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Adriano Ferreira Duque : adr_f_duque_25@hotmail.com , +5592993686197 EQUAÇÕES DO TERCEIRO E QUARTO GRAU RESUMO Este pequeno artigo tem como objetivo fazer uma revisão claro e aprofundada sobre as equações do Terceiro e Quarto grau e os métodos de Resolução. Palavra-chave: equação do terceiro grau, equação do quarto grau e resolução. ABSTRACT This article aims to make a clear and in-depth review on Third and Fourth Degree equations and methods of resolution. Key words: third degree equation, fourth degree equation resolution. AUTOR Adriano Ferreira Duque, 30 anos, Manauara, Engenheiro Civil, formado pela Universidade Nilton Lins, e autodidata. INTRODUÇÃO Na engenharia, casualmente nos deparamos com problemas que envolvem cálculos volumétricos, e a determinação de medidas volumétricas, e recaímos nas equações do terceiro grau. Mas quando se busca solucionar uma equação do terceiro grau pelo métodos conhecidos, ou são confusos, pouco esclarecedores, e quando se conhece as raízes do problema e desenvolvemos a equação, elas não retornam as raízes previamente estabelecidas, visto que nestes casos, há necessidade de soluções dentro dos Números Reais. Na busca de encontrar um outro métodos para resolver as equações do terceiro grau, além de obter esclarecimento sobre alguns pontos sobre as equações e os métodos de resolução, percebeu-se que há distinção entre as equações de terceiro grau com raízes reais e as de raízes complexas. Neste artigo será apresentado uma nova abordagem sobre os métodos de resolução das equações do terceiro e quarto grau. Adriano Ferreira Duque : adr_f_duque_25@hotmail.com , +5592993686197 CONSIDERAÇÕES INICIAIS Para bom entendimento do aqui apresentado, há necessidade de conhecer o básico sobre os Números Complexos: ( i² = –1 ) e de Derivadas: y’(a) = f’(k) = limℎ→0 f(k+h)−f(k) h . Também será dada uma breve revisão das equações do segundo grau, para uma rápida introdução e melhor entendimento. Com resumidos desenvolvimentos