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EP 02 – 2017 - 1 – Gabarito Polinômios – Análise de Sinal Pré-Cálculo 1 de 15 CEDERJ Gabarito EP 02 Pré-Cálculo __________________________________________________________________________________ Exercício 1: Fatore os polinômios a seguir e estude o seu sinal. Quando possível, apresente as conclusões na forma de intervalo, isto é, escreva as conclusões como um único intervalo ou como união de intervalos disjuntos (intervalos disjuntos não têm pontos em comum). a) 1 2 1 2 1 )( 23 xxxxp b) 1243)( 23 xxxxq c) 8814143)( 234 xxxxxs Resolução: a) 1 2 1 2 1 )( 23 xxxxp . Note que, )22( 2 1 1 2 1 2 1 )( 2323 xxxxxxxp , ou seja , )( 2 1 )( xqxp , onde )( xq é um polinômio com coeficientes inteiros. As possíveis raízes racionais de )( xq são inteiras e estão entre os divisores do termo independente −2, que são: 2,2,1,1 . Calculando os valores de nessas possíveis raízes, verificamos que somente 2x é raiz de , pois 𝑞(2) = 23 − 2 ∙ 22 + 2 − 2 = 8 − 8 + 2 − 2 = 0 e 𝑞(−1) ≠ 0 , 𝑞(1) ≠ 0 e 𝑞(−2) ≠ 0 , portanto 𝑥 = 2 é a única raiz de )( xp . Dividindo por 2x obtemos, )1()2()( 2 xxxq . Portanto, )1()2( 2 1 )( 2 1 )( 2 xxxqxp . Como IR,0112 xx , então o sinal de )( xp depende somente do sinal de 2x . Logo, 2020)( xxxp ⟺ 𝑥 ∈ (2, ∞). 2020)( xxxp ⟺ 𝑥 ∈ (−∞, 2). 2020)( xxxp . --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- b) 1243)( 23 xxxxq Vamos, inicialmente, buscar as raízes reais do polinômio 1243)( 23 xxxxq . )( xq )( xq )( xq EP 02 – 2017 - 1 – Gabarito Polinômios – Análise de Sinal Pré-Cálculo 2 de 15 As possíveis raízes inteiras desse polinômio são os divisores do termo independente 12, que são: 12,12,6,6,4,4,3,3,2,2,1,1 . Calculando: 0101243112)1(4)1(3)1()1( 23 q . Logo, −1 não é raiz desse polinômio. 020124311214131)1( 23 q . Logo, 1 não é raiz desse polinômio. 0812812812)2(4)2(3)2()2( 23 q . Logo, −2 não é raiz desse polinômio. 0401281281224232)2( 23 q . Logo, 2 não é raiz desse polinômio. 01212272712)3(4)3(3)3()3( 23 q . Logo, 3 é raiz desse polinômio. Dividindo )( xq por 3)3( xx obtemos, 42 x . Portanto, )4()3(1243)( 223 xxxxxxq . Como 0442 x então esse polinômio nunca se anula, não tem raízes reais. Assim, )4()3()( 2 xxxq é a fatoração do polinômio )(xq em IR . Como , então o sinal do polinômio )4()3()( 2 xxxq , depende apenas do sinal do fator linear 3x . Portanto, 3030)( xxxq 3030)( xxxq ⟺ 𝑥 ∈ (−3, ∞) 3030)( xxxq ⟺ 𝑥 ∈ (−∞, −3) O polinômio )(xq pode ser calculado para todos os números reais. --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Prestem bastante atenção na resolução do item c). A fatoração do polinômio )( xs envolve o estudo de raízes racionais e )( xs tem também raízes irracionais. Para fazer o estudo do sinal desse polinômio será preciso ordenar as raízes encontradas. É um exercício bem completo. Confira a sua solução com atenção, ou se não resolveu esse item, acompanhe todos os passos dessa resolução. c) 8814143)( 234 xxxxxs Vamos, inicialmente, buscar as raízes reais do polinômio 8814143)( 234 xxxxxs . 0442 x EP 02 – 2017 - 1 – Gabarito Polinômios – Análise de Sinal Pré-Cálculo 3 de 15 As possíveis raízes inteiras desse polinômio são os divisores do termo independente 8 , que são: 8,8,4,4,2,2,1,1 . Calculando: 0388141438)1(8)1(41)1(14)1(3)1( 234 s . Logo, 1 não é raiz desse polinômio. 