – (5x – 3y + 4z) + (6x + 3y – z) b) (9m – 8n + 7p) + (5n – 7p – 8m) – (2p – m – 3n) c) (5x – 3a – 5b) – (7x + 2a – 5b) + (3x + 4a – b) d) (73a – 49b + 18c) – (53a – 87b + 35c) – (8b – 17c) e) ba 3 7 2 7 – ba 2 15 4 11 – 6 5 12 ba f) yx 2 3 4 9 + yx 6 19 3 4 – yx 3 11 12 25 10) Calcule os seguintes produtos: a) 5x . (ax 2 + bx + c) b) – 3xy2 . (5x + 6y – 7xy) c) mn . (m 2 – mn + n2) d) 2 3 2 x . c ba 4 3 3 3 7 2 3 11) Determine os seguintes produtos: a) (2x – 15) . (x + 12) b) (a + b) . (x – y ) c) (2a – 3b) . (2x – 3y) d) (5a – b) . (2a + 3b) e) (3x + 6) . (4x2 + 2x + 9) 12) Calcule os seguintes quocientes: a) (6ax – 9bx – 15x) : 3x b) (8a2 – 4ac + 12a) : 4a c) (27ab – 36bx – 36by) : (–9b) d) (49an – 21n2 – 91np) : 7n e) (12a2x – 8abx + 20axy) : 3 4a f) abcabyabx 4 1 3 1 2 1 : 6 ab 13) Efetue os seguintes quocientes exatos: a) (4a2 – 7a + 3) : (4a – 3) b) (a2 – 4a – 12) : (a – 6) c) (12a3 – 11a2 – 71a + 40) : (3a – 8) d) (11x2 – 2 – x + 10x3) : (5x – 2) e) (7x – 2x4 + 3x5 2 – 6x2) : (3x – 2) 14) Determine o quociente e o resto nas seguintes divisões não–exatas: a) (x2 + 5x + 10) : (x + 2) b) (2x2 + 5x) : (2x – 3) c) (–11x + 3x2 + 5) : (3x – 5) d) (–7x – 2x2 + 10) : (3 – 2x) e) (– 9x2 + 10x + 2x3 –2) : (x2 + 1 – 3x) GABARITO 1) a) 7 b) 14 c) 99 d) 24 e) 37 2) São semelhantes os monômios dos itens a), c) e f), porque apresentam a mesma parte literal ab. 3) a) 30a b) 0,5abc) 2a + 3b d) 3x – 17 e) 2x2 – 4x + 3 f) –10x + 5 4) a) 30x 2 b) –10a3 c) 8axy2 d) –10a3b2 e) – 2xy 5) a) 2x 3 b) 2 a c) –5x d) 4,84m e) 1 f) 3ab g) –5xz h) 4a i) 6y3 j) –3 6) a) 4a 6 b) –8a9 c) a2b2 d) –10000a15b10 e) 1,44x2y6 7) a) 7x + y + 7z b) –a – 12b + 20 c) 2a2 + 2b2 d) 19xy – 4xz – 7 e) 2x2 – 12x + 18 8) a) x b) – 13x + 12y – 19z c) –4a3 + 13ab d) 12ax + 17mx e) a 6 5 – 5b 9) a) 3x – y b) 2m – 2p c) x – a – b d) 20a + 30b e) ba 6 3 2 f) yx 2 3 10) a) 5ax 3 + 5bx 2 + 5cx b) –15x2y2 – 18xy3 + 21x2y3 c) m3n – m2n2 + mn3 d) 4ax – bx 9 56 + 10cx 11) a) 2x 2 + 9x – 180 b) ax – ay + bx – by c) 4ax – 6ay – 6bx + 9by d) 10a 2 + 13ab – 3b2 e) 12x3 + 30x2 + 39x + 54 12) a) 2a – 3b – 5 b) 2a – c + 3 c) – 3a + 4x + 4y d) 7a – 3n – 13p e) 9ax – 6bx + 15xy f) 3x – 2y + 3/2c 13) a) a 1 b) a + 2 c) 4a2 – 7a – 5 d) 2x² +3x +1 e) x4 – 2x +1 14) a) quociente: x + 3 resto: 4 b) quociente: x resto: 8x c) quociente: x – 2 resto: 5 d) quociente: x + 5 resto: 5 e) quociente: 2x 3 resto: x + 1 Matemática Nivelamento 37 5. PRODUTOS NOTÁVEIS E FATORAÇÃO Neste capítulo, estão trabalhados conceitos importantes da álgebra: produtos notáveis e fatoração. São conceitos estudados no ensino fundamental, principalmente a partir da 6ª série, quando se começa a resolver equações de 1º grau com uma variável, e no ensino médio. O trabalho com álgebra constitui base importante para o trabalho posterior com funções. 