algébricos das equações. EQUAÇÃO DO SEGUNDO GRAU E NÚMERO COMPLEXO Os Números Complexo (ℂ) vem como solução de raízes quadradas e de índices pares para números negativos ( i = √−1 , i2 = –1, i4 = 1, i6 = –1, ...). Nas equação de segundo grau, com a forma y(x) = a.x² + b.x + c , onde a, b e c pertence a ℝ, temos a discriminante Δ = b² – 4.a.c , onde Δ > 0 para temos soluções nos Números Reais (x1 e x2 ϵ ℝ). Quando temos Δ = 0, temos as raízes da equação x1 = x2: x1 = x2 = u y(x) = a.(x – u).(x – u) y(x) = a.(x² – 2.u + u²) y(x) = a.x² – 2.a.u + a.u² Fig:01 – Exemplo de gráfico de equação de segundo grau, para a > 0 e Δ= 0. Quando temos Δ < 0 (Discriminante negativa), no plano cartesiano a representação gráfica da função se distanciar do eixo das abcissas (coordenadas x), conforme mostrado abaixo: Adriano Ferreira Duque : adr_f_duque_25@hotmail.com , +5592993686197 Fig:02 – Exemplo de gráfico de equação de segundo grau, para a > 0 e Δ < 0 , Δ = –h. Se valendo da equação anterior e acrescentar o valor h nela, sendo h apenas o valor da distância entre a vértice da parábola com o eixo x, deste modo h é o módulo da vértice (apenas o valor escalar, sem sinal de positivo ou negativo), dai teremos: h =│ yv │, yv = –Δ/(4.a) (vértice da parábola) xv = − b 2𝑎 (x da vértice da parábola) x1 = x2 = u y(x) = a.(x – u).(x – u) + a.h y(x) = a.(x² – 2.u + u² + h) y(x) = a.x² +(– 2.a.u).x + (a.u² + a.h) ( Δ= b2 – 4ac , i = √−1 ) Aqui a discriminante resulta num número negativo. 𝑥𝑗 = −(– 2.𝑎.u) 2𝑎 ± √(– 2.𝑎.u)2−4∙𝑎∙(𝑎.u² + 𝑎.h) 2𝑎 = u ± √−h 𝑥1 = u − i√h ou seja: 𝑥1 = x𝑣 − i√|𝑦𝑣| 𝑥2 = u + i√h ou seja: 𝑥2 = x𝑣 + i√|𝑦𝑣| A partir desse desenvolvimento algébrico, vemos que a distância que a vértice da parábola fica do eixo x, está diretamente relacionados com a parte Imaginária do Número Complexo que compõe as raízes da Equação de Segundo Grau e nas demais Equações de Terceiro e Quarto grau para seus respectivos Máximos e Mínimos da função. Adriano Ferreira Duque : adr_f_duque_25@hotmail.com , +5592993686197 EQUAÇÃO