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47 MateMática Re vi sã o: L ea nd ro - D ia gr am aç ão : F ab io - 0 3/ 05 /1 1 // 2 ª R ev isã o - Am an da / Co rr eç ão - M ár ci o - 16 /0 5/ 11 Unidade II 3 Introdução à álgebra Para esta unidade, iremos resgatar os conceitos de álgebra. A matemática em geral é abstrata, porém a álgebra é um dos ramos da matemática em que mais se exige da capacidade de abstração, ou seja, requer que imaginemos coisas que não podemos ver, que não têm correspondência na vida prática, mas que formam as estruturas de pensamento com as quais compreendemos o mundo em que vivemos. Na unidade anterior, vimos os conceitos de regra de três, por exemplo, no qual utilizamos a álgebra intuitivamente. Agora, vamos trabalhar com equações, inequações e sistemas de equações, com os quais modelaremos situações aplicando conceitos matemáticos já adquiridos. 3.1 resgatando conceitos aritméticos Em geral, um dos primeiros contatos que temos na escola com a matemática é feito no momento em que nos são apresentados os números. Nesse momento, aprendemos a contar, por exemplo, nossa idade ou a quantidade de canetas que temos em nosso estojo. Quando começamos a estudar matemática, aprendemos a escrever os números e efetuar operações com eles. A esse contato inicial com os números e suas operações, chamamos de aritmética. Exemplo prático: Jéssica trabalha fazendo doces por encomenda. Seu brigadeiro é o mais famoso de seus produtos, pois pesa em média 60 g, o que significa um peso maior que a média, sem contar o sabor, que é incomparável. Ela vendeu 50 brigadeiros por R$ 1,50 cada um. Para fazê-los, gastou R$ 12,50 com ingredientes (leite condensado, margarina, chocolate em pó, chocolate granulado etc.), R$ 6,30 com gás e R$ 2,70 com forminhas. Qual foi seu lucro? Resolução: R$ 1,50 x 50 = R$ 75,00 → receita (recebeu) R$ 12,50 + R$ 6,30 + R$ 2,70 = R$ 21,50 → custo (gastou) R$ 75,00 - R$ 21,50 = R$ 53,50 → lucro (diferença entre a receita e o custo) Jéssica lucrou: R$ 53,50. Esses cálculos efetuados por Jéssica, em matemática, são chamadas de expressões numéricas, que nada mais são do que expressões matemáticas que envolvem operações com números. 48 Unidade II Re vi sã o: L ea nd ro - D ia gr am aç ão : F ab io - 0 3/ 05 /1 1 // 2 ª R ev isã o - Am an da / Co rr eç ão - M ár ci o - 16 /0 5/ 11 3.2 resgatando conceitos geométricos Outro contato tido com a matemática é feito no momento em que nos são apresentadas as formas. Ainda pequenos, começamos a identificar cada uma delas (quadrado, círculo, triângulo, retângulo). Em programas de televisão infantis são bem explorados esses conceitos. Quando começamos a estudar matemática, em particular a geometria, começamos a resolver problemas sobre medidas. Geometria é uma palavra grega que é formada por duas raízes: Metria (palavra em português) Metron (palavra em grego) Medida (significado) Geo (palavra em português) Geos (palavra em grego) Terra (significado) Geometria = medida da terra A geometria estuda as figuras planas e espaciais e suas respectivas propriedades. Exemplo prático: Um terreno tem um formato retangular com 4,5 metros de frente e 25 metros de fundo. Em todo seu redor deseja-se construir uma mureta com 2 metros de largura. Qual será a área total do terreno ocupada pela mureta? 25m 4,5m 4,5m 25m2m 2m 29m 8,5m 49 MateMática Re vi sã o: L ea nd ro - D ia gr am aç ão : F ab io - 0 3/ 05 /1 1 // 2 ª R ev isã o - Am an da / Co rr eç ão - M ár ci o - 16 /0 5/ 11 Resolução geométrica: Podemos dividir a mureta em 4 retângulos. Sabemos que a área de um retângulo é igual a multiplicação do seu comprimento pela sua largura. como dividimos a figura em 4 : 8,5m 2m 25m 25m 4,5m 2m Analisando a 3ª figura do exemplo, temos 2 retângulos na vertical de medidas 8,5 m por 2 m e, calculando sua área, temos: 8,5 m x 2 m = 17 m2 Temos também 2 retângulos na posição horizontal com medidas 25 m por 2 m e calculando sua área temos: 25 m x 2 m = 50 m2 Para sabermos a área total dessa mureta é necessário somar a área dos 4 retângulos: 17 m2 + 17 m2 + 50 m2 + 50 m2 = 134 m2 3.3 álgebra As equações algébricas constituem a parte da matemática que explora a capacidade de abstrair, generalizar. Elas são introduzidas nos estudos escolares, em geral, no 7º ano (antiga 6ª série) do Ensino Fundamental, quando nos são apresentados os conceitos de equações, inequações e proporcionalidade (regra de três). Exemplo prático: Seu Nelson gastou um quarto do seu salário com alimentação e um terço com despesas da casa. Após ter quitado suas contas do mês, sobraram-lhe R$ 380,00. Qual é o salário do senhor Nelson? Esse problema está descrito como um problema cotidiano. Para resolvê-lo precisamos fazer algumas adaptações matemáticas: 50 Unidade II Re vi sã o: L ea nd ro - D ia gr am aç ão : F ab io - 0 3/ 05 /1 1 // 2 ª R ev isã o - Am an da / Co rr eç ão - M ár ci o - 16 /0 5/ 11 1 4 0 25 → →, Um sobre quatro , ou 1 4 0 25÷ = , . O mesmo fazemos para representar um terço: 1 3 0 33 → →, .. Um sobre três, ou 1 3 0,33...÷ = Essas representações matemáticas nós já aprendemos fazer, e sabemos também que, após o pagamento de todas as contas, sobraram R$ 380,00. Sendo assim, temos: 1 4 (alimentação) + 1 3 (aluguel) + 380 (sobra) = ??? Somente com essas informações não é possível resolver o problema, pois não sabemos o valor do salário. É nesse momento que utilizamos um símbolo (uma letra) para representar esse número. Em geral utilizamos a letra x, que, nesse caso, assume o papel de uma incógnita. Sendo assim, utilizando a letra x para representar o salário, temos: 1 4 1 3 380x x x+ + = Esse é um modelo matemático que nos possibilita efetuar a resolução. Porém existem algumas técnicas e procedimentos que devemos executar para resolvermos: 1 4 1 3 380 3 4 12 380 7 12 380 7 12 12 380 5 12 3 x x x x x x x x x x x + + = + + = − = − − = − − = − 880 5 380 12 5 4560 4560 5 912 − = − − = − = − − = x x x x . 51 MateMática Re vi sã o: L ea nd ro - D ia gr am aç ão : F ab io - 0 3/ 05 /1 1 // 2 ª R ev isã o - Am an da / Co rr eç ão - M ár ci o - 16 /0 5/ 11 lembrete Igualdade: em uma sentença matemática, usamos o símbolo = para representarmos uma igualdade. 3.3.1 O x da questão As literais –a, b, x, y – são utilizadas em matemática para expressar valores que não são conhecidos. Essas literais podem assumir três papéis: incógnitas, parâmetros e variáveis. Uma literal é considerada uma incógnita quando está substituindo um valor determinado, porém não conhecido. Usualmente, utilizamos as letras finais do alfabeto – x, y e z – para expressar incógnitas. Estas aparecem mais frequentemente quando queremos expressar uma situação cotidiana utilizando um modelo matemático a fim de possibilitar o emprego das técnicas algébricas para resolução do problema e descobrirmos o valor desconhecido. Esse valor desconhecido pode ser determinado, seja ele em posse de igualdades ou desigualdades. observação Quando usamos letras para representarvalores desconhecidos em uma expressão matemática, essas letras são chamadas de literais. E essas expressões matemáticas passam a se chamar expressões algébricas, pois, além de números, contêm literais. As literais assumem o papel de parâmetros, ou números genéricos, quando queremos descrever uma estrutura matemática útil em diferentes situações – um modelo –, sendo que, em uma aplicação prática, aquele valor será conhecido e predeterminado. Nesse caso, geralmente são utilizadas as letras iniciais do alfabeto, a, b, c etc. Como exemplo do uso de literais como parâmetros, podemos analisar a forma genérica de uma função do 1º grau (conteúdo no qual nos aprofundaremos nas próximas unidades): y = ax + b, onde a e b são utilizados como parâmetros e x e y são as variáveis (como veremos a seguir). Os termos a e b significam, na expressão anterior, valores quaisquer que não interferem significativamente na resolução do problema. No caso da expressão matemática anterior, para quaisquer valores que substituam os parâmetros a e b , a função continuará sendo do 1º grau e todas as propriedades desta serão válidas. Por exemplo, a raiz de uma função do 1º grau (valor de x que iguala y a zero) é sempre dada por x b a = − . Assim, uma função do 1º grau dada por y = 2 x + 4 terá como raiz o valor - 2, pois x b a = − = − = − 4 2 2. 