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Análise Combinatória Fatorial de um número: Definições especiais: Arranjo simples: n!=n.(n-1).(n-2)...3.2.1 0!=1 1!=1 ades.possibilid 242.3.4 lugar 3º o para adespossibilid 2 elugar 2º o para adespossibilid 3 sobrando lugar, 1º o para adespossibilid 4 Existem :R lugares? primeiros trêsos para adespossibilid as são Quantas mundo. do campeões dos torneioo disputam Flamengo) e Paulo São Santos, (Grêmio, futebol de timesQuatro 3) negativo. número um de fatorial existe não pois ,7 :Resposta -8x 7x 2 151 2 2251 056 56 x 56))(1( 56 )!1( )!1)()(1( 56 )!1( )!1( .56 )!1( )!1( equação a Resolva 2) 1020010100100100.101100 !99 !99.100.101!99.100 !99 !101!100 . !99 !101!100 expressão da valor o Calcule 1) 2 2 =→ = = = ⇒ ±− =⇒ ±− =⇒=−+⇒ ⇒=+⇒=+⇒= − −+ ⇒= − + = − + =+=+= + = + + x xxxx xxx x xxx x x x x )!( ! , pn nA pn − = 40 17 80 34 872 202430 )!18( !8 )!29( !9 )!25( !5 )!34( !4 )!26( !6 . Calcule )4 1,82,9 2,53,42,6 1,82,9 2,53,42,6 == + −+ = − + − − − − + − = + −+ + −+ AA AAA AA AAA números. 3366.7.8 !5 !5.6.7.8 !5 !8 )!38( !81. :então s,disponívei números 8 existem ainda trêsoutros os para e (2), adepossibilid uma apenas existe algarismo primeiro o Para 3000). e 2000 entre está (pois algarismos quatro ter deve número O :R 9? e 6,7,81,2,3,4,5, entre escolhidos distintos algarismospor formados 3000 e 2000 entre doscompreendi números os são Quantos 6) números. 1366472 é 5por divisíveis de número O :Resposta números. 648.8 !7 !7.8. !7 !7.8 !7 !8. !7 !8 )!18( !8. )!18( !8.1. 0).ser pode algarismo segundo (o adespossibilid 8 existem tambémalgarismo segundo o para E ).algarismos 2 de número um seria (senão 0 comcomeçar pode não número o pois ades,possibilid 8 ainda existem algarismo primeiro o Para (5). adepossibilid uma apenas existe algarismo terceiroo para :5 com terminam5por divisíveis quantos calculamos Agora números. 728.9 !7 !7.8.9 !7 !9 )!29( !91. :é 0 com terminamque 5por divisíveis de número o Portanto s.disponívei números 9 existem ainda primeiros dois os para e (0), adepossibilid 1 apenas existe algarismo terceiroo Para :0 com terminamque 5por divisíveis de número ocalcular vamos ntePrimeirame 5. comou 0 com terminar deve ele 5, divisívelser número um Para :R 5. POR DIVISÍVEIS SEJAM c) números. 8 !7 !7.8 !7 !8 )!18( !81.1. :adespossibilid 8 existem ainda segundo o Para (5). adepossibilid 1 apenas existe também terceiroo para e (2), adepossibilid 1 apenas existe algarismo primeiro o Para :R 5. COM TERMINEM E 2 COM COMECEM b) números. 728.9 !7 !7.8.9 !7 !9 )!29( !91. :sdisponívei números 9 existem ainda dois outros os para e (1) adepossibilid 1 apenas existe primeiro o para que sendo ,algarismos êspossuir tr pode número O :R 1. COM COMECEM a) :que modo de repetir, os sem ),5,6,7,8,9(0,1,2,3,4 decimal sistema do algarismos o comformar podemos distintos algarismos 3 de números Quantos 5) 3,8 1,81,8 2,9 1,8 2,9 ==== − = =+ ==== −− = → ==== − = → === − = ==== − = A AA A A A Permutação Simples: É um caso particular de arranjo simples. É o tipo de agrupamento ordenado onde entram todos os elementos. Combinação Simples: é o tipo de agrupamento em que um grupo difere do outro apenas pela natureza dos elementos componentes. !nPn = maneiras. 1152576576 é totalo Portanto maneiras. 57624.24!4!.4. : também temosposição primeira na dama uma Colocando maneiras. 57624.24!4!.4. :maneiras de totalnúmero como temosposição primeira na cavalheiro um Colocando C-D-C-D-C-D-C-Dou D-C-D-C-D-C-D-C :issofazer de maneiras duas Existem:R damas. duas e scavalheiro dois juntos fiquem não que forma de fila, numa s,cavalheiro 4 e damas 4 dipostasser podem maneiras quantas de Calcule 8) anagramas. 1201.2.3.4.5!5.1.1.1.1 :é totalo Então ades.possibilid 5 existem letras 5 outras as para e (E), 1 existe só tambémúltima para e (A), adepossibilid 1 existe letra primeira a Para E. com terminameA POR COMEÇAM b) anagramas. 7201.2.3.4.5.6!6.1.1 :é totalo Então ades.possibilid 6 existem letras 6 outras as para e (A), adepossibilid uma apenas existe letra primeira a Para A. POR COMEÇAM a) :EDITORA palavra da anagramas Quantos 8) números. 1201.2.3.4.5!5 8? e 1,2,3,5por formadosser podem distintos algarismos 5 de números Quantos )7 44 44 5 6 5 =+ === === === === === PP PP P P P )!(! ! , pnp nC pn − = Binômio de Newton comissões. 52515.35 2 30. !3 210 !2!.4 !4.5.6. !4!.3 !4.5.6.7 )!46(!4 !6. )!37(!3 !7 .. produto o é resultado O - MOÇAS - RAPAZES moças? 4 e rapazes 3 comformar podemos comissões quantas moças, 6 e rapazes 7 com reunião Numa 11) saladas. de tipos210 24 5040 !4 5040 !4!.6 !6.7.8.9.10 )!610!.(6 !10 feitas?ser podem diferentes espécies 6 contendo salada, de tiposquantos frutas, de espécies 10 Com 10) .Chaver pode não porque resposta a é não 1 :obs .5 :Resposta 1'' 5' 2 166 056 056 0 6 3323 0 26 22 0 !2 )1.( !3 )2).(1.( 0 )!2(!2 )!2).(1.( )!3(!3 )!3).(2).(1.( 0 )!2(!2 ! )!3(!3 ! .0 equação aResolver 9) 4,63,7 4,6 3,7 6,10 1,3 2 23 223 2223 2,3, ==== −− ==== − = = = = = ⇒ ± =⇒=+− =+−⇒= +−+− = − − +−− = − − −− = − −− − − −−− = − − − =− CC C C C m m m m mmm mmmmmmmm mmmmmm mmmmm m mmm m mmmm m m m m CC mm Introdução Pelos produtos notáveis, sabemos que (a+b)² = a² + 2ab + b². Se quisermos calcular (a + b)³, podemos escrever: (a + b)3 = a3 + 3a2b + 3ab2 + b3 Se quisermos calcular , podemos adotar o mesmo procedimento: (a + b)4 = (a + b)3 (a+b) = (a3 + 3a2b + 3ab2 + b3) (a+b) = a4 + 4a3b + 6a2b2 + 4ab3 + b4 De modo análogo, podemos calcular as quintas e sextas potências e, de modo geral, obter o desenvolvimento da potência a partir da anterior, ou seja, de . Porém quando o valor de n é grande, este processo gradativo de cálculo é muito trabalhoso. Existe um método para desenvolver a enésima potência de um binômio, conhecido como binômio de Newton (Isaac Newton, matemático e físico inglês, 1642 - 1727). Para esse método é necessário saber o que são coeficientes binomiais, algumas de suas propriedades e o triângulo de Pascal. Coeficientes Binomiais Sendo n e p dois números naturais , chamamos de coeficiente binomial de classe p, do número n, o número , que indicamos por (lê-se: n sobre p). Podemos escrever: O coeficiente binomial também é chamado de número binomial. Por analogia com as frações, dizemos que n é o seu numerador e p, o denominador. Podemos escrever: É também imediato que, para qualquer n natural, temos: Exemplos: Propriedades dos coeficientes binomiais 1ª) Se n, p, k e p + k = n então Coeficientes binomiais como esses, que tem o mesmo numerador e a soma dos denominadores igual ao numerador, são chamados complementares. Exemplos: 2ª) Se n, p, k e p p-1 0 então Essa igualdade é conhecida como relação de Stifel (Michael Stifel, matemático alemão, 1487 - 1567). Exemplos: Triângulo dePascal A disposição ordenada dos números binomiais, como na tabela ao lado, recebe o nome de Triângulo de Pascal Nesta tabela triangular, os números binomiais com o mesmo numerador são escritos na mesma linha e os de mesmo denominador, na mesma coluna. Por exemplo, os números binomiais , , e estão na linha 3 e os números binomiais , , , , ..., , ... estão na coluna 1. Substituindo cada número binomial pelo seu respectivo valor, temos: Construção do triângulo de Pascal Para construir o triângulo do Pascal, basta lembrar as seguintes propriedades dos números binomiais, não sendo necessário calculá-los: 1ª) Como = 1, todos os elementos da coluna 0 são iguais a 1. 2ª) Como = 1, o último elemento de cada linha é igual a 1. 3ª) Cada elemento do triângulo que não seja da coluna 0 nem o último de cada linha é igual à soma daquele que está na mesma coluna e linha anterior com o elemento que se situa à esquerda deste último (relação de Stifel). Observe os passos e aplicação da relação de Stifel para a construção do triângulo: Propriedade do triângulo de Pascal P1 Em Qualquer linha, dois números binomiais eqüidistantes dos extremos são iguais. De fato, esses binomiais são complementares. P2 Teorema das linhas: A soma dos elementos da enésima linha é . De modo geral temos: P3 Teorema das colunas: A soma dos elementos de qualquer coluna, do 1º elemento até um qualquer, é igual ao elemento situado na coluna à direita da considerada e na linha imediatamente abaixo. 1 + 2 + 3 + 4 + 5 + 6 = 21 1 + 4 + 10 + 20 = 35 P4 Teorema das diagonais: A soma dos elementos situados na mesma diagonal desde o elemento da 1ª coluna até o de uma qualquer é igual ao elemento imediatamente abaixo deste. 