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1a edição Manoel Paiva Licenciado em Matemática pela Faculdade de Filosofia Ciências e Letras de Santo André. Mestre em Educação Matemática pela Pontifícia Universidade Católica de São Paulo. Professor do ensino fundamental, médio e de cursos pré-vestibular durante 29 anos. 2 Matemática Guia do mestre Paiva GM_Mat_Paiva_v2_001a007.indd 1 8/7/09 2:03:22 PM Caro professor Sigmund Freud disse certa vez que as funções de psicanalisar, governar e educar são impossíveis. Provavelmente, ao fazer essa afirmação, ele tinha em mente a impossibilidade de tratar de forma global as individualidades humanas. Polêmicas à parte, temos de reconhecer, pelo menos, a dificuldade de educar sem considerar cada aluno o que ele é: um ser único. Essa individualidade, na Educação, não se limita ao aluno, estendese também ao professor e a todos os que participam indiretamente desse processo. Por essa característica humana, a adaptação de uma obra didática ao complexo sistema de ensinoaprendizagem depende não só de fatores ponderáveis, como a qualidade dos textos e das atividades, mas também de agentes imponderáveis, como a empatia dos envolvidos no processo com o tipo de abordagem adotado pelo autor. O êxito de uma obra nos aspectos imponderáveis é o objetivo de todo autor – o êxito no que é ponderável pode ser aproximadamente estimado. Apresentamos para o seu julgamento uma obra que procura seguir as atuais diretrizes do ensino de Matemática e, principalmente, considerar a individualidade, respeitando limites e explorando potenciais. Manoel Paiva apresentação GM_Mat_Paiva_v2_001a007.indd 2 8/7/09 2:03:25 PM 3 Motivações pedagógicas da obra Ensinar para todos ________________________________________________ 5 A Matemática vai além de suas aplicações práticas ____________________ 5 A linguagem comum e a linguagem matemática _____________________ 5 Aspectos técnicos e pedagógicos da obra I. A estrutura ___________________________________________________ 6 II. Objetivo das tarefas adicionais __________________________________ 6 III. Objetivo da seção “Matemática sem fronteiras” ___________________ 6 IV. Objetivos gerais da obra ________________________________________ 6 V. Distribuição dos três grandes temas ______________________________ 7 Parte geral sumário GM_Mat_Paiva_v2_001a007.indd 3 8/7/09 2:03:28 PM Parte específica Resolução das questões Capítulo 1 – Trigonometria no triângulo retângulo _________________ 8 Capítulo 2 – Circunferência trigonométrica: seno e cosseno _________ 13 Capítulo 3 – Tangente e outras razões trigonométricas _____________ 49 Capítulo 4 – Funções trigonométricas e resolução de triângulos _____ 77 Capítulo 5 – Matrizes _________________________________________ 116 Capítulo 6 – Sistemas lineares __________________________________ 128 Capítulo 7 – Determinantes ____________________________________ 148 Capítulo 8 – Análise combinatória _______________________________ 157 Capítulo 9 – Probabilidade ____________________________________ 194 Capítulo 10 – Geometria espacial de posição ______________________ 215 Capítulo 11 – Ângulos, distâncias e poliedros _____________________ 231 Capítulo 12 – Prismas e pirâmides _______________________________ 245 Capítulo 13 – Corpos redondos _________________________________ 284 GM_Mat_Paiva_v2_001a007.indd 4 8/7/09 2:03:31 PM Parte geral motivações pedagógicas da obra ensinar Para todos Entre os princípios nos quais esta obra se fundamen tou, enfatizamos a inclusão de todos os alunos no pro cesso de aprendizagem e a possibilidade de escolhas do conteúdo e do nível de ensino. Quando destacamos a inclusão de todos os alunos no processo de aprendizagem, referimonos, principalmente, ao aluno com grande potencial, que vem sendo excluído do processo. É uma exclusão velada, da qual pouco se fala. Como, então, atender às expectativas de todos os alunos respeitando limites e explorando potenciais? Este é um dos nossos maiores desafios: ensinar para todos. Qualquer aluno necessita de atendimento individual, e grande parte deles se satisfaz com o curso ministrado. Alguns, porém, querem mais, e por isso necessitam de orientações específicas, que transcendem o curso minis trado. Este livro foi escrito também para eles, pois lhes oferece material de consulta para estudos mais amplos. Quando destacamos a possibilidade de escolhas do conteúdo, nós nos contrapomos à opção por conteúdos mínimos, que obrigam o professor a ministrar seus cursos de forma estereotipada, em que os conteúdos, os exercí cios, a metodologia e as avaliações são sempre os mesmos, independentemente do aluno. Com a possibilidade de escolhas, procuramos seguir as diretrizes educacionais vigentes, que enfatizam a flexibilidade, a autonomia e a diversidade. Como acatar essas diretrizes se o professor estiver engessado por uma obra que limita seus procedi mentos, aquém do seu potencial? Ao falar da possibilidade de escolhas do nível de ensi no, referimonos às características regionais, às peculia ridades da escola e da classe e, mais especificamente, à individualidade do aluno. Esta obra oferece uma gama de oportunidades de escolhas quanto ao nível teórico e ao nível de atividades, atendendo assim às mínimas e máximas exigências do professor e do aluno. a matemÁtiCa Vai aLÉm de suas aPLiCaçÕes PrÁtiCas “Professor, pra que serve isso?” Essa pergunta, da qual nenhum professor de Matemá tica escapa, é absolutamente pertinente, pois é indispensá vel estabelecer conexões entre o conhecimento matemáti co e as experiências da vida pessoal, social e produtiva, explorando os aspectos práticos dos assuntos estudados. E isso basta? Infelizmente, para o ensino de Matemática, muitos educadores entendem que sim. Essa forma tecnicista de estudar Matemática perde, a nosso ver, a essência dessa ciência: o simbólico. O ensino de Matemática calcado apenas nas aplicações práticas tem vantagens como: possibilidade de compara ção entre as similaridades do que é familiar e do que é desconhecido para o aluno; entendimento de um con ceito por analogias que sistematiza os conhecimentos e torna as aulas mais atraentes. Porém, essa forma de ensi no tem desvantagens como: se as analogias estão fora do contexto socioeconômico e cultural dos alunos, elas po dem se transformar em um complicador; uma interpre tação equivocada da analogia pode gerar conceitos equivocados; um mau direcionamento pode destacar aspectos irrelevantes do análogo, em detrimento do que é principal no simbólico. Certamente poderíamos acrescentar outras vantagens e desvantagens a essa lista, porém as que destacamos já são suficientes para justificar a composição entre o simbó lico e o real, adotada ao longo de toda a obra, o que para nós é indispensável ao aprendizado de Matemática. a Linguagem Comum e a Linguagem matemÁtiCa Ao pedir a uma pessoa que não conhece Matemática que escolha um número entre 2 e 3, provavelmente ela escolherá um deles. Entretanto, ao fazer o mesmo pedi do a um conhecedor da matéria, a resposta será um número maior que 2 e menor que 3. Isso porque a pre posição “entre” tem um significado específico na lingua gem matemática – e o mesmo ocorre com muitas outras palavras. Um importante motivo que leva a Matemática a ado tar uma linguagem própria é a precisão: a linguagem comum é insuficiente para a descrição de todos os obje tos matemáticos. A linguagem cotidiana deve ser usada no ensino de Matemática? É claro que sim. Porém, via de regra, é necessária uma explicação detalhada, que mostre a diferença entre os sig nificados da palavra usada no cotidiano e em Matemática. Nesta obra, faremos a abordagem dos conceitos ma temáticos transitando pelas duas linguagens. 