DO TERCEIRO GRAU A partir de agora iremos usar trabalho algébrico para delimitar e facilitar alguns termos usados nas Equações do Terceiro Grau, e as demonstrações dos termos. Nas Equação, com a forma y(x) = a.x³ + b.x² + c.x + d , onde a, b, c e d pertence a ℝ. Seguir a demonstração algébrica, temos: y(x) = a.x³ + b.x² + c.x + d, derivando os termos, temos: y’(x) = 3.a.x² + 2.b.x + c, derivando novamente temos: y”(x) = 6.a.x + 2.b y”(xc) = 0 → xc = − b 3𝑎 𝐲𝐜 ′ = y’(xc) = 3.a.(− b 3𝑎 ) 2 + 2.b. (− b 3𝑎 ) + c = −(b2−3ac) 3𝑎 = c – 3.a.𝑥𝑐 2 yc ′ = −(b2−3ac) 3𝑎 → √ −yc ′ 3𝑎 = √b2−3𝑎c 3𝑎 y’(x) = 3.a.x² + 2.b.x + c = 0 , x1 ≠ x2 (os pontos Máximo e Mínimo) x1 = −2𝑏−√4𝑏2−4∙3𝑎𝑐 2∙3𝑎 = xc – √ −yc ′ 3𝑎 x2 = −2𝑏+√4𝑏2−4∙3𝑎𝑐 2∙3𝑎 = xc + √ −yc ′ 3𝑎 yc = y(xc) = 2𝑏3 27𝑎2 − 𝑏𝑐 3𝑎 + 𝑑 = 2𝑏3−9𝑎𝑏𝑐+27𝑎2𝑑 27𝑎2 = – 2.a.xc 3 + c.xc + d y(x1) = a.(x𝑐 − √ −yc ′ 3𝑎 ) 3 +b. (x𝑐 − √ −yc ′ 3𝑎 ) 2 +c. (x𝑐 − √ −yc ′ 3𝑎 ) +d = yc +2𝑎√( −yc ′ 3𝑎 ) 3 y(x2) = a.(x𝑐 + √ −yc ′ 3𝑎 ) 3 +b. (x𝑐 + √ −yc ′ 3𝑎 ) 2 +c. (x𝑐 + √ −yc ′ 3𝑎 ) +d = yc – 𝑎√( −yc ′ 3𝑎 ) 3 y(x1) – y(x2) = 4𝑎√( −yc ′ 3𝑎 ) 3 → 𝑦𝑐 𝑦(𝑥1)−𝑦(𝑥2) = 𝑦𝑐 (4𝑎√( −yc ′ 3𝑎 ) 3 ) = 𝟑 𝟒 √ 𝟑𝒂 (−𝒚𝒄 ′ ) 𝟑 ∙ 𝒚𝒄 Adriano Ferreira Duque : adr_f_duque_25@hotmail.com , +5592993686197 Para as raízes r1 , r2 e r3 pertença ao conjunto dos Números Reais ( ℝ ), deve –0,5 ≤ ( 3 4 √ 3𝑎 (−𝑦𝑐 ′) 3 ∙ 𝑦𝑐) ≤ 0,5 . Mas quando | 3 4 √ 3𝑎 (−𝑦𝑐 ′) 3 ∙ 𝑦𝑐| > 0,5 ou ( 3 4 √ 3𝑎 (−𝑦𝑐 ′) 3 ∙ 𝑦𝑐) é Número imaginário, temos uma Raiz Real e duas Raízes Complexas Conjugadas, sendo Z = A + Bi e Z̅ = A – Bi. Usaremos os termos xc , 𝐲𝐜 ′ e yc serão usados para facilitar os métodos de resoluções. MÉTODOS DE RESOLUÇÃO PARA CASOS PARTICULARES Para yc = 0 Nas Equação de Terceiro grau, com a forma y(x) = a.x³ + b.x² + c.x + d , onde a, b, c e d pertence a ℝ. Quando yc = 0 o gráfico da equação apresentam uma configuração simétrica, indicando uma equidistância entre as raízes. Seguir a demonstração algébrica: (r2 – r1) = (r3 – r2) = w , r2 = r → r1 = ( r – w) e r3 = ( r + w) y(x) = a.[ x – r1] . [ x – r2] .[ x – r3] y(x) = a.