1 + 3 + 6 + 10 + 15 = 35 Fórmula do desenvolvimento do binômio de Newton Como vimos, a potência da forma , em que a, , é chamada binômio de Newton. Além disso: • quando n = 0 temos • quando n = 1 temos • quando n = 2 temos • quando n = 3 temos • quando n = 4 temos Observe que os coeficientes dos desenvolvimentos foram o triângulo de Pascal. Então, podemos escrever também: De modo geral, quando o expoente é n, podemos escrever a fórmula do desenvolvimento do binômio de Newton: Note que os expoentes de a vão diminuindo de unidade em unidade, variando de n até 0, e os expoentes de b vão aumentando de unidade em unidade, variando de 0 até n. O desenvolvimento de (a + b)n possui n + 1 termos. Fórmula do termo geral do binômio Observando os termos do desenvolvimento de (a + b)n, notamos que cada um deles é da forma . • Quando p = 0 temos o 1º termo: • Quando p = 1 temos o 2º termo: • Quando p = 2 temos o 3º termo: • Quando p = 3 temos o 4º termo: • Quando p = 4 temos o 5º termo: .............................................................................. Percebemos, então, que um termo qualquer T de ordem p + 1pode ser expresso por: Cilindro Na figura abaixo, temos dois planos paralelos e distintos, , um círculo R contido em e uma reta r que intercepta , mas não R: Para cada ponto C da região R, vamos considerar o segmento , paralelo à reta r : Assim, temos: Chamamos de cilindro, ou cilindro circular, o conjunto de todos os segmentos congruentes e paralelos a r. Elementos do cilindro Dado o cilindro a seguir, consideramos os seguintes elementos: • bases: os círculos de centro O e O'e raios r • altura: a distância h entre os planos • geratriz: qualquer segmento de extremidades nos pontos das circunferências das bases ( por exemplo, ) e paralelo à reta r Áreas Num cilindro, consideramos as seguintes áreas: a) área lateral (AL) Podemos observar a área lateral de um cilindro fazendo a sua planificação: Assim, a área lateral do cilindro reto cuja altura é h e cujos raios dos círculos das bases são r é um retângulo de dimensões : b) área da base ( AB):área do círculo de raio r c) área total ( AT): soma da área lateral com as áreas das bases Volume Para obter o volume do cilindro, vamos usar novamente o princípio de Cavalieri. Dados dois sólidos com mesma altura e um plano , se todo plano , paralelo ao plano , intercepta os sólidos e determina secções de mesma área, os sólidos têm volumes iguais: Se 1 é um paralelepípedo retângulo, então V2 = ABh. Assim, o volume de todo paralelepípedo retângulo e de todo cilindro é o produto da área da base pela medida de sua altura: Vcilindro = ABh No caso do cilindro circular reto, a área da base é a área do círculo de raio r ; portanto seu volume é: Esfera Chamamos de esfera de centro O e raio R o conjunto de pontos do espaço cuja distância ao centro é menor ou igual ao raio R. Considerando a rotação completa de um semicírculo em torno de um eixo e, a esfera é o sólido gerado por essa rotação. Assim, ela é limitada por uma superfície esférica e formada por todos os pontos pertencentes a essa superfície e ao seu interior. Volume O volume da esfera de raio R é dado por: Partes da esfera Superfície esférica A superfície esférica de centro O e raio R é o conjunto de pontos do es[aço cuja distância ao ponto O é igual ao raio R. Se considerarmos a rotação completa de uma semicircunferência em torno de seu diâmetro, a superfície esférica é o resultado dessa rotação. A área da superfície esférica é dada por: Cone circular Dado um círculo C, contido num plano , e um ponto V ( vértice) fora de , chamamos de cone circular o conjunto de todos os segmentos . Elementos do cone circular Dado o cone a seguir, consideramos os seguintes elementos: • altura: distância h do vértice V ao plano • geratriz (g):segmento com uma extremidade no ponto V e outra num ponto da circunferência • raio da base: raio R do círculo • eixo de rotação:reta determinada pelo centro do círculo e pelo vértice do cone Cone reto Todo cone cujo eixo de rotação é perpendicular à base é chamado cone reto, também denominado cone de revolução. Ele pode ser gerado pela rotação completa de um triângulo retângulo em torno de um de seus catetos. Da figura, e pelo Teorema de Pitágoras, temos a seguinte relação: G2 = h2 + R2 Secção meridiana A secção determinada, num cone de revolução, por um plano que contém o eixo de rotação é chamada secção meridiana. Se o triângulo AVB for eqüilátero, o cone também será eqüilátero: Áreas Desenvolvendo a superfície lateral de um cone circular reto, obtemos um setor circular de raio g e comprimento : Assim, temos de considerar as seguintes áreas: a) área lateral (AL): área do setor circular b) área da base (AB):área do circulo do raio R c) área total (AT):soma da área lateral com a área da base Volume Para determinar o volume do cone, vamos ver como calcular volumes de sólidos de revolução. Observe a figura: d = distância do centro de gravidade (CG) da sua superfície ao eixo e S=área da superfície Sabemos, pelo Teorema de Pappus - Guldin, que, quando uma superfície gira em torno de um eixo e, gera um volume tal que: Vamos, então, determinar o volume do cone de revolução gerado pela rotação de um triângulo retângulo em torno do cateto h: O CG do triângulo está a uma distânciado eixo de rotação. Logo: CONJUNTOS NUMÉRICOS • Conjunto dos números naturais (IN) Um subconjunto importante de IN é o conjunto IN*: IN*={1, 2, 3, 4, 5,...} o zero foi excluído do conjunto IN. Podemos considerar o conjunto dos números naturais ordenados sobre uma reta, como mostra o gráfico abaixo: • Conjunto dos números inteiros (Z) O conjunto IN é subconjunto de Z. Temos também outros subconjuntos de Z: Z* = Z-{0} Z+ = conjunto dos inteiros não negativos = {0,1,2,3,4,5,...} Z_ = conjunto dos inteiros não positivos = {0,-1,-2,-3,-4,-5,...} Observe que Z+=IN. Podemos considerar os números inteiros ordenados sobre uma reta, conforme mostra o gráfico abaixo: IN={0, 1, 2, 3, 4, 5,...} Z={..., -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3,...} b a • Conjunto dos números racionais (Q) Os números racionais são todos aqueles que podem ser colocados na forma de fração (com o numerador e denominador ∈ Z). Ou seja, o conjunto dos números racionais é a união do conjunto dos números inteiros com as frações positivas e negativas. Exemplos: Assim, podemos escrever: É interessante considerar a representação decimal de um número racional , que se obtém dividindo a por b. Exemplos referentes às decimais exatas ou finitas: Exemplos referentes às decimais periódicas ou infinitas: Toda decimal exata ou periódica pode ser representada na forma de número racional. • Conjunto dos números irracionais racionais. números são exemplo,por , 2 3 ,1 , 5 3 ,1 , 4 52 :Então −−, - }0 e , com , |{ ≠∈∈== bZbZa b axxQ 3 3 2 2 1 11 ) 3 9 2 6 1 33) === − = − = − =− b a 75,3 20 75 25,1 4 5 5,0 2 1 =−=−= ...1666,1 6 7 ...428571428571,0 7 6 ...333,0 3 1 === Os números irracionais são decimais infinitas não periódicas, ou seja, os números que não podem ser escrito na forma de fração (divisão de dois inteiros). Como exemplo de números irracionais, temos a raiz quadrada de 2 e a raiz quadrada de 3: Um número irracional bastante conhecido é o número pi =3,1415926535... • Conjunto dos números reais (IR) Dados os conjuntos dos números racionais (Q) e dos irracionais, definimos o conjunto dos números reais como: O diagrama abaixo mostra a relação entre os conjuntos numéricos: Portanto, os números naturais, inteiros, racionais e irracionais são todos números reais. Como subconjuntos importantes de IR temos: IR* = IR-{0} IR+ = conjunto dos números reais não negativos IR_ = conjunto dos números reais não positivos Obs: entre dois números inteiros existem infinitos números reais. Por exemplo: • Entre os números 1 e 2 existem infinitos números reais: 1,01 ; 1,001 ; 1,0001 ; 1,1 ; 1,2 ; 1,5 ; 1,99 ; 1,999 ; 1,9999 ... • Entre os números 5 e 6 existem infinitos números reais: 5,01 ; 5,02 ; 5,05 ; 5,1 ; 5,2 ; 5,5 ; 5,99 ; 5,999 ; 5,9999 ... ...7320508,13 ...4142135,12 = = IR=Q ∪ {irracionais} = {x|x é racional ou x é irracional} Determinantes Como já vimos, matriz quadrada é a que tem o mesmo número de linhas e de colunas (ou seja, é do tipo nxn). A toda matriz quadrada está associado um número ao qual damos o nome de determinante. Dentre as várias aplicações dos determinantes na Matemática, temos: • resolução de alguns tipos de sistemas de equações lineares; • cálculo da área de um triângulo situado no plano cartesiano, quando são conhecidas as coordenadas dos seus vértices; Determinante de 1ª ordem Dada uma matriz quadrada de 1ª ordem M=[a11], o seu determinante é o número real a11: det M =Ia11I = a11 Observação: Representamos o determinante de uma matriz entre duas barras verticais, que não têm o significado de módulo. Por exemplo: • M= [5] det M = 5 ou I 5 I = 5 • M = [-3] det M = -3 ou I -3 I = -3 Determinante de 2ª ordem Dada a matriz , de ordem 2, por definição o determinante