52 Unidade II Re vi sã o: L ea nd ro - D ia gr am aç ão : F ab io - 0 3/ 05 /1 1 // 2 ª R ev isã o - Am an da / Co rr eç ão - M ár ci o - 16 /0 5/ 11 Dessa forma, usando a e b como parâmetros, podemos escrever uma forma genérica - x b a = − - que servirá para qualquer função do 1º grau, independente dos valores de a e b. O último uso de literais se dá quando representam variáveis e seu uso está relacionado às funções matemáticas, tema sobre o qual falaremos na próxima unidade. Nesse caso, é usual utilizarmos as letras finais do alfabeto, como x, y e z, sendo que geralmente a letra x é a primeira opção escolhida. Dizer que x é a variável da função significa dizer que x pode assumir vários, geralmente infinitos, valores, e que para cada valor que x assume a expressão terá um resultado, um outro valor associado àquele valor de x. Como exemplo, podemos considerar o cálculo do custo de uma compra de pão. Suponha que você vá à padaria mais próxima de sua casa para comprar pãezinhos para o café da manhã, e que o preço pago depende do peso total dos pãezinhos que você comprar. Se o preço do quilograma do pão for R$ 6,00, podemos estabelecer uma relação entre o peso do pão e o valor que você pagará por eles. Assim, sendo x o peso dos pãezinhos que você comprará, podemos dizer que o valor a ser pago será dado pela expressão: y = 6x, onde y é o valor total a pagar. Dessa forma, x assumirá um valor diferente para cada dia que você comprar pão, e mesmo um valor diferente para cada cliente que for àquela padaria. Ou seja, x não tem um valor determinado, mas sim variável, e para cada valor de x a variável y também será alterada. Por isso dizemos que na expressão y = 6x, y e x são variáveis e não incógnitas ou parâmetros. Agora, em uma mesma expressão matemática podemos ter as literais funcionando como suas 3 funções. Vejamos o exemplo da função do 1º grau mostrada acima. A fórmula geral da função do 1º grau é: y = ax + b. Como visto, nesse caso, as literais a e b são parâmetros, e devem ser substituídas por valores numéricos quando a função for utilizada em uma aplicação específica. Vamos considerar o exemplo anterior da compra dos pãezinhos, no qual a expressão utilizada foi y = 6x. Nesse caso, quais teriam sido os valores assumidos pelos parâmetros a e b? Não é difícil perceber que utilizamos o valor 6 para o parâmetro a e 0 para o parâmetro b. Assim, fazendo a = 6 e b = 0, a expressão genérica da função do 1º grau y = ax + b torna-se a expressão particular y = 6x, que é a função do 1º grau que modela o problema do valor pago na compra dos pãezinhos. Vimos, então, que quando substituímos os parâmetros de uma expressão genérica, ela gera outra expressão que é específica para um problema em particular. Agora, temos que x e y são as variáveis dessa função, pois x pode assumir infinitos valores (na prática não seriam infinitos, mas teoricamente você poderia comprar qualquer quantidade de pão que quiser), e y assumirá um valor diferente para cada valor possível de x. Finalmente, se você for à padaria e comprar exatamente 0,2 quilogramas (= 200 g) de pão, então, para esse caso particular dessa compra, a variável x valerá 0,2, e, no caso específico dessa compra, teremos expressão y = 6 × 0,2, a que chamamos de equação matemática. Agora, na equação y = 6 × 0,2, a literal y não é mais chamada de variável, pois seu valor é determinado, porém desconhecido. Nesse caso, a literal y está fazendo o papel de incógnita, e seu valor pode ser calculado, quando chegamos a y = 1,2. 53 MateMática Re vi sã o: L ea nd ro - D ia gr am aç ão : F ab io - 0 3/ 05 /1 1 // 2 ª R ev isã o - Am an da / Co rr eç ão - M ár ci o - 16 /0 5/ 11 Nesse último exemplo, começamos com uma função genérica do 1º grau, y = ax + b, onde tínhamos os parâmetros a e b e as variáveis x e y, substituímos os parâmetros por valores específicos do problema estudado, chegando à função aplicada y = 6x, que modelava o problema da compra de pães, e onde x e y eram variáveis e finalmente utilizamos a função para calcular uma situação específica, chegando à expressão y = 6 × 0,2, onde y passou a ser uma incógnita. Assim, pudemos estabelecer a relação entre parâmetro, variável e incógnita. 3.4 equações de primeiro grau 3.4.1 Modelos matemáticos A matemática, como já vimos, é uma linguagem que serve para expressar ideias racionais, ou seja, expressar a forma como o ser humano raciocina. Entretanto, como qualquer outra linguagem, utiliza símbolos que não são inatos, símbolos que devem ser aprendidos. Uma vez que aprendamos a fazer essa “tradução” da linguagem coloquial para a linguagem matemática, a solução de problemas que às vezes nos parecem complicados torna-se, na verdade, bastante simples. A modelagem matemática ou os modelos matemáticos são exatamente a tradução de problemas cotidianos para linguagem matemática com o objetivo de organizar nosso raciocínio e facilitar o estudo do problema. Um exemplo disso é o seguinte: Suponha que você vá a uma loja para comprar uma nova TV de LCD, e o modelo que você gostou está custando R$ 2.100,00. Você tenta negociar o preço, e o vendedor lhe oferece 10% de desconto para pagamento à vista ou então um parcelamento em 5 vezes “sem juros” de R$ 420,00. Se você tem o valor para pagamento à vista aplicado na poupança, que está rendendo, por suposição, 0,6% ao mês, o que compensa mais? Tirar todo o dinheiro da poupança e pagar à vista, ou deixar o dinheiro aplicado e ir pagando as parcelas? Sem um método matemático adequado, esse problema torna-se extremamente difícil de ser resolvido. Entretanto, se você souber o padrão de cálculo para juros compostos, o problema passa a ser resolvido com uma simples fórmula. E uma fórmula matemática é justamente isso: uma forma concisa e universal de representar um padrão de comportamento existente em uma dada situação. Nesse caso, o padrão de comportamento do cálculo de juros compostos de uma série de pagamentos periódicos e iguais, chamado popularmente de parcelamento, é representado por ( ) n1 1 i V P i − − + = , onde V é o valor presente do investimento, P é o valor do pagamento periódico, i é a taxa de juros considerada e n é o período. Utilizando essa fórmula no problema anterior,podemos fazer que P = R$ 410,00, que é o valor da parcela, i = 0,6%, que é a taxa de juros oferecida pela poupança e n = 5, pois a TV poderá ser paga em cinco parcelas. Dessa forma, chegamos a V = R$ 2.013,61, que é o chamado valor presente do parcelamento, ou seja, o valor correspondente se você fosse pagar à vista. O vendedor lhe ofereceu 10% de desconto para pagamento à vista, e a TV então ficaria em R$ 1.890,00. Dessa forma, fica muito mais fácil perceber que o valor à vista (R$ 1.890,00) é mais vantajoso do que parcelamento (R$ 2.013,61), e que, portanto, você deveria tirar o dinheiro da poupança e evitar o parcelamento. 