5.1 PRODUTOS NOTÁVEIS Produtos Notáveis nada mais são do que produtos entre polinômios que podem ser escritos de uma forma simplificada. Existem 3 principais casos: Desta forma, quanto tivermos uma expressão, por exemplo, como (x + 5)², não precisaremos calcular (x + 5).(x + 5), mas simplesmente resolver da forma x² + 2.x.5 + 5², ou seja, x² + 10x + 25. Veja outros exemplos: Ex1: (x + 3)² = x² + 2.x.3 + 3² = x² + 6x + 9 Ex2: (a - 4)² = a² - 2.a.4 + 4² = a² - 8a + 16 Ex3: (x - 6).(x + 6) = x² - 36 Matemática Nivelamento 38 Existem, ainda, 2 casos menos comuns, mas que também merecem importância: Resumindo estes outros dois casos, temos ( a + b )³ = a³ + 3a²b + 3ab² + b³ ( a - b )³ = a³ - 3a²b + 3ab² - b³ 5.2 FATOR COMUM Sabemos que para multiplicar um monômio por um polinômio multiplica-se o monômio por cada termo do polinômio. Como exemplo, vamos efetuar a multiplicação do monômio 3x pelo polinômio y + 3z + 2. Temos, então: Para passar da forma fatorada para a forma não fatorada, efetuamos a multiplicação. Matemática Nivelamento 39 Muitas vezes temos a forma não fatorada e precisamos a forma fatorada. Dizemos então que precisamos fatorar a expressão. Vejamos como se faz para fatorá-la. Você precisa lembrar como se faz a divisão de um polinômio por um monômio. Primeiro, observe que, no polinômio, 3xy + 9xz + 6x, 3x é o divisor comum dos três termos. Então, dividimos cada termo do polinômio por 3x: Agora faremos com que 3x multiplique os três de uma só vez, escrevendo a expressão da seguinte forma: 3xy + 9xz + 6x = 3x (y + 3z + 2) Ao fazer isso, dizemos que 3x, que é chamado de fator comum, foi colocado em evidência. Colocar em evidência significa destacar, sobressair ou salientar. A forma fatorada é o produto do fator comum pela expressão obtida dividindo a expressão inicial pelo fator comum. 1. Exemplos: Vamos fatorar 6x3 + 8x2. Devemos dividir a expressão pelo fator comum: 2x2. Temos: 43x 2x 8x 2x 6x 2x 8x6x 2 2 2 3 2 23 +=+= + Então, a forma fatorada de 6x3+8x2 é 2x2(3x+4) 2.Vamos fatorar ax – ay + a. Devemos dividir a expressão pelo fator comum: a. Temos: A forma fatorada de ax – ay + a é a.(x–y+1) 3. Vamos fatorar 15x4 – 35x2y + 25x3. Devemos dividir a expressão pelo fator comum: 5x2. Temos: 4 2 3 4 2 3 2 2 2 2 2 15x 35x y 25x 15x 35x y 25x 3x 7y 5x 5x 5x 5x 5x − + = − + = − + A forma fatorada de 15x2–35y+25x3 é 5x2.(3x2–7y+5x) A visualização do fator comum Considere três retângulos de mesma largura a Matemática Nivelamento 40 A área do primeiro retângulo é A1 = ax A área do primeiro retângulo é A2 = ay A área do primeiro retângulo é A3 = az A área total At, será dada pela soma das três áreas, isto é: At= A1 + A2 + A3 Logo, At = ax + ay + az Juntando esses retângulos, forma-se outro retângulo, também de largura a, e comprimento x + y + z. Veja a figura abaixo. Assim, vê-se que At = a.