associado a M, determinante de 2ª ordem, é dado por: Portanto, o determinante de uma matriz de ordem 2 é dado pela diferença entre o produto dos elementos da diagonal principal e o produto dos elementos da diagonal secundária. Veja o exemplo a seguir. Menor complementar Chamamos de menor complementar relativo a um elemento aij de uma matriz M, quadrada e de ordem n>1, o determinante MCij , de ordem n - 1, associado à matriz obtida de M quando suprimimos a linha e a coluna que passam por aij . Vejamos como determiná-lo pelos exemplos a seguir: a) Dada a matriz , de ordem 2, para determinar o menor complementar relativo ao elemento a11(MC11), retiramos a linha 1 e a coluna 1: Da mesma forma, o menor complementar relativo ao elemento a12 é: b) Sendo , de ordem 3, temos: • • Cofator Chamamos de cofator ou complemento algébrico relativo a um elemento aij de uma matriz quadrada de ordem n o número Aij tal que Aij = (-1)i+j . MCij . Veja: a) Dada , os cofatores relativos aos elementos a11 e a12 da matriz M são: b) Sendo , vamos calcular os cofatores A22, A23 e A31: Teorema de Laplace O determinante de uma matriz quadrada M = [aij]mxn pode ser obtido pela soma dos produtos dos elementos de uma fila qualquer ( linha ou coluna) da matriz M pelos respectivos cofatores. Assim, fixando , temos: em que é o somatório de todos os termos de índice i, variando de 1 até m, . Regra de Sarrus O cálculo do determinante de 3ª ordem pode ser feito por meio de um dispositivo prático, denominado regra de Sarrus. Acompanhe como aplicamos essa regra para . 1º passo: Repetimos as duas primeiras colunas ao lado da terceira: 2º passo: Encontramos a soma do produto dos elementos da diagonal principal com os dois produtos obtidos pela multiplicação dos elementos das paralelas a essa diagonal (a soma deve ser precedida do sinal positivo): 3º passo: Encontramos a soma do produto dos elementos da diagonal secundária com os dois produtos obtidos pela multiplicação dos elementos das paralelas a essa diagonal ( a soma deve ser precedida do sinal negativo): Assim: Observação: Se desenvolvermos esse determinante de 3ª ordem aplicando o Teorema de Laplace, encontraremos o mesmo número real. Determinante de ordem n > 3 Vimos que a regra de Sarrus é válida para o cálculo do determinante de uma matriz de ordem 3. Quando a matriz é de ordem superior a 3, devemos empregar o Teorema de Laplace para chegar a determinantes de ordem 3 e depois aplicar a regra de Sarrus. Propriedades dos determinantes Os demais associados a matrizes quadradas de ordem n apresentam as seguintes propriedades: P1 ) Quando todos os elementos de uma fila ( linha ou coluna) são nulos, o determinante dessa matriz é nulo. Exemplo: P2) Se duas filas de uma matriz são iguais, então seu determinante é nulo. Exemplo: P3) Se duas filas paralelas de uma matriz são proporcionais, então seu determinante é nulo. Exemplo: P4) Se os elementos de uma fila de uma matriz são combinações lineares dos elementos correspondentes de filas paralelas, então seu determinante é nulo. Exemplos: P5 ) Teorema de Jacobi: o determinante de uma matriz não se altera quando somamos aos elementos de uma fila uma combinação linear dos elementos correspondentes de filas paralelas. Exemplo: Substituindo a 1ª coluna pela soma dessa mesma coluna com o dobro da 2ª, temos: P6) O determinante de uma matriz e o de sua transposta são iguais. Exemplo: P7) Multiplicando por um número real todos os elementos de uma fila em uma matriz, o determinante dessa matriz fica multiplicadopor esse número. Exemplos: P8) Quando trocamos as posições de duas filas paralelas, o determinante de uma matriz muda de sinal. Exemplo: P9) Quando, em uma matriz, os elementos acima ou abaixo da diagonal principal são todos nulos, o determinante é igual ao produto dos elementos dessa diagonal. Exemplos: P10) Quando, em uma matriz, os elementos acima ou abaixo da diagonal secundária são todos nulos, o determinante é igual ao produto dos elementos dessa diagonal multiplicado por . Exemplos: P11) Para A e B matrizes quadradas de mesma ordem n, . Como: Exemplo: P12) Exemplo: Equações algébricas (com uma variável) Introdução Equação é toda sentença matemática aberta que exprime uma relação de igualdade. A palavra equação tem o prefixo equa, que em latim quer dizer "igual". Exemplos: 2x + 8 = 0 5x - 4 = 6x + 8 3a - b - c = 0 Não são equações: 4 + 8 = 7 + 5 (Não é uma sentença aberta) x - 5 < 3 (Não é igualdade) (não é sentença aberta, nem igualdade) A equação geral do primeiro grau: ax+b = 0 onde a e b são números conhecidos e a > 0, se resolve de maneira simples: subtraindo b dos dois lados, obtemos: ax = -b dividindo agora por a (dos dois lados), temos: Considera a equação 2x - 8 = 3x -10 A letra é a incógnita da equação. A palavra incógnita significa " desconhecida". Na equação acima a incógnita é x; tudo que antecede o sinal da igualdade denomina-se 1º membro, e o que sucede, 2º membro. Qualquer parcela, do 1º ou do 2º membro, é um termo da equação. Equação do 1º grau na incógnita x é toda equação que pode ser escrita na forma ax=b, sendo a e b números racionais, com a diferente de zero. Conjunto Verdade e Conjunto Universo de uma Equação Considere o conjunto A = {0, 1, 2, 3, 4, 5} e a equação x + 2 = 5. Observe que o número 3 do conjunto A é denominado conjunto universo da equação e o conjunto {3} é o conjunto verdade dessa mesma equação. Observe este outro exemplo: • Determine os números inteiros que satisfazem a equação x² = 25 O conjunto dos números inteiro é o conjunto universo da equação. Os números -5 e 5, que satisfazem a equação, formam o conjunto verdade, podendo ser indicado por: V = {-5, 5}. Daí concluímos que: Conjunto Universo é o conjunto de todos os valores que variável pode assumir. Indica-se por U. Conjunto verdade é o conjunto dos valores de U, que tornam verdadeira a equação . Indica-se por V. Observações: • O conjunto verdade é subconjunto do conjunto universo. • Não sendo citado o conjunto universo, devemos considerar como conjunto universo o conjunto dos números racionais. • O conjunto verdade é também conhecido por conjunto solução e pode ser indicado por S. Raízes de uma equação Os elementos do conjunto verdade de uma equação são chamados raízes da equação. Para verificar se um número é raiz de uma equação, devemos obedecer à seguinte seqüência: • Substituir a incógnita por esse número. • Determinar o valor de cada membro da equação. • Verificar a igualdade, sendo uma sentença verdadeira, o número considerado é raiz da equação. Exemplos: Verifique quais dos elementos do conjunto universo são raízes das equações abaixo, determinando em cada caso o conjunto verdade. • Resolva a equação x - 2 = 0, sendo U = {0, 1, 2, 3}. Para x = 0 na equação x - 2 = 0 temos: 0 - 2 = 0 => -2 = 0. (F) Para x = 1 na equação x - 2 = 0 temos: 1 - 2 = 0 => -1 = 0. (F) Para x = 2 na equação x - 2 = 0 temos: 2 - 2 = 0 => 0 = 0. (V) Para x = 3 na equação x - 2 = 0 temos: 3 - 2 = 0 => 1 = 0. (F) Verificamos que 2 é raiz da equação x - 2 = 0, logo V = {2}. • Resolva a equação 2x - 5 = 1, sendo U = {-1, 0, 1, 2}. Para x = -1 na equação 2x - 5 = 1 temos: 2 . (-1) - 5 = 1 => -7 = 1. (F) Para x = 0 na equação 2x - 5 = 1 temos: 2 . 0 - 5 = 1 => -5 = 1. (F) Para x = 1 na equação 2x - 5 = 1 temos: 2 . 1 - 5 = 1 => -3 = 1. (F) Para x = 2 na equação 2x - 5 = 1 temos: 2 . 2 - 5 = 1 => -1 = 1. (F) A equação 2x - 5 = 1 não possui raiz em U, logo V = Ø. Função de 1º grau - Afim Definição Chama-se função polinomial do 1º grau, ou função afim, a qualquer função f de IR em IR dada por uma lei da forma f(x) = ax + b, onde a e b são números reais dados e a 0. Na função f(x) = ax + b, o número a é chamado de coeficiente de x e o número b é chamado termo constante. Veja alguns exemplos de funções polinomiais do 1º grau: f(x) = 5x - 3, onde a = 5 e b = - 3 f(x) = -2x - 7, onde a = -2 e b = - 7 f(x) = 11x, onde a = 11 e b = 0 Gráfico O gráfico de uma função polinomial do 1º grau, y = ax + b, com a 0, é uma reta oblíqua aos eixos Ox e Oy. Exemplo: Vamos construir o gráfico da função y = 3x - 1: Como o gráfico é uma reta, basta obter dois de seus pontos e ligá-los com o auxílio de uma régua: a) Para x = 0, temos y = 3 · 0 - 1 = -1; portanto, um ponto é (0, -1). b) Para y = 0, temos 0 = 3x - 1; portanto, e outro ponto é . Marcamos os pontos (0, -1) e no plano cartesiano e ligamos os dois com uma reta. x y 0 -1 0 Já vimos que o gráfico da função afim y = ax + b é uma reta. O coeficiente de x, a, é chamado coeficiente angular da reta e, como veremos adiante, a está ligado à inclinação da reta em relação ao eixo Ox. O termo constante, b, é chamado coeficiente linear da reta. Para x = 0, temos y = a · 0 + b = b. Assim, o