5Parte geral matemática Paiva GM_Mat_Paiva_v2_001a007.indd 5 8/7/09 2:03:34 PM matemática Paiva Parte geral6 aspectos técnicos e pedagógicos da obra i. a estrutura A coleção é formada por três volumes divididos em capítulos. A teoria é intercalada com questões resolvidas e questões propostas. Estas são seguidas de remissões a tarefas adicionais apresentadas em cinco séries de atividades: Roteiro de estudos, Questões técnicas, Ques tões contextualizadas, Questõesdesafio e Questões de revisão cumulativa. Cada capítulo é fechado com a seção “Matemática sem fronteiras”. ii. obJetiVo das tareFas adiCionais As tarefas adicionais devem ser feitas preferencialmen te em casa, para que o aluno adquira desembaraço e autonomia em relação ao assunto estudado. Mais do que isso, as tarefas adicionais vão revelar dúvidas das quais o aluno não se deu conta em sala de aula e que devem ser dirimidas na aula seguinte. • Roteiro de estudos As atividades dessa série se propõem a revisar os aspec tos mais importantes, necessários para a resolução das questões complementares. • Questões técnicas Antes de executar um concerto, um estudante de música deve passar por exercícios de escalas, até que estas estejam incorporadas a seus sistemas motor e cognitivo. Do mesmo modo, entendemos que o aluno de Matemá tica só terá plenas condições de resolver problemas sobre determinado assunto quando a técnica necessária estiver totalmente incorporada. Por isso, as questões técnicas são fundamentais, pois com elas adquiremse agilidade, auto confiança e autonomia em relação às técnicas. • Questões contextualizadas Durante muitos anos, a Matemática foi ensinada aos nossos jovens de modo estritamente acadêmico, forman do cidadãos que carregaram, às vezes por toda a vida, a falsa ideia de que muito pouco dessa matéria tem utilida de no dia a dia. Embora a ciência caminhe sempre à frente do prag matismo, as questões contextualizadas são necessárias no ensino de qualquer disciplina, porque o trânsito entre a teoria e a prática solidifica o aprendizado. Há divergências em relação à conceituação de con textualização no ensino de Matemática. Adotaremos o conceito de “problema contextualizado” como todo problema que apresente uma situação prática, isto é, que não seja pura criação teórica. • Questões-desafio Uma considerável parcela dos profissionais gosta de desafios. O que já foi feito é obsoleto, dizem eles. Esses profissionais foram alunos um dia. Pensando nesses alunos é que propomos as questões desafio. O objetivo delas é propiciar uma autoavaliação do potencial dos alunos que exigem sempre mais. • Questões de revisão cumulativa É comum, durante as aulas, o professor necessitar de um assunto já estudado e os alunos não lembrarem. As questões de revisão cumulativa têm o objetivo de mini mizar esse problema. Geralmente simples, elas destacam os aspectos mais importantes dos tópicos estudados. iii. obJetiVo da seção “matemÁtiCa sem Fronteiras” Fechando cada capítulo, a seção “Matemática sem fronteiras” apresenta um breve texto sobre uma aplicação prática do assunto tratado no capítulo. Essa seção tem dois objetivos. O primeiro é o mesmo das questões contextualizadas: permear a teoria matemá tica e a prática. O segundo é despertar a curiosidade do aluno para aplicações mais sofisticadas que as apresenta das nas questões contextualizadas. iV. obJetiVos gerais da obra • Apresentar os rudimentos do pensamento científico. • Propiciar a compreensão da evolução do pensamento científico por meio da ampliação de conceitos e/ou da construção de objetos abstratos. • Mostrar que a ciência caminha à frente das aplicações práticas imediatas. • Ampliar as possibilidades de representação por meio da linguagem matemática, exercitando: a construção de esquemas, tabelas e gráficos; as argumentações lógicas; o uso de modelos geométricos ou algébricos etc. • Transitar pelas várias formas de representação de um mesmo objeto matemático. GM_Mat_Paiva_v2_001a007.indd 6 8/7/09 2:03:37 PM • Estabelecer conexões entre o conhecimento matemático e as experiências da vida pessoal, social e produtiva. • Fornecer embasamento científico para a tomada de decisões por meio de análise de dados. V. distribuição dos três grandes temas Os três grandes temas da Matemática do ensino mé dio – Funções, Geometria e Trigonometria – são distribuí dos nos três volumes. O objetivo maior dessa divisão é fazer que esses temas estejam sempre presentes. A distribuição da Trigonometria pelos três volumes merece uma explicação mais detalhada: • O primeiro volume apresenta uma breve introdução à Trigonometria. São estudadas as razões trigonométricas seno, cosseno e tangente no triângulo retângulo e na primeira volta positiva da circunferência trigonométrica, tratando apenas de medidas em grau dos arcos trigo nométricos. Entendemos que basta essa introdução no volume 1, porque ela é suficiente para o desenvolvi mento da Mecânica no curso de Física. • No segundo volume, é feita uma breve revisão da Tri gonometria estudada no volume 1, e as ideias são ampliadas para as infinitas voltas da circunferência tri gonométrica, considerando agora arcos de medidas em grau e radiano. São estudadas ainda as funções trigo nométricas. • Deixamos para o terceiro volume o estudo de adição de arcos, arco duplo, transformação em produto e funções trigonométricas inversas. Dessa forma, o curso de Trigonometria se completa em pequenas doses, evitando aquele curso “interminável” e cansativo que tradicionalmente é ministrado nesse campo. 7 Parte geral matemática Paiva GM_Mat_Paiva_v2_001a007.indd 7 8/7/09 2:03:38 PM 8 Matemática Paiva Parte específi ca Parte Específi ca 5. cos 5 0,8 5 810 5 4 5 ⇒ cos 5 45 Se é a medida de um ângulo agudo e cos 5 45 , existe um triângulo retângulo com um ângulo agudo de medida tal que o cateto adjacente a mede 4 e a hipotenusa mede 5. Assim: 4 x 5 � Pelo teorema de Pitágoras, podemos calcular a me dida x do cateto oposto a : x2 1 42 5 52 ⇒ x 5 3 Então, concluímos que sen 5 35 . 6. sen 5 13 , e é a medida de um ângulo agudo. Então, existe triângulo retângulo tal que: x 3 1 � Pelo teorema de Pitágoras, temos: 12 1 x2 5 32 ⇒ x 5 2 2 Assim, concluímos: tg 5 12 2 25 1 2 2 2 tg 5 24 7. De acordo com a figura e a tabela, temos: tg 50° 5 CD BC1AB ⇒ 1,19 5 CD BC130 1 tg 35° 5 BCAB ⇒ 0,70 5 BC30 BC 5 21 2 De 1 e 2 , temos: CD 1 21 30 5 1,19 ⇒ CD 1 21 5 35, 7 CD 5 14,7 Logo, a altura da antena é 14,7 m. 8. a) d 2 m terreno 26° Capítulo 1 Trigonometria no triângulo retângulo Questões propostas 1. a) sen 32° 5 x50 x 5 50 sen 32° 5 50 0,53 5 26,5 Portanto: x 5 26,5 cm b) tg 40° 5 z10 z 5 10 tg 40° 5 10 0,84 5 8,4 Portanto: z 5 8,4 m c) cos 53° 5 y48 y 5 48 cos 53° 5 48 0,60 5 28,8 Portanto: y 5 28,8 dm 2. a) sen 5 ABBC 5 3 5 5 0,6 b) Pelo teorema de Pitágoras, vamos calcular AC. (AC )2 1 (AB)2 5 (BC )2 (AC )2 1 9 5 25 (AC )2 5 16 Portanto: AC 5 4 cm Então: cos 5 ACBC 5 4 5 5 0,8 c) tg 5 ABAC 5 3 4 5 0,75 3. a) tg 54° 5 sen °cos 54° 54 0,81 0,595 1,37 b) tg 54° 5 x100 ⇒ x 100 1,37 Portanto: x 137 4. Como 40° e 50° são ângulos complementares, temos cos 50° 5 sen 40°; portanto: E 5 sen ° cos °tg ° 40 40 1 50 5 sen ° sen °sen ° ° cos 40 40 40 40 1 5 5 2 sen 40° cos °sen ° 40 40 5 2 40 40 40 sen ° ° sen ° cos 5 5 2 cos 40° 5 2 0,77 5 1,54 Portanto: E 5 1,54 Resolução das questões GM_Mat_Paiva_v2_008a012.indd 8 7/31/09 9:14:25 AM 9 Parte específi ca Matemática Paiva sen 26° 5 2d ⇒ d 20 43, d 4,65 Portanto, o carrinho percorrerá aproximadamente 4,65 m até o final da rampa. b) y x 4 m terreno 26° sen 26° 5 y4 ⇒ y 4 0,43 y 1,72 tg 26° 5 yx ⇒ x 1 72 0 48 , , ⇒ x 3,58 Portanto, o deslocamento horizontal do carrinho será de aproximadamente 1,72 m e o vertical, de aproximadamente 3,58 m. Notas: 1. Admitimos que a distância 4 metros foi percorrida no final da rampa. O resultado, porém, teria sido o mesmo se tivéssemos considerado essa distância percorrida em qualquer outro trecho da rampa. 2. Poderíamos ter usado o cos 26° para o cálculo do deslo- camento horizontal x. 9. Se sen 5 0,6 5 35 e é a medida de um ângulo agudo, existe um triângulo retângulo tal que: x 5 3 � Pelo teorema de Pitágoras, temos: x2 1 32 5 52 ⇒ x 5 4 Portanto: tg 5 34 Indicando por h a medida da altura tBC da Torre Eiffel, esquematizamos: A B h C 400 � Logo: tg 5 h400 ⇒ 34 400 5 h h 5 300 Concluímos, então, que a Torre Eiffel tem 300 m de altura. 