015881414381811411413)1( 234 s . Logo, 1 não é raiz desse polinômio. 081656112488)2(8)2(41)2(14)2(3)2( 234 s . Logo, 2 é raiz desse polinômio. Dividindo )( xs por 2)2( xx obtemos, 4283 23 xxx . Portanto, )4283()2(8814143)( 23234 xxxxxxxxxs . Vamos agora buscar as raízes do fator 4283)( 231 xxxxs As possíveis raízes inteiras desse polinômio, 4283)( 231 xxxxs , são os divisores do termo independente 4 , que são: 4,4,2,2,1,1 . Como 11 e não são raízes de )( xs então também não são raízes de . De fato, como )()2()( 1 xsxxs então o valor de x que anular )(1 xs , anula também )( xs . Vamos testar 2 e 2 . Calculando: 084432244)2(2)2(8)2(3)2( 231 s . Logo, −2 não é raiz desse polinômio. 0484432244222823)2( 231 s . Logo, 2 não é raiz desse polinômio. Vamos testar 4 e 4 . Calculando: 060481281924)4(2)4(8)4(3)4( 231 s . Logo, 4 não é raiz desse polinômio. 0308481281924424843)4( 231 s . Logo, 4 não é raiz desse polinômio. Vamos verificar agora, possíveis raízes racionais de )(1 xs . )(1 xs EP 02 – 2017 - 1 – Gabarito Polinômios – Análise de Sinal Pré-Cálculo 4 de 15 As possíveis raízes racionais "não inteiras" do polinômio 4283)( 231 xxxxs são os divisores do termo independente 4 , que são: 4,4,2,2,1,1 , divididos pelos divisores do coeficiente do termo de maior grau, diferentes de 1,1 , que são: 3,3 . As possíveis raízes racionais "não inteiras" são: 3 4 , 3 4 , 3 2 , 3 2 , 3 1 , 3 1 . Calculando: 0 9 23 4 3 2 3 1 8 3 1 34) 3 1 (2) 3 1 (8) 3 1 (3) 3 1 ( 23 23 1 s . Logo, 3 1 não é raiz desse polinômio 0 3 11 4 3 2 3 1 8 3 1 34) 3 1 (2) 3 1 (8) 3 1 (3) 3 1 ( 23 23 1 s . Logo, 3 1 não é raiz desse polinômio. 04 3 4 3 4 8 3 8 34) 3 2 (2) 3 2 (8) 3 2 (3) 3 2 ( 23 23 1 s . Logo, 3 2 é raiz desse polinômio. Dividindo )(1 xs por 3 2 ) 3 2 ( xx obtemos, 663 2 xx . Portanto, )663() 3 2 (4283)( 2231 xxxxxxxs . Buscando as raízes de 663)( 22 xxxs : 31 6 366 6 1086 32 )6(3466 2 x . Portanto, ))31(())31((3663)( 22 xxxxxs . Assim, ))31(())31(() 3 2 ()2(38814143)( 234 xxxxxxxxxs . Para analisar o sinal do polinômio )(xs , devemos analisar o sinal dos fatores lineares: EP 02 – 2017 - 1 – Gabarito Polinômios – Análise de Sinal Pré-Cálculo 5 de 15 31,31, 3 2 ,2 xxxx e depois multiplicar os sinais. Vamos fazer a tabela de sinais, mas para isso é preciso ordenar os números reais: 31,31, 3 2 ,2 , que são as raízes do polinômio )(xs . Temos que: 013131313 . Os números 31, 3 2 ,2 são todos negativos e 3 2 2 . Vamos comparar 312 e . 31312312231 . Como a última afirmação da direita é verdadeira, então pelas equivalências a afirmação 231 também é verdadeira. Portanto, 31 3 2 231 31 x 31x 231 x 2x 31x 0 2x 0 3 2 x 31x Produto dos sinais 0 0 3 2 2 x 3 2 x 31 3 2 x 31x x31 31x 2x 3 2 x 0 31x 0 Produto dos sinais 0 0 EP 02 – 2017 - 1 – Gabarito Polinômios – Análise de Sinal Pré-Cálculo 6 de 15 Concluímos, portanto, que: 31,31, 3 2 ,208814143)( 234 xxxxxs ),31() 3 2 ,2()31,(08814143)( 234 xxxxxs )31, 3 2 ()2,31(08814143)( 234 xxxxxs O polinômio 8814143)( 234 xxxxxs pode ser calculado para IR x . __________________________________________________________________________________ Exercício 2: Determine o conjunto S dos números reais tais que o gráfico de xxxg 92)( 3 está acima ou intersecta o gráfico da parábola 52 xy . Resolução: Para responder o que é solicitado, é preciso resolver a inequação 592 23 xxx , ou seja, a