[ x – (r – w)] . [ x – r] .[ x – ( r + w)] y(x) = a.[ x³ – 3.r.x² + ( 3.r² – w²)x – ( r³ – w²r)] xc = − b 3𝑎 = − (−3𝑎𝑟) 3𝑎 = r 𝐲𝐜 ′ = c – 3.a.𝑥𝑐 2 = a. (3.r² – w² – 3.r²) = – a.w² → w = ± √ −yc ′ 𝑎 = ± √3√ −yc ′ 3𝑎 r1 = r – w = xc – √ −𝐲𝐜 ′ 𝒂 = xc – √𝟑√ −𝐲𝐜 ′ 𝟑𝒂 r2 = r = xc r3 = r + w = xc + √ −𝐲𝐜 ′ 𝒂 = xc + √𝟑√ −𝐲𝐜 ′ 𝟑𝒂 Exemplo 1: Sabendo que r1 = –4, r2 = 1 e r3 = 6, e a = 1, temos: r2 – r1 = r3 – r2 1– (– 4) = 6 – 1 = 5 e a partir dessas raízes faremos: y(x) = a.(x – r1) .(x – r2) .(x – r3) y(x) = 1.(x + 4) .(x – 1) .(x – 6) y(x) = x³ – 3x² – 22x + 24 Adriano Ferreira Duque : adr_f_duque_25@hotmail.com , +5592993686197 xc = − b 3𝑎 =− (−3) 3∙1 = 1 yc = – 2.a.xc 3 + c.xc + d = – 2.1.(1)³ + (– 22).1 + 24 = 0 , yc = 0 Raízes Reais Simétricas yc ′ = c – 3.a.𝑥𝑐 2 = – 22 – 3.1.(1)² = – 25 w = ± √ −yc ′ 𝑎 = ± √ −(−25) 1 = 5 r1 = r – w = xc – √ −yc ′ 𝑎 = 1 – 5 = –4 r2 = xc = 1 r3 = r + w = xc + √ −yc ′ 𝑎 = 1 + 5 = 6 Para │yc│= 𝟐𝒂√( −𝐲𝐜 ′ 𝟑𝒂 ) 𝟑 ou | 𝟑 𝟒 √ 𝟑𝒂 (−𝒚𝒄 ′ ) 𝟑 ∙ 𝒚𝒄| = 0,5 Nas Equação de Terceiro grau, com a forma y(x) = a.x³ + b.x² + c.x + d , onde a, b, c e d pertence a ℝ. Quando o | 3 4 √ 3𝑎 (−𝑦𝑐 ′) 3 ∙ 𝑦𝑐| = 0,5 a equação apresentar duas raízes reais, ou seja r1 = r2 ou r2 = r3 . Seguir a demonstração algébrica: Para r2 = r3 = u , r1 = v → u > v y(x) = a.(x – r1) . (x – r2) . (x – r3) y(x) = a.(x – v) . (x – u) . (x – u) y(x) = a.( x³ – (2.u + v).x² + (u² + 2.u.v).x – u².v ) xc = − b 3𝑎 = − −𝑎(2u+v) 3𝑎 = (2u+v) 3 → (2u + v) = 3xc yc ′ = c – 3.a.xc 2 = a. [(u² + 2.u.v) – 3. ( (2u+v) 3 ) 2 ] = − 𝑎 3 .(u – v)² = – 3.a. ( (u−v) 3 ) 2 y𝐜 ′ = – 3.a. ( (u−v) 3 ) 2 → √ −yc ′ 3𝑎 = (u−v) 3 → (u – v) = 𝟑√ −𝐲𝐜 ′ 𝟑𝒂 yc = – 2.a.xc 3 + c.xc + d yc = a.[ – 2. ( (2u+v) 3 ) 3 + (u² + 2.u.v). ( (2u+v) 3 ) – u².v ] = 2.a. ( (u−v) 3 ) 3 = 2𝑎√( −yc ′ 3𝑎 ) 3 yc = 2𝑎√( −yc ′ 3𝑎 ) 3 → (u – v) = 𝟑 ∙ √ 𝐲𝐜 𝟐𝒂 𝟑 = 𝟑 ( 𝐲𝐜 𝟐𝒂 ) 𝟏 𝟑⁄ Adriano Ferreira Duque : adr_f_duque_25@hotmail.com , +5592993686197 yc yc ′ = 2.𝑎.