(x+y+z), ou seja, ax+ay+az=a.(x+y+z). 5.3 FATORAÇÃO POR AGRUPAMENTO Consideremos a expressão: 5ax + bx + 5ay + by Observe que, nesse caso, a expressão não possui um fator comum aos quatro termos, mas temos um fator “x” que é comum aos dois primeiros e outro fator, “y” que é comum aos dois últimos. Nesse caso colocamos o x em evidência nos dois primeiros termos e y nos dois últimos: x(5a+b) + y(5a+b) Observe agora que apareceu um outro fator, (5a+b), que é comum aos dois termos. Colocando esse fator em evidência, temos: (5a+b).(x+y) Esse processo é denominado fatoração por agrupamento. Veja outros exemplos onde foi aplicada essa técnica: Matemática Nivelamento 41 1. Vamos fatorar o polinômio hx – 2x + 5h – 10. hx-2x+5h–10= x(h–2)+5(h–2)= Colocando x e 5 em evidência; (h–2) (x+5) Colocando (h+2) em evidência Logo, (h–2).(x+5) é a forma fatorada do polinômio hx–2x+5h–10. 2. Vamos fatorar y³+y²+y+1. y³+y²+y+1= y²(y+1)+1(y+1)= Observe que y2 e 1 foram colocados em evidência; (y+1) (y²+1) Colocando y2 + 1 em evidência. Logo, (y+1).(y²+1) é a forma fatorada do polinômio y³+y²+y+1. 3. Vamos fatorar o polinômio 2bc+5c²-10b–25c. 2bc+5c²-10b–25c= c(2b+5c)–5(2b+5c)= Colocando c e 5 em evidência; (2b+5c) (c–5) Colocando (c–5) em evidência; Logo, (2b+5c).(c–5) é a forma fatorada do polinômio 2bc+5c²-10b–25c. 4. Sabe-se que m + n = 30 e p + q = 18. Nessas condições determine o valor do polinômio mp + mq + np + nq. Inicialmente vamos escrever o polinômio na forma fatorada: mp + mq + np + nq = m(p + q) + n (p + q) = (p + q) (m + n) Substituindo pelos valores dados, temos: (p + q) (m + n) = 18x30 = 54 5.4 FATORAÇÃO PRODUTOS NOTÁVEIS “PENSANDO AO CONTRÁRIO” - FATORAÇÃO DE PRODUTOS NOTÁVEIS E se você tivesse a situação inversa, ou seja, ao invés de um produto notável a ser resolvido, um polinômio para ser representado como um produto notável? Veja os casos abaixo: 1° Caso) Trinômio Quadrado Perfeito Se pensarmos que um produto do tipo, por exemplo, (a+b)² pode ser representado por a² + 2ab + b², podemos notar que o termo relativo aos elementos “a” e “b” sempre estão elevados ao quadrado (portanto para sabermos “a” e “b” deveremos extrair sua raiz quadrada) e o termo do meio sempre representa 2.a.b (portanto neste termo deveremos, sempre, ter o dobro de a.b). Ex1: x2 + 6x + 9 E, se o produto é, então, (x + 3)² o termo do meio deve ser 2.x.3 = 6x, portanto Ok! Matemática Nivelamento 42 Veja outros exemplos: Ex2: x² - 10x + 25 Pode ser representado por (x - 5)², pois xx 2 = 525 = 2.x.5 = 10x Portanto, x² - 10x + 25 = (x - 5)². Atenção: O termo central é negativo,o que nos leva a fatorar como um quadrado de uma diferença. Ex3: 4x² + 16x + 16 x24x 2 = 416 = 2.2x.4 = 16x Portanto, 4x² + 16x + 16 = (2x + 4)². Veja uma situação onde um polinômio parece ser um produto notável, mas não é: x² + 4x + 16 2° Caso) Produto da Soma pela diferença entre dois termos: Como você já sabe, um produto notável do tipo (a-b).