10. Com os dados da figura, podemos concluir que: tg 30° 5 y x4 1 ⇒ y 5 (4 1 x) tg 30° I tg 60° 5 yx ⇒ y 5 x tg 60° II De I e II , temos: (4 1 x) tg 30° 5 x tg 60° ⇒ ⇒ (4 1 x) 33 5 x 3 4 1 x 5 3x ⇒ ⇒ 2x 5 4 x 5 2 Substituindo x por 2 em II , temos: y 5 2 tg 60° ⇒ y 5 2 3 Alternativa b. 11. Com os dados da figura, podemos concluir que: tg 45° 5 BD ADAC 1 ⇒ ⇒ 1 5 BD 1 5AD AD 5 BD 1 5 tg 30° 5 ADAC ⇒ 33 5 5 AD AD 5 5 3 Logo, BD 1 5 5 5 3 ⇒ ⇒ BD 5 5 3 2 5 5 5 3 1–( ) Portanto, a medida do segmento tBD é 5 3 1– .( ) 12. O ponto O equidista dos lados do ângulo B BAC; logo, AO- é bissetriz desse ângulo e, portanto, m(B BAO) 5 m(C BAO) 5 30°. Indicando por r a medida do raio da circunferência, temos: A B C O r 10 30° 30° r tg 30° 5 r10 ⇒ ⇒ 3 3 5 r 10 r 5 10 33 Assim, a medida do raio da circunferência é 10 3 3 cm. 13. Esquematizando a situação, temos: A B C 30° 100 m 45° D GM_Mat_Paiva_v2_008a012.indd 9 7/31/09 9:14:55 AM 10 Matemática Paiva Parte específica Assim: tg 30° 5 BCAB ⇒ 33 100 5 1 BC BD 1 tg 45° 5 BCBD ⇒ 1 5 BCBD BC 5 BD 2 De 1 e 2 , temos: 3 3 1005 1 BC BC ⇒ 3 100( )1 BC 5 3 BC 3 3–( )BC 5 100 3 ⇒ BC 5 100 33 – 3 BC 5 50 3 11( ) 137 Logo, a altura da parte emersa é 50 3 11( ) m ou, aproximadamente, 137 m. 14. Com base na figura, temos: a C Ab B (Norte) (Oeste) 60° 60 km 120° m(ABCB) 5 60° sen 60° 5 60a ⇒ a 5 60 2 3 a 5 40 3 tg 60° 5 60b ⇒ b 5 60 3 b 5 20 3 a 1 b 5 40 3 1 20 3 5 60 3 Alternativa c. Roteiro de estudos 1. Ver “Razões trigonométricas no triângulo retângulo”, na página 9. 2. Dois ângulos são complementares quando a soma de suas medidas é 90°. 3. Ver a consequência (1), na página 10. 4. Ver a consequência (2), na página 10. 5. Vamos considerar o quadrado e o triângulo equilátero a seguir: A B CD 45° 1 1 1 1 45° √2 E F G M 30° 60° 1 1 1 1 2 60° 30° √3 2 1 2 Do triângulo retângulo ABC, temos: sen 45° 5 ABAC 5 5 1 2 2 2 cos 45° 5 BCAC 5 5 1 2 2 2 tg 45° 5 ABBC 5 5 1 1 1 Do triângulo retângulo GMF, temos: sen 30° 5 EM EG 5 5 1 2 1 21 cos 30° 5 GMEG 5 5 3 2 3 21 tg 30° 5 EMGM 5 5 1 2 2 1 2 3 2 3 1 3 3 3 5 5 sen 60° 5 GMEG 5 5 3 2 3 21 cos 60° 5 EMEG 5 5 1 2 1 21 tg 60° 5 GMEM 5 5 3 2 1 2 3 2 2 1 3 1 35 5 Deduzimos, assim, os valores do seno, do cosseno e da tangente de todos os ângulos notáveis. Questões complementares Questões técnicas 1. Pelo teorema de Pitágoras, temos: (BC )2 5 (AB)2 1 (AC )2 ⇒ ⇒ (3x 2 2)2 5 52 1 (2x 1 2)2 9x2 2 12x 1 4 5 25 1 4x2 1 8x 1 4 ⇒ ⇒ 5x2 2 20x 2 25 5 0 x2 2 4x 2 5 5 0 ⇒ x 5 5 ou x 5 21 (não convém) Portanto, x 5 5; assim: AB 5 5, AC 5 12 e BC 5 13 Logo: a) sen 5 ABBC 5 5 13 b) cos 5 ACBC 5 12 13 c) tg 5 ABAC 5 5 12 2. tg 42° 5 sencos 42 42 1 ° ° 5 1 x x ⇒ ⇒ 0 67 1 , 0,74 5 1 x x GM_Mat_Paiva_v2_008a012.indd 10 8/1/09 9:50:24 AM 11 Parte específica Matemática Paiva 0,74x 5 0,67x 1 0,67 ⇒ ⇒ 0,07x 5 0,67 x 5 0 67,0,07 9,57 Portanto, o valor mais próximo de x é 10. Alternativa d. 3. No ponto B, podemos observar que: 1 90° 1 5 180° ⇒ 1 5 90° Então, e são complementares e, portanto, sen 5 cos . a) sen 5 cos 5 0,62 b) sen 5 CDBD ⇒ 0,62 5 15x x 5 150 62, ⇒ x 24,2 Assim, concluímos que a medida da hipotenusa tBD é, aproximadamente, 24,2 cm. 4. tg 5 2 e é a medida de um ângulo agudo. Então, existe triângulo retângulo tal que: 1 2 x � Pelo teorema de Pitágoras, temos: x2 5 12 1 22 ⇒ x 5 5 Assim, concluímos: sen 5 2 5 2 5 5 5 cos 5 1 5 5 55 5. Se cos 5 23 e é a medida de um ângulo agudo, existe um triângulo retângulo tal que: 2 3y � Pelo teorema de Pitágoras, temos: y2 1 22 5 32 ⇒ y 5 5 Portanto: sen 5 53 (I). Do triângulo retângulo apresentado no enunciado da questão, obtemos: sen 5 5x (II) Por (I) e (II), concluímos: 5 5 3x 5 ⇒ x 5 3 5 6. Seja M o ponto comum aos segmentos tAB e tCD. Como o quadrilátero ABCD é simétrico em relação a tAB, temos tAB ⊥ tDC e MD 5 MC. Indicando por x e y as medidas MB e MD, respectivamente, obtemos: 60°30° 80 – x A B D C y y M x Logo: tg 30° 5 y x y x80 3 3 80 5 – – ⇒ 1 tg 60° 5 y x ⇒ 3 x 5 y 2 De 1 e 2 , temos: 3 80 3 3 x x 5 – ⇒ x 5 20 Substituindo x 5 20 em 2 , obtemos: y 5 3 x ⇒ y 5 20 3 DC 5 40 3 cm ÁreaADBC 5 AB DC 2 80 40 3 2 5 cm2 5 5 1 600 3. cm2 Ou ainda: ÁreaABCD 5 0 16 3, m 2 Alternativa b. Questões contextualizadas 7. Sendo a e x as medidas em metros de tEF e tBC, res pectivamente, temos: 0,75 m A E DC B F a 5,25 – ax � � EF 1 FC 5 5,25 sen 5 AEFE ⇒ 0,6 5 0 75, a a 5 1,25 1 sen 5 BCFC ⇒ 0,6 5 x a5 25, – 2 De 1 e 2 , temos: 0,6 5 x5 25 1 25, – , ⇒ x 5 0,6 4 x 5 2,4 Logo, a largura BC é 2,4 m. GM_Mat_Paiva_v2_008a012.indd 11 7/31/09 9:15:52 AM 12 Matemática Paiva Parte específica 8. Sendo h a altura do paredão, temos: tg 70° 5 h h50 70 50 ⇒ sen ° cos 70° 5 0 94 0 34 50 , , 5 h ⇒ ⇒ h 2,76 50 5 138 Portanto, a altura do paredão é, aproximadamente, 138 m. 9. Se sen 5 513 e é a medida de um ângulo agudo, existe um triângulo retângulo tal que: 5 13 x � Pelo teorema de Pitágoras, temos: x2 1 52 5 132 ⇒ x 5 12 Portanto: tg 5 512 Indicando por p a profundidade do rio, esquema ti zamos: 20 AB p C � Logo: tg 5 p20 ⇒ 512 20 5 p p 5 253 Concluímos, então, que a profundidade do rio é 253 m ou, aproximadamente, 8,3 m. 10. Se sen 5 0,8 5 45 e é a medida de um ângulo agudo, existe um triângulo retângulo tal que: 5 4 x � Pelo teorema de Pitágoras, temos: x2 1 42 5 52 ⇒ x 5 3 Portanto: tg 5 43 . Indicando por a largura AB do rio, esquemati zamos: 20A C B � � Logo: tg 5 20 ⇒ 43 20 5 5 803 Concluímos, então, que a largura do rio é 803 m ou, aproximadamente, 26,7 m. 11. Os triângulos ABC e ADE são congruentes. 4 m 4 m C E D y x yA B x 90° – � � 90° – � � sen 5 DAEA ⇒ 5 8 4 5 x x 5 2,5 Pelo teorema de Pitágoras, temos: 42 5 x2 1 y2 ⇒ y2 5 16 2 6,25 y2 5 9,75 ⇒ ⇒ y 3,1 x 1 y 2,5 1 3,1 5 5,6 Portanto, a distância entre os muros é 5,6 m, aproxi madamente. Questões-desafio 12. Como AB 5 AC, concluímos que o triângulo ABC é isósceles e, portanto, os ângulos da base são con gruentes, medindo 72° cada um. Assim: 36° 36° 36° 72° A B D x – r x r r r C Sendo tCD bissetriz interna relativa ao vértice C do triângulo, podemos afirmar que: m(B BCD) 5 m(D BCA) 5 722 ° 5 36° Então, o triângulo ACD é isósceles e, portanto, AD 5 DC 5 r. Também o triângulo BCD é isósceles, pois: m(B BDC) 5 180° 2 72° 2 36° 5 72° GM_Mat_Paiva_v2_008a012.indd 12 7/31/09 9:16:10 AM 13 Parte específica Matemática Paiva Assim: DC 5 BC 5 AD 5 r e BD 5 x 2 r Observamos, ainda, que os triângulos isósceles ABC e BCD são semelhantes: 72° 72° A B C x x r r 2 72° 72° C D B r r x – r x – r 2 a) Da semelhança entre os triângulos ABC e DBC, obtemos: x r x r5 2 r ⇒ x2 2 rx 5 r2 x2 2 rx 2 r2 5 0 Resolvendo a equação do 2º grau na incógnita x, temos: 5 r2 2 4 1 (2r2) 5 5r2 x 5 2 2( ) r r± 52 2 ⇒ x 5 r 2 5 2r r5 2 1 5 2 ( ) , 0 (não convém) ⇒ ou x 5 r 1 5 1r r5 2 1 5 2 ( ) Portanto: x 5 r 1 5 2 1( ) b) cos 72° 5 r x 2 Mas x 5 r2 1 51( ) ; então: cos 72° 5 r r 2 2 1 51( ) 5 11 5 5 1 41 5 2 Portanto: cos 72° 5 5 14 2 13. Sabemos que, se ABCDEF é um hexágono regular, a medida de cada um dos seus ângulos internos é 120°. 120° 6 cm 6 cm 60° 60° x A B CF DE A diagonal tEB está contida na reta bissetriz do ângu- lo FBED, então ela divide esse ângulo em dois ângulos congruentes de 60° cada. Indicando por x a distância entre o vértice F e a dia- gonal tEB do hexágono, temos: sen 60° 5 x x6 3 2 6 ⇒ 5 x 5 3 3 Portanto, a distância procurada é 3 3 cm. Capítulo 2 Circunferência trigonométrica: seno e cosseno Questões propostas 1. a) c 5 2πr ⇒ ⇒ c 5 2 π 6 5 12π c 12 3,14 ⇒ ⇒ c 37,68 Logo, o comprimento dessa circunferência é 12π cm ou, aproximadamente, 37,68 cm. b) c 5 2πr ⇒ ⇒ c 5 2 π 20 5 40π c 40 3,14 ⇒ ⇒ c 125,6 Logo, o comprimento dessa circunferência é 40π cm ou, aproximadamente, 125,6 cm. 2. Indicando por r a medida do raio da roda, a distância d percorrida por ela em uma volta é dada por: d 5 2πr 5 2 3,14 0,5 m 5 3,14 m Logo, o número n de voltas necessárias para que essa roda percorra 12,56 km é dado por: n 5 12 56 12 5603 14 , . , km 3,14 m m m 5 ⇒ n 5 4.000 3. Sendo m o menor número inteiro de voltas da roda maior para que a roda menor gire n voltas completas, temos: m 2π 55 5 n 2π 35 ⇒ m 5 711 n O menor número inteiro positivo representado pela fração 7 11 n é obtido para n 5 11, para o qual temos m 5 7 1111 5 7. Concluímos, então, que 7 é o menor número de vol- tas