inequação, 0592 23 xxx . Este problema geométrico será tratado algebricamente. Temos então, que estudar o sinal do polinômio 592)( 23 xxxxp . Pesquisando as raízes inteiras: 275)5(,315)5(,15)1(,7)1( pppp . Concluímos que o polinômio )( xp não tem raízes inteiras. Pesquisando as raízes racionais, não inteiras: 2 105 ) 2 5 (,55) 2 5 (, 2 19 ) 2 1 (,0) 2 1 ( pppp . Concluímos que a única raiz racional do polinômio )( xp é 2 1 x . Portanto, )1022() 2 1 (592)( 223 xxxxxxxp . Temos que 01022 2 xx , pois este trinômio do segundo grau não tem raízes reais, já que 768041024)2(4 22 cab é negativo e 0a . Assim, o sinal de )( xp depende apenas do sinal de 2 1 x . Logo, 2 1 0 2 1 0)( xxxp . 2 1 0 2 1 0)( xxxp . 2 1 0 2 1 0)( xxxp EP 02 – 2017 - 1 – Gabarito Polinômios – Análise de Sinal Pré-Cálculo 7 de 15 Portanto, o conjunto S dos números reais tais que o gráfico de xxxg 92)( 3 está acima ou intersecta o gráfico da parábola 52 xy é , 2 1 S . Apenas por curiosidade, veja os gráficos de xxy 92 3 e 52 xy . Você ainda vai aprender a traçar o gráfico de xxy 92 3 em Cálculo I. ___________________________________________________________________________________ Exercício 3: Analise o sinal da expressão 3 23 1 1 )( x xxx xE . Resolução: Fatorando o numerador 123 xxx : As possíveis raízes inteiras desse polinômio são os divisores do termo independente, 1 , que são: 1,1 . Calculando: 011111)1()1()1( 23 . Logo, 1x é raiz do polinômio 123 xxx . Assim, )1()1(1 223 xxxxx . Como 112 x , então IR,012 xparax , não tem raízes reais. Portanto, )1()1(1 223 xxxxx está completamente fatorado em IR . Fatorando o denominador 11 33 xx : As possíveis raízes inteiras desse polinômio são os divisores do termo independente, 1 , que são: 1,1 . Calculando: 0111)1( 3 . Logo, 𝑥 = 1 é raiz do polinômio 13 x . Assim, )1()1()1()1(1 223 xxxxxxx . Temos que 012 xx , IR x , pois este trinômio do segundo grau não tem raízes reais, já que 34111414 22 cab é negativo e 0a . Temos, portanto, que: )1()1( )1()1( 1 1 )( 2 2 3 23 xxx xx x xxx xE EP 02 – 2017 - 1 – Gabarito Polinômios – Análise de Sinal Pré-Cálculo 8 de 15 Vamos fazer a tabela dos sinais. Para isso note que: IR,012 xparax ; IR,012 xparaxx . Assim: )1,1(0 )1()1( )1()1( 1 1 )( 2 2 3 23 x xxx xx x xxx xE ),1()1,(0 )1()1( )1()1( 1 1 )( 2 2 3 23 x xxx xx x xxx xE 10 )1()1( )1()1( 1 1 )( 2 2 3 23 x xxx xx x xxx xE )1()1( )1()1( 1 1 )( 2 2 3 23 xxx xx x xxx xE não pode ser calculada para 1x . __________________________________________________________________________________ Exercício 4: Diga para que valores de IRx , a expressão 1 232 )( 23 x xxx xE pode ser calculada. Resolução: A expressão 1 232 )( 23 x xxx xE pode ser calculada para IR x , tal que, 0232 23 xxx , pois para que a raiz quadrada possa ser calculada é preciso que o radicando seja positivo ou nulo e 01 x , pois o denominador não pode se anular. 1 x 1x 11 x 1x x1 1x 0 12 x + 1 − 𝑥 + 0 12 xx + )1()1( )1()1( )( 2 2 xxx xx xE 0 nd EP 02 – 2017 - 1 – Gabarito Polinômios – Análise de Sinal Pré-Cálculo 9 de 15 Vamos fatorar o polinômio 232)( 23 xxxxp . Buscando as raízes de )( xp . As possíveis raízes inteiras da equação são os divisores do termo independente 2 , que são 2,1 Testando 1x , obtemos 02)1(3)1(2)1( 23 . Assim, 1x é raiz de )( xp . Dividindo o polinômio 232)( 23 xxxxp por 1x , obtemos )2()1(232)( 223 xxxxxxxp . Note que 22 xxy nunca se anula, pois 0721414 22 cab e 022 xx , para IR x , pois o coeficiente 01 a . Portanto, o sinal do polinômio )2()1(232)( 223 xxxxxxxp depende apenas, do sinal de 1x . Logo, 1010)( xxxp . 