(a+b) pode ser escrito por a²-b². (Cuidado! Sempre temos de ter o sinal de subtração). Matemática Nivelamento 43 Ex1: Matemática Nivelamento 44 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS: DANTE, Luiz Roberto. Matemática. Contexto e aplicações. Volume Único. São Paulo: Ática, 2003. Edumatec. Disponível em: <http://mandrake.mat.ufrgs.br/edumatec/>. GIOVANNI, José Ruy. Matemática completa: ensino médio. Volume Único. São Paulo: FTD, 2000. MACEDO, Luiz Roberto Dias de; CASTANHEIRA, Nelson Pereira; ROCHA, Alex. Tópicos de matemática aplicada. Curitiba: Ibpex, 2006. SMOLE, Katia C. Stocco; DINIZ, Maria Ignez. Matemática 1 - Ensino Médio - 3ª Edição. São Paulo: Saraiva, 2003. SMOLE, Katia C. Stocco; DINIZ, Maria Ignez. Matemática 2 - Ensino Médio - 3ª Edição. São Paulo: Saraiva, 2003. SMOLE, Katia C. Stocco; DINIZ, Maria Ignez. Matemática 3 - Ensino Médio - 3ª Edição. São Paulo: Saraiva, 2003. Sites de interesse do curso: Só Matemática – http://www.somatematica.com.br OBMEP – Olimpíada Brasileira de Matemática das Escolas Públicas - http://www.obmep.org.br/ LISTA DE EXERCÍCIOS 5 – Produtos Notáveis e Fatoração 1. Calcule os valores numéricos das expressões A e B, para x = 3 e y = 2, em cada item: a) A = x2 + y2 e B = (x + y)2 b) A = x2 – y2 e B = (x – y)2 c) A = x3 – y3 e B = (x – y)3 d) A = x3 + y3 e B = (x + y)3 2. Calcule os valores numéricos das expressões algébricas A e B, para x = 2 e y = 1, em cada item: a) A = (x + y)2 e B = x2 + 2xy + y2 b) A = (x – y)2 e B = x2 – 2xy + y2 c) A= (x – y) (x + y) e B = x2 – y2 3. Calcule os seguintes produtos notáveis: a) (x + y)2 b) (6 + a)2 c) (x + 7)2 d) (2x + y)2 e) (x + 4y)2 f) (3a + 2y)2 4. Efetue os seguintes produtos notáveis: a) (x2 + y3)2 b) (5ax2 + 6a3)2 c) (4a3x + aby)2 d) (a2 + 5am)2 e) (x6 + 3x2)2 f) 2 5 2 3 5 yx 5. Calcule os seguintes produtos notáveis: a) (m – 2)2 b) (4 – z)2 c) (3m – 5n)2 d) (1 – 6a)2 e) (x – 3y)2 f) (2ab – 3ac)2 6. Efetue os seguintes produtos notáveis: a) (a3 – 4a)2 b) (3x2 – 5xy) 2 c) (5a2 – 4b2)2 d) (x3 – y3)2 e) (2ax2 – 4a2x)2 f) 2 32 2 1 3 2 xaba 7. Calcule os seguintes produtos notáveis: a) (a + 2) . (a – 2) b) (6 + x) . (6 – x) c) (x – 8) . (x + 8) d) (10 – z) . (10 + z) e) (5ab + 12) . (5ab – 12) f) (3x + 2m) . (3x – 2m) 8. Efetue os seguintes produtos notáveis: a) (a2 – 1) . (a2 + 1) b) (a3b2 + c) . (a3b2 – c) c) (x3 + y3) . (x3 – y3) d) (5a3b + 2xy2) . (5a3b – 2xy2) e) (x2y4 – 5x) . (5x + x2y4) f) 4 3 5 2x . 