coeficiente linear é a ordenada do ponto em que a reta corta o eixo Oy. Zero e Equação do 1º Grau Chama-se zero ou raiz da função polinomial do 1º grau f(x) = ax + b, a 0, o número real x tal que f(x) = 0. Temos: f(x) = 0 ax + b = 0 Vejamos alguns exemplos: 1. Obtenção do zero da função f(x) = 2x - 5: f(x) = 0 2x - 5 = 0 2. Cálculo da raiz da função g(x) = 3x + 6: g(x) = 0 3x + 6 = 0 x = -2 3. Cálculo da abscissa do ponto em que o gráfico de h(x) = -2x + 10 corta o eixo das abicissas: O ponto em que o gráfico corta o eixo dos x é aquele em que h(x) = 0; então: h(x) = 0 -2x + 10 = 0 x = 5 Crescimento e decrescimento Consideremos a função do 1º grau y = 3x - 1. Vamos atribuir valores cada vez maiores a x e observar o que ocorre com y: x -3 -2 -1 0 1 2 3 y -10 -7 -4 -1 2 5 8 Notemos que, quando aumentos o valor de x, os correspondentes valores de y também aumentam. Dizemos, então que a função y = 3x - 1 é crescente. Observamos novamente seu gráfico: Regra geral: a função do 1º grau f(x) = ax + b é crescente quando o coeficiente de x é positivo (a > 0); a função do 1º grau f(x) = ax + b é decrescente quando o coeficiente de x é negativo (a < 0); Justificativa: • para a > 0: se x1 < x2, então ax1 < ax2. Daí, ax1 + b < ax2 + b, de onde vem f(x1) < f(x2). • para a < 0: se x1 < x2, entãoax1 > ax2. Daí, ax1 + b > ax2 + b, de onde vem f(x1) > f(x2). Sinal Estudar o sinal de uma qualquer y = f(x) é determinar os valor de x para os quais y é positivo, os valores de x para os quais y é zero e os valores de x para os quais y é negativo. Consideremos uma função afim y = f(x) = ax + b vamos estudar seu sinal. Já vimos que essa função se anula pra raiz . Há dois casos possíveis: 1º) a > 0 (a função é crescente) y > 0 ax + b > 0 x > y > 0 ax + b < 0 x < Conclusão: y é positivo para valores de x maiores que a raiz; y é negativo para valores de x menores que a raiz 2º) a < 0 (a função é decrescente) y > 0 ax + b > 0 x < y > 0 ax + b < 0 x < Conclusão: y é positivo para valores de x menores que a raiz; y é negativo para valores de x maiores que a raiz. EQUAÇÕES EXPONENCIAIS Chamamos de equações exponenciais toda equação na qual a incógnita aparece em expoente. Exemplos de equações exponenciais: 1) 3x =81 (a solução é x=4) 2) 2x-5=16 (a solução é x=9) 3) 16x-42x-1-10=22x-1 (a solução é x=1) 4) 32x-1-3x-3x-1+1=0 (as soluções são x’=0 e x’’=1) Para resolver equações exponenciais, devemos realizar dois passos importantes: 1º) redução dos dois membros da equação a potências de mesma base; 2º) aplicação da propriedade: EXERCÍCIOS RESOLVIDOS: 1) 3x=81 Resolução: Como 81=34, podemos escrever 3x = 34 E daí, x=4. 2) 9x = 1 Resolução: 9x = 1 ⇒ 9x = 90 ; logo x=0. 5) 23x-1 = 322x )0 e 1( >≠=⇒= aanmaa nm 4 3 logo ; 33 33 273 :Resolução 273 )4 .4 então ; 4 3 4 3 4 3 4 3 256 81 4 3 :Resolução 256 81 4 3 )3 4 3 4 34 4 4 4 4 ==⇒=⇒= = = = ⇒= ⇒= = x x xxx x xxx x Resolução: 23x-1 = 322x ⇒ 23x-1 = (25)2x ⇒ 23x-1 = 210x ; daí 3x-1=10, de onde x=-1/7. 6) Resolva a equação 32x–6.3x–27=0. Resolução: vamos resolver esta equação através de uma transformação: 32x–6.3x–27=0 ⇒ (3x)2-6.3x–27=0 Fazendo 3x=y, obtemos: y2-6y–27=0 ; aplicando Bhaskara encontramos ⇒ y’=-3 e y’’=9 Para achar o x, devemos voltar os valores para a equação auxiliar 3x=y: y’=-3 ⇒ 3x’ = -3 ⇒ não existe x’, pois potência de base positiva é positiva y’’=9 ⇒ 3x’’ = 9 ⇒ 3x’’ = 32 ⇒ x’’=2 Portanto a solução é x=2 FUNÇÃO EXPONENCIAL Chamamos de funções exponenciais aquelas nas quais temos a variável aparecendo em expoente. A função f:IRIR+ definida por f(x)=ax, com a ∈ IR+ e a≠1, é chamada função exponencial de base a. O domínio dessa função é o conjunto IR (reais) e o contradomínio é IR+ (reais positivos, maiores que zero). GRÁFICO CARTESIANO DA FUNÇÃO EXPONENCIAL Temos 2 casos a considerar: quando a>1; quando 0<a<1. Acompanhe os exemplos seguintes: 1) y=2x (nesse caso, a=2, logo a>1) Atribuindo alguns valores a x e calculando os correspondentes valores de y, obtemos a tabela e o gráfico abaixo: X -2 -1 0 1 2 y 1/4 1/2 1 2 4 2) y=(1/2)x (nesse caso, a=1/2, logo 0<a<1) Atribuindo alguns valores a x e calculando os correspondentes valores de y, obtemos a tabela e o gráfico abaixo: X -2 -1 0 1 2 Y 4 2 1 1/2 1/4 Nos dois exemplos, podemos observar que a) o gráfico nunca intercepta o eixo horizontal; a função não tem raízes; b) o gráfico corta o eixo vertical no ponto (0,1); c) os valores de y são sempre positivos (potência de base positiva é positiva), portanto o conjunto imagem é Im=IR+. Além disso, podemos estabelecer o seguinte: a>1 0<a<1 f(x) é crescente e Im=IR+ Para quaisquer x1 e x2 do domínio: x2>x1 ⇒ y2>y1 (as desigualdades têm mesmo sentido) f(x) é decrescente e Im=IR+ Para quaisquer x1 e x2 do domínio: x2>x1 ⇒ y2<y1 (as desigualdades têm sentidos diferentes) INEQUAÇÕES EXPONENCIAIS Chamamos de inequações exponenciais toda inequação na qual a incógnita aparece em expoente. Exemplos de inequações exponenciais: Para resolver inequações exponenciais, devemos realizar dois passos importantes: 1º) redução dos dois membros da inequação a potências de mesma base; 2º) aplicação da propriedade: a>1 0<a<1 am > an ⇒ m>n (as desigualdades têm mesmo sentido) am > an ⇒ m<n (as desigualdades têm sentidos diferentes) EXERCÍCIO RESOLVIDO: )32 para satisfeita é (que 03125150.5-25 4) -3) xpara satisfeita é (que 5 4 5 4 3) real) x todopara satisfeita é (que 22 2) )4 é solução (a 813 1) x 3 12-2x 2 <<<+ ≤ ≥ ≤ >> − − x x x x x x FUNÇÃO LOGARÍTMICA negativos) (reais IRS Portanto 0 44 :obtemos 1, quemaior é (4) base a Como .44 14 Porém, 14 daí, e 114.11 114).1641( :sejaou , 114.164.44 : temos4por lados os ambos ndoMultiplica . 4 114.44 4 4 escritaser pode inequaçãoA :Resolução 4 11444 )1 - 0 0 11 = <⇒< <⇒< <−>⇒−>−+ −>−+ − >−+ − >−+ +− x - x xx xxx xxx xx x xxx A função f:IR+IR definida por f(x)=logax, com a≠1 e a>0, é chamada função logarítmica de base a. O domínio dessa função é o conjunto IR+ (reais positivos, maiores que zero) e o contradomínio é IR (reais). GRÁFICO CARTESIANO DA FUNÇÃO LOGARÍTMICA Temos 2 casos a considerar: quando a>1; quando 0<a<1. Acompanhe nos exemplos seguintes, a construção do gráfico em cada caso: 3) y=log2x (nesse caso, a=2, logo a>1) Atribuindo alguns valores a x e calculando os correspondentes valores de y, obtemos a tabela e o gráfico abaixo: x 1/4 1/2 1 2 4 y -2 -1 0 1 2 4) y=log(1/2)x (nesse caso, a=1/2, logo 0<a<1) Atribuindo alguns valores a x e calculando os correspondentes valores de y, obtemos a tabela e o gráfico abaixo: x 1/4 1/2 1 2 4 y 2 1 0 -1 -2 Nos dois exemplos, podemos observar que d) o gráfico nunca intercepta o eixo vertical; e) o gráfico corta o eixo horizontal no ponto (1,0). A raiz da função é x=1; f) y assume todos os valores reais, portanto o conjunto imagem é Im=IR. Além disso, podemos estabelecer o seguinte: a>1 0<a<1 f(x) é crescente e Im=IR Para quaisquer x1 e x2 do domínio: x2>x1 ⇒ y2>y1 (as desigualdades têm mesmo sentido) f(x) é decrescente e Im=IR Para quaisquer x1 e x2 do domínio: x2>x1 ⇒ y2<y1 (as desigualdades têm sentidos diferentes) EQUAÇÕES LOGARÍTMICAS Chamamos de equações logarítmicas toda equação que envolve logaritmos com a incógnita aparecendo no logaritmando, na base ou em ambos. Exemplos de equações logarítmicas: 7) log3x =5 (a solução é x=243) 8) log(x2-1) = log 3 (as soluções são x’=-2 e x’’=2) 9) log2(x+3) + log2(x-3) = log27 (a solução é x=4) 10) logx+1(x2-x)=2 (a solução é x=-1/3) Alguns exemplos resolvidos: 1) log3(x+5) = 2 Resolução: condição de existência: x+5>0 => x>-5 log3(x+5) = 2 => x+5 = 32 => x=9-5 => x=4 Como x=4 satisfaz a condição de existência, então o conjunto solução é S={4}. 2) log2(log4 x) = 1 Resolução: condição de existência: x>0 e log4x>0 log2(log4 x) = 1 ; sabemos que 1 = log2(2), então log2(log4x) = log2(2) => log4x = 2 => 42 = x => x=16 Como x=16 satisfaz as condições de existência, então o conjunto solução é S={16}. 3) Resolva o sistema: Resolução: condições de existência: x>0 e y>0 Da primeira equação temos: log x+log y=7 => log y = 7-log x Substituindo log y na segunda equação temos: 3.log x – 2.