completas que deve girar a roda maior para que a menor gire um número inteiro de voltas. Alternativa b. 4. A x 12 cm 100 rotações por minuto 150 rotações por minuto GM_Mat_Paiva_v2_013a029.indd 13 7/31/09 9:43:58 AM 14 Matemática Paiva Parte específica Quando a roldana maior faz 10 rotações, o ponto A percorre 7.536 cm (2 3,14 12 100). Assim, para a roldana menor fazer 150 rotações por minuto, temos: 2 3,14 x 150 5 7.536 942x 5 7.536 x 5 8 Logo, para que a roldana menor faça 150 rotações por minuto, seu raio deve medir 8 cm. Alternativa a. 5. O comprimento x do arco )AB pode ser obtido pela proporção: 25 360° ° 2 10x 5 π ⇒ x 5 25 18 π Logo, o comprimento do arco )AB é 25 18 π cm. 6. A razão entre o comprimento do arco e a medida do raio, nessa ordem, é a medida x do arco em radiano, ou seja: x 5 102 5, rad ⇒ x 5 4 rad 7. a) π rad grau 180 ——— ———x 30 ⇒ x 5 30180 6 π π 5 Portanto, 30° equivalem a π 6 rad. b) π rad grau 180 ——— ———x 120 ⇒ x 5 120180 2 3 π π 5 Portanto, 120° equivalem a 2 3 π rad. c) π rad grau 180 ——— ———x 225 ⇒ x 5 225180 5 4 π π 5 Portanto, 225° equivalem a 5 4 π rad. d) π rad grau 180 ——— ———x 300 ⇒ x 5 300 180 5 3 π π 5 Portanto, 300° equivalem a 5 3 π rad. e) π rad grau 180 ——— ———x 240 ⇒ x 5 240 180 4 3 π π 5 Portanto, 240° equivalem a 4 3 π rad. f ) π rad grau 180 ——— ———x 330 ⇒ x 5 330 180 11 6 π π 5 Portanto, 330° equivalem a 11 6 π rad. 8. a) π π ——— ——— 180 4 ° x ⇒ x 5 π π 4 180 ° x 5 45° b) ——— ——— π π 180 3 2 ° x ⇒ x 5 3 2 180π π ° x 5 270° c) ——— ——— π π 180 7 6 ° x ⇒ x 5 7 6 180π π ° x 5 210° d) ——— ——— π π 180 2 5 ° x ⇒ x 5 2 5 180π π ° x 5 72° e) ——— ——— π π 180 5 3 ° x ⇒ x 5 5 3 180π π ° x 5 300° 9. Sejam: (MAQ e (NBP os arcos das circunferências das polias em contato com a correia; e tCD, com D e tOQ e tCD / tPQ, conforme mostra a figura: A B M N P C O Q D 4 240° 60° 60° 120° 1 3 1 Temos: • m((MAQ) 5 23 2π 4 cm 5 16 3 π cm • m( (NBP) 5 13 2π 1 cm 5 2 3 π cm • tg 60° 5 CD3 ⇒ 3 3 5 CD CD 5 3 3 cm • CD 5 QP 5 MN Concluímos, assim, que o comprimento da correia é dado por: 5 2 3 3 16 3 2 3 1 1 π π cm ⇒ ⇒ 5 6 3 1 π( ) cm Alternativa b. 10. a) 7, 2 °850 km ° 5 360 c ⇒ c 5 360° 850 km ° 7, 2 c 5 42.500 km O comprimento c obtido foi 42.500 km. b) c 5 2πr ⇒ c 5 42.500 2 3,14 r r 42.500 6,28 km ⇒ r 6.768 km A medida aproximada do raio da Terra é 6.768 km. c) 40.000 5 2πR R 40.000 2 3,14 6.369 A partir dessa estimativa, o raio da Terra mede 6.369 km, aproximadamente. GM_Mat_Paiva_v2_013a029.indd 14 7/31/09 9:45:58 AM 15 Parte específica Matemática Paiva d) r R ≈ 6.768 6 369. 1,063 Ou seja, o percentual do erro cometido por Era- tóstenes foi de 6,3%, aproximadamente. 11. Com os dados fornecidos, fazemos: min min min 2 30 2 15 4 45 h h h 1 Assim, após 2 h 15 min o relógio estará marcando 4 h 45 min. � 5 4 30° 1 30°4 5 120° 1 7,5 5 127,5° A medida do menor ângulo formado pelos ponteiros será, portanto, 127,5°. Alternativa a. 12. As rotações dessas engrenagens por unidade de tem- po são inversamente proporcionais aos seus respecti- vos números de dentes. Assim, temos a regra de três inversa: rotações por número de unidade de tempo dentes (em grau) 1.800° 8 x 36 Logo, 1.800 ° x 5 36 8 ⇒ x 5 400° Portanto, quando a engrenagem menor gira 1.800°, a maior gira 400°. Alternativa e. 13. a) x1 5 50° x2 5 50° 1 360° 5 410° x3 5 50° 1 2 360° 5 770° Logo, as medidas procuradas são 50°, 410° e 770°. b) x1 5 50° 2 360° 5 2310° x2 5 50° 2 2 360° 5 2670° Logo, as medidas procuradas são 2310° e 2670°. 14. a) x1 5 6 7 π x2 5 6 7 π 1 2π ⇒ x2 5 20 7 π x3 5 6 7 π 1 2 2π ⇒ x3 5 34 7 π Logo, as medidas procuradas são 67 π rad, 20 7 π rad e 34 7 π rad. b) x2 5 6 7 π 2 2π ⇒ x2 5 2 8 7 π x3 5 6 7 π 2 2 2π ⇒ x3 5 2 22 7 π Logo, as medidas procuradas são 2 87 π rad e 2 22 7 π rad. 15. a) 2 923 43 . ° 360° ° 8 Logo, a medida do arco trigonométrico procurado é 43°. b) 1 972 172 5 . ° 360° ° Logo, a medida do arco trigonométrico procurado é 172°. c) 240° 1 360° 5 320° (1ª volta positiva) Logo, a medida do arco trigonométrico procurado é 320°. d) 2400° 1 360° 5 240 (1ª volta negativa) 240° 1 360° 5 320° (1ª volta positiva) Logo, a medida do arco trigonométrico procurado é 320°. e) 45 11 π rad 5 44 11 11 π π 1 rad 5 4 11π π 1 rad Logo, a medida do arco trigonométrico procurado é π 11 rad. f ) 38 5 3 5 π π π rad 35 5 5 1 rad 5 7 3 5 π π 1 rad 5 5 6 3 5 π π π1 1 rad 5 6 8 5 π π 1 rad Logo, a medida do arco trigonométrico procurado é 8 5 π rad. g) 2 π13 rad 5 [2 π 13 1 2π] rad 5 [ 2 1π π26 13 ] rad 5 5 25π13 rad. Logo, a medida do arco trigonométrico procurado é 25π 13 rad. h) 2 185 π rad 5 2 2105 π π 8 5 rad 5 5 [22π 2 8 5 π ] rad ⇒ ⇒ 2 185 2π π rad 5 2 18 5 π π10 rad 5 5 2π 5 rad Logo, a medida do arco trigonométrico procurado é 2π 5 rad. GM_Mat_Paiva_v2_013a029.indd 15 7/31/09 9:46:42 AM 16 Matemática Paiva Parte específica 16. a) 2 040 240 . ° 360° ° 5 Logo: x 5 240° b) x 5 240° 1 360° ⇒ x 5 600° c) x 5 240° 1 2 360° ⇒ x 5 960° d) x 5 240° 2 360° ⇒ x 5 2120° 17. 1216 120 6 π π π 5 1 5 1206 6 π π 1 5 20π 1 π 6 a) x 5 π6 b) x 5 π6 1 2π ⇒ x 5 13 6 π c) x 5 π6 1 2 2π ⇒ x 5 25 6 π d) x 5 π6 2 2π ⇒ x 5 2 11 6 π 18. Temos: 1 volta da engrenagem → 1 4 de volta do ponteiro Assim: 4.135 voltas da engrenagem → 4.135 1 4 de volta do ponteiro 4.135 14 5 1.033 voltas 1 0,75 volta Logo: 0,75 volta de 360° corresponde a 270°. Alternativa a. 19. a) N: 180° 2 22° 5 158° P: 180° 1 22° 5 202° Q: 360° 2 22° 5 338° b) N: π rad 2 π7 rad 5 6 7 π rad P: π rad 1 π7 rad 5 8 7 π rad Q: 2π rad 2 π7 rad 5 13 7 π rad 20. a) M: 180° 2 120° 5 60° N: 120° P: 180° 1 60° 5 240° Q: 360° 2 60° 5 300° b) M: 210° 2 180° 5 30° N: 180° 2 30° 5 150° P: 210° Q: 360° 2 30° 5 330° c) M: 360° 2 310° 5 50° N: 180° 2 50° 5 130° P: 180° 1 50° 5 230° Q: 310° d) M: π 2 45 5 π π 5 N: 4 5 π P: π 1 π π5 6 5 5 Q: 2π 2 π π5 9 5 5 e) M: 43 π 2 π 5 π3 N: π 2 π π3 2 3 5 P: 4 3 π Q: 2π 2 π π 3 5 3 5 f ) M: 2π 2 16 6 1π π 5 N: π 2 π π6 5 6 5 P: π 1 π π6 7 6 5 Q: 11 6 π 21. A(1, 0), B(0, 1), A(21, 0) e B(0, 21) a) cos 0 5 1 b) sen 0 5 0 c) cos π 2 5 0 d) sen π 2 5 1 e) cos π 5 21 f ) sen π 5 0 g) cos 3 2 π 5 0 h) sen 3 2 π 5 21 i) cos 2π 5 1 j) sen 2π 5 0 k) cos 720° 5 cos 0° 5 1 l) sen 450° 5 sen (90° 1 360°) 5 sen 90° 5 1 m) sen 990° 5 sen (2 360° 1 270°) 5 sen 270° 5 21 n) cos 810° 5 cos (2 360° 1 90°) 5 cos 90° 5 0 o) sen (2270°) 5 sen 90° 5 1 p) cos (2180°) 5 cos 180° 5 21 q) cos 12π 5 cos 0 5 1 r) cos 11π 5 cos (5 2π 1 π) 5 cos π 5 21 s) sen 2 2 1π 5 sen 20 2 2 π π 1 5 sen π 2 5 1 t) sen 23 2 π 5 sen 202 3 2 π π 1 5 sen 3 2 π 5 21 u) sen (2π) 5 sen π 5 0 v) cos (23π) 5 cos (22π 2 π) 5 cos (2π) 5 cos π 5 5 21 22. E 5 sen ° ° °sen 270° cos cos cos 90 180 2702 1 2 90° E 5 1 ( ) 2 2 1 2 2 1 0 1 0 5 2 12 5 22 23. a) f π2 5 2 sen π 2 ⇒ sen π 1 cos 3π 2 f π2 5 2 1 1 0 1 0 5 2 GM_Mat_Paiva_v2_013a029.indd 16 7/31/09 9:47:31 AM 17 Parte específica Matemática Paiva b) f (π) 5 2 sen π 1 sen 2π 1 cos 3π f (π) 5 2 0 1 0 1 (21) 5 21 c) • f (0) 5 2 sen 0 1 sen 0 1 cos 0 f (0) 5 2 0 1 0 1 1 5 1 • f (2π) 5 2 sen 2π 1 sen 4π 1 cos 6π f (2π) 5 2 0 1 0 1 1 5 1 • f 3π 2 5 2 sen 3π 2 1 sen 3π 1 cos 9π 2 f 3π 2 5 2 (−1) 1 0 1 0 5 −2 Logo: f f f ( ) ( )0 2 3 2 1 π π 5 1 12 2 2 1 2 5 2 5 21 24. E 5 sen sen cos π π π 6 3 2 1 ⇒ E 5 1 2 1 2 1 1 1 1 5 5 1 25. Para x R, temos: 21 sen x 1 Portanto, o valor máximo de f é 1 e o valor mínimo é 21. 