1010)( xxxp . Assim, 1010)( xxxp Donde, ),1()1,1[11010232 23 xxexxexxx . Concluímos então que, a expressão 1 232 )( 23 x xxx xE pode ser calculada para ),1()1,1[ x . __________________________________________________________________________________ Exercício 5: Encontre os valores de IRx para os quais é possível calcular a expressão )2)(4(4 )3()2( )( 45 xx xx xE . Resolução: Três condições devem ser satisfeitas, (I) 0)3()2( 45 xx(II) 0)2)(4( xx (III) 0)2)(4(4 xx Precisamos encontrar a solução de cada condição e depois fazer as interseções das três soluções. Resolvendo cada condição: EP 02 – 2017 - 1 – Gabarito Polinômios – Análise de Sinal Pré-Cálculo 10 de 15 (I) 0)3()2( 45 xx Como a potência de )2( x é ímpar, sabemos que: 2020)2( 5 xxx ; 2020)2( 5 xxx 2020)2( 5 xxx Como a potência de )3( x é par, sabemos que: 3030)3( 4 xxx 3030)3( 4 xxx A solução de (I) é ),2[31 S II) 0)2)(4( xx 2 x 2x 42 x 4x x4 )4( x 0 )2( x 0 )2)(4( xx 0 0 A solução de (II) é ),4[]2,(1 S III) 16)2)(4(4)2)(4(0)2)(4(4 xxxxxx Vamos resolver a equação de grau 2: 16)2)(4( xx 16)2)(4( xx 168422 xxx 02422 xx 2 102 2 9642 x 6x ou 4x Resolução de (III) é 64:3 xexxS lR . 3 x 3x 23 x 2x x2 5)2( x 0 4)3( x 0 45 )3()2( xx 0 0 EP 02 – 2017 - 1 – Gabarito Polinômios – Análise de Sinal Pré-Cálculo 11 de 15 Para visualizar melhor a interseção das 3 soluções, vamos visualizar cada uma na reta real: :1S :2S :3S :321 SSS Resposta em forma de intervalo: {−3} ∪ [4, 6) ∪ (6, ∞) __________________________________________________________________________________ Exercício 6: Analise o sinal da expressão xx xx xE 2 12 )( 2 23 e diga para que valores de IRx , a expressão xx xx xE 2 12 )( 2 23 1 pode ser calculada. Resolução: Para que xx xx xE 2 21 )( 2 23 1 possa ser calculada é preciso que: o radicando, xx xx xE 2 21 )( 2 23 , seja positivo ou nulo e o denominador xx 22 não se anule. Portanto queremos que 0 2 21 )( 2 23 xx xx xE e 022 xx . Mas, 200)2(022 xexxxxx . Vamos encontrar as raízes da equação 012 23 xx . As possíveis raízes inteiras são os divisores do termo independente 1 , que são 11 e . Testando 1x , obtemos: 01211121 23 . Logo, 1x é raiz da equação. Fatorando, obtemos: )1()1(12 223 xxxxx . Assim, 01010)1()1(012 2223 xxouxxxxxx . Analisando 012 xx : 2 51 2 411 12 )1(14)1()1( 01 2 2 xxx . 2 4 3 6 3 EP 02 – 2017 - 1 – Gabarito Polinômios – Análise de Sinal Pré-Cálculo 12 de 15 Analisando o sinal da expressão )2( )1()1( 2 12 )( 2 2 23 xx xxx xx xx xE : Os valores de lRx que anulam o numerador ou o denominador são: 2 51 ; 2 51 ;1;2;0 . Precisamos ordenar esses números para incluir na tabela: 2 2 51 10 2 51 2 51 x 2 51 x 0 2 51 x 0x 10 x 1x ) 2 51 ( x 0 ) 2 51 ( x x 0 2x )( xE 0 nd 1x 2 51 1 x 2 51 x 2 2 51 x 2x x2 1x 0 ) 2 51 ( x ) 2 51 ( x 0 x 2x 0 )( xE 0 0 nd Logo, o sinal da expressão xx xx xE 2 21 )( 2 23 é o seguinte: 2 51 1 2 51 0 2 21 )( 2 23 xouxoux xx xx xE . ),2() 2 51 ,1()0, 2 51 (0 2 21 )( 2 23 x xx xx xE . )2, 2 51 ()1,0() 2 51 ,(0 2 21 )( 2 23 x xx xx xE . 