(7-log x)=1 => 3.log x-14+2.log x = 1 => 5.log x = 15 => => log x =3 => x=103 Substituindo x= 103 em log y = 7-log x temos: =− =+ 1log.2log.3 7loglogyx yx log y = 7- log 103 => log y = 7-3 => log y =4 => y=104. Como essas raízes satisfazem as condições de existência, então o conjunto solução é S={(103;104)}. INEQUAÇÕES LOGARÍTMICAS Chamamos de inequações logarítmicas toda inequação que envolve logaritmos com a incógnita aparecendo no logaritmando, na base ou em ambos. Exemplos de inequações logarítmicas: 1) log2x > 0 (a solução é x>1) 2) log4(x+3) ≤ 1 (a solução é –3<x≤1) Para resolver inequações logarítmicas, devemos realizar dois passos importantes: 1º) redução dos dois membros da inequação a logaritmos de mesma base; 2º) aplicação da propriedade: a>1 0<a<1 logam > logan ⇒ m>n>0 (as desigualdades têm mesmo sentido) logam > logan ⇒ 0<m<n (as desigualdades têm sentidos diferentes) EXERCÍCIOS RESOLVIDOS: 1) log2(x+2) > log28 Resolução: Condições de existência: x+2>0, ou seja, x>-2 (S1) Como a base (2) é maior que 1, temos: x+2>8 e, daí, x>6 (S2) O conjunto solução é S= S1 ∩ S2 = {x ∈ IR| x>6}. Portanto a solução final é a intersecção de S1 e S2, como está representado logo abaixo no desenho: 2) log2(log3x) ≥ 0 Resolução: Condições de existência: x>0 e log3x>0 Como log21=0, a inequação pode ser escrita assim: log2(log3x) ≥ log21 Sendo a base (2) maior que 1, temos: log3x ≥ 1. Como log33 = 1, então, log3x ≥ log33 e, daí, x ≥ 3, porque a base (3) é maior que 1. As condições de existência estão satisfeitas, portanto S={x ∈ IR| x ≥ 3}. Função Quadrática Definição Chama-se função quadrática, ou função polinomial do 2º grau, qualquer função f de IR em IR dada por uma lei da forma f(x) = ax2 + bx + c, onde a, b e c são números reais e a 0. Vejamos alguns exemplos de função quadráticas: 1. f(x) = 3x2 - 4x + 1, onde a = 3, b = - 4 e c = 1 2. f(x) = x2 -1, onde a = 1, b = 0 e c = -1 3. f(x) = 2x2 + 3x + 5, onde a = 2, b = 3 e c = 5 4. f(x) = - x2 + 8x, onde a = 1, b = 8 e c = 0 5. f(x) = -4x2, onde a = - 4, b = 0 e c = 0 Gráfico O gráfico de uma função polinomial do 2º grau, y = ax2 + bx + c, com a 0, é uma curva chamada parábola. Exemplo: Vamos construir o gráfico da função y = x2 + x: Primeiro atribuímos a x alguns valores, depois calculamos o valor correspondente de y e, em seguida, ligamos os pontos assim obtidos. x y -3 6 -2 2 -1 0 0 0 1 2 2 6 Observação: Ao construir o gráfico de uma função quadrática y = ax2 + bx + c, notaremos sempre que: • se a > 0, a parábola tem a concavidade voltada para cima; • se a < 0, a parábola tem a concavidade voltada para baixo; Zero e Equação do 2º Grau Chama-se zeros ou raízes da função polinomial do 2º grau f(x) = ax2 + bx + c , a 0, os números reais x tais que f(x) = 0. Então as raízes da função f(x) = ax2 + bx + c são as soluções da equação do 2º grau ax2 + bx + c = 0, as quais são dadas pela chamada fórmula de Bhaskara: Temos: Observação A quantidade de raízes reais de uma função quadrática depende do valor obtido para o radicando , chamado discriminante, a saber: • quando é positivo, há duas raízes reais e distintas; • quando é zero, há só uma raiz real; • quando é negativo, não há raiz real. Coordenadas do vértice da parábola Quando a > 0, a parábola tem concavidade voltada para cima e um ponto de mínimo V; quando a < 0, a parábola tem concavidade voltada para baixo e um ponto de máximo V. Em qualquer caso, as coordenadas de V são . Veja os gráficos: Imagem O conjunto-imagem Im da função y = ax2 + bx + c, a 0, é o conjunto dos valores que y pode assumir. Há duas possibilidades: 1ª - quando a > 0, a > 0 2ª quando a < 0, a < 0 Construção da Parábola É possível construir o gráfico de uma função do 2º grau sem montar a tabela de pares (x, y), mas seguindo apenas o roteiro de observação seguinte: 1. O valor do coeficiente a define a concavidade da parábola; 2. Os zeros definem os pontos em que a parábola intercepta o eixo dos x; 3. O vértice V indica o ponto de mínimo (se a > 0), ou máximo (se a< 0); 4. A reta que passa por V e é paralela ao eixo dos y é o eixo de simetria da parábola; 5. Para x = 0 , temos y = a · 02 + b · 0 + c = c; então (0, c) é o ponto em que a parábola corta o eixo dos y. Sinal Consideramos uma função quadrática y = f(x) = ax2 + bx + c e determinemos os valores de x para os quais y é negativo e os valores de x para os quais y é positivos. Conforme o sinal do discriminante = b2 - 4ac, podemos ocorrer os seguintes casos: 1º- >0 Nesse caso a função quadrática admite dois zeros reais distintos (x1 x2). a parábola intercepta o eixo Ox em dois pontos e o sinal da função é o indicado nos gráficos abaixo: quando a > 0 y > 0 (x < x1 ou x > x2) y < 0 x1 < x < x2 quando a < 0 y > 0 x1 < x < x2 y < 0 (x < x1 ou x > x2) 2º - = 0 quando a > 0 quando a < 0 3º - < 0 quando a > 0 quando a < 0 GEOMETRIA ANALÍTICA Retas Introdução Entre os pontos de uma reta e os números reais existe uma correspondência biunívoca, isto é, a cada ponto de reta corresponde um único número real e vice-versa. Considerando uma reta horizontal x, orientada da esquerda para direita (eixo), e determinando um ponto O dessa reta ( origem) e um segmento u, unitário e não-nulo, temos que dois números inteiros e consecutivos determinam sempre nesse eixo um segmento de reta de comprimento u: Medida algébrica de um segmento Fazendo corresponder a dois pontos, A e B, do eixo x os números reais xA e xB , temos: A medida algébrica de um segmento orientado é o número real que corresponde à diferença entre as abscissas da extremidade e da origem desse segmento. Plano cartesiano A geometria analítica teve como principal idealizador o filósofo francês René Descartes ( 1596-1650). Com o auxílio de um sistema de eixos associados a um plano, ele faz corresponder a cada ponto do plano um par ordenado e vice-versa. Quando os eixos desse sistemas são perpendiculares na origem, essa correspondência determina um sistema cartesiano ortogonal ( ou plano cartesiano). Assim, há uma reciprocidade entre o estudo da geometria ( ponto, reta, circunferência) e da Álgebra ( relações, equações etc.), podendo-se representar graficamente relações algébricas e expressar algebricamente representações gráficas. Observe o plano cartesiano nos quadros quadrantes: Exemplos: • A(2, 4) pertence ao 1º quadrante (xA > 0 e yA > 0) • B(-3, -5) pertence ao 3º quadrante ( xB < 0 e yB < 0) Observação: Por convenção, os pontos localizados sobre os eixos não estão em nenhum quadrante. Distância entre dois pontos Dados os pontos A(xA, yA) e B(xB, yB) e sendo dAB a distância entre eles, temos: Aplicando o teorema de Pitágoras ao triângulo retângulo ABC, vem: Como exemplo, vamos determinar a distância entre os pontos A(1, -1) e B(4, -5): Equações de uma reta Equação geral Podemos estabelecer a equação geral de uma reta a partir da condição de alinhamento de três pontos. Dada uma reta r, sendo A(xA, yA) e B(xB, yB) pontos conhecidos e distintos de r e P(x,y) um ponto genérico, também de r, estando A, B e P alinhados, podemos escrever: Fazendo yA - yB = a, xB - xA = b e xAyB - xByA=c, como a e b não são simultaneamente nulos , temos: ax + by + c = 0 (equação geral da reta r) Essa equação relaciona x e y para qualquer ponto P genérico da reta.Assim, dado o ponto P(m, n): • se am + bn + c = 0, P é o ponto da reta; • se am + bn + c 0, P não é ponto da reta. Acompanhe os exemplos: • Vamos considerar a equação geral da reta r que passa por A(1, 3) e B(2, 4). Considerando um ponto P(x, y) da reta, temos: • Vamos verificar se os pontos P(-3, -1) e Q(1, 2) pertencem à reta r do exemplo anterior. Substituindo as coordenadas de P em x - y + 2 = 0, temos: -3 - (-1) + 2 = 0 -3 + 1 + 2 = 0 Como a igualdade é verdadeira, então P r. Substituindo as coordenadas de Q em x - y + 2 = 0, obtemos: 1 - 2 + 2 0 Como a igualdade não é verdadeira, então Q r. Geometria Analítica: Circunferência Equações da circunferência Equação reduzida Circunferência é o conjunto de todos os pontos de um plano eqüidistantes de um ponto fixo, desse mesmo plano, denominado centro da circunferência: Assim, sendo C(a, b) o centro e P(x, y) um ponto qualquer da circunferência, a distância de C a P(dCP) é o raio dessa circunferência. Então: Portanto, (x - a)2 + (y - b)2 =r2 é a equação reduzida da circunferência e permite determinar os elementos essenciais para a construção da circunferência: as coordenadas do centro e o raio. Observação: Quando o centro da circunfer6encia estiver na origem ( C(0,0)), a equação da circunferência será x2 + y2 = r2 . Equação geral Desenvolvendo a equação reduzida, obtemos a equação geral da circunferência: Como exemplo, vamos determinar a equação geral da circunferência de centro C(2, -3) e raio r = 4. A equação reduzida da circunferência é: ( x - 2 )2 +( y + 3 )2 = 16 Desenvolvendo os quadrados dos binômios, temos: Geometria Analítica - Cônicas Elipse Considerando, num plano , dois pontos distintos, F1 e F2 , e sendo 2a um número real maior que a distância entre F1 e F2, chamamos de elipse o conjunto dos pontos do plano tais que a soma das distâncias desses pontos a F1 e F2 seja sempre igual a 2a. Por exemplo, sendo P, Q, R, S, F1 e F2 pontos de um mesmo plano e F1F2 < 2a, temos: A figura obtida é uma elipse. Observações: 1ª) A Terra descreve uma trajetória elíptica em torno do sol, que é um dos focos dessa trajetória. A lua em torno da terra e os demais satélites em relação a seus respectivos planetas também apresentam esse comportamento. 