54 Unidade II Re vi sã o: L ea nd ro - D ia gr am aç ão : F ab io - 0 3/ 05 /1 1 // 2 ª R ev isã o - Am an da / Co rr eç ão - M ár ci o - 16 /0 5/ 11 Embora a modelagem matemática tenha lhe ajudado a resolver o problema da compra da TV de LCD, essa talvez não seja sua maior utilidade. A grande vantagem do equacionamento matemático é que a fórmula utilizada para resolver essa questão está parametrizada, ou seja, suas variáveis estão expressas por literais que podem ser modificadas para resolver quaisquer problemas do mesmo tipo, como aplicações financeiras, investimentos, cálculo de juros de financiamento, cálculo de prazo para se obter determinado valor e assim por diante. E, além disso, é possível trabalhar com simulações por meio da variação dos parâmetros. Você pode facilmente verificar hipóteses no caso de alteração na taxa de rendimento da poupança, ou no aumento do prazo de parcelamento. E essa é talvez a maior utilidade da construção dos modelos matemáticos: testar hipóteses. Problema real Modelo matemático Experimento Hipótese Abstração Modificação Validação Solução Resolução A modelagem matemática não serve apenas para problemas tipicamente numéricos. Suas aplicações englobam planejamentos de urbanização, mapeamento e distribuição de força policial, desenvolvimento de políticas eficazes de educação básica, saneamento público e outras infinitas situações. Um livro que dá alguns exemplos da utilidade da modelagem matemática é Freakonomics, de Steven Levitt, que explora situações comuns sob a ótica de um economista que se utiliza da matemática para discutir temas politicamente incorretos. Saiba mais Para apliar sua compreensão em relação à modelagem matemática, visite os sites: <http://www6.ufrgs.br/espmat/disciplinas/funcoes_modelagem/ modulo_I/modelagem_barbosa.pdf>. <http://dionisioburak.com.br/I%20EPMEM.pdf>. 3.4.2 Modelagem: primeiros passos A modelagem matemática é um tema vastíssimo e um estudo completo de seus métodos e aplicações certamente daria, sozinho, um curso universitário. Nosso foco aqui é relembrar seus tópicos iniciais, estabelecendo uma base inicial para estudos futuros. 55 MateMática Re vi sã o: L ea nd ro - D ia gr am aç ão : F ab io - 0 3/ 05 /1 1 // 2 ª R ev isã o - Am an da / Co rr eç ão - M ár ci o - 16 /0 5/ 11 Vamos trabalhar inicialmente a “tradução” de frases da língua portuguesa para equações da linguagem matemática. Observe a seguinte tabela: Expressão Equação Um número x O dobro de um número 2x O triplo de um número 3x Um número mais dois x + 2 Um número menos três x - 3 A metade de um número x 2 A quinta parte de um número x 5 Dois quintos de um número 2 x 5 Outro número y A soma de dois números x + y A diferença entre dois números x - y O produto de dois números x × y Um número excede o outro em 5 x = y + 5 Um número mais sua metade é igual a 7 x x 7 2 + = O dobro de um número o excede em 3 2x = x + 3 Um número é cinco vezes maior do que a metade do outro y x 5 2 = × O quadrado de um número 2x A quinta parte do cubo de um número é igual ao número mais um 3x x 1 5 = + 3.4.3 Resolvendo equações Os passos para a resolução de um problema não são complicados, uma vez que tenhamos feito a tradução do português para o “matematiquês”. Essa solução obedece às regras das operações matemáticas que aprendemos durante o Ensino Fundamental. O objetivo final é chegar ao valor da incógnita desconhecida, ou seja, o valor do x. Assim, temos que trabalhar matematicamente a equação para chegar a uma que tenha o x de um lado e um valor do outro (x = 2, x = 17, x = 0). Para chegar a essa equação, o que temos que fazer é eliminar, por meio de operações matematicamente válidas, tudo o que estiver agrupado ao x. Veja o seguinte exemplo: Equação Comentário 3 × x + 5 = 11 Temos que eliminar o 5 que está somado ao x , subtraindo 5. 3 × x + 5 -5 = 11 - 5 Para manter a igualdade, temos que subtrair 5 dos dois lados da igualdade. 56 Unidade II Re vi sã o: L ea nd ro - D ia gr am aç ão : F ab io - 0 3/ 05 /1 1 // 2 ª R ev isã o - Am an da / Co rr eç ão - M ár ci o - 16 /0 5/ 11 3 × x + 0 = 6 Somar 0 não altera o valor, então podemos eliminá-lo. 3 × x = 6 Agora só falta eliminar o 3 e fazemos isso multiplicando por 1 3 . 1 1 3 x 6 3 3 × × = × Não esqueça nunca de fazer a mesma operação dos dois lados da igualdade justamente para preservá-la. 1 × x = 2 Qualquer número multiplicado por 1 é ele mesmo. x = 2 Temos aí a equação final que nos dá a resposta procurada. Existem ainda algumas operações que não são triviais e as relacionamos abaixo. Tipo de equação Exemplo Solução Fracionárias x 2 8 5 3 + = Ache o MMC e elimine o denominador. Racionais x 2 5+ = Eleve os dois lados ao quadrado; depois teste as soluções encontradas. Exponenciais x2 8= Coloque todos na mesma base. Quadráticas 2x 3x 8+ = Utilize a fórmula de Bhaskara. É interessante notar ainda que todas essas equações matemáticas têm, além da solução algébrica, uma solução geométrica e, portanto, podem ser resolvidas utilizando-se programas de construção de gráficos de funções. Um ótimo programa para isso é o Winplot, que pode ser baixado gratuitamente da internet. exemplos de aplicação 1. O triplo de um número, mais dois, é igual ao próprio número menos quatro. Qual é o número? Resolução: Modelando matematicamente, temos: 3x 2 x 4 3x x 4 2 2x 6 6 x 2 x 3 + = − − = − − = − = − = − 2. O quádruplo de um número, menos 10, é igual ao dobro desse número, mais 55. Qual é esse número? 57 MateMática Re vi sã o: L ea nd ro - D ia gr am aç ão : F ab io - 0 3/ 05 /1 1 // 2 ª R ev isã o - Am an da / Co rr eç ão - M ár ci o - 16 /0 5/ 11 Resolução: Modelando matematicamente, temos: 4x 10 2x 55 4x 2x 55 10 2x 65 65 x 2 − = + − = + = = 3. A diferença entre um número e sua quinta parte é igual a 32. Qual é esse número? Resolução: Modelando matematicamente, temos: x x 32 5 5x x 32 5 4x 32 5 4x 32 5 4x 160 160 x 4 x 40 − = − = = = × = = = 4. O triplo de um número é igual a sua metade mais 10. Qual é esse número? Resolução: Modelando matematicamente, temos: x 3x 10 2 x 3x 10 2 6x x 10 2 5x 10 2 5x 10 2 5x 20 20 x 5 x 4 = + − = − = = = × = = = 58 Unidade II Re vi sã o: L ea nd ro - D ia gr am aç ão : F ab io - 0 3/ 05 /1 1 // 2 ª R ev isã o - Am an da / Co rr eç ão - M ár ci o - 16 /0 5/ 11 x 3x 10 2 x 3x10 2 6x x 10 2 5x 10 2 5x 10 2 5x 20 20 x 5 x 4 = + − = − = = = × = = = 5. A metade dos objetos de uma caixa, mais a terça parte desses objetos, é igual a 25. Quantos objetos há na caixa? Resolução: Modelando matematicamente, temos: x x 25 2 3 3x 2x 25 6 5x 25 6 5x 25 6 5x 150 150 x 5 x 30 + = + = = = × = = = 3.5 Inequações Desigualdade: em uma sentença matemática em que usamos o símbolo ≠ (diferente de) representamos uma desigualdade, ou seja, se a ≠ b ⇒ a > b ou a < b. A ideia de inequação é bem semelhante à de equação, ou seja, inequação é uma sentença matemática que contém uma ou mais incógnitas e que representa uma desigualdade. Exemplo: 4x < 12 → é considerada uma inequação, pois possui um sinal de desigualdade < (menor que) e uma incógnita (x). 62 + 1 < 72 → não é considerada inequação, ainda que possua um sinal de desigualdade < (menor que), pois não possui incógnitas. 