26. a) sen 17° , cos 74° Falso, pois cos 74° 5 sen (90° 2 74°) 5 sen 16°, e sen 17° sen 16°. b) sen 74° , cos 17° Falso, pois cos 17° 5 sen (90° 2 17°) 5 sen 73°, e sen 74° sen 73°. c) cos 37° 5 cos 143° Falso, pois cos 37° 5 2cos (180° 2 37°) 5 5 2cos 143°. d) sen 31° sen 150° Verdadeiro, pois sen 150° 5 sen (180° 2 150°) 5 5 sen 30°, e sen 31° sen 30°. Alternativa d. 27. Sendo P a posição da partícula em dado instante e a medida do arco )AP, com A(5, 0), esquematizamos: P A O g (�) 5 � A função g, que expressa a abscissa de P para cada medida é: g() 5 5 cos (I) A medida , em radiano, pode ser obtida em função do tempo t, em segundo, pela regra de três: deslocamento angular tempo em da partícula em radiano segundo 2π 3 t 5 2 3 πt rad (II) Substituindo (II) em (I), temos: g 2 3 πt 5 5 cos 2 3 πt Indicando essa função por f (t), concluímos: f (t) 5 5 cos 2 3 πt Alternativa b. 28. Sendo P a posição da partícula em dado instante e a medida do arco )AP, com A(5, 0), esquematizamos: P A O g (�) 5 � A função g que expressa a ordenada de P para cada medida é: g() 5 5 sen (I) A medida , em radiano, pode ser obtida em função do tempo t, em segundo, pela regra de três: deslocamento angular tempo em da partícula em radiano segundo 2π 3 t 5 2 3 πt rad (II) Substituindo (II) em (I), temos: g 2 3 πt 5 5 sen 2 3 πt Indicando essa função por f (t), concluímos: f (t) 5 5 sen 2 3 πt Alternativa d. 29. a) sen 150° 5 sen (180° 2 30°) 5 sen 30° 5 12 b) cos 150° 5 cos (180° 2 30°) 5 2cos 30° 5 2 32 c) sen 240° 5 sen (180° 1 60°) 5 2sen 60° 5 2 32 d) cos 240° 5 cos (180° 1 60°) 5 2cos 60° 5 2 12 e) sen 330° 5 sen (360° 2 30°) 5 2sen 30° 5 2 12 f ) cos 330° 5 cos (360° 2 30°) 5 cos 30° 5 32 GM_Mat_Paiva_v2_013a029.indd 17 7/31/09 9:47:53 AM 18 Matemática Paiva Parte específica 30. a) • M e N são simétricos em relação ao eixo das or- denadas; logo, suas abscissas são opostas e suas ordenadas são iguais. Assim, temos N 2 32 1 2 , . • M e P são simétricos em relação à origem do sistema de eixos cartesianos; logo, suas abscis- sas são opostas e suas ordenadas são opostas. Assim, temos P 2 232 1 2 , . • M e Q são simétricos em relação ao eixo das abs- cissas; logo, suas ordenadas são opostas e suas abscissas são iguais. Assim, temos Q 3 2 1 2 , .2 b) • M e P são simétricos em relação à origem do sistema de eixos cartesianos; logo, suas abscis- sas são opostas e suas ordenadas são opostas. Assim, temos M 2 2 2 2 , . • N e P são simétricos em relação ao eixo das abs- cissas; logo, suas ordenadas são opostas e suas abscissas são iguais. Assim, temos N 2 22 2 2 , . • Q e P são simétricos em relação ao eixo das or- denadas; logo, suas abscissas são opostas e suas ordenadas são iguais. Assim, temos Q 2 2 2 2 , .2 c) • M e Q são simétricos em relação ao eixo das abscissas; logo, suas ordenadas são opostas e suas abscissas são iguais. Assim, temos M 1 2 3 2 , . • N e Q são simétricos em relação à origem do sis- tema de eixos cartesianos; logo, suas abscissas são opostas e suas ordenadas são opostas. Assim, temos N , .2 12 3 2 • P e Q são simétricos em relação ao eixo das orde- nadas; logo, suas abscissas são opostas e suas or- denadas são iguais. Assim, temos P 2 212 3 2 , . 31. a) sen 2π3 5 3 2 f ) sen 3 4 π 5 22 b) cos 23 π 5 2 12 g) cos 3 4 2 2 π 5 2 c) sen 76 π 5 2 12 h) sen 5 4 2 2 π 5 2 d) cos 76 π 5 2 32 i) cos 5 4 2 2 π 5 2 e) sen 53 π 5 2 32 j) sen 7 4 2 2 π 5 2 32. a) sen (230°) 5 2sen 30° 5 2 1 2 b) cos (230°) 5 cos 30° 5 32 c) sen (2300°) 5 2sen 300° 5 2(2sen 60°) 5 5 sen 60° 5 32 d) cos (2300°) 5 cos 300° 5 cos 60° 5 12 e) sen (21.485°) 5 2sen 1.485° 5 2sen 45° 5 5 2 22 f ) cos (21.230°) 5 cos 1.230° 5 cos 210° 5 5 2cos 30° 5 2 3 2 g) sen 2 π6 5 2sen π6 5 2 1 2 h) cos 2 43 π 5 cos 4 3 π 5 2cos π3 5 2 1 2 i) sen 2 116 π 5 2sen 11 6 π 5 2 2sen π 6 5 5 sen π6 5 1 2 j) cos 2 5π3 5 cos 5π 3 5 cos π3 5 1 2 k) cos 2 7π4 5 cos π4 5 2 2 l) sen 25π6 5 sen 24π 6 π 6 1 5 sen 4π π 6 1 5 5 sen π6 5 1 2 m) sen 33π4 5 sen 32π 4 π 4 1 5 5 sen 8π π 4 1 5 sen π 4 5 2 2 33. E 5 cos ( ) ( ) (180 180 180° sen ° sen1 1 1 1x x °° ° ) cos ( ) 2 2 x x360 ⇒ ⇒ E 5 2 2 1cos cos x x x x sen sen E 5 2 cos cos x x 5 21 34. Como a medida do arco )AN, na primeira volta positi- va, é π 2 , temos que a medida do arco )AM, na pri- meira volta positiva, é . Então: a) sen 5 513 b) cos 5 1213 c) cos (π 1 ) 5 2cos 5 2 12 13 d) sen (2) 5 2sen 5 2 513 GM_Mat_Paiva_v2_013a029.indd 18 7/31/09 9:48:41 AM 19 Parte específica Matemática Paiva e) cos (2π 2 ) 5 cos 5 1213 f ) cos π 2 2 5 sen 5 513 g) sen 3π 2 2 5 2cos 5 2 12 13 h) sen π 2 1 5 cos 5 1213 35. a) E 5 sen sen ( ) cos ( ) co 2 1 2 2 1 3π 2 π ss 3π 2 1 ⇒ ⇒ E 5 2 1 2 1 sen sen sen sen ( ) E 5 2 2 2 sen sen 5 21 b) E 5 cos ( ) cos ( ) ( 90 90 180° ° sen °2 1 1 2 2 1 ) (cos )270° ⇒ ⇒ E 5 sen sen sensen ( ) 1 2 2 E 5 2 sen sen 5 21 36. Façamos um esquema: h 8 m 180° – � � cos (180° 2 ) 5 h8 ⇒ 2cos 5 h 8 2 2 558 8 h ⇒ h 5 5 Logo, a altura do piso superior em relação ao piso in- ferior é 5 m. 37. sen2 1 cos2 5 1 ⇒ 3 5 2 1 cos2 5 1 cos2 5 1 2 925 ⇒ cos 2 5 1625 cos 5 ± 4 5 Como π 2 π, concluímos que cos 5 2 4 5 . 38. sen2 1 cos2 5 1 ⇒ 2 513 2 1 cos2 5 1 cos2 5 1 2 25169 ⇒ cos 2 5 144169 cos 5 ± 12 13 Como 3 2 π 2π, concluímos que cos 5 12 13 . 39. sen I sen 2 2 1 2 cos ( ) cos 1 5 5 ( )II Substituindo (II) em (I), temos: (2 cos )2 1 cos2 5 1 e, portanto: 4 cos2 1 cos2 5 1 ⇒ 5 cos2 5 1 cos2 5 1 5 ⇒ cos 5 5 5 Como π 3 2 π , concluímos que cos 5 2 5 5 . Substituindo cos por 2 5 5 , em (II), obtemos: sen 5 2 2 5 5 40. sen2 x 1 cos2 x 5 1 ⇒ m m 4 1 2 2 2 1 1 5 1 m m 2 16 1 4 1 1 5 1 ⇒ m m 2 4 4 16 16 16 1 1 5 m2 1 4m 2 12 ⇒ m 5 2 ou m 5 26 (não convém) Concluímos, então, que m 5 2. 41. x E B A C D � 51 cm 30,6 cm 90° – � Aplicando a relação fundamental, sen2 1 cos2 51, calculamos cos : 15 17 1 2 2 =1 cos ⇒ cos2 5 289 225289 2 5 64289 cos 5 ± 8 17 Como é a medida de um ângulo agudo, só nos inte- ressa o valor positivo do cosseno, isto é: cos 5 817 Do triângulo CDE, obtemos: sen (90°2 ) 5 x30 6, ⇒ cos 5 x 30 6, 8 17 5 x30 6, ⇒ x 5 30 6 8 17 , 5 14,4 Portanto, a distância do ponto D à hipotenusa tBC é 14,4 cm. 42. Fazendo a mudança de variável cos x 5 y, obtemos a equação do 2º grau: 3y2 2 4y 1 1 5 0 5 (24)2 2 4 3 1 5 16 2 12 5 4 y 5 2 2( ) 4 2 2 3 ± ⇒ y 5 1 ou y 5 13 GM_Mat_Paiva_v2_013a029.indd 19 8/1/09 10:00:20 AM 20 Matemática Paiva Parte específica Retornando à variável original, temos: cos x 5 1 [não convém, pois 0 , x , π 2 ] ou cos x 5 13 Pela relação fundamental, sen2 x 1 cos2 x 5 1, con- cluímos: sen2 x 1 13 2 5 1 ⇒ sen 2 x 5 1 2 19 sen2 x 5 8 9 ⇒ sen x 5 ± 2 2 3 Como 0 , x , π 2 , só nos interessa o valor positivo do seno, isto é: sen x 5 2 23 43. 4 cos 2 x 1 9 sen x 2 6 5 0 ⇒ {4 cos 2 x 1 9 sen x 5 6 (I) { cos2 x 1 sen2 x 5 1 cos2 x 5 1 2 sen2 x (II) Substituindo (II) em (I), temos: 4(1 2 sen2 x) 1 9 sen x 5 6 ⇒ 4 sen2 x 2 9 sen x 1 2 5 0 Fazendo a mudança de variável sen x 5 t, obtemos a equação do 2º grau: 4t2 2 9t 1 2 5 0 5 (29)2 2 4 4 2 5 49 t 5 ( ) 2 29 49 2 4 ± ⇒ t 5 2 ou t 5 14 Retornando à variável original, temos sen x 5 2 (não convém) ou sen x 5 14 Substituindo sen x por 1 4 na equação (I), concluí- mos: 4 cos2 x 1 9 14 5 6 ⇒ 4 cos 2 x 5 6 2 94 cos2 x 5 24 916 2 ⇒ cos2 x 5 1516 cos x 5 ± 15 4 Logo, cos x 5 2 15 4 ou cos x 5 154 . 44. Substituindo cos2 x por 1 2 sen2 x, temos: 1 2 2 sen2 x 1 sen4 x 1 sen2 x(1 2 sen2 x) 5 5 1 2 2 sen2 x 1 sen4 x 1 sen2 x 2 sen4 x 5 5 1 2 sen2 x 5 cos2 x Alternativa a. 45. Sendo A o ponto de intersecção da reta ,TD- com o plano do solo, esquematizamos: T C B A x D y 0,9 m 0,4 m solo 180° – � � Temos: cos (180° 2 ) 5 2cos 5 2 65 sen (180° 2 ) 5 sen 5 1 2 6 5 1 5 2 2 2 5 Assim: (I) Do triângulo ADB, obtemos: sen (180° 2 ) 5 0 4 15 0 4, , y y ⇒ 5 y 5 0 41 5 , ⇒ y 5 2 (II) Do triângulo ATC, obtemos: sen (180° 2 ) 5 0 9, x y1 ⇒ x 1 y 5 0 9 1 5 , ⇒ ⇒ x 1 y 5 4,5 De (I) e (II), concluímos: x 1 2 5 4,5 ⇒ x 5 2,5 Portanto, a distância entre T e D é 2,5 m. 46. a) Os valores de x, com 0 x , 2π, para os quais sen x 5 22 são x 5 π 4 ou x 5 π 2 π π4 3 4 .5 Logo, S 5 { }π π4 3 4 , . b) Os valores de x, com 0 x , 2π, para os quais cos x 5 2 2 2 são x 5 π 2 π π4 3 4 5 ou x 5 π 1 π π4 5 4 .5 Logo, S 5 { }34 5 4 π π, . c) Os valores de x, com 0 x , 2π, para os quais sen x 5 32 são x 5 π 3 ou x 5 π 2 π π 3 2 3 .5 Logo, S 5 { }π π3 2 3 , . d) Os valores de x, com 0 x , 2π, para os quais cos x 5 2 3 2 são x 5 π 2 5π6 5 6 π ou x 5 π 1 π π 6 7 6 .5 Logo, S 5 { }56 7 6 π π, . e) Os valores de x, com 0 x , 2π, para os quais cos x 5 12 são x 5 π 3 ou x 5 2π 2 5 π π 3 5 3 . Logo, S 5 { }π π3 5 3 , . f ) Os valores de x, com 0 x , 2π, para os quais sen x 5 2 1 2 são x 5 π 1 5π 6 7 6 π ou GM_Mat_Paiva_v2_013a029.indd 20 7/31/09 9:49:27 AM 21 Parte específica Matemática Paiva x 5 2π 2 5π π 6 11 6 . Logo, S 5 { }7π π 6 11 6 , . g) O valor de x, com 0 x , 2π, para o qual sen x 5 21 é x 5 32 π . Logo, S 5 { }32 π . h) O valor de x, com 0 x , 2π, para o qual cos x 5 1 é x 5 0. Logo, S 5 {0}. i) Os valores de x, com 0° x , 2π, para o qual sen x 5 0 são x 5 0 ou x 5 π . Logo, S 5 {0, π}. j) Não existe x tal que sen x 5 3. Logo, S 5 . k) Não existe x tal que cos x 5 22. Logo, S 5 . 