2ª) O cometa de Halley segue uma órbita elíptica, tendo o Sol como um dos focos. 3ª) As elipses são chamadas cônicas porque ficam configuradas pelo corte feito em um cone circular reto por um plano oblíquo em relação à sua base. Elementos Observe a elipse a seguir. Nela, consideramos os seguintes elementos: • focos : os pontos F1 e F2 • centro: o ponto O, que é o ponto médio de • semi-eixo maior: a • semi-eixo menor: b • semidistância focal: c • vértices: os pontos A1, A2, B1, B2 • eixo maior: • eixo menor: • distância focal: Relação fundamental Na figura acima, aplicando o Teorema de Pitágoras ao tri6angulo OF2B2 , retângulo em O, podemos escrever a seguinte relação fundamental: a2 =b2 + c2 Excentricidade Chamamos de excentricidade o número real e tal que: Pela definição de elipse, 2c < 2a, então c < a e, conseqüentemente, 0 < e < 1. Observação:Quando os focos são muito próximos, ou seja, c é muito pequeno, a elipse se aproxima de uma circunferência. Equações Vamos considerar os seguintes casos: a) elipse com centro na origem e eixo maior horizontal Sendo c a semidistância focal, os focos da elipse são F1(-c, 0) e F2(c, 0): Aplicando a definição de elipse , obtemos a equação da elipse: b) elipse com centro na origem e eixo maior vertical Nessas condições, a equação da elipse é: Hipérbole Considerando, num plano , dois pontos distintos, F1 e F2 , e sendo 2a um número real menor que a distância entre F1 e F2 , chamamos de hipérbole o conjunto dos pontos do plano tais que o módulo da diferença das dist6ancias desses pontos a F1 e F2 seja sempre igual a 2a. Por exemplo, sendo P, Q, R, S, F1 e F2 pontos de um mesmo plano e F1F2 = 2c, temos: A figura obtida é uma hipérbole. Observação:Os dois ramos da hipérbole são determinados por um plano paralelo ao eixo de simetria de dois cones circulares retos e opostos pelo vértice: Parábola Dados uma reta d e um ponto F , de um plano , chamamos de parábola o conjunto de pontos do plano eqüidistantes de F e d. Assim, sendo, por exemplo, F, P, Q e R pontos de um plano e d uma reta desse mesmo plano, de modo que nenhum ponto pertença a d, temos: Observações: 1ª) A parábola é obtida seccionando-se obliquamente um cone circular reto: 2ª) Os telescópios refletores mais simples têm espelhos com secções planas parabólicas. 3ª) As trajetórias de alguns cometas são parábolas, sendo que o Sol ocupa o foco. 4ª) A superfície de um líquido contido em um cilindro que gira em torno de seu eixo com velocidade constante é parabólica. Matrizes Introdução O crescente uso dos computadores tem feito com que a teoria das matrizes seja cada vez mais aplicada em áreas como Economia, Engenharia, Matemática, Física, dentre outras. Vejamos um exemplo. A tabela a seguir representa as notas de três alunos em uma etapa: Química Inglês Literatura Espanhol A 8 7 9 8 B 6 6 7 6 C 4 8 5 9 Se quisermos saber a nota do aluno B em Literatura, basta procurar o número que fica na segunda linha e na terceira coluna da tabela. Vamos agora considerar uma tabela de números dispostos em linhas e colunas, como no exemplo acima, mas colocados entre parênteses ou colchetes: Em tabelas assim dispostas, os números são os elementos. As linhas são enumeradas de cima para baixo e as colunas, da esquerda para direita: Tabelas com m linhas e n colunas ( m e n números naturais diferentes de 0) são denominadas matrizes m x n. Na tabela anterior temos, portanto, uma matriz 3 x 3. Veja mais alguns exemplos: • é uma matriz do tipo 2 x 3 • é uma matriz do tipo 2 x 2 Notação geral Costuma-se representar as matrizes por letras maiúsculas e seus elementos por letras minúsculas, acompanhadas por dois índices que indicam, respectivamente, a linha e a coluna que o elemento ocupa. Assim, uma matriz A do tipo m x n é representada por: ou, abreviadamente, A = [aij]m x n, em que i e j representam, respectivamente, a linha e a coluna que o elemento ocupa. Por exemplo, na matriz anterior, a23 é o elemento da 2ª linha e da 3ª coluna. Na matriz , temos: Ou na matriz B = [ -1 0 2 5 ], temos: a11 = -1, a12 = 0, a13 = 2 e a14 = 5. Denominações especiais Algumas matrizes, por suas características, recebem denominações especiais. • Matriz linha: matriz do tipo 1 x n, ou seja, com uma única linha. Por exemplo, a matriz A =[4 7 -3 1], do tipo 1 x 4. • Matriz coluna: matriz do tipo m x 1, ou seja, com uma única coluna. Por exemplo, , do tipo 3 x 1 • Matriz quadrada: matriz do tipo n x n, ou seja, com o mesmo número de linhas e colunas; dizemos que a matriz é de ordem n. Por exemplo, a matriz é do tipo 2 x 2, isto é, quadrada de ordem 2. Numa matriz quadrada definimos a diagonal principal e a diagonal secundária. A principal é formada pelos elementos aij tais que i = j. Na secundária, temos i + j = n + 1. Veja: Observe a matriz a seguir: a11 = -1 é elemento da diagonal principal, pis i = j = 1 a31= 5 é elemento da diagonal secundária, pois i + j = n + 1 ( 3 + 1= 3 + 1) • Matriz nula: matriz em que todos os elementos são nulos; é representada por 0m x n. Por exemplo, . • Matriz diagonal: matriz quadrada em que todos os elementos que não estão na diagonal principal são nulos. Por exemplo: • Matriz identidade: matriz quadrada em que todos os elementos da diagonal principal são iguais a 1 e os demais são nulos; é representada por In, sendo n a ordem da matriz. Por exemplo: Assim, para uma matriz identidade . • Matriz transposta: matriz At obtida a partir da matriz A trocando-se ordenadamente as linhas por colunas ou as colunas por linhas. Por exemplo: Desse modo, se a matriz A é do tipo m x n, At é do tipo n x m. Note que a 1ª linha de A corresponde à 1ª coluna de At e a 2ª linha de A corresponde à 2ª coluna de At. • Matriz simétrica: matriz quadrada de ordem n tal que A = At . Por exemplo, é simétrica, pois a12 = a21 = 5, a13 = a31 = 6, a23 = a32 = 4, ou seja, temos sempre a ij = a ij. • Matriz oposta: matriz -A obtida a partir de A trocando-se o sinal de todos os elementos de A. Por exemplo, . Igualdade de matrizes Duas matrizes, A e B, do mesmo tipo m x n, são iguais se, e somente se, todos os elementos que ocupam a mesma posição são iguais: . Operações envolvendo matrizes Adição Dadas as matrizes , chamamos de soma dessas matrizes a matriz , tal que Cij = aij + bij , para todo : A + B = C Exemplos: • • Observação: A + B existe se, e somente se, A e B forem do mesmo tipo. Propriedades Sendo A, B e C matrizes do mesmo tipo ( m x n), temos as seguintes propriedades para a adição: a) comutativa: A + B = B + A b) associativa: ( A + B) + C = A + ( B + C) c) elemento neutro: A + 0 = 0 + A = A, sendo 0 a matriz nula m x n d) elemento oposto: A + ( - A) = (-A) + A = 0 Subtração Dadas as matrizes , chamamos de diferença entre essas matrizes a soma de A com a matriz oposta de B: A - B = A + ( - B ) Observe: Multiplicação de um número real por uma matriz Dados um número real x e uma matriz A do tipo m x n, o produto de x por A é uma matriz B do tipo m x n obtida pela multiplicação de cada elemento de A por x, ou seja, bij = xaij: B = x.A Observe o seguinte exemplo: Propriedades Sendo A e B matrizes do mesmo tipo ( m x n) e x e y números reais quaisquer, valem as seguintes propriedades: a) associativa: x . (yA) = (xy) . A b) distributiva de um número real em relação à adição de matrizes: x . (A + B) = xA + xB c) distributiva de uma matriz em relação à adição de dois números reais: (x + y) . A = xA + yA d) elemento neutro : xA = A, para x=1, ou seja, A=A Multiplicação de matrizes O produto de uma matriz por outra não é determinado por meio do produto dos sus respectivos elementos. Assim, o produto das matrizes A = ( aij) m x p e B = ( bij) p x n é a matriz C = (cij) m x n em que cada elemento cij é obtido por meio da soma dos produtos dos elementos correspondentes da i-ésima linha de A pelos elementos da j- ésima coluna B. Vamos multiplicar a matriz para entender como se obtém cada Cij: • 1ª linha e 1ª coluna • 1ª linha e 2ª coluna • 2ª linha e 1ª coluna • 2ª linha e 2ª coluna Assim, . Observe que: Portanto, .A, ou seja, para a multiplicação de matrizes não vale a propriedade comutativa. Vejamos outro exemplo com as matrizes : Da definição, temos que a matriz produto A . B só existe se o número de colunas de A for igual ao número de linhas de B: A matriz produto terá o número de linhas de A (m) e o número de colunas de B(n): • Se A3 x 2 e B 2 x 5 , então ( A . B ) 3 x 5 • Se A 4 x 1 e B 2 x 3, então não existe o produto • Se A 4 x 2 e B 2 x 1, então ( A . B ) 4 x 1 Propriedades Verificadas as condições de existência para a multiplicação de matrizes, valem as seguintes propriedades: a) associativa: ( A . B) . C = A . ( B . C ) b) distributiva em relação à adição: A . ( B + C ) = A . B + A . C ou ( A + B ) . C = A . C + B . C c) elemento neutro: A . In = In . A = A, sendo In a matriz identidade de ordem n Vimos que a propriedade comutativa, geralmente, não vale para a multiplicação de matrizes. Não vale também o anulamento do produto, ou seja: sendo 0 m x n uma matriz nula, A .B =0 m x n não implica, necessariamente, que A = 0 m x n ou B = 0 m x n. Matriz inversa Dada uma matriz A, quadrada, de ordem n, se existir uma matriz A', de mesma ordem, tal que A . A' = A' . A = In , então A' é matriz inversa de A . Representamos a matriz inversa por A-1 . Grandezas - Introdução Entendemos por grandeza tudo aquilo que pode ser medido, contado. As grandezas podem ter suas medidas aumentadas ou diminuídas. Alguns exemplos de grandeza: o volume, a massa, a superfície, o comprimento, a capacidade, a velocidade, o tempo, o custo e a produção. É comum ao nosso dia-a-dia situações em que relacionamos duas ou mais grandezas. Por exemplo: Em uma corrida de "quilômetros contra o relógio", quanto maior for a velocidade, menor será o tempo gasto nessa prova. Aqui as grandezas são a velocidade e o tempo. Num forno utilizado para a produção de ferro fundido comum, quanto maior for o tempo de uso, maior será a produção de ferro. Nesse caso, as grandezas são o tempo e a produção. Grandezas diretamente proporcionais Um forno tem sua produção de ferro fundido de acordo com a tabela abaixo: Tempo (minutos) Produção (Kg) 5 100 10 200 15 300 20 400 Observe que uma grandeza varia de acordo com a outra. Essas grandezas são variáveis dependentes. Observe que: Quando duplicamos o tempo, a produção também duplica. 5min ----> 100Kg 10 min ----> 200Kg Quando triplicamos o tempo, a produção também triplica. 5min ----> 100Kg 15 min ----> 300Kg Assim: Duas grandezas variáveis dependentes são diretamente proporcionais quando a razão entre os valores da 1ª grandeza é igual a razão entre os valores correspondentes da 2ª Verifique na tabela que a razão entre dois valores de uma grandeza é igual a razão entre os dois valores correspondentes da outra grandeza. Grandezas inversamente proporcionais Um ciclista faz um treino para a prova de "1000 metros contra o relógio", mantendo em cada volta uma velocidade constante e obtendo, assim, um tempo correspondente, conforme a tabela abaixo Velocidade (m/s) Tempo (s) 5 200 8 125 10 100 16 62,5 20 50 Observe que uma grandeza varia de acordo com a outra. Essas grandezas são variáveis dependentes. Observe que: Quando duplicamos a velocidade, o tempo fica reduzido à metade. 5m/s ----> 200s 10 m/s ----> 100s Quando quadriplicamos a velocidade, o tempo fica reduzido à quarta parte. 5m/s ----> 200s 20 m/s ----> 50s Assim: Duas grandezas variáveis dependentes são inversamente proporcionais quando a razão entre os valores da 1ª grandeza é igual ao inverso da razão entre os valores correspondentes da 2ª. Verifique na tabela que a razão entre dois valores de uma grandeza é igual ao inverso da razão entre os dois valores correspondentes da outra grandeza. POLINÔMIOS • Definição Uma função polinomial ou simplesmente polinômio, é toda função definida pela relação P(x)=anxn + an-1.xn-1 + an-2.xn-2 + ... + a2x2 + a1x + a0. Onde: an, an-1, an-2, ..., a2, a1, a0 são números reais chamados coeficientes. n ∈ IN x ∈ C (nos complexos) é a variável. GRAU DE UM POLINÔMIO:Grau de um polinômio é o expoente máximo que ele possui. Se o coeficiente an≠0, então o expoente máximo n é dito grau do polinômio e indicamos gr(P)=n. Exemplos: a) P(x)=5 ou P(x)=5.x0 é um polinômio constante, ou seja, gr(P)=0. b) P(x)=3x+5 é um polinômio do 1º grau, isto é, gr(P)=1. c) P(x)=4x5+7x4 é um polinômio do 5º grau, ou seja, gr(P)=5. Obs: Se P(x)=0, não se define o grau do polinômio. • Valor numérico O valor numérico de um polinômio P(x) para x=a, é o número que se obtém substituindo x por a e efetuando todas as operações indicadas pela relação que define o polinômio. Exemplo: Se P(x)=x3+2x2+x-4, o valor numérico de P(x), para x=2, é: P(x)= x3+2x2+x-4 P(2)= 23+2.22+2-4 P(2)= 14 Observação: Se P(a)=0, o número a chamado raiz ou zero de P(x). Por exemplo, no polinômio P(x)=x2-3x+2 temos P(1)=0; logo, 1 é raiz ou zero desse polinômio. Alguns exercícios resolvidos: 1º) Sabendo-se que –3 é raiz de P(x)=x3+4x2-ax+1, calcular o valor de a. Resolução: Se –3 é raiz de P(x), então P(-3)=0. P(-3)=0 => (-3)3+4(-3)2-a.(-3)+1 = 0 3a = -10 => a=-10/3 Resposta: a=-10/3 2º) Calcular m ∈ IR para que o polinômio P(x)=(m2-1)x3+(m+1)x2-x+4 seja: a) do 3ºgrau b) do 2º grau c) do 1º grau Resposta: a) para o polinômio ser do 3º grau, os coeficientes de x2 e x3 devem ser diferentes de zero. Então: m2-1≠0 => m2≠1 => m≠1 m+1≠0 => m≠-1 Portanto, o polinômio é do 3º grau se m≠1 e m≠-1. b) para o polinômio ser do 2º grau, o coeficiente de x3 deve ser igual a zero e o coeficiente de x2 diferente de zero. Então: m2-1=0 => m2=1 => m=±1 m+1≠0 => m≠-1 Portanto, o polinômio é do 2º grau se m=1. c) para o polinômio ser do 1º grau, os coeficientes de x2 e x3 devem ser iguais a zero. Então: m2-1=0 => m2=1 => m=±1 m+1=0 => m=-1 Portanto, o polinômio é do 1º grau se m=-1. 3º) Num polinômio P(x), do 3º grau, o coeficiente de x3 é 1. Se P(1)=P(2)=0 e P(3)=30, calcule o valor de P(-1). Resolução: Temos o polinômio: P(x)=x3+ax2+bx+c. Precisamos encontrar os valores de a,b e c (coeficientes). Vamos utilizar os dados fornecidos pelo enunciado do problema: P(1)=0 => (1)3+a.(1)2+b(1)+c = 0 => 1+a+b+c=0 => a+b+c=-1 P(2)=0 => (2)3+a.(2)2+b(2)+c = 0 => 8+4a+2b+c=0 => 4a+2b+c=-8 P(3)=30 => (3)3+a.(3)2+b(3)+c = 30 => 27+9a+3b+c=30 => 9a+3b+c=3 Temos um sistema de três variáveis: Resolvendo esse sistema encontramos as soluções: a=9, b=-34, c=24 Portanto o polinômio em questão é P(x)= x3+9x2-34x+24. O problema pede P(-1): P(-1)= (-1)3+9(-1)2-34(-1)+24 => P(-1)=-1+9+34+24 P(-1)= 66 Resposta: P(-1)= 66 • Polinômios iguais Dizemos que dois polinômios A(x) e B(x) são iguais ou idênticos (e indicamos A(x)≡B(x)) quando assumem valores numéricos iguais para qualquer valor comum atribuído à variável x. A condição para que dois polinômios sejam iguais ou idênticos é que os coeficientes dos termos correspondentes sejam iguais. Exemplo: Calcular a,b e c, sabendo-se que x2-2x+1 ≡ a(x2+x+1)+(bx+c)(x+1). Resolução: Eliminando os parênteses e somando os termos semelhantes do segundo membro temos: x2-2x+1 ≡ ax2+ax+a+bx2+bx+cx+c 1x2-2x+1 ≡ (a+b)x2+(a+b+c)x+(a+c) Agora igualamos os coeficientes correspondentes: =++ =++ =++ 3c3b9a -8c2b4a -1cba =+ −=++ =+ 1 2 1 ca cba ba Substituindo a 1ª equação na 2ª: 1+c = -2 => c=-3. Colocando esse valor de c na 3ª equação, temos: a-3=1 => a=4. Colocando esse valor de a na 1ª equação, temos: 4+b=1 => b=-3. Resposta: a=4, b=-3 e c=-3. Obs: um polinômio é dito identicamente nulo se tem todos os seus coeficientes nulos. • Divisão de polinômios Sejam dois polinômios P(x) e D(x), com D(x) não nulo. Efetuar a divisão de P por D é determinar dois polinômios Q(x) e R(x), que satisfaçam as duas condições abaixo: 1ª) Q(x).D(x) + R(x) = P(x) 2ª) gr(R) < gr(D) ou R(x)=0 Nessa divisão: P(x) é o dividendo. D(x) é o divisor. Q(x) é o quociente. R(x) é o resto da divisão. Obs: Quando temos R(x)=0 dizemos que a divisão é exata, ou seja, P(x) é divisível por D(x) ou D(x) é divisor de P(x). Exemplo: Determinar o quociente de P(x)=x4+x3-7x2+9x-1 por D(x)=x2+3x-2. Resolução: Aplicando o método da chave, temos: )( )( )(D )( xQxR xxP Se D(x) é divisor de P(x) ⇔ R(x)=0 Verificamos que: • Divisão de um polinômio por um binômio da forma ax+b Vamos calcular o resto da divisão de P(x)=4x2-2x+3 por D(x)=2x-1. Utilizando o método da chave temos: Logo: R(x)=3 A raiz do divisor é 2x-1=0 => x=1/2. Agora calculamos P(x) para x=1/2. P(1/2) = 4(1/4) – 2(1/2) + 3 P(1/2) = 3 Observe que R(x) = 3 = P(1/2) Portanto, mostramos que o resto da divisão de P(x) por D(x) é igual ao valor numérico de P(x) para x=1/2, isto é, a raiz do divisor. • Teorema do resto R(x)Q(x) 2 D(x) 2 P(x) 234 1)(2x 1)2x-(x 2)-3x(x 1-9x7x-xx ++++≡++ 3 2 24 12 324 2 2 xxx xxx +− −+− O resto da divisão de um polinômio P(x) pelo binômio ax+b é igual a P(-b/a). )( 12 23 15 462 1952 )( 12 23 23 197 2 2 23 23 2234 2234 xRx xx xx xxx xxx xQxxxxx xxxxxx →+ +−− −+ −++ −+−− →+−+−− −+−+−+ Note que –b/a é a raiz do divisor. Exemplo: Calcule o resto da divisão de x2+5x-1 por x+1. Resolução: Achamos a raiz do divisor: x+1=0 => x=-1 Pelo teorema do resto sabemos que o resto é igual a P(-1): P(-1)=(-1)2+5.