59 MateMática Re vi sã o: L ea nd ro - D ia gr am aç ão : F ab io - 0 3/ 05 /1 1 // 2 ª R ev isã o - Am an da / Co rr eç ão - M ár ci o - 16 /0 5/ 11 Entretanto, enquanto que para uma equação a solução do problema (o valor de x que torna a expressão matemática verdadeira) é geralmente única, nas inequações é comum que existam infinitas soluções, ou seja, infinitos números que tornam a inequação verdadeira. Tome, por exemplo, a equação x + 2 = 5. Existe um único valor de x que torna a expressão verdadeira, que é x = 3. Para qualquer outro valor de x, por exemplo, x = 1, a expressão fica incorreta, ou, em linguagem matemática, a expressão torna-se falsa. Portanto, para uma equação, em geral, há somente uma única solução. observação Na verdade, a quantidade de soluções de uma equação depende de vários fatores, incluindo o grau da variável. Mas como as equações estudadas aqui são todas lineares, então vale a afirmação de que a solução é única. Agora veja o que acontece com uma inequação semelhante, como x + 2 ≠ 5. Quantas são as soluções para essa inequação? Quais os valores de x que tornam a expressão verdadeira? Se você fizer x = 4, a expressão é verdadeira, pois 4 + 2 = 6, e 6 ≠ 5. Porém, se você fizer x = 2, teremos 2 + 2 = 4, e 4 ≠ 5, e assim x = 2 também é solução do problema. Na verdade, para qualquer valor de x diferente de 3 a expressão é verdadeira. Então, não temos apenas uma solução para essa inequação, mas sim uma quantidade infinita de valores que compõem o conjunto solução do problema. Portanto, escrevemos a solução como sendo: { }S x / x 3= ∈ ≠� , querendo dizer que qualquer valor real de x diferente de 3 é solução para a inequação. 3.6 resolvendo inequações Assim, como a solução de uma equação não é complicada, a resolução de uma inequação também não é. Os processos utilizados para se encontrar o valor da incógnita são praticamente os mesmos, porém, quando uma inequação envolve os sinais de maior que (>) ou menor que (<), devemos tomar alguns cuidados especiais. Veja a situação a seguir: A igualdade matemática 1 +1 = 2 é claramente verdadeira. Se você multiplicar toda a expressão (ambos os lados) por um número positivo, por exemplo, 5, você terá a igualdade 5 + 5 = 10, que continua sendo verdadeira. Se você multiplicar a expressão por um número negativo, por exemplo, -2, a expressão fica (-2) + (-2) = -4, que também é verdadeira, ou seja, ela preserva a igualdade. Agora vamos ver o que acontece com uma inequação. lembrete A multiplicação de uma igualdade por qualquer número não nulo preserva a igualdade. 60 Unidade II Re vi sã o: L ea nd ro - D ia gr am aç ão : F ab io - 0 3/ 05 /1 1 // 2 ª R ev isã o - Am an da / Co rr eç ão - M ár ci o - 16 /0 5/ 11 A expressão 1 < 2 é verdadeira, pois efetivamente 1 é menor do que 2. Se multiplicarmos toda a expressão por um número positivo, 5, a expressão fica: 5 < 10, que continua sendo verdadeira. Porém, se multiplicarmos a expressão por um número negativo, usando o -2, como no exemplo acima, teremos a expressão -2 < -4. Porém, essa expressão é falsa, pois -2 é maior que -4. Então, toda vez que multiplicamos uma desigualdade por um número negativo temos que inverter o sentido da desigualdade, ou seja, se a expressão for menor que (<), devemos mudá-la para maior que (>), e vice-versa. Assim, a expressão acima deveria ficar: -2 < -4, pois substituímos o menor que pelo maior que, e a expressão fica correta. lembrete Quando uma desigualdade é multiplicada por um número negativo, devemos inverter o sentido da desigualdade. Outra situação na qual devemos ter uma atenção extra é quando invertemos os membros da desigualdade. Em uma equação podemos mudar da expressão 4 = x + 2 para x + 2 =4 e a expressão continua correta. Dizemos, então, que a igualdade é uma relação simétrica, pois se x = y, então y = x. Porém, as inequações do tipo maior que ou menor que são relações do tipo antissimétricas e, nesse caso, temos que se x < y, então y > x, o que é bem fácil de entender quando utilizamos números. Sabemos que 2 < 3 é uma expressão verdadeira, porém, se você simplesmente inverter os números, 3 < 2, a expressão fica falsa. O correto é também invertermos a desigualdade, fazendo 3 < 2. Embora isso seja muito fácil de entender quando usamos números, é muito comum cometer esse erro quando trabalhamos com expressões. Então, não podemos esquecer que se tivermos uma inequação como 4 < x + 2, se invertemos os termos da inequação, temos que também inverter o operador, fazendo x + 2 > 4. lembrete Na inversão dos termos de uma inequação devemos também inverter o sentido da desigualdade. Veja o seguinte exemplo: Inequação Comentário 11 3x 5< + Temos que eliminar o 5 subtraindo 5. 11 5 3x 5 5− < + − Para manter a desigualdade, temos que subtrair 5 dos dois lados da desigualdade. 6 3x 0< + Somar 0 não altera o valor, então podemos eliminá-lo. 6 3x< Agora só falta eliminar o 3 e fazemos isso multiplicando por 1 3 . 61 MateMática Re vi sã o: L ea nd ro - D ia gr am aç ão : F ab io - 0 3/ 05 /1 1 // 2 ª R ev isã o - Am an da / Co rr eç ão - M ár ci o - 16 /0 5/ 11 1 1 6 3 x 3 3 × < × × Não esqueça nunca de fazer a mesma operação dos dois lados da desigualdade justamente para preservá-la. 2 1 x< × Qualquer número multiplicado por 1 é ele mesmo. 2 x< Temos aí a inequação final que nos dá a resposta procurada. Agora vamos inverter o sentido da desigualdade. x 2> Na inversão dos termos de uma inequação devemos também inverter o sentido da desigualdade. exemplos de aplicação 1. Uma caixa d´água, quando totalmente cheia, pode conter x litros de água. Se retirarmos 30 litros de água, a quantidade que resta é maior que 1 4 da capacidade total desse reservatório. Quais são os valores possíveis que podem representar a capacidade total dessa caixa d´água? Resolução: Modelando matematicamente, temos: 1 x 30 x 4 1 x x 30 4 4x x 30 4 3x 30 4 3x 30 4 3x 120 120 x 3 x 40 − > − > − > > > × > > > 2. Um retângulo possui 15 cm de largura, enquanto um quadrado possui 15 cm de lado. Quais os valores que o comprimento do retângulo pode assumir para que o perímetro desse retângulo seja maior que o perímetro do quadrado? Resolução: Sabemos que o perímetro de uma figura plana é a soma de todos os seus lados, então podemos modelar essa situação matematicamente da seguinte forma: 62 Unidade II Re visã o: L ea nd ro - D ia gr am aç ão : F ab io - 0 3/ 05 /1 1 // 2 ª R ev isã o - Am an da / Co rr eç ão - M ár ci o - 16 /0 5/ 11 2 15 2 x 4 x 30 2x 4x 2x 4x 30 2x 30 ( -1) 2x<30 30 x< 2 x 15 × + × > × + > − > − − > − × < 3. Dada a seguinte inequação: 3(2x 1) 2x 1 10(x 2) 6x 1 2 6 3 2 + + + − − > − , determine o conjunto solução, sabendo que U =� . Resolução: Primeiro aplicaremos a propriedade distributiva na inequação: 3(2x 1) 2x 1 10(x 2) 6x 1 2 6 3 2 6x 3 2x 1 10x 20 6x 1 2 6 3 2 18x 9 2x 1 20x 40 18x 3 6 6 16x 8 2x 43 6 6 14x 43 8 6 6 14x 35 6 6 35 6 14x 6 14x 35 35 x 14 5 x 2 + + + − − > − + + + − − > − + − − + − + > + + > − > > × > > > > 4. A solução da inequação: 2x - 7 < 5x + 8 é: Resolução: 63 MateMática Re vi sã o: L ea nd ro - D ia gr am aç ão : F ab io - 0 3/ 05 /1 1 // 2 ª R ev isã o - Am an da / Co rr eç ão - M ár ci o - 16 /0 5/ 11 Agrupando os termos semelhantes, temos: 2x 7 5x 8 2x 5x 8 7 3x 15 ( -1) 3x 15 15 x 3 x 5 − < + − < + − < × > − > − > − 5. Dados os seguintes números -1, 1, 2, 3 e 4, quantos são soluções da inequação x 4x 2 2 4 − > + : Resolução: Resolvendo a inequação, temos: x 4x 2 2 4 x 4x 2 2 4 16x x 4 4 15x 4 4 15x 4 4 15x 16 16 x 15 − > + − > + − > > > × > > x deve ser um número maior que 16 15 , ou seja, se efetuarmos essa divisão, obteremos 1,06666666, um número maior que 1. O problema nos dá o seguinte conjunto de números: {–1; 1; 2; 3; e 4}, então os valores que satisfazem essa inequação são: {2; 3; e 4}. 