47. a) cos2 x 5 14 ⇒ cos x 5 2 1 2 ou cos x 5 12 – 1 2 1 2 cos π 3 5π 3 4π 3 2π 3 x 5 π 3 ou x 5 2 3 π ou x 5 4 3 π ou x 5 5 3 π Logo, S 5 { }π π π π 3 2 3 4 3 5 3 , , , . b) cos2 x 5 1 ⇒ cos x 5 1 ou cos x 5 21 cos1 0π –1 x 5 0 ou x 5 π Logo, S 5 {0, π}. c) cos2 x 5 1 ⇒ cos x 5 1 ou cos x 5 21 cos2π1 0 –1π x 5 0 ou x 5 π ou x 5 2π Logo, S 5 {0, π, 2π}. d) sen2 x 5 14 ⇒ sen x 5 2 1 2 ou sen x 5 1 2 – – 1 2 1 2 sen π 6 π 6 – 5π 6 x 5 2 56 π ou x 5 2 π6 ou x 5 π 6 Logo, S 5 { }2 256 6 6 π π π, , . 48. sen2 x 5 34 ⇒ sen x 5 2 3 2 ou sen x 5 3 2 sen 480° � 120° 60° � 420° 600° � 240° 300° � 660° – √3 2 √3 2 x 5 60° ou x 5 120° ou x 5 240° ou x 5 300° ou x 5 420° ou x 5 480° ou x 5 600° ou x 5 660°. Logo, S 5 {60°, 120°, 240°, 300°, 420°, 480°, 600°, 660°}. GM_Mat_Paiva_v2_013a029.indd 21 7/31/09 9:49:48 AM 22 Matemática Paiva Parte específica 49. sen x 5 cos x sen cos – √2 2 – √2 2 √2 2 5π 4 π 4√2 2 x 5 π 4 ou x 5 5 4 π Logo, S 5 { }π π 4 5 4 , . 50. a) sen x 5 sen π 5 sen π 5 sen π 54π 5 Para 0 x , 2π, temos: sen x 5 sen π 5 ⇒ x 5 π 5 ou x 5 45 π Logo, S 5 { }π π 5 4 5 , . b) cos x 5 cos π 5 cos π 5 cos π 5 9π 5 Para 0 x , 2π, temos: cos x 5 cos π 5 ⇒ x 5 π5 ou x 5 9 5 π Logo, S 5 { }π π 5 9 5 , . 51. Como sen π 2 1 x 5 cos x, temos: cos x 1 sen π 2 1 x 5 21 ⇒ cos x 1 cos x 5 21 2 cos x 5 21 ⇒ cos x 5 2 1 2 Os valores de x, com 0 x , 4π, tais que cos x 5 2 1 2 são: 2 3 4 3 8 3 10 3 π π π π, , , Assim: 2 3 4 3 8 3 10 3 24 3 π π π π π 1 1 1 5 5 8π Alternativa d. 52. Sendo, respectivamente, d e as medidas de uma diagonal do retângulo e de um ângulo que essa diago- nal forma com um dos lados, esquematizamos: d d 2 � 90° – � Assim, temos: sen 1 2 5 , ,0 90° ° ⇒ 5 30° Concluímos, então, que cada diagonal forma ângulos de 30° e de 60° com os lados do retângulo. 53. 2 3 2 2sen cos x x 2 2( )( ) 5 0 ⇒ ⇒ 2 sen x 2 3 5 0 ou 2 cos x 2 2 5 0 sen x 5 32 ou cos x 5 2 2 Para 0 x , 2π, concluímos: • sen x 5 32 ⇒ x 5 π 3 ou x 5 2 3 π • cos x 5 22 ⇒ x 5 π 4 ou x 5 7 4 π Logo, S 5 { }π π π π 4 3 2 3 7 4 , , , . 54. 2 sen x cos x 1 sen x 5 0 ⇒ sen x(2 cos x 1 1) 5 0 sen x 5 0 ou 2 cos x 1 1 5 0 ⇒ ⇒ sen x 5 0 ou cos x 5 2 1 2 Para 0 x , 2π, concluímos: • sen x 5 0 ⇒ x 5 0 ou x 5 π • cos x 5 2 1 2 ⇒ x 5 23 π ou x 5 43 π Logo, S 5 {0, π, 2 3 4 3 π π, }. GM_Mat_Paiva_v2_013a029.indd 22 7/31/09 9:50:20 AM 23 Parte específica Matemática Paiva 55. Sendo a medida do ângulo B BAC, temos: A � C 300 150 B cos 5 ACAB ⇒ cos 5 150 300 1 2 5 Como 0° , x , 90° e cos 5 12 , concluímos que 5 60°. 56. a) sen x 32 π 3 2π 3 sen √3 2 Logo, S 5 {x R | π3 , x , 2 3 π } . b) sen x 32 π 3 2π 3 sen √3 2 Logo, S 5 {x R | 0 x π3 ou 2 3 π x , 2π}. c) cos x 2 12 2π 3 4π 3 1 2 – cos Logo, S 5 {x R | 23 π x 4 3 π } . d) cos x 32 11π 6 π 6 cos√3 2 Logo, S 5 {x R | 0 x , π6 ou 11 6 π , x , 2π}. e) cos x 0 0 cos π 2 3π 2 Logo, S 5 {x R | π2 x 3 2 π } . f ) sen x , 0 2ππ 0 sen Logo, S 5 {x R | π , x , 2π}. g) cos x 0 0 cos π 2 3π 2 Logo, S 5 {x R | 0 x , π 2 ou 3 2 π , x , 2π}. GM_Mat_Paiva_v2_013a029.indd 23 7/31/09 9:50:44 AM 24 Matemática Paiva Parte específica h) sen x 12 π 6 1 2 5π 6 sen Logo, S 5 {x R | 0 x π 6 ou 5 6 π x , 2π}. i) cos x , 2 2 π 4 7π 4 cos√2 2 Logo, S 5 {x R | π4 , x , 7 4 π } . j) sen x 2 12 1 2 – 11π 6 7π 6 sen Logo, S 5 {x R | 76 π x 11 6 π } . k) cos x 2 1 2 1 2 – 4π 3 2π 3 cos Logo, S 5 {x R | 0 x , 2 3 π ou 4 3 π , x , 2π}. l) sen x 1 Não existem valores de x que satisfaçam essa ine- quação, pois 21 sen x 1, para todo x R. Logo, S 5 . m) cos x , 1 cos1 Logo, S 5 {x R | 0 , x , 2π}. n) sen x 2 3 2 sen 4π 3 – 5π 3 √3 2 Logo, S 5 {x R | 0 x , 2π e x 4 3 π e x 53 π } . 57. a) sen x , sen π 9 sen = sen π 9 π 9 π 9 π – 8π 9 Logo, S 5 {x R | 0 x , π 9 ou 8 9 π , x , 2π}. GM_Mat_Paiva_v2_013a029.indd 24 7/31/09 9:51:07 AM 25 Parte específica Matemática Paiva b) cos x cos π 7 cos cos π 7 π 7 π 7 = 2π –13π 7 Logo, S 5 {x R | 0 x π7 ou 13 7 π x , 2π}. 58. a) cos ( ) ( ) x , 2 1 2 I sen 1 2 IIx Resolvendo cada uma das inequações do sistema, temos: (I) cos x , 2 1 2 1 2 – 4π 3 2π 3 cos (II) sen x 1 2 1 2 5π 6 π 6 sen Fazendo a interseção dos conjuntos soluções de (I) e (II), vamos ter: (I) (II) (I) � (II) 2π0 0 0 2π 2π 2π 3 π 6 4π 3 5π 6 5π 6 2π 3 Logo, S 5 {x R | 2 3 π , x 5π 6 } b) sen I II x x , 2 2 sen 3 2 ( ) ( ) Resolvendo (I) e (II), temos: (I) sen x 2 2 sen 3π 4 π 4 √2 2 (II) sen x , 3 2 2π 3 √3 2 π 3 sen Fazendo a interseção dos conjuntos soluções de (I) e (II), vamos ter: (I) (II) (I) � (II) 2π0 0 0 2π 2π π 4 π 3 3π 4 2π 3 3π 4 π 3 π 4 2π 3 Logo, S 5 {x R | π 4 , x , π 3 ou 2π 3 , x , 3π 4 } . 59. a) A dupla desigualdade é equivalente ao sistema sen 0 I II x x , ( ) ( )sen 3 2 Resolvendo (I) e (II), temos: (I) sen x 0 π 0 sen GM_Mat_Paiva_v2_013a029.indd 25 7/31/09 9:51:27 AM 26 Matemática Paiva Parte específica (II) sen x , 32 2π 3 √3 2 π 3 sen Fazendo a interseção dos conjuntos soluções de (I) e (II), obtemos: (I) (II) (I) � (II) 2π0 0 0 2π 2π π π 3 2π 3 π 3 π2π 3 Logo, S 5 {x R | 0 , x , π 3 ou 2π 3 , x , π}. b) A dupla desigualdade é equivalente ao sistema cos I II x x , 1 2 ( ) ( )cos 2 2 Resolvendo (I) e (II), temos: (I) cos x 1 2 1 2 5π 3 π 3 cos (II) cos x , 2 2 π 4 7π 4 cos√2 2 Fazendo a interseção dos conjuntos soluções de (I) e (II), obtemos: (I) (II) (I) � (II) 2π0 0 0 2π 2π π 3 π 4 7π 4 7π 4 5π 3 5π 3 π 3 π 4 Logo, S 5 {x R | π 4 , x π 3 ou 5π 3 x , 7π 4 } . c) |sen x| , 1 2 ⇒ 2 12 , sen x , 1 2 Essa dupla desigualdade é equivalente ao sistema sen I II x x 2 , 1 2 1 2 ( ) ( )sen Resolvendo (I) e (II), temos: (I) sen x 2 1 2 1 2 – 11π 6 7π 6 sen (II) sen x , 1 2 π 6 1 2 5π 6 sen Fazendo a interseção dos conjuntos soluções de (I) e (II), obtemos: (I) (II) (I) � (II) 2π0 0 0 2π 2π 7π 6 11π 6 11π 6 π 6 5π 6 7π 6 5π 6 π 6 Logo, S 5 {x R | 0 x , π 6 ou 5π 6 , x , 7π 6 ou 11 6 π , x , 2π}. GM_Mat_Paiva_v2_013a029.indd 26 7/31/09 9:51:50 AM 27 Parte específica Matemática Paiva 60. a) 2 sen2 x 2 sen x , 0. Fazendo a mudança de variável sen x 5 t, obtemos a inequação 2t2 2 t , 0. A variação de sinal da função f (t) 5 2t2 2 t é es- quematizada por: t� � � 1 2 0 Assim, f (t) , 0 ⇒ 0 , t , 1 2 . Retornando à variável original, temos 0 , sen x , 1 2 e, portanto: 1 2 5π 6 00 π 6 π sen Concluímos, então: S 5 {x R | 0 , x , π 6 ou 5π 6 , x , π} b) 2 sen2 x 2 2 sen x 0 Fazendo a mudança de variável sen x 5 t, obtemos a inequação 2t2 2 2 t 0. A variação de sinal da função f (t) 5 2t2 2 2 t é esquematizada por: t� � � 0 √2 2 Assim, f (t) 0 ⇒ t 0 ou t 2 2 . Retornando à variável original, temos sen x 0 ou sen x 2 2 . A reunião dos conjuntos solução dessas inequações é representada por: sen 3π 4 0 0 π 4 π √2 2 Concluímos, então: S 5 {x R | x 5 0 ou π4 x 3 4 π ou π x , 2π} c) 2 sen2 x 1 5 cos x 2 4 0 ⇒ ⇒ 2(1 2 cos2 x) 1 5 cos x 2 4 0 22 cos2 x 1 5 cos x 2 2 0 ⇒ ⇒ 2 cos2 x 2 5 cos x 1 2 , 0 Fazendo a mudança de variável cos x 5 t, obtemos a inequação 2t2 2 5t 1 2 , 0. A variação de sinal da função f (t) 5 2t2 2 5t 1 2 é esquematizada por: t� � � 1 2 2 Assim, f (t) , 0 ⇒ 12 , t , 2 Retornando à variável original, temos 1 2 , cos x , 2, ou seja, cos x 1 2 , cujas soluções são representadas por: π 3 5π 3 1 2 cos Concluímos, então: S 5 {x R | 0 x , π 3 ou 5 3 π , x , 2π} d) 2 cos2 x 1 5 sen x 2 8 , 0 ⇒ ⇒ 2(1 2 sen2 x) 1 5 sen x 2 8 , 0 22 sen2 x 1 5 sen x 2 6 , 0 ⇒ ⇒ 2 sen2 x 2 5 sen x 1 6 0 Fazendo a mudança de variável sen x 5 t, obtemos a inequação 2t2 2 5t 1 6 0. A variação de sinal da função f (t) 5 2t2 2 5t 1 6 é esquematizada por: t � Assim, f (t) 0 para todo t R. Retornando à variável original, concluímos que qualquer valor do sen x satisfaz a inequação. Concluímos, então: S 5 {x R | 0 x , 2π} GM_Mat_Paiva_v2_013a029.indd 27 7/31/09 9:52:09 AM 28 Matemática Paiva Parte específica e) (2 cos x 2 1)(2 cos x 2 2 ) , 0. Fazendo cos x 5 t, obtemos a inequação (2t 2 1)(2t 2 2 ) , 0. Estudando a variação de sinal das funções f (t) 5 2t 2 1, g(t) 5 2t 2 2 