4 3 5 2x 9. Calcule os seguintes produtos notáveis: a) (x + 3)3 b) (2a + 4)3 c) (3a + 2b)3 d) (3xy + 2z)3 e) (x – 5)3 f) (3m – 2)3 g) (2ax – 3by)3 10. Efetue os seguintes produtos notáveis: a) (a2 + b2)3 b) (2ax + 3a2)3 c) (x3 + x)3 d) 3 3 1 2 3 x e) (x2 – y3)3 f) (m2 – 3xy2)3 g) 33 42 1 a 11. Calcule os seguintes produtos: a) (x + 6) (x + 4) b) (a – 3) (a – 5) c) (y – 7) (y + 3) d) (m – 12) (m + 8) e) (x – 9) (x + 5) 12. Efetue os seguintes produtos: a) 2 1 x 4 3 x b) 5 3 x 3 5 x c) 3 2 x (x – 9 ) d) 5 2 x 2 3 x 13. Calcule os seguintes produtos: a) (a + 4) (a2 – 4a + 16) b) (3 + x2) (9 – 3x2 + x4) c) (4a2 + 3b2) (16a4 – 12 a2b2 + 9b4) d) 5 1 3 2x 25 1 15 2 9 4 2 xx e) (m – 6) (m2 + 6m + 36) f) (mx2 – m2x) (m2x4 + m3x3 + m4x2) g) 53 4 1 2 3 ba 10536 16 1 8 3 4 9 bbaa 14. Fatore os trinômios quadrados perfeitos abaixo: a) 4x2 + 4x + 1 b) x2 + 10x + 25 c) 4x4 + 4x2y3 + y6 d) 16 – 8x + x2 e) 36m2n4 – 24mn2x3 + 4x6 f) 236 4 5 12 25 9 yyxx g) 4 9 9 1 48 mm 15. Fatore os seguintes binômios: a) x2 – y2 b) 4x2 – 1 c) 9x2 – y2 d) 16a2 – 9b2 e) 9x2 – 4 f) 25p2 – 36q4 g) 81 4 25 49 2x GABARITO 1) a) A = 13, B =25 b) A = 5, B = 1 c) A = 19, B= 1 d) A = 35, B = 125 2) a) A = 9, B = 9 b) A = 1, B = 1 c) A = 3, B = 3 3) a) x 2 + 2xy + y 2 b) 36 + 12a + a 2 c) x 2 + 14x + 49 d) 4x 2 + 4xy + y 2 e) x 2 + 8xy + 16y 2 f) 9a 2 + 12ay + 4y 2 4) a) x 4 + 2x 2 y 3 + y 6 b) 25a 2 x 4 + 60a 4 x 2 + 36a 6 c) 16a 6 x 2 + 8a 4 bxy + a 2 b 2 y 2 d) a 4 + 10a 3 m + 25a 2 m 2 e) x 12 + 6x 8 + 9x 4 f) 22 25 4 3 4 9 25 yxyx 5) a) m 2 – 4m+ 4 b) 16 – 8z + z2 c) 9m 2 – 30mn + 25n2 d) 1 –12a + 36a2 e) x 2 – 6xy + 9y2 f) 4a2b2 – 12a2bc + 9a2c2 6) a) a 6 – 8a4 + 16a2 b) 9x4 – 30x3y + 25x2y2 c) 25a 4 – 40a2b2 + 16b4 d) x6 – 2x3y3 + y6 e) 4a 2 x 4 – 16a3x3 + 16a4x2 f) 26524 4 1 3 2 9 4 xabxaba 7) a) a 2 – 4 b) 36 – x2 c) x2 – 64 d) 100 – z2 e) 25a2b2 – 144 f) 9x2 – 4m2 8) a) a 4 – 1 b) a6b4 – c2 c) x6 – y6 d) 25 a 6 b 2 – 4x2y4 e) x4y8 – 25x2 f) 16 9 25 4 x 9) a) x 3 + 9x 2 + 27x + 27 b) 8a 3 + 48a 2 + 96a + 64 c) 27a 3 + 54a 2 b + 36ab 2 + 8b 3 d) 27x 3 y 3 + 54x 2 y 2 z + 36xyz 2 + 8z 3 e) x 3 – 15x2 + 75x – 125 f) 27m 3 – 54m2 + 36m – 8 g) 8a 3 x 3 – 36a2bx2y + 54ab2xy2 – 27b3y3 10) a) a 6 + 3a 4 b 2 + 3a 2 b 4 + b 6 b) 8a 3 x 3 + 36a 4 x 2 + 54a 5 x + 27a 6 c) x 9 + 3x 7 + 3x 5 + x 3 d) 27 1 24 9 8 27 23 xxx e) x 6 – 3x4y3 + 3x2y6 – y9 f) m 6 – 9m4xy2 + 27m2x2y4 – 27x3y6 g) 6432 3 16 3 8 1 963 aaa 11) a) x 2 + 10x + 24 b) a 2 – 8a + 15 c) y 2 – 4y – 21 d) m2 – 4m – 96 e) x 2 – 4x – 45 12) a) x 2 + 8 3 4 5 x b) x 2 + 1 15 16 x c) x 2 – 6 3 25 x d) x 2 – 5 3 10 19 x 13) a) a 3 + 64 b) 27 + x 6 c) 64a 6 + 27b 6 d) 125 1 27 8 3 x e) m 3 – 216 f) m3x6 – m6x3 g) 159 64 1 8 27 ba 14) a) ( 2x + 1 ) 2 b) ( x + 5 ) 2 c) ( 2x 2 + y 3 ) 2 d) ( 4 – x )2 e) ( 6mn2 – 2x3 )2 f) 2 3 2 5 3 yx g) 2 4 2 3 3 1 m 15) a) (x – y) (x + y) b) (2x – 1 (2x + 1) c) (3x – y) (3x + y) d) (4a – 3b) (4a + 3b) e) (3x – 2) (3x + 2) f) (5p – 6q2) (5p + 6q2) g) 9 2 5 7 x 9 2 5 7 x
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