4 SIStemaS de equaçõeS lIneareS Muitas vezes o problema que estudamos não tem somente uma variável; aliás, a grande maioria dos problemas reais têm muitas variáveis. Esse tipo de problema que contém mais de uma variável não é resolvido por meio de uma equação, mas sim de muitas equações que traduzem as relações entre essas variáveis. A esse conjunto de equações de um modelo matemático damos o nome de sistema de equações e, se, nessas equações, houver somente as operações básicas de adição e multiplicação, teremos, então, um sistema de equações lineares. 64 Unidade II Re vi sã o: L ea nd ro - D ia gr am aç ão : F ab io - 0 3/ 05 /1 1 // 2 ª R ev isã o - Am an da / Co rr eç ão - M ár ci o - 16 /0 5/ 11 Um sistema de equações lineares é um conjunto de n equações independentes com m incógnitas. Nesse caso, temos duas possibilidades: • n > m: o sistema será possível e determinado (existe uma única solução) ou impossível; • n m< : o sistema será possível e indeterminado (existem infinitas soluções) ou impossível. Um sistema é considerado impossível se existem duas equações conflitantes. Por exemplo: x y 2 x y 3 + = + = Não há dois números que somados resultem em 2 e 3 ao mesmo tempo. Esse tipo de sistema é impossível, não há solução para ele. Ao contrário do que possa parecer à primeira vista, esse tipo de sistemas nem sempre é inútil. Quando, durante o equacionamento de um problema, chegamos a esse tipo de sistema, muitas vezes ele nos indicará que não existe a solução que procuramos, ou seja, a nossa hipótese é incorreta. Os sistemas possíveis e indeterminados são aqueles nos quais há infinitas soluções para os problemas. Exemplo: {x + y = 2 Nesse sistema, os valores x = 1 e y = 1 são solução para a equação. Entretanto, se escolhermos x = 0 e y = 2, também resolvemos o sistema. Assim como x = -1 e y = 3 e, claro, uma infinidade de outros valores. Ou seja, existem soluções para o problema, só que existem infinitas soluções e nenhuma delas é melhor do que a outra. Assim, dizemos que esse sistema é possível, mas indeterminado, pois não existe uma única resposta possível. Esse tipo de sistema também nos fornece uma informação importante: em situações de modelagem matemática nas quais surgem os sistemas possíveis e indeterminados, é muito provável que não estejamos trabalhando com todas as variáveis existentes no problema, ou então que nos esquecemos de incluir alguma relação entre duas variáveis que é importante para a representação do sistema real. 4.1 resolvendo um sistema possível e determinado Os sistemas de equações lineares foram estudados por muitos matemáticos em diferentes épocas da história humana, pois dizem respeito a situações extremamente comuns em muitas áreas do conhecimento humano e, por isso, existem muitas formas de resolver os problemas que eles trazem. Estudaremos aqui duas dessas formas. 4.1.1 Substituição de variável Nesse caso, obtém-se de uma das equações o valor de uma variável em função da outra, e substitui- se o valor na outra equação, para que tenhamos, então, uma equação com uma única incógnita. 65 MateMática Re vi sã o: L ea nd ro - D ia gr am aç ão : F ab io - 0 3/ 05 /1 1 // 2 ª R ev isã o - Am an da / Co rr eç ão - M ár ci o - 16 /0 5/ 11 Exemplo: Seja o seguinte sistema: x y 3 equação I x y 1 equação II + = → − = → Da equação I temos que: {x y 3+ = {x 3 y equação III= − → Substituindo o valor de x, encontrado na equação III, na equação II temos: x y 1 (3 y) y 1 3 2y 1 2y 1 3 2y 2 y 1 − = − − = − = − = − − = − = Agora que temos o valor de y, voltamos à equação III: x 3 y x 3 1 x 2 = − = − = Assim, x = 2 e y = 1 é a solução do sistema proposto. 4.1.2 Método da adição Outro método que pode ser utilizado para a resolução de um sistema de equação é o método da adição. lembrete Esse método também pode ser chamado de método da comparação. O objetivo do método da adição é cancelar uma das incógnitas envolvidas no sistema. O cancelamento ocorre por meio da adição de uma equação com a outra. 66 Unidade II Re vi sã o: L ea nd ro - D ia gr am aç ão : F ab io - 0 3/ 05 /1 1 // 2 ª R ev isã o - Am an da / Co rr eç ão - M ár ci o - 16 /0 5/ 11 Por exemplo: x y 3 equação I x y 1 equação II + = → − = → Vamos somar os termos da equação: x y 3 x y 1 2x 0y 4 + = + − = + = Agora, temos somente uma equação e uma variável e as resolvemos facilmente. 2 0 4 2 4 4 2 2 x y x x x + = = = = Com o valor de x, escolhemos uma das equações iniciais para achar o valor de y. Escolhendo a equação I, temos: x y 3 2 y 3 y 3 2 y 1 + = + = = − = E encontramos os valores x = 2 e y = 1. Para se utilizar o método da adição, nem sempre é possível cancelar uma das variáveis trivialmente. Quando isso ocorre, utilizamos a noção de equivalência de equações, buscando multiplicar, dividir, adicionar ou subtrair de forma que uma das incógnitas seja cancelada para a obtenção do valor da outra. Por exemplo: 3x y 9 equação I x 2y 4 equação II − = − → + = → 67 MateMática Re vi sã o: L ea nd ro - D ia gr am aç ão : F ab io - 0 3/ 05 /1 1 // 2 ª R ev isã o - Am an da / Co rr eç ão - M ár ci o - 16 /0 5/ 11 Para cancelarmos a incógnita x, precisamos multiplicar a equação II por -3: x+2y=4 → x (–3) –3x –6y= –12 Agora, podemos somaras duas equações do sistema: 3x y 9 3x 6y 12 0x 7y 21 − = − + − − = − − = − Agora, temos somente uma equação e uma variável e as resolvemos facilmente. 7y 21 21 y 7 y 3 − = − − = − = Com o valor de y, escolhemos uma das equações iniciais para achar o valor de x. Escolhendo a equação I, temos: 3x y 9 3x 3 9 3x 9 3 6 x 3 x 2 − = − − = − = − + − = = − Ou, escolhendo a equação II, temos: x 2y 4 x 2.3 4 x 6 4 x 4 6 x 2 + = + = + = = − = − E encontramos os valores x = -2 e y = 3. 68 Unidade II Re vi sã o: L ea nd ro - D ia gr am aç ão : F ab io - 0 3/ 05 /1 1 // 2 ª R ev isã o - Am an da / Co rr eç ão - M ár ci o - 16 /0 5/ 11 observação Caso queira cancelar a incógnita y, multiplique a equação I por 2 ou 1 2 . Faça o teste e verificará que os valores para x e y serão os mesmos. 4.1.3 Outros métodos Como já dito anteriormente, existem outros métodos para resolução de sistemas. Dois outros métodos que valem a pena ser citados são os determinantes de Laplace e o método geométrico. Fica aqui a sugestão de pesquisa desses dois métodos, que certamente lhe darão uma visão mais ampla do assunto. -1 1 2 3 4 5 x - y = 1 x + y = 3 (2,1) y x 3 2 1 -1 -2 Método geométrico: traçam-se os gráficos das equações e a solução é seu ponto de intersecção. exemplos de aplicação 1. A soma das idades de duas pessoas é igual a 40 anos. A idade de uma delas é 3/5 da idade da outra. Qual a idade de cada uma delas? Resolução: Modelando o problema, temos: x y equacao I x y equacao II + = → = → 40 3 5 çã çã Utilizaremos o método da substituição. Substituindo II em I, temos: 69 MateMática Re vi sã o: L ea nd ro - D ia gr am aç ão : F ab io - 0 3/ 05 /1 1 // 2 ª R ev isã o - Am an da / Co rr eç ão - M ár ci o - 16 /0 5/ 11 3 y y 40 5 3y 5y 40 5 8y 40 5 8y 5 40 8y 200 200 y 8 y 25 + = + = = = × = = = Achamos o valor de y. Para descobrirmos o valor de x, basta substituir y em qualquer uma das 2 equações. Substituindo y em l, temos: x + 25 = 40 x x = 40 - 25 x = 15 2. Uma empresa A tem 5 anos a mais de mercado que uma empresa B. A soma da idade de ambas é igual a 39 anos. Qual é a idade de cada uma? Resolução: Modelando o problema, temos: A B equacao I A B equacao II = + → + = → 5 39 çã çã Se organizarmos o sistema colocando as incógnitas do lado esquerdo da igualdade, temos: A B equacao I A B equacao II − = → + = → 5 39 çã çã Utilizando o método da adição, temos: A B 5 A B 39 2A 0B 44 − = + = + = 70 Unidade II Re vi sã o: L ea nd ro - D ia gr