(-1)-1 => P(-1) = -5 = R(x) Resposta: R(x) = -5. • Teorema de D’Alembert Exemplo: Determinar o valor de p, para que o polinômio P(x)=2x3+5x2- px+2 seja divisível por x-2. Resolução: Se P(x) é divisível por x-2, então P(2)=0. P(2)=0 => 2.8+5.4-2p+2=0 => 16+20-2p+2=0 => p=19 Resposta: p=19. • Divisão de um polinômio pelo produto (x-a)(x-b) Vamos resolver o seguinte problema: calcular o resto da divisão do polinômio P(x) pelo produto (x-a)(x-b), sabendo-se que os restos da divisão de P(x) por (x-a) e por (x-b) são, respectivamente, r1 e r2. Temos: a é a raiz do divisor x-a, portanto P(a)=r1 (eq. 1) b é a raiz do divisor x-b, portanto P(b)=r2 (eq. 2) E para o divisor (x-a)(x-b) temos P(x)=(x-a)(x-b) Q(x) + R(x) (eq. 3) O resto da divisão de P(x) por (x-a)(x-b) é no máximo do 1º grau, pois o divisor é do 2º grau; logo: R(x)=cx+d Da eq.3 vem: P(x)=(x-a)(x-b) Q(x) + cx + d Fazendo: x=a => P(a) = c(a)+d (eq. 4) Um polinômio P(x) é divisível pelo binômio ax+b se P(-b/a)=0 x=b => P(b) = c(b)+d (eq. 5) Das equações 1, 2, 4 e 5 temos: Resolvendo o sistema obtemos: Observações: 1ª) Se P(x) for divisível por (x-a) e por (x-b), temos: P(a)= r1 =0 P(b)= r2 =0 Portanto, P(x) é divisível pelo produto (x-a)(x-b), pois: 2ª) Generalizando, temos: Se P(x) é divisível por n fatores distintos (x-a1), (x-a2),..., (x-an) então P(x) é divisível pelo produto (x-a1)(x-a2)...(x-an). Exemplo: Um polinômio P(x) dividido por x dá resto 6 e dividido por (x-1) dá resto 8. Qual o resto da divisão de P(x) por x(x-1)? Resolução: 0 é a raiz do divisor x, portanto P(0)=6 (eq. 1) 1 é a raiz do divisor x-1, portanto P(1)=8 (eq. 2) E para o divisor x(x-1) temos P(x)=x(x-1) Q(x) + R(x) (eq. 3) O resto da divisão de P(x) por x(x-1) é no máximo do 1º grau, pois o divisor é do 2º grau; logo: R(x)=ax+b 0 00 )( 1221 =+= − − + − − = ba arar x ba rr xR =+ =+ 2 1 rdcb rdca ba ba arar x ba rr xR ba ba arar d ba rr c ≠ − − + − − = ≠ −− = − − = com , )( :Logo com , e 1221 1221 Da eq.3 vem: P(x)=x(x-1) Q(x) + ax + b Fazendo: x=0 => P(0) = a(0)+b => P(0) = b (eq. 4) x=1 => P(1) = a(1)+b => P(1) = a+b (eq. 5) Das equações 1, 2, 4 e 5 temos: Logo, b=6 e a=2. Agora achamos o resto: R(x) = ax+b = 2x+6 Resposta: R(x) = 2x+6. • O dispositivo de Briot-Ruffini Serve para efetuar a divisão de um polinômio P(x) por um binômio da forma (ax+b). Exemplo: Determinar o quociente e o resto da divisão do polinômio P(x)=3x3-5x2+x-2 por (x-2). Resolução: Observe que o grau de Q(x) é uma unidade inferior ao de P(x), pois o divisor é de grau 1. Resposta: Q(x)=3x2+x+3 e R(x)=4. Para a resolução desse problema seguimos os seguintes passos: 1º) Colocamos a raiz do divisor e os coeficientes do dividendo ordenadamente na parte de cima da “cerquinha”. 2º) O primeiro coeficiente do dividendo é repetido abaixo. =+ = 8 6 ba b RESTOQ(x) QUOCIENTE DO ESCOEFICIENT P(x) DE ESCOEFICIENTDIVISOR DO RAIZ 4 3 1 3 2)2.(3 1)2.(1 5)2.(3 2 1 5 3 2 −+−↓ −− 3º) Multiplicamos a raiz do divisor por esse coeficiente repetido abaixo e somamos o produto com o 2º coeficiente do dividendo, colocando o resultado abaixo deste. 4º) Multiplicamos a raiz do divisor pelo número colocado abaixo do 2º coeficiente e somamos o produto com o 3º coeficiente, colocando o resultado abaixo deste, e assim sucessivamente. 5º) Separamos o último número formado, que é igual ao resto da divisão, e os números que ficam à esquerda deste serão os coeficientes do quociente. • Decomposição de um polinômio em fatores Vamos analisar dois casos: 1º caso: O polinômio é do 2º grau. De uma forma geral, o polinômio de 2º grau P(x)=ax2+bx+c que admite as raízes r1 e r2 pode ser decomposto em fatores do 1º grau, da seguinte forma: Exemplos: 1) Fatorar o polinômio P(x)=x2-4. Resolução: Fazendo x2-4=0, obtemos as raízes r1=2 e r2=-2. Logo: x2-4 = (x-2)(x+2). 2) Fatorar o polinômio P(x)=x2-7x+10. Resolução: Fazendo x2-7x+10=0, obtemos as raízes r1=5 e r2=2. Logo: x2-7x+10 = (x-5)(x-2). 2º caso: O polinômio é de grau maior ou igual a 3. Conhecendo uma das raízes de um polinômio de 3º grau, podemos decompô-lo num produto de um polinômio do 1º grau por um polinômio do 2º grau e, se este tiver raízes, podemos em seguida decompô-lo também. Exemplo: Decompor em fatores do 1º grau o polinômio 2x3-x2-x. Resolução: 2x3-x2-x = x.(2x2-x-1) colocando x em evidência Fazendo x.(2x2-x-1) = 0 obtemos: x=0 ou 2x2-x-1=0. ax2+bx+c = a(x-r1)(x-r2) Uma das raízes já encontramos (x=0). As outras duas saem da equação: 2x2-x-1=0 => r1=1 e r2=-1/2. Portanto, o polinômio 2x3-x2-x, na forma fatorada é: 2.x.(x-1).(x+(1/2)). Generalizando, se o polinômio P(x)=anxn+an-1xn-1+...+a1x+a0 admite n raízes r1, r2,..., rn, podemos decompô-lo em fatores da seguinte forma: Observações: 1) Se duas, três ou mais raiz forem iguais, dizemos que são raízes duplas, triplas, etc. 2) Uma raiz r1 do polinômio P(x) é dita raiz dupla ou de multiplicidade 2 se P(x) é divisível por (x-r1)2 e não por (x-r1)3. anxn+an-1xn-1+...+a1x+a0 = an(x-r1)(x-r2)...(x-rn) PROBABILIDADE A história da teoria das probabilidades, teve início com os jogos de cartas, dados e de roleta. Esse é o motivo da grande existência de exemplos de jogos de azar no estudo da probabilidade. A teoria da probabilidade permite que se calcule a chance de ocorrência de um número em um experimento aleatório. Experimento Aleatório É aquele experimento que quando repetido em iguais condições, podem fornecer resultados diferentes, ou seja, são resultados explicados ao acaso. Quando se fala de tempo e possibilidades de ganho na loteria, a abordagem envolve cálculo de experimento aleatório. Espaço Amostral É o conjunto de todos os resultados possíveis de um experimento aleatório. A letra que representa o espaço amostral, é S. Exemplo: Lançando uma moeda e um dado, simultaneamente, sendo S o espaço amostral, constituído pelos 12 elementos: S = {K1, K2, K3, K4, K5, K6, R1, R2, R3, R4, R5, R6} 1. Escreva explicitamente os seguintes eventos: A={caras e m número par aparece}, B={um número primo aparece}, C={coroas e um número ímpar aparecem}. 2. Idem, o evento em que: a) A ou B ocorrem; b) B e C ocorrem; c) Somente B ocorre. 3. Quais dos eventos A,B e C são mutuamente exclusivos Resolução: 1. Para obter A, escolhemos os elementos de S constituídos de um K e um número par: A={K2, K4, K6}; Para obter B, escolhemos os pontos de S constituídos de números primos: B={K2,K3,K5,R2,R3,R5} Para obter C, escolhemos os pontos de S constituídos de um R e um número ímpar: C={R1,R3,R5}. 2. (a) A ou B = AUB = {K2,K4,K6,K3,K5,R2,R3,R5} (b) B e C = B ∩ C = {R3,R5} (c) Escolhemos os elementos de B que não estão em A ou C; B ∩ Ac ∩ Cc = {K3,K5,R2} 3. A e C são mutuamente exclusivos, porque A ∩ C = ∅ Conceito de probabilidade Se em um fenômeno aleatório as possibilidades são igualmente prováveis, então a probabilidade de ocorrer um evento A é: Por, exemplo, no lançamento de um dado, um número par pode ocorrer de 3 maneiras diferentes dentre 6 igualmente prováveis, portanto, P = 3/6= 1/2 = 50% Dizemos que um espaço amostral S (finito) é equiprovável quando seus eventos elementares têm probabilidades iguais de ocorrência. Num espaço amostral equiprovável S (finito), a probabilidade de ocorrência de um evento A é sempre: Propriedades Importantes: 1. Se A e A’ são eventos complementares, então: P( A ) + P( A' ) = 1 2. A probabilidade de um evento é sempre um número entre ∅ (probabilidade de evento impossível) e 1 (probabilidade do evento certo). Probabilidade Condicional Antes da realização de um experimento, é necessário que já tenha alguma informação sobre o evento que se deseja observar. Nesse caso, o espaço amostral se modifica e o evento tem a sua probabilidade de ocorrência alterada. Fórmula de Probabilidade Condicional P(E1 e E2 e E3 e ...e En-1 e En) é igual a P(E1).P(E2/E1).P(E3/E1 e E2)...P(En/E1 e E2 e ...En-1). Onde P(E2/E1) é a probabilidade de ocorrer E2, condicionada pelo fato de já ter ocorrido E1; P(E3/E1 e E2) é a probabilidade ocorrer E3, condicionada pelo fato de já terem ocorrido E1 e E2; P(Pn/E1 e E2 e ...En-1) é a probabilidade de ocorrer En, condicionada ao fato de já ter ocorrido E1 e E2...En-1. Exemplo: Uma urna tem 30 bolas, sendo 10 vermelhas e 20 azuis. Se ocorrer um sorteio de 2 bolas, uma de cada vez e sem reposição, qual será a probabilidade de a primeira ser vermelha e a segunda ser azul? Resolução: Seja o espaço amostral S=30 bolas, bolinhas e considerarmos os seguintes eventos: A: vermelha na primeira retirada e P(A) = 10/30 B: azul na segunda retirada e P(B) = 20/29 Assim: P(A e B) = P(A).(B/A) = 10/30.20/29 = 20/87 Eventos independentes Dizemos que E1 e E2 e ...En-1, En são eventos independentes quando a probabilidade de ocorrer um deles não depende do fato de os outros terem ou não terem ocorrido. Fórmula da probabilidade dos eventos independentes: P(E1 e E2 e E3 e ...e En-1 e En) = P(E1).P(E2).p(E3)...P(En)
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