( (u−v) 3 ) 3 −3𝑎( (u−v) 3 ) 2 = − 2 3 ( (u−v) 3 ) → (u – v) = − 𝟗 𝟐 𝐲𝐜 𝐲𝐜 ′ , ( yc ′ ≠ 0) Faremos: (2u + v) = 3xc + (u – v) = − 9 2 yc yc ′ _________________________ 3u = 3xc − 9 2 yc yc ′ → u = xc − 𝟑 𝟐 𝐲𝐜 𝐲𝐜 ′ logo: v = xc +𝟑 𝐲𝐜 𝐲𝐜 ′ ou (2u + v) = 3xc + (u – v) = 3√ −𝐲𝐜 ′ 𝟑𝒂 __________________________ 3u = 3xc + 3√ −𝐲𝐜 ′ 𝟑𝒂 → u = xc + √ −𝐲𝐜 ′ 𝟑𝒂 logo: v = xc – 𝟐√ −𝐲𝐜 ′ 𝟑𝒂 ou (2u + v) = 3xc + (u – v) = 3 ∙ √( yc 2𝑎 ) 2𝟑 __________________________ 3u = 3xc + 3 ∙ √ yc 2𝑎 3 → u = xc +√ 𝐲𝐜 𝟐𝒂 𝟑 logo: v = xc – 𝟐 ∙ √ 𝐲𝐜 𝟐𝒂 𝟑 Logo: r1 = v = xc +𝟑 𝐲𝐜 𝐲𝐜 ′ = xc – 𝟐√ −𝐲𝐜 ′ 𝟑𝒂 = xc – 𝟐 ∙ √( 𝐲𝐜 𝟐𝒂 ) 𝟑 r2 = r3 = u = xc − 𝟑 𝟐 𝐲𝐜 𝐲𝐜 ′ = xc + √ −𝐲𝐜 ′ 𝟑𝒂 = xc +√( 𝐲𝐜 𝟐𝒂 ) 𝟑 Adriano Ferreira Duque : adr_f_duque_25@hotmail.com , +5592993686197 Exemplo 2: Sabendo que v = –3 , u = 5, 5 > ( –3) e a = 1; e a partir dessas raízes faremos, teremos: y(x) = a.(x – v) .(x – u) .(x – u) y(x) = 1.(x + 3) .(x – 5) .(x – 5) y(x) = x³ – 7x² – 5x + 75 xc = − b 3𝑎 = − (−7) 3∙1 = 7/3 ≈ 2,333333333… yc = – 2.a.xc 3 + c.xc + d = – 2.1.(7/3)³ + (– 5).(7/3) + 75 yc = 1024/27 ≈ 37,925925925... yc ′ = c – 3.a.𝑥𝑐 2 = – 5 – 3.1.(7/3)² = – 64/3 ≈ – 21,333333333... 2𝑎√( −yc ′ 3𝑎 ) 3 = 2 ∙ 1 ∙ √( −(−64 3⁄ ) 3∙1 ) 3 = 1024/27 = │yc│≈ 37,925925925... | 3 4 √ 3𝑎 (−𝑦𝑐 ′) 3 ∙ 𝑦𝑐| = | 3 4 √ 3∙1 (−(−64 3⁄ )) 3 ∙ 1024 27 | = │0,5│= 0,5 (Duas Raízes Reais) v = xc +3 yc yc ′ = (7/3) + 3.(1024/27)/( –64/3) = – 3 v = xc – 2√ −yc ′ 3𝑎 = (7/3) – 2√ −(−64 3⁄ ) 3∙1 = – 3 v = xc – 2 ∙ √ yc 2𝑎 𝟑 = (7/3) – 2 ∙ √( 1024 27⁄ 2∙1 ) 3 = – 3 u = xc − 3 2 yc yc ′ = (7/3) – (3/2).(1024/27)/( –64/3) = 5 u = xc + √ −yc ′ 3𝑎 = (7/3) + √ −(−64 3⁄ ) 3∙1 = 5 u = xc +√( yc 2𝑎 ) 3 = (7/3) + √( 1024 27⁄ 2∙1 ) 3 = 5 Adriano Ferreira Duque : adr_f_duque_25@hotmail.com , +5592993686197 RESOLUÇÃO PARA AS RAÍZES COMPLEXAS Nas Equação de Terceiro grau, com a forma y(x) = a.x³ + b.x² + c.x + d , onde a, b, c e d pertence a ℝ. Quando o –0,5 > ( 3 4 √ 3𝑎 (−𝑦𝑐 ′) 3 ∙ 𝑦𝑐) > 0,5 ou 3 4 √ 3𝑎 (−𝑦𝑐 ′) 3 ∙ 𝑦𝑐 é número imaginário, a equação apresentar uma Raiz Real r e duas Raízes Complexas Conjugadas, sendo Z = A + Bi e Z̅ = A – Bi. Seguindo a demonstração algébrica: y(x) = a.