am aç ão : F ab io - 0 3/ 05 /1 1 // 2 ª R ev isã o - Am an da / Co rr eç ão - M ár ci o - 16 /0 5/ 11 Achamos o valor de A. Para descobrirmos o valor de B, basta substituir A em qualquer uma das 2 equações. Substituindo A em II, temos: 22 B 39 B 39 22 B 17 + = = − = 3. Dois sócios de uma determinada indústria têm juntos US$ 3.500.000,00. Um dos sócios tem US$ 600.000,00 a mais que o outro. Quanto tem cada um? Resolução: Modelando o problema, temos: x y equacao I x y equacao II + = → = + → 3500 000 00 600 000 00 . , . , çã çã Se organizarmos o sistema colocando as incógnitas do lado esquerdo da igualdade, temos: x y equacao I x y equacao II + = → − = → 3500 000 00 600 000 00 . , . , çã çã Utilizando o método da adição, temos: x y 3.500.000,00 x y 600.000,00 2x 0y 4.100.000,00 2x 4.100.000,00 4.100.000,00 x 2 x 2.050.000,00 + = − = + = = = = Achamos o valor de x. Para descobrirmos o valor de y, basta substituir x em qualquer uma das 2 equações. Substituindo x em l, temos: x y 3500.000,00 2.050.000,00 y 3500.000,00 y 3.500.000,00 2.050.000,00 y 1.450.000,00 + = + = = − = 71 MateMática Re vi sã o: L ea nd ro - D ia gr am aç ão : F ab io - 0 3/ 05 /1 1 // 2 ª R ev isã o - Am an da / Co rr eç ão - M ár ci o - 16 /0 5/ 11 4. Um sócio A tem R$ 200.000,00 a mais que o sócio B e um sócio C tem R$ 140.000,00 a menos que o sócio B. Os três sócios juntos possuem R$1.560.000,00. Quanto tem cada um dos sócios? Resolução: Esse sistema é um pouco diferente do que estivemos resolvendo até aqui, pois possui três variáveis. Porém, o método de resolução é igual para o sistema de duas variáveis. Modelando o problema, temos: A B equacao I B C equacao II A B C = + → = + → + + = 200 000 00 140 000 00 1560 . , . , .0000 00, → equacao III çã çã çã Utilizaremos o método da substituição. Substituindo I e II em III, temos: 200.000,00 140.000,00 C 140.000,00 C C 1560.000,00 480.000,00 3C 1560.000,00 3C 1560.000,00 480.000,00 3C 1080.000,00 1080.000,00 C 3 C 360.000,00 + + + + + = + = = − = = = Achamos o valor de C. Para descobrirmos o valor de B, basta substituir C em equação II e temos: B 140.000,00 360.000,00 B 500.000,00 = + = Achamos o valor de B. Para descobrirmos o valor de A, basta substituir B em equação I e temos: A 200.000,00 500.000,00 A 700.000,00 = + = 5. Uma empresa possui uma sala retangular, reservada para negociações e dinâmicas de grupo, com 26 m de perímetro. Quais são suas dimensões, sabendo-se que o comprimento tem 3 m a mais que a largura? Resolução: Sendo o perímetro de uma figura plana, a soma de todos os lados é: x comprimento y largura = = 72 Unidade II Re vi sã o: L ea nd ro - D ia gr am aç ão : F ab io - 0 3/ 05 /1 1 // 2 ª R ev isã o - Am an da / Co rr eç ão - M ár ci o - 16 /0 5/ 11 2 2 26 3 x y equacao I x y equacao II + = → = + → çã çã Utilizaremos o método da substituição. Substituindo II em I, temos: 2(y 3) 2y 26 2y 6 2y 26 4y 26 6 4y 20 20 y 4 y 5 + + = + + = = − = = = Achamos o valor de y. Para descobrirmos o valor de x, basta substituir y em qualquer uma das 2 equações. Substituindo y em II, temos: x 5 3 x 8 = + = 4.2 Produtos notáveis e fatoração 4.2.1 Produtos notáveis Na matemática existem alguns produtos (multiplicações) que aparecem com bastante frequência e, por esse motivo, eles recebem o nome de produtos notáveis. Os produtos notáveis, quando identificados, facilitam a resolução de expressões algébricas, porém, eles não são imprescindíveis para a matemática. A seguir iremos apresentar os mais utilizados. 4.2.2 Quadrado da soma de dois termos 73 MateMática Re vi sã o: L ea nd ro - D ia gr am aç ão : F ab io - 0 3/ 05 /1 1 // 2 ª R ev isã o - Am an da / Co rr eç ão - M ár ci o - 16 /0 5/ 11 2 2 2(a b) a 2ab b+ = + + ( ) ( ) 2 2 2 2 a b a b a a a b b a b b a ab ab b a 2ab b + × + = × + × + × + × = + + + = + + Dizemos que o quadrado da soma de dois termos é o primeiro termo ao quadrado, mais duasvezes o primeiro pelo segundo termo, mais o segundo termo ao quadrado. 4.2.3 Quadrado da diferença de dois termos 2 2 2(a b) a 2ab b− = − + ( ) ( ) 2 2 2 2 a b a b a a a b b a b b a ab ab b a 2ab b − × − = × − × − × + × = − − + = − + Dizemos que o quadrado da diferença de dois termos é o primeiro termo ao quadrado, menos duas vezes o primeiro pelo segundo termo, mais o segundo termo ao quadrado. 4.2.4 Produto da soma pela diferença de dois termos ( ) ( ) 2 2a b a b a b+ × − = − ( ) ( ) 2 2 a b a b a a a b b a b b a b + × − = × − × + × + × = − 74 Unidade II Re vi sã o: L ea nd ro - D ia gr am aç ão : F ab io - 0 3/ 05 /1 1 // 2 ª R ev isã o - Am an da / Co rr eç ão - M ár ci o - 16 /0 5/ 11 Dizemos que o produto da soma pela diferença de dois termos é igual ao quadrado do primeiro termo, menos o quadrado do segundo termo. observação Existem outros produtos ditos notáveis, porém eles não são tão usuais quanto os apresentados neste texto. Saiba mais Conheça outras prossibilidades envolvendo Álgebra Geométrica, a partir de 16 atividades e um um manipulador algébrico virtual, nos sites: <http://www.diaadiaeducacao.pr.gov.br/portals/pde/arquivos/540-2.pdf>. < h t t p : / / n l v m . u s u . e d u / e s / n a v / f ra m e s _ a s i d _ 1 8 9 _ g _ 1 _ t _ 2.html?open=activities>. 4.3 Fatoração A fatoração nada mais é que você escrever em formas de produtos as expressões algébricas. Existem alguns métodos de fatoração que serão explorados a seguir. 4.3.1 Evidência do fator comum Colocar em evidência é achar o fator comum a todos os termos da expressão. Por exemplo, ao fatorarmos um polinômio de expoente 4, devemos verificar na expressão qual o menor expoente desse fator comum e colocarmos em evidência. Uma maneira de verificar se sua fatoração está correta é multiplicar novamente o fator comum pela expressão, isso deverá resultar na expressão original (sem termos em produto). Exemplo: 4 3 2 2 2 x 3x 2x x (x 3x 2) + + = × + + 4.3.2 Agrupamento Nem sempre é fácil identificar um fator comum para ser colocado em evidência, ou, pelo menos, nem sempre é trivial. Em alguns casos, é necessário agrupar termos para que se consiga reduzir a expressão em produtos. Por exemplo: ax bx ay by (ax bx) (ay by) x (a b) y (a b) (a b) (a y) − + − = − + − = × − + × − = − × + 75 MateMática Re vi sã o: L ea nd ro - D ia gr am aç ão : F ab io - 0 3/ 05 /1 1 // 2 ª R ev isã o - Am an da / Co rr eç ão - M ár ci o - 16 /0 5/ 11 4.3.3 Trinômio quadrado perfeito Em alguns tópicos atrás, vimos os produtos notáveis, e um trinômio quadrado perfeito nada mais é do que um produto notável. Os trinômios quadrados perfeitos possuem algumas características: • possuem três termos (por isso o nome trinômio); • os termos de seus extremos são quadrados perfeitos, ou seja, é a multiplicação de um número por ele mesmo; • o termo que fica no meio é, mais ou menos, duas vezes o produto do primeiro pelo segundo termo. Por exemplo: 2 2a 2ab b (a b) (a b) + + = + × + 4.3.4 Fatoração por diferença de quadrados A fatoração por diferença de quadrados consiste em transformar produtos da soma pela diferença, o inverso do produto notável quadrado da diferença entre dois termos. Por exemplo: 2 2a b (a b) (a b) − = + × − observação Existem outras formas de fatoração, porém elas não são tão usuais quanto as apresentadas neste texto. 4.4 equações de 2º grau Exemplo: Uma caixa foi montada a partir de um quadrado de papelão do qual foram retirados quadrados de 4 cm de lado, um em cada canto. Desse modo, o papelão ficou com 36 cm2. Qual é a medida do lado do quadrado de papelão usado no início do processo? 