20paracalculadaserpodenão 2 21 )( 2 23 xex xx xx xE . EP 02 – 2017 - 1 – Gabarito Polinômios – Análise de Sinal Pré-Cálculo 13 de 15 Como queremos que 0 2 21 )( 2 23 xx xx xE e 022 xx , então, ,2 2 51 ,10, 2 51 x . Logo, os valores de IRx , para os quais a expressão xx xx xE 2 12 )( 2 23 1 pode ser calculada são os valores de IRx , tais que: ,2 2 51 ,10, 2 51 x . ___________________________________________________________________________________ Exercício 7: Resolva em IR , as seguintes inequações: a) 32 2 21 xx xx b) 1 22 x x Resolução: a) Para que a inequação 32 2 21 xx xx possa ser resolvida é preciso que 0x , para que os denominadores não se anulem.. 0 2)1( 0 2121 3 2 32 2 32 2 x xxx xx xx xx xx 0 2 3 23 x xxx . OBSERVAÇÃO: um erro muito comum que os alunos cometem ao resolver esse tipo de inequação é “multiplicar em cruz”. Leia na introdução do EP02 porque isso não estaria correto, seria encontrada outra resposta para esse exercício. Vamos fatorar o polinômio 2)( 23 xxxxp . As possíveis raízes inteiras são os divisores do termo independente 2 , que são 2,2,1,1 . Testando 1x , obtemos: 032)1()1()1( 23 . Logo, 1x não é raiz do polinômio )(xp . Testando 1x , obtemos: 032)1()1(1 23 . Logo, 1x não é raiz do polinômio )(xp . Testando 2x , obtemos: 02)2()2(2 23 . Logo, 2x é raiz do polinômio )(xp . Fatorando, obtemos: )1()2(2 223 xxxxxx . O trinômio do segundo grau 12 xx não tem raízes reais, pois 011414 22 cab . Como o coeficiente a de 2x é 1 , positivo, então IR,012 xxx . EP 02 – 2017 - 1 – Gabarito Polinômios – Análise de Sinal Pré-Cálculo 14 de 15 Analisando o sinal da expressão: 3 2 3 23 )1()2(2 x xxx x xxx 0 x 0x 20 x 2x x2 2x 0 12 xx 3x 0 3 23 2 x xxx nd 0 Assim, )2,0(0 2 3 23 x x xxx . --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- b) Para que a inequação 1 22 x x possa ser resolvida é preciso que o denominador 1x seja diferente de zero. Mas, 11101 xexxx . Vamos analisar x . I) Se 0x então xx . Portanto, 0 1 2 0 1 2 1 2 1 2 2222 x x x x x x x x 0 1 2 0 1 2)1( 232 x xx x xx . Vamos fatorar o polinômio 2)( 23 xxxp . As possíveis raízes inteiras são os divisores do termo independente 2 , que são 2,2,1,1 . Testando 1x , obtemos: 02)1()1( 23 . Logo, 1x é raiz do polinômio )(xp . Fatorando, obtemos: )22()1(2 223 xxxxx . O trinômio do segundo grau 222 xx não tem raízes reais, pois 0214)2(4 22 cab . Como o coeficiente a de 2x é 1 , positivo, então IR,0222 xxx . Analisando o sinal da expressão: 1 )22()1( 1 2 223 x xxx x xx , para 0x . EP 02 – 2017 - 1 – Gabarito Polinômios – Análise de Sinal Pré-Cálculo 15 de 15 Logo, para 0x , temos que ),1(0 1 223 x x xx . II) Se 0x então xx . Portanto, 0 1 2 1 2 1 2 1 2 2222 x x x x x x x x 0 1 2 0 1 2)1( 232 x xx x xx . Vamos fatorar o polinômio 2)( 23 xxxq . As possíveis raízes inteiras são os divisores do termo independente 2 , que são 2,2,1,1 . Testando 1x , obtemos: 022)1()1( 23 . Logo, 1x não é raiz do polinômio )(xq . Testando 1x , obtemos: 0211 23 . Logo, 1x é raiz do polinômio )(xq . Fatorando, obtemos: )22()1(2 223 xxxxx . O trinômio do segundo grau 222 xx não tem raízes reais, pois 021424 22 cab . Como o coeficiente a de 2x é 1 , positivo, então IR,0222 xxx . Analisando o sinal da expressão: 1 )22()1( 1 2 223 x xxx x xx , para 0x . 1 x 1x 01 x 1x 222 xx 1x 0 1 223 x xx nd Logo, para 0x , temos que: )1,(0 1 223 x x xx . Portanto, ),1()1,( 1 22 x x x . 0x 10 x 1x x1 1x 222 xx 1x 0 1 223 x xx nd
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