(x – r1) . (x – r2) . (x – r3) y(x) = a.(x – r) . [x – (A – Bi) ]. [x – (A + Bi)] , sendo ( i² = –1) y(x) = a. [ x³ – (2A + r).x² + (2Ar + A² + B²).x – (A² + B²)r ] xc = − b 3𝑎 = − −𝑎(2𝐴+𝑟) 3𝑎 = (2𝐴+𝑟) 3 → (2A + r) = 3xc yc ′ = c – 3.a.xc 2 = a. [ (2Ar + A² +B²) – 3. ( (2A+r) 3 ) 2 ] = 𝑎 (𝐵2 − 3 ( (A−r) 3 ) 2 ) yc ′ = 𝑎 (𝐵2 − 3 ( (𝐴−𝑟) 3 ) 2 ) → (A – r) = 𝟑√ 𝑩𝟐 𝟑 − 𝐲𝐜 ′ 𝟑𝒂 Faremos: (2A + r) = 3xc + (A – r) = 3√ 𝐵2 3 − yc ′ 3𝑎 _________________________ 3A = 3xc + 3√ 𝐵2 3 − yc ′ 3𝑎 → A = xc + √ 𝑩𝟐 𝟑 − 𝐲𝐜 ′ 𝟑𝒂 logo: r = xc – 𝟐√ 𝑩𝟐 𝟑 − 𝐲𝐜 ′ 𝟑𝒂 Substituindo: √𝐵 2 3 − yc ′ 3𝑎 = R , teremos A = xc + R e r = xc – 2R – d/a = A²r + B²r = (xc + R)².( xc – 2R) + B².( xc – 2R) – d/a = (xc)³ – 3R².xc – 2R³ + B².xc – 2RB² , tendo √ 𝐵2 3 − yc ′ 3𝑎 = R → B² = 3R² + yc ′ /a – d/a = (xc)³ – 3R².xc – 2R³ + (3R² + yc ′ /a).xc – 2R.(3R² + yc ′ /a) – d/a = (xc)³ – 8R³ + (yc ′ /a).xc – 2R. (yc ′ /a) (2R)³ + (2R). (yc ′ /a) – (xc)³ – (yc ′ /a).xc – d/a = 0 Adriano Ferreira Duque : adr_f_duque_25@hotmail.com , +5592993686197 (2R)³ + (2R). (yc ′ /a) – [ (xc)³ + (yc ′ /a).xc + d/a ] = 0 Sendo yc ′ = c – 3a.xc 2 → c = yc ′ + 3a.xc 2 e yc = – 2.a.xc 3 + c.xc + d yc = – 2.a.xc 3 + (yc ′ + 3axc 2).xc + d = a.𝐱𝐜 𝟑 + 𝐲𝐜 ′.xc + d yc/a = xc 3 + (yc ′ /a).xc + d/a (2R)³ + (2R). (𝐲𝐜 ′/a) – yc/a = 0 Obtemos a equação reduzida da forma (x 3 + p.x + q = 0) que diversas bibliografia já expuseram esta forma. Então aplicando o Método de Del Ferro/ Tartaglia ou de Cardano (dependendo da fonte pesquisada). Seguindo a demonstrações e fazendo as devidas substituições ; (2R = t + v) (t + v)³ + (t + v). (yc ′ /a) – yc/a = 0 (t³ + v³) – ( yc/a) + (t + v).(3tv + yc ′ /a) = 0 (t³ + v³) – yc/a = 0 (t³ + v³) = yc/a (t + v).(3tv + yc ′ /a) = 0 3tv + yc ′ /a = 0 tv = − yc ′ 3a t³v³ = (− yc ′ 3a ) 3 Sendo este a Soma e Produto de Raízes de uma Equação de Segundo Grau. S =X1 +X2 e P = X1.X2 → X² – S.X +P = 0 S = t³ + v³ e P = t³.v³ → X² – ( t³ + v³).X +( t³.v³) = 0 → X² – (yc/a).X +[(− yc ′ 3a ) 3 ] = 0 X = −(− y𝑐 𝑎 )±√( y𝑐 𝑎 ) 2 −4∙1∙(− yc ′ 3a ) 3 2∙1 → X = 𝑦𝑐 