76 Unidade II Re vi sã o: L ea nd ro - D ia gr am aç ão : F ab io - 0 3/ 05 /1 1 // 2 ª R ev isã o - Am an da / Co rr eç ão - M ár ci o - 16 /0 5/ 11 Vamos pensar: Qual a área do quadrado inicial? Se os seus lados são x e sabemos que a área do quadrado é igual a A = I2, então temos que: A = x2. Qual a área de cada quadrado retirado do quadrado inicial? Se os seus lados são 4 e sabemos que a área do quadrado é igual a A = x2, então temos que: A = 42 = 16. Após a retirada dos quadrados dos quatro cantos do quadrado inicial, quantos centímetros quadrados de papelão foram retirados? Sabemos que a área de cada quadrado retirado é A - 42 = 16. Como retiramos 4 quadrados de mesma área, então retiramos 4.16 = 64 cm2. Vamos modelar uma equação que possa resolver esse problema: Sabemos que a área inicial é x2. Sabemos também que o total de área retirado foi: 4 × 16 = 64 cm2 e agora temos um total de 36 cm2. Modelando matematicamente, temos: x2 - 64 = 36 Se observarmos, vamos verificar que essa equação não é uma equação de 1º grau, pois o expoente da incógnita é 2. Então, toda equação que possuir o maior valor do expoente da incógnita igual a 2 é denominada equação de 2º grau. A forma geral de uma equação de 2º grau é: 2ax bx c 0+ + = 77 MateMática Re vi sã o: L ea nd ro - D ia gr am aç ão : F ab io - 0 3/ 05 /1 1 // 2 ª R ev isã o - Am an da / Co rr eç ão - M ár ci o - 16 /0 5/ 11 Como exemplos de equações de 2º grau (ou quadráticas), temos: 2x 6x 5 0− + = 2x 9 0− = 23x 2x 1 0+ + = 23x 3x 0− = 22x 3x 4 0− − + = 2x 0= 4.4.1 Resolvendo equações do 2º grau Os métodos de resolução de uma equação de 2º grau são significativamente mais complexos do que aqueles utilizados para equações do 1º grau, principalmente naquelas equações do 2º grau ditas completas. Como o expoente da incógnita é 2, podemos ter até dois valores diferentes para x, mas também podemos ter somente um único valor para x, ou até mesmo nenhum, como será explicado mais adiante. Na resolução de uma equação do 2º grau, é comum utilizarmos dois métodos: A fórmula de Bhaskara e o método da soma e produto. 4.4.2 Fórmula de Bhaskara Apenas como curiosidade, a fórmula de Bhaskara não foi desenvolvida por Bhaskara, mas sim pelo matemático hindu Sridara. O motivo de a fórmula levar esse nome é desconhecido. A fórmula: b x 2a − ± ∆ = , onde 2b 4 a c∆ = − × × O parâmetro a refere-se ao coeficiente do x2, e em uma equação do 2º grau sempre terá um valor diferente de zero. O parâmetro b refere-se ao coeficiente do x, e pode ser nulo, no caso de uma equação de 2º grau incompleta. O parâmetro c é o termo independente, ou seja, aquele que não está ligado à incógnita x e também pode assumir um valor nulo. Vamos, então, utilizar a fórmula de Bhaskara para achar os valores de x de uma equação quadrática. Seja a equação 3x2 - 2x + 1 = 0. Nessa equação, temos que a = -3, b = -2 e c = 1. Substituindo na fórmula, teremos: 78 Unidade II Re vi sã o: L ea nd ro - D ia gr am aç ão : F ab io - 0 3/ 05 /1 1 // 2 ª R ev isã o - Am an da / Co rr eç ão - M ár ci o - 16 /0 5/ 11 2 2 b 4×a×c ( 2) (4 3 1) 4 12 16 ∆ = − ∆ = − − × − × ∆ = + ∆ = b x 2a ( 2) 16 x 2. 3 2 4 x 6 − ± ∆ = − − ± = − ± = − 2 4 6 x ' 1 6 6 + = = = − − − 2 4 2 1 x '' 6 6 3 − − = = = −− Como pudemos ver, a equação 23x 2x 1 0− − + = tem dois valores que zeram a equação. De fato, se fizermos x = -1, teremos 2f(x) 3 ( 1) 2 ( 1) 1 3 2 1 0= − × − − × − + = − + + = , e se fizermos 1 x 3 = , teremos 21 1 1 2 f(x) 3 2 1 3 1 3 3 9 3 3 2 3 6 9 1 0 9 3 9 = − × − × + = − × − + = − − − + − + = = . 4.4.3 Discriminante Para que serve o ∆ na fórmula das raízes da equação quadrática? O ∆, chamado de discriminante da equação, fornece, além de outras informações, o número de raízes dessa equação. Se ∆ > 0, ou seja, positivo, então a equação tem 2 raízes reais. Se ∆ = 0, nulo, então a equação tem apenas uma raiz (ou duas raízes iguais, matematicamente falando), e se ∆ < 0, negativo, não há raiz real da equação e ela não tem solução. 4.4.4 Fatoração: regra da soma e produto Outra forma de achar as raízes de uma equação quadrática é por meio da propriedade da soma e produto. Em uma equação de 2º grau do tipo 2ax bx c 0+ + = , temos: Soma das raízes: b x ' x '' a + = − , pois segundo a fórmula de Bhaskara: b x ' 2a − + ∆ = e b x '' 2a − − ∆ = . Somando membro a membro dessa igualdade, temos: 79 MateMática Re vi sã o: L ea nd ro - D ia gr am aç ão : F ab io - 0 3/ 05 /1 1 // 2 ª R ev isã o - Am an da / Co rr eç ão - M ár ci o - 16 /0 5/ 11 b b x ' x '' 2a 2b b 2a a − + ∆ − − ∆ + = = − − = Produto das raízes: c x ' x '' a × = , pois segundo a fórmula de Bhaskara, b x ' 2a − + ∆ = e b x '' 2a − − ∆ = . Multiplicando membro a membro dessa igualdade, temos: 2 2 2 2 2 2 b b x ' x '' 2a 2a ( b ) ( b ) 4a ( b ) ( ) 4a b 4a − + ∆ − − ∆ × = × = − + ∆ × − − ∆ = − − ∆ = − ∆ Como 2b 4ac∆ = − , temos: 2 2 2 2 2 2 2 b (b 4ac) x ' x '' 4a b b 4ac 4a 4ac c a4a − − × = = − + = = No exemplo de equação 23x 2x 1 0− − + = que resolvemos por Bhaskara, temos que a soma das raízes é 2 2 3 3 − − = − − e seu produto é 1 1 3 3 = − − . Então, temos que achar dois números cuja soma é 2 3 − e o produto é 1 3 − . Vemos que os números -1 e 1 3 − satisfazem essas duas condições e chegamos, assim, às raízes da equação. exemplos de aplicação 1. A soma de um número com seu quadrado é 72. Qual é o número? Resolução: 80 Unidade II Re vi sã o: L ea nd ro - D ia gr am aç ão : F ab io - 0 3/ 05 /1 1 // 2 ª R ev isã o - Am an da / Co rr eç ão - M ár ci o - 16 /0 5/ 11 Modelando matematicamente, temos: 2x x 72+ = Vamos transformá-la em uma equação de 2º grau: 2 2 x x 72 x x 72 0 a 1 b 1 c 72 + = + − = = = = − Calculando ∆, temos: 2 2 b 4ac 1 4 1 ( 72) 1 288 289 ∆ = − ∆ = − × × − ∆ = + ∆ = Substituindo em: b x 2a 1 289 x 2 1 1 17 x 2 1 17 16 x ' 8 2 2 1 17 18 x '' 9 2 2 − ± ∆ = − ± = × − ± = − + = = = − − − = = = − Ou podemos utilizar a regra de soma e produto: b x ' x '' a 1 x ' x '' 1 1 + = − + = − = − c x ' x '' a 72 x ' x '' 72 1 × = − × = = − Nesse caso, devemos ter o seguinte raciocínio: Quais os números que, quando somados, obtém-se como resultado -1 e, quando multiplicados, obtém-se o resultado -72. 81 MateMática Re vi sã o: L ea nd ro - D ia gr am aç ão : F ab io - 0 3/ 05 /1 1 // 2 ª R ev isã o - Am an da / Co rr eç ão - M ár ci o - 16 /0 5/ 11 Se somarmos 8 + (-9) = -1. E se multiplicarmos 8 × (-9) = -72. Ou seja, 8 e -9 são raízes da equação. 2. A diferença entre o quadrado e o triplo de um mesmo número é 10. Qual é o número? Resolução: Modelando matematicamente, temos: 2x 3x 10− = Vamos transformá-la em uma equação de 2º grau: 2 2 x 3x 10 x 3x 10 0 a 1 b 3 c 10 − = − − = = = − = − Calculando ∆, temos: 2 2 b 4ac 3 4 1 ( 10) 9 40 49 ∆ = − ∆ = − − × × − ∆ = + ∆ = Substituindo em: b x 2a ( 3) 49 x 2 1 3 7 x 2 3 7 10 x ' 5 2 2 3 7 4 x '' 2 2 2 − ± ∆ = − − ± = × ± = + = = = − − = = = − 82 Unidade II Re vi sã o: L ea nd ro - D ia gr am aç ão : F ab io - 0 3/ 05 /1 1 // 2 ª R ev isã o - Am an da / Co rr eç ão - M ár ci o - 16 /0 5/ 11 Ou podemos utilizar a regra de soma e produto: ( 3) x ' x '' 1 3 x ' x '' 3 1 − − + = + = = c x ' x '' a 10 x ' x '' 10 1 × = − × = = − Nesse caso, devemos ter o seguinte raciocínio: Quais os números que, quando somados, obtém-se como resultado 3 e, quando multiplicados, obtém-se o resultado -10. Se somarmos 5 ( 2) 3+ − = . E se multiplicarmos 5 ( 2) 10× − = − . Ou seja, 5 e 2− são raízes da equação. 