e f g, temos: t f � � 1 2 t g � � √2 2 �� �� �� � � � f t t f � g g √2 2 1 2 √2 2 1 2 f (t) g(t) , 0 ⇒ 1 2 , t , 2 2 Logo, 1 2 , cos x , 2 2 , e, portanto: π 4 π 3 1 2 7π 45π 3 cos√2 2 Concluímos, então: S 5 {x R | π 4 , x , π 3 ou 5 3 π , x , 74 π } f ) 2 1 2 2 sen sen x x 2 2 , 0 Fazendo sen x 5 t, obtemos a inequação 2 1 2 2 t t 2 2 , 0. Estudando a variação de sinal das funções f (t) 5 2t 2 1, g(t) 5 2t 2 2 e f g , temos: t f � � 1 2 t g � � √2 2 �� �� �� � � � f t t g √2 2 1 2 √2 2 1 2 f g f t g t ( ) ( ) , 0 ⇒ 1 2 , t , 2 2 Logo, 1 2 , sen x , 2 2 , e, portanto: π 4 π 6 1 2 5π 6 3π 4 sen √2 2 Concluímos, então: S 5 {x R | π6 , x , π 4 ou 3 4 π , x , 56 π } g) 2 1 2 1 cos cos x x 2 1 0 Fazendo cos x 5 t, obtemos a inequação 2 1 2 1 t t 2 1 0. Estudando a variação de sinal das funções f (t) 5 2t 2 1, g(t) 5 2t 1 1 e fg , temos: t f � � 1 2 1 2 t g � � � �� �� �� � � � � � f t t g 1 2 1 2 1 2 1 2 f g f t g t ( ) ( ) 0 ⇒ t , 2 1 2 ou t 12 . Logo, cos x , 2 1 2 ou cos x 1 2 , e, portanto: GM_Mat_Paiva_v2_013a029.indd 28 7/31/09 9:52:42 AM 29 Parte específica Matemática Paiva 2π 3 π 3 4π 3 5π 3 1 2 – 1 2 cos Concluímos, então: S 5 {x R | 0 x , π3 ou 2π 3 , x , 4 3 π ou 5 3 π , x , 2π} 61. Sendo a medida do ângulo agudo formado pelas retas ,PQ- e ,OC-; tPDu / tOCu, com D tCQu; e PQ 5 d, esquematizamos: P d Q D CO � � 8 55 sen 5 8 d d 16 ⇒ sen , 1 2 Como é a medida de um ângulo agudo, concluímos que 0° , , 30°. Roteiro de estudos 1. A afirmação é verdadeira porque todas as circunfe- rências são semelhantes entre si. Assim, podemos dizer que a razão entre o comprimento C e a medida 2r de seu diâmetro é constante. 2. Ver “O número π”, na página 19. 3. Ver “Unidades de medida de arco e de ângulo”, na página 21. 4. São arcos da circunferência trigonométrica que têm origem no ponto A(1, 0). 5. São arcos trigonométricos que têm a mesma extre- midade. 6. Seno e cosseno de um arco trigonométrico )AM são, respectivamente, a ordenada e a abscissa da extremi- dade M do arco. 7. O seno (cosseno) de um arco de medida do 2º, 3º ou 4º quadrantes tem o mesmo módulo do seno (cosse- no) do arco correspondente no 1º quadrante; logo, para calcular o sen (cos ) tomamos o valor do seno (cosseno) do arco correspondente no 1º quadrante e atribuímos a esse valor um sinal, 1 ou 2, de acordo com o quadrante em que está a medida . Exemplo Para o cálculo do sen 210°, basta obter o seno do cor- respondente de 210° no 1º quadrante, ou seja, sen 30°, e atribuir a ele o sinal do seno no 3º quadrante, isto é, o sinal negativo: sen 210° 5 2sen 30° 8. Ver a demonstração no item 5, na página 37. Questões complementares Questões técnicas 1. Cespiral 5 5 1 2 (C C C CAB BC CDcircunf circunf circunf ci1 1 1 rrcunfDE ) Cespiral 5 1 2 [2π 4 1 2π 2 1 2π 1 1 2π 1 2 ] cm Cespiral 5 π [4 1 2 1 1 1 1 2 ] cm 5 152 π cm Portanto, o comprimento da espiral é 15 2 π cm. 2. A medida em radiano desse arco é 4 8 π , ou seja, π 2 rad, cuja conversão para graus é dada por: 2 360 2π π ° 5 x ⇒ x 5 90° Logo, a medida procurada é 90°. 3. A razão entre o comprimento do arco e a medida do raio, nessa ordem, é a medida x do arco, em radiano, ou seja: x 5 212 π rad 5 π6 rad 4. Observando que 180° 5 10.800 e 12°10 5 730, te- mos: π ————— 10.800 x ————— 730 ⇒ x 5 730 10 800 73 1 080 5 π π . . Portanto, 12°10 equivalem a 73 1 080 π . rad. 5. 1375 130 5 π π 5 1 75 π 5 26π 1 75 π Logo, 7 5 π rad é a medida de um arco côngruo a 137 5 π rad. Alternativa e. GM_Mat_Paiva_v2_013a029.indd 29 7/31/09 9:53:03 AM 30 Matemática Paiva Parte específica b) M: 234° 2 180° 5 54° N: 180° 2 54° 5 126° P: 234° Q: 360° 2 54° 5 306° c) M: 360° 2340° 5 20° N: 180° 2 20° 5 160° P: 180° 1 20° 5 200° Q: 340° d) M: π 2 2336 13 36 π π 5 N: 23 36 π P: π 1 1336 49 36 π π 5 Q: 2π 2 1336 59 36 π π 5 e) M: 11 9 2 9 π π π2 5 N: π 2 29 7 9 π π 5 P: 11 9 π Q: 2π 2 29 16 9 π π 5 f ) M: 2π 2 53 3 π π 5 N: π 2 π π3 2 35 P: π 1 π π3 4 35 Q: 5 3 π 10. M: N: 1 90° 5 180° 2 ⇒ 5 90° 2 (I) P: 70° 1 3 1 5 180° 1 ⇒ 2 1 5 110° (II) Q: 360° 2 De (I) e (II), temos: 2 1 90° 2 5 110° 5 110° 2 90° 520° Substituindo por 20° na medida associada ao ponto Q, temos: Q: 360° 2 5 360° 2 20° 5 340° Alternativa d. 11. Para x R, temos: 0 |sen x| 1 Portanto, o valor mínimo de f é zero. 12. A expressão 1 |cos |x assume o valor mínimo quan- do o denominador |cos x| assume o valor máximo. Como o valor máximo de |cos x| é 1, concluímos que o valor mínimo de 1|cos |x é 1 1 5 1. 6. a) 360° : 8 5 45° (0° x 360°) xA 5 0° xE 5 180° xB 5 45° xF 5 225° xC 5 90° xG 5 270° xD 5 135° xH 5 315° Logo: A (0°), B (45°), C (90°), D (135°), E (180°), F (225°), G (270°) e H (315°). b) xF na 2ª e na 3ª voltas positivas. 225° 1 360° 5 585° (na 2ª volta positiva) 225° 1 2 360° 5 945° (na 3ª volta positiva) Logo, as medidas procuradas associadas ao vértice F são 585° e 945°. c) xH na 1ª e na 2ª voltas negativas. 315° 2 360° 5 245° (na 1ª volta negativa) 315° 2 2 360° 5 2405° (na 2ª volta negativa) Logo, as medidas procuradas associadas ao vértice H são 245° e 2405°. 7. a) 2π : 6 5 π3 xA 5 0 rad xD 5 π rad xB 5 π 3 rad xE 5 4 3 π rad xC 5 2 3 π rad xF 5 5 3 π rad Logo: A(0), B π 3 , C 2 3 π , D (π), E 4 3 π , F 5 3 π . b) xC na 2ª e na 3ª voltas positivas. 2 3 π 1 2π 5 83 π (na 2ª volta positiva) 2 3 π 1 2 2π 5 143 π (na 3ª volta positiva) Logo, as medidas procuradas associadas ao vértice C são 8 3 π rad e 14 3 π rad. c) xF na 1ª e na 2ª voltas negativas. 5 3 π 2 2π 5 2 π3 (na 1ª volta negativa) 5 3 π 2 2 2π 5 2 73 π (na 2ª volta negativa) Logo, as medidas procuradas associadas ao vértice H são 2 π3 rad e 2 7 3 π rad. 8. Adicionando à medida 30° qualquer múltiplo inteiro de 360°, obtém-se a medida de um arco côngruo ao arco de 30°. Assim, pode-se afirmar que a medida pode ser expressa por: 5 30° 1 k 360°, para algum k Z. Alternativa e. 9. a) M: 180° 2 133° 5 47° N: 133° P: 180° 1 47° 5 227° Q: 360° 2 47° 5 313° GM_Mat_Paiva_v2_030a048.indd 30 7/31/09 10:36:51 AM 31 Parte específica Matemática Paiva 13. a b com a e b no 3º quadrante, temos: • cos a cos b • sen a sen b • cos a 0 e cos b 0 ⇒ cos a cos b 0 Alternativa e. 14. Sendo M e N as extremidades dos arcos trigonomé- tricos de medidas e , respectivamente, temos: a) V, pois a ordenada de M é maior que a ordenada de N. b) F, pois a ordenada de M é menor que a ordenada de N. c) F, pois a abscissa de M é menor que a abscissa de N. d) V, pois a abscissa de M é maior que a abscissa de N. 15. Sendo tADu a altura relativa ao lado tBCu, temos: A B a D b C 12 cm 8 cm radπ 3rad π 4 cos π 4 125 a ⇒ 2 2 125 a ⇒ a 5 6 2 cos π3 85 b ⇒ 12 85 b ⇒ b 5 4 Logo: BC 5 a 1 b 5 6 2 1 4 Portanto, a medida de tBCu é 6 2 41( ) cm. 16. cos 1.560 5 cos (4 360° 1 120°) 5 cos 120° 5 5 cos (180° 2 60°) 5 2cos 60° Alternativa d. 17. cos 263 π 1 cos 893 π 5 5 cos 243 2 3 π π 1 1 cos 84 3 5 3 π π 1 5 5 cos 8 23π π 1 1 cos 28 53π π 1 5 5 cos 23 π 1 cos 53 π 5 5 2 112 1 2 5 0 Alternativa b. 18. E 5 sen sen sen 2 ( ) ( ) ( ) π π π 2 2 1 2 x x x 5 5 sen sen sen 1 2 x x x 5 2sen sen 2 x x 5 22 Alternativa d. 19. Se cos 5 2 47 , então cos (180° 2 ) 5 5 2cos 5 47 Assim: cos (180° 2 ) 5 AB12 ⇒ AB 5 4 7 12 ⇒ AB 5 48 7 Portanto, a medida do cateto tABu é 48 7 cm. 20. a) E 5 cos sen sen 3 2 ( ) 2 1 1 2 π π 2 ⇒ ⇒ E 5 cos coscos 1 2 E 5 2 coscos 2 5 22 b) E 5 cos 0° sen °sen 90° cos (360° 22 1 1 ( )90 22 ) ⇒ ⇒ E 5 1 cos1 cos 22 1 E 5 (1 cos (1 cos1 cos 1 2 1 ) ) 5 12 cos 21. E 5 sen sen cos 3 2 ( ) π π π 2 2 2 2 x x 2 y ⇒ ⇒ E 5 sen cossen 2 2 x y x Mas x 1 y 5 32 π ⇒ y 5 32 π 2 x Então, cos y 5 cos 3 2 π 2 x 5 2sen x; portanto: E 5 sen sensen 2 2 2 x x x ( ) ⇒ E 5 2 sensen 2 x x 5 22 22. Como sen 70° 5 cos 20° e sen 50° 5 cos 40°, temos: E 5 sen2 20° 1 sen2 40° 1 sen2 50° 1 sen2 70° ⇒ ⇒ E 5 sen2 20° 1 sen2 40° 1 cos2 40° 1 cos2 20° E 5 2 23. Como cos 140° 5 2cos 40°; temos: E 5 sen cos sen cos 2 2 2 2 1 1 30 60 40 140 ° ° ° ° ⇒ ⇒ E 5 1 2 1 2 40 40 2 2 2 1 1sen 2 ° °cos 5 1 4 1 4 1 1 E 5 12 1 ▲▲ 1 ▲▲ GM_Mat_Paiva_v2_030a048.indd 31 7/31/09 10:37:37 AM 32 Matemática Paiva Parte específica 24. a � b a 1 b 1 5 180° ⇒ a 1 b 5 180° 2 Logo, cos (a 1 b) 5 cos (180° 2 ) 5 2cos Pela relação fundamental, sen2 1 cos2 5 1, te- mos: 15 4 2 1 cos2 5 1 ⇒ cos2 5 1 2 1516 1 165 cos 5 ± 1 4 Como é a medida de um ângulo agudo, obtemos cos 5 14 . Concluímos, então, que cos (a 1 b) 5 2cos 5 5 2 14 . 