3. Um senhor tem um terreno que mede 26 m de comprimento por 16 m de largura. Ele deseja aumentar a sua área para 816 m² acrescentando faixas de mesma largura a um dos lados e aos fundos. Qual deve ser a largura dessas faixas? Resolução: Modelando matematicamente, temos: (16 x) (26 2) 816+ × + = Aplicando a propriedade distributiva, temos: 2416 26x 16x x 816+ + + = Vamos transformá-la em uma equação de 2º grau, e reduzir os termos semelhantes: 2 2 x 42x 416 816 0 x 42x 400 0 a 1 b 42 c 400 + + − = + − = = = = − Calculando ∆, temos: 83 MateMática Re vi sã o: L ea nd ro - D ia gr am aç ão : F ab io - 0 3/ 05 /1 1 // 2 ª R ev isã o - Am an da / Co rr eç ão - M ár ci o - 16 /0 5/ 11 2 2 b 4ac 42 4 1 ( 400) 1764 1600 3364 ∆ = − ∆ = − × × − ∆ = + ∆ = Substituindo em: b x 2a 42 3364 x 2 1 42 58 x 2 42 58 16 x ' 8 2 2 42 58 100 x '' 50 2 2 − ± ∆ = − ± = × − ± = − + = = = − − − = = = − Ou podemos utilizar a regra de soma e produto: b x ' x '' a 42 x ' x '' 42 1 − + = − + = = − c x ' x '' a 400 x ' x '' 400 1 × = − × = = − Nesse caso devemos ter o seguinte raciocínio: Quais os números que, quando somados, obtém-se como resultado -42 e, quando multiplicados, obtém-se o resultado -400. Se somarmos 8 +(-50) = -42. E se multiplicarmos 8 ×(-50) = -400. Ou seja, 8 e -50 são raízes da equação. Por se tratar de um exemplo que contém medidas de terreno, devemos desconsiderar as raízes negativas, ou seja, o valor a ser considerado é 8. 4. Os 3/5 de um número aumentado de 12 são iguais aos 5/7 desse número. Qual é esse número? Resolução: Modelando matematicamente, temos: 84 Unidade II Re vi sã o: L ea nd ro - D ia gr am aç ão : F ab io - 0 3/ 05 /1 1 // 2 ª R ev isã o - Am an da / Co rr eç ão - M ár ci o - 16 /0 5/ 11 3 5 x 12 x 5 7 3 5 x x 12 5 7 21x 25x 12 35 4x 12 35 4x 12 35 4x 420 420 x 4 x 105 + = − = − − = − − = − − = − × − = − − = − = 3 5 x 12 x 5 7 3 5 x x 12 5 7 21x 25x 12 35 4x 12 35 4x 12 35 4x 420 420 x 4 x 105 + = − = − − = − − = − − = − × − = − − = − = 5.O Skyvoice pesa cerca de m kg. Obter m sabendo-se que a soma de seus quocientes por 2, por 3 e por 5 é 124. Resolução: Modelando matematicamente, temos: m m m 124 2 3 5 15m 10m 6m 124 30 31m 124 30 31m 124 30 31m 3720 3720 m 31 m 120 + + = + + = = = × = = = 6. Em uma das unidades de uma fábrica de porte internacional, um terço dos empregados são estrangeiros e 72 empregados são brasileiros. Quantos são os empregados dessa fábrica? Resolução: Modelando matematicamente, temos: 85 MateMática Re vi sã o: L ea nd ro - D ia gr am aç ão : F ab io - 0 3/ 05 /1 1 // 2 ª R ev isã o - Am an da / Co rr eç ão - M ár ci o - 16 /0 5/ 11 1 x 72 x 3 1 x x 72 3 1x 3x 72 3 2x 72 3 2x 72 3 2x 216 216 x 2 x 108 + = − = − − = − − = − − = − × = − − = − = 1 x 72 x 3 1 x x 72 3 1x 3x 72 3 2x 72 3 2x 72 3 2x 216 216 x 2 x 108 + = − = − − = − − = − − = − × = − − = − = 7. Um sexto de um salário é reservado para o aluguel; cerca de dois nonos é gasto com alimentação restando ainda R$ 1.100,00 para os demais gastos. Qual é o valor desse salário? Resolução: Modelando matematicamente, temos: 1 2 x x 1100 x 6 9 1 2 x x x 1100 6 9 3x 4x 18x 1100 18 11x 1100 18 11x 1100 18 11x 19800 19800 x 11 x 1800 + + = + − = − + − = − − = − − = − × − = − − = − = 8. Uma determinada firma saldou uma dívida junto a uma financiadora em três prestações. Na 1ª prestação, pagou-se a metade do valor do débito, na 2ª prestação, a terça parte e na última, R$ 3.000,00. Qual o valor total pago? 86 Unidade II Re vi sã o: L ea nd ro - D ia gr am aç ão : F ab io - 0 3/ 05 /1 1 // 2 ª R ev isã o - Am an da / Co rr eç ão - M ár ci o - 16 /0 5/ 11 Resolução: Modelando matematicamente, temos: 1 2 1 3 3000 1 2 1 3 3000 3 2 6 6 3000 6 3000 3 x x x x x x x x x x x + + = + − = − + − = − − = − − = − 0000 6 18000 1 18000 × − = − × − = x x ( ) 9. Cerca de 780 veículos, entre carros e motos, utilizam semanalmente um determinado estacionamento. Nos últimos anos ocorreu um aumento considerável no número de motos, de modo que, após certo período de observação, notou-se que, semanalmente, o número de carros que se utilizam desse estacionamento é aproximadamente cinco vezes o número de motos. Quantas motos fazem uso semanal de estacionamento? Resolução: Modelando o problema, temos: Sendo: x carros y motos = = x y equacao I x y equacao II + = → = → 780 5 çã çã Utilizaremos o método da substituição. Substituindo II em I, temos: 5y y 780 6y 780 780 y 6 y 130 + = = = = 87 MateMática Re vi sã o: L ea nd ro - D ia gr am aç ão : F ab io - 0 3/ 05 /1 1 // 2 ª R ev isã o - Am an da / Co rr eç ão - M ár ci o - 16 /0 5/ 11 10. O triplo de um número, somado a 4, é maior que seu quíntuplo diminuído de 4. Esse número é necessariamente: Resolução: Modelando a inequação, temos: 3x 4 5x 4 3x 5x 4 4 3x 8 8 x 3 8 x 3 + > − − > − − − > − − < − < 11. Determine o conjunto solução da seguinte inequação 2x 1 4 x 3 5 3 − + > , sabendo que U =� . Resolução: 2x 1 4 x 3 5 3 2x 1 x 4 3 3 5 x 1 4 3 5 4 3 x 1 5 12 x 1 5 12 x 1 5 12 5 x 5 7 x 5 − + > − − > − − > − × − > − − > − > − + − + > > − resumo Nesta unidade foram resgatados alguns conceitos algébricos com o objetivo de explorar a capacidade de abstração. Foram criados modelos matemáticos para a resolução de problemas. 88 Unidade II Re vi sã o: L ea nd ro - D ia gr am aç ão : F ab io - 0 3/ 05 /1 1 // 2 ª R ev isã o - Am an da / Co rr eç ão - M ár ci o - 16 /0 5/ 11 Vimos os conceitos de equações de 1º e 2º graus, inequações e sistemas de equações, bem como alguns métodos utilizados para as resoluções deles. exercícios Questão 1. (ENEM-2010) O salto triplo é uma modalidade do atletismo em que o atleta dá um salto em um só pé, uma passada e um salto, nessa ordem. Sendo que o salto com impulsão em um só pé será feito de modo que o atleta caia primeiro sobre o mesmo pé que deu a impulsão; na passada ele cairá com o outro pé, do qual o salto é realizado. Disponível em: www.cbat.org.br (adaptado). Um atleta da modalidade salto triplo, depois de estudar seus movimentos, percebeu que, do segundo para o primeiro salto, o alcance diminuía em 1,2 m e, do terceiro para o segundo salto, o alcance diminuía 1,5 m. Querendo atingir a meta de 17,4 m nessa prova e considerando os seus estudos, a distância alcançada no primeiro salto teria de estar entre: A) 4,0 m e 5,0 m. B) 5,0 m e 6,0 m. C) 6,0 m e 7,0 m. D) 7,0 m e 8,0 m. E) 8,0 m e 9,0 m. Resposta correta: alternativa D. Análise das alternativas Supondo-se que o alcance do segundo salto é 1,2 m menor que o do primeiro salto e que o alcance do terceiro salto é 1,5 m menor que do segundo salto e se a distância alcançada no primeiro salto é x, então, para atingir a meta de 17,4 m, tem-se: x (x 1,2) (x 1,2 1,5) 17,4 3x 1,2 1,2 1,5 17,4 3x 3,9 17,4 3x 17,4 3,9 3x 21,3 x 7,1m + − + − − = − − − = − = = + = = 89 MateMática Re vi sã o: L ea nd ro - D ia gr am aç ão : F ab io - 0 3/ 05 /1 1 // 2 ª R ev isã o - Am an da / Co rr eç ão - M ár ci o - 16 /0 5/ 11 Logo, A) Alternativa incorreta. Justificativa: de acordo com os cálculos. B) Alternativa incorreta. Justificativa: de acordo com os cálculos. C) Alternativa incorreta. Justificativa: de acordo com os cálculos. D) Alternativa correta. Justificativa: de acordo com os cálculos. E) Alternativa incorreta. Justificativa: de acordo com os cálculos. Questão 2. (FUVEST-2007) Uma fazenda estende-se por dois municípios A e B. A parte da fazenda que está em A ocupa 8% da área desse município. A parte da fazenda que está em B ocupa 1% da área desse município. Sabendo-se que a área do município B é dez vezes a área do município A, a razão entre a área da parte da fazenda que está em A e a área total da fazenda é igual a: A) 2 9 B) 3 9 C) 4 9 D) 5 9 E) 7 9 Resolução desta questão na Plataforma.
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