25. Sendo d a distância procurada, esquematizamos: A 20 cm 180° � � � � E d D C B Pela relação fundamental, sen2 1 cos2 5 1, calcu- lamos sen : sen2 1 2 53 2 5 1 ⇒ sen2 5 1 2 59 4 9 5 sen 5 ± 2 3 Como 0 90°, só nos interessa o valor positivo do seno, isto é: sen 5 23 Do triângulo ADE, obtemos: sen (180° 2 ) 5 d20 ⇒ sen 5 d 20 23 20 5 d ⇒ d 5 403 Portanto, a distância do ponto D à reta ,AB - é 40 3 cm. 26. sen x 1 cos x 5 0,6 ⇒ (sen x 1 cos x)2 5 (0,6)2 sen2 x 1 2 sen x cos x 1 cos2 x 5 0,36 ⇒ ⇒ 1 1 2 sen x cos x 5 0,36 sen x cos x 5 0 36 12 , 2 sen x cos x 5 20,32 27. 4 5 5 0 1 2 2 2 cos cos x x x x 5 2 5 1 5 sen sen ⇒ ⇒ 4 5 5 0 2 2 cos ( ) cos x x x 5 2 5 5 sen I 11 2 ( )2 sen IIx Substituindo (II) em (I), temos: 4(1 2 sen2 x) 1 5 sen x 2 5 5 0 ⇒ ⇒ 4 sen2 x 1 5 sen x 1 1 5 0 Fazendo a mudança de variável sen x 5 k, obtemos a equação do 2º grau: 4k2 2 5k 1 1 5 0 5 (25)2 2 4 4 1 5 9 k 5 22( )5 92 4 ± ⇒ k 5 1 ou k 5 14 Retornando à variável original, temos: sen x 5 1 [não convém, pois 0 x π2 ] ou sen x 5 14 Portanto, concluímos que sen x 5 14 . 28. x2 2 4x 1 4 cos2 5 0 5 (24)2 2 4 1 4 cos2 5 16 2 16 cos2 5 5 16(1 2 cos2 ) Como 1 2 cos2 5 sen2 , temos: 5 16 sen2 x 5 22 ( ) 4 16 2 1 2± sen ⇒ x 5 4 4 ± sen 2 x 5 2 2 sen Portanto: S 5 {2 2 2 cos , 2 1 2 cos } 29. E 5 cos cos ( 0 1 2 1sen 2 sen π πx x ( ) 22 1x x) cos π 2 ⇒ ⇒ E 5 1 cos ( cos ) ( ) 1 2 2 2 x x x x sen sen E 5 1 2 2 2cos x xsen Como 1 2 cos2 x 5 sen2 x, concluímos: E 5 sen sen 2 2 x x 5 1 30. a) Soma 5 22( )21 k 5 2k b) Produto 5 k k 2 1 1 5 k2 1 k c) Sendo as raízes sen e cos , temos: sen I sen cos ( ) cos 1 5 2k 5 1k k2 ( )II Quadramos ambos os membros de (I): (sen 1 cos )2 5 (2k)2 ⇒ ⇒ sen2 1 2 sen cos 1 cos2 5 4k2 1 1 2 sen cos 5 4k2 (III): Substituímos (II) em (III): 1 1 2(k2 1 k) 5 4k2 2k2 2 2k 2 1 5 0 5 (22)2 2 4 2 (21) 5 12 k 5 22( ) 2 12 2 2 ± 5 2 2 34 ± ⇒ GM_Mat_Paiva_v2_030a048.indd 32 8/1/09 10:11:36 AM 33 Parte específica Matemática Paiva ⇒ k 5 1 32 ± Como k é um número real negativo, concluímos que k 5 1 32 .2 31. a) O valor de x, com 0° x 360°, para que sen x 5 1 é x 5 90°. Logo, S 5 {90°}. b) Os valores de x, com 0° x 360°, para os quais cos x 5 0 são x 5 90° ou x 5 270°. Logo, S 5 {90°, 270°}. c) Os valores de x, com 0° x 360°, para os quais sen x 5 12 são x 5 30° ou x 5 180° 2 30° 5 150°. Logo, S 5 {30°, 150°}. d) Os valores de x, com 0° x 360°, para os quais cos x 5 2 12 são x 5 180° 2 60° 5 120° ou x 5 180° 1 60° 5 240°. Logo, S 5 {120°, 240°}. 32. sen2 x 5 12 ⇒ sen x 5 2 2 2 ou sen x 5 2 2 sen 3π 4 � � 3π 4 � π 4 π 4 √2 2 √2 2 x 5 2 34 π ou x 5 2 π4 ou x 5 π 4 ou x 5 3 4 π Logo, S 5 { }2 234 4 4 3 4 π π π π, , , . 33. 43 cos x 5 8 ⇒ (22)3 cos x 5 23 22 3 cos x 5 23 ⇒ 26 cos x 5 23 6 cos x 5 3 ⇒ cos x 5 12 Os valores de x, com 0 x 2π, tais que cos x 5 12 são x 5 π3 ou x 5 5 3 π . Alternativa a. 34. Sendo m(A BCB) 5 , temos duas possibilidades: A 8 16 � B C ou A 816 � B C 180° � � Na primeira figura, temos sen 5 816 5 1 2 ; na se- gunda, temos sen (180° 2 ) 5 816 5 1 2 . Como, porém, sen (180° 2 ) 5 sen , deduzimos que nas duas figuras as medidas são raízes da equa- ção sen 5 12 , com 0° 180°. Essas raízes são: 30° ou 150°. Alternativa d. 35. Sendo a medida procurada, esquematizamos: A C O B 20 cm 10√3 cm � Assim, temos: cos 5 5 10 3 20 3 2 0° 90° ⇒ 5 30° Logo, a medida do ângulo agudo que a corda tABu for- ma com o diâmetro tACu é 30°. 36. sen x cos x 5 0 ⇒ sen x 5 0 ou cos x 5 0 Para 0 x 2π, concluímos: • sen x 5 0 ⇒ x 5 0 ou x 5 π ou x 5 2π • cos x 5 0 ⇒ x 5 π 2 ou x 5 32 π Logo, S 5 { }0 2 2 3 2 , , , , .π π π π 37. sen x cos x 2 3 sen x 5 0 ⇒ sen x (cos x 2 3) 5 0 sen x 5 0 ou cos x 5 3 (não convém) Para 0 x 2π, concluímos: sen x 5 0 ⇒ x 5 0 ou x 5 π Logo, S 5 {0, π}. 38. 2 sen x cos x 2 2 cos x 5 0 ⇒ ⇒ cos x (2 sen x 2 2 ) 5 0 cos x 5 0 ou sen x 5 22 Para 0 x 2π, concluímos: • cos x 5 0 ⇒ x 5 π2 ou x 5 3 2 π • sen x 5 22 ⇒ x 5 π 4 ou x 5 3 4 π Logo, S 5 { }π π π π 2 3 2 4 3 4 , , , . GM_Mat_Paiva_v2_030a048.indd 33 8/1/09 10:12:26 AM 34 Matemática Paiva Parte específica 39. 2 sen x cos x 5 cos x ⇒ 2 sen x cos x 2 cos x 5 0 cos x(2 sen x 2 1) 5 0 ⇒ cos x 5 0 ou sen x 5 12 Para 0 x 2π, concluímos: cos x 5 0 ⇒ x 5 π2 ou x 5 3 2 π sen x 5 12 ⇒ x 5 π 6 ou x 5 5 6 π Logo, S 5 { }π π π π 2 3 2 6 5 6 , , , . 40. sen3 x cos x 2 3 sen x cos x 5 0 ⇒ ⇒ sen x cos x (sen2 x 2 3) 5 0 sen x 5 0 ou cos x 5 0 ou sen x 5 3 (não con- vém) Para 0 x 2π, concluímos: • sen x 5 0 ⇒ x 5 0 ou x 5 π • cos x 5 0 ⇒ x 5 π2 ou x 5 3 2 π Logo, S 5 { }0 2 3 2 , , , .π π π 41. a) (4 sen2 x 2 3)(cos x 2 1) 5 0 ⇒ 4 3 0sen2 (I) x 2 5 ou cos x 2 51 0 (II) Resolvendo as equações (I) e (II), para 0 x 2π, temos: (I) 4 sen2 x 2 3 5 0 ⇒ sen2 x 5 34 sen x 5 ± 32 ⇒ x 5 π 3 ou x 5 2 3 π ou x 5 43 π ou x 5 53 π (II) cos x 2 1 5 0 ⇒ cos x 5 1 x 5 0 ou x 5 2π De (I) e (II), concluímos: S 5 { }0 3 2 3 4 3 5 3 2, , , , , π π π π π b) cos2 x sen x 2 sen x 5 0 ⇒ sen x (cos2 x 2 1) 5 0 sen x 5 0 ou cos x 5 1 ou cos x 5 21 Para 0 x 2π, concluímos: • sen x 5 0 ⇒ x 5 0 ou x 5 π ou x 5 2π • cos x 5 1 ⇒ x 5 0 ou x 5 2π • cos x 5 21 ⇒ x 5 π Logo, S 5 {0, π, 2π}. c) 4 sen x cos x 1 2 sen x 2 2 cos x 2 1 5 0 ⇒ ⇒ 2 sen x (2 cos x 1 1) 2 1 (2 cos x 1 1) 5 0 (2 cos x 1 1)(2 sen x 2 1) 5 0 ⇒ cos x 5 2 12 ou sen x 5 12 Para 0 x 2π, concluímos: • cos x 5 2 12 ⇒ x 5 2 3 π ou x 5 43 π • sen x 5 12 ⇒ x 5 π 6 ou x 5 5 6 π Logo, S 5 { }2 3 4 3 6 5 6 π π π π, , , . d) 2 sen2 x 2 sen x 5 0 ⇒ sen x (2 sen x 2 1) 5 0 sen x 5 0 ou sen x 5 12 Para 0 x 2π, concluímos: • sen x 5 0 ⇒ x 5 0 ou x 5 π ou x 5 2π • sen x 5 12 ⇒ x 5 π 6 ou x 5 5 6 π Logo, S 5 0 6 5 6 2, , , , .π π π π 42. sen2 x 1 sen (2x) 5 0 ⇒ sen2 x 2 sen x 5 0 sen x (sen x 2 1) 5 0 ⇒ sen x 5 0 ou sen x 5 1 Para 0 x 2π, obtemos: • sen x 5 0 ⇒ x 5 0 ou x 5 π ou x 5 2π • sen x 5 1 ⇒ x 5 π2 Concluímos, assim, que a soma das raízes é: 0 1 π 1 2π 1 π π2 7 2 5 Alternativa a. 43. a) cos2 x 2 4 cos x 1 3 5 0 Fazendo a mudança de variável cos x 5 t, obtemos a equação de 2º grau: t2 2 4t 1 3 5 0 5 (24)2 2 4 1 3 5 16 2 12 5 4 t 5 22 5( ) 4 4 2 1 4 2 2 ± ± ⇒ t 5 3 ou t 5 1 Como cos x 5 t, temos cos x 5 3 (impossível) ou cos x 5 1. Para 0 x 2π, concluímos: cos x 5 1 ⇒ x 5 0 Logo, S 5 {0}. b) sen2 x 2 3 sen x 1 2 5 0 Fazendo a mudança de variável sen x 5 t, obtemos a equação do 2º grau: t2 2 3t 1 2 5 0 5 (23)2 2 4 1 2 5 9 2 8 5 1 t 5 22 5( ) 3 1 2 1 3 1 2 ± ± ⇒ t 5 2 ou t 5 1 Como sen x 5 t, temos sen x 5 2 (impossível) ou sen x 5 1. Para 0 x 2π, concluímos: sen x 5 1 ⇒ x 5 π2 Logo, S 5 { }π 2 . c) 2 cos2 x 1 3 cos x 1 1 5 0 Fazendo a mudança de variável cos x 5 t, obtemos a equação do 2º grau: 2t2 1 3t 1 1 5 0 5 32 2 4 2 1 5 9 2 8 5 1 t 5 2 5 23 12 2 3 1 4 ± ± ⇒ ⇒ t 5 2 12 ou t 5 21 Como cos x 5 t, temos cos x 5 2 12 ou cos x 5 21. GM_Mat_Paiva_v2_030a048.indd 34 8/1/09 10:13:11 AM 35 Parte específica Matemática Paiva Para 0 x 2π, concluímos: • cos x 5 2 12 ⇒ x 5 2 3 π ou x 5 43 π • cos x 5 21 ⇒ x 5 π Logo, S 5 { }23 4 3 π π π, , . 44. 2 sen2 x 2 3 sen x 1 1 5 0 Fazendo a mudança de variável sen x 5 t, obtemos a equação do 2º grau: 2t2 2 3t 1 1 5 0 5 (23)2 2 4 2 1 5 9 2 8 5 1 t 5 2 2 5( ) 3 1 2 2 3 1 4 ± ± ⇒ t 5 12 ou t 5 1 Retornando à variável original, temos: sen x 5 12 ou sen x 5 1 Para 0 x 52 π , concluímos: • sen x 5 12 ⇒ x 5 π 6 ou x 5 5 6 π ou x 5 136 π (3 soluções) • sen x 5 1 ⇒ x 5 π2 ou x 5 5 2 π (2 soluções) Logo, a equação possui 5 soluções no intervalo consi- derado. Alternativa d. 45. sen2 x 2 2 cos x 2 2 5 0 ⇒ 1 2 cos2 x 2 2 cos x 2 2 5 0 cos2 x 1 2 cos x 1 1 5 0 Fazendo a mudança de variável cos x 5 y, obtemos a equação do 2º grau: y2 1 2y 1 1 5 0 5 22 2 4 1 1 5 0 y 5 22 02 1 ± ⇒ y 5 21 Retornando à variável original, temos cos x 5 21. Assim, para 0 x 2π, concluímos: cos x 5 21 ⇒ x 5 π Logo, S 5 {π}. 46. 9 2 2 cos2 x 5 15 sen x ⇒ 9 2 2(1 2 sen2 x) 5 15 sen x 2 sen2 x 2 15 sen x 1 7 5 0 Fazendo a mudança de variável sen x 5 t, obtemos
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