2𝑎 ± √( 𝑦𝑐 2𝑎 ) 2 + ( yc ′ 3𝑎 ) 3 Adriano Ferreira Duque : adr_f_duque_25@hotmail.com , +5592993686197 X1 = t³ = 𝑦𝑐 2𝑎 − √( 𝑦𝑐 2𝑎 ) 2 + ( yc ′ 3𝑎 ) 3 → t = √ 𝑦𝑐 2𝑎 − √( 𝑦𝑐 2𝑎 ) 2 + ( yc ′ 3𝑎 ) 33 X2 = v³ = 𝑦𝑐 2𝑎 + √( 𝑦𝑐 2𝑎 ) 2 + ( yc ′ 3𝑎 ) 3 → v = √ 𝑦𝑐 2𝑎 + √( 𝑦𝑐 2𝑎 ) 2 + ( yc ′ 3𝑎 ) 33 r = xc – ( t + v) , A = xc + ( t+ v)/2 e B = √ 3 4 (t + v)2 + yc ′ 𝑎 Logo: r1= r = xc – ( t + v) r2= A – iB = xc + ( t + v)/2 – i√ 𝟑 𝟒 (𝐭 + 𝐯)𝟐 + 𝐲𝐜 ′ 𝒂 r3= A + iB = xc + ( t + v)/2 + i√ 𝟑 𝟒 (𝐭 + 𝐯)𝟐 + 𝐲𝐜 ′ 𝒂 Curiosidade: Temos a seguinte relação B < | √3 3 (A − r)| , onde a função apresenta a mesma configuração típica de Equação do Terceiro Grau, na forma de , onde y(x1) > y(x2), sendo x1 e x2 o máximo e mínimo da equação, sempre ou acima ou abaixo do eixo x, ou seja, [y(x1) e y(x2)] > ou < 0, dado que a raiz real é uma das raízes laterais (r1 ou r3). Para B > | √3 3 (A − r)|, a função tende a fica com a forma de , e a função f(x) tendendo a fica reta para B → ∞. Neste caso a relação ( 3 4 √ 3𝑎 (−𝑦𝑐 ′) 3 ∙ 𝑦𝑐) é número imaginário, e o máximo e mínimo também é número imaginário. O método de Del Ferro/ Tartaglia ou de Cardano, aqui apresentado, funciona perfeitamente. Adriano Ferreira Duque : adr_f_duque_25@hotmail.com , +5592993686197 Exemplo 3: Sabendo que a = 2 , r = –3 , A = 5 e B = 2, 2 < | √3 3 (5 − (−3))| = 8√3 3 ≈ 4,6188 temos: y(x) = a.(x – r) . [x – (A – Bi) ] . [x – (A + Bi)] y(x) = 2.(x + 3) . [x – ( 5 – 2i)] . [x – ( 5 + 2i)] y(x) = 2x³ – 14x² – 2x + 174 xc = − b 3𝑎 = − (−14) 3∙2 = 7/3 ≈ 2,333333333… yc = –2.a.xc 3 + c.xc + d = –2.2.(7/3)³ +(– 2).(7/3) +174 = 3200/27 ≈ 118,518518518... yc ′ = c – 3.a.𝑥𝑐 2 = – 2 – 3.2.(7/3)² = – 104/3 ≈ – 34,66666666666... | 3 4 √ 3𝑎 (−𝑦𝑐 ′) 3 ∙ 𝑦𝑐| = | 3 4 √ 3∙2 (−(−104 3⁄ )) 3 ∙ 3200 27 | ≈ │1,06673│> 0,5 Teremos Raízes complexas t = √ 𝑦𝑐 2𝑎 − √( 𝑦𝑐 2𝑎 ) 2 + ( yc ′ 3𝑎 ) 33 = √ 3200 27⁄ 2∙2 − √( 3200 27⁄ 2∙2 ) 2 + ( −104 3⁄ 3∙2 ) 33 ≈ 1,511966128…. v = √ 𝑦𝑐 2𝑎 + √( 𝑦𝑐 2𝑎 ) 2 + ( yc ′ 3𝑎 ) 33 = √ 3200 27⁄ 2∙2 + √( 3200 27⁄ 2∙2 ) 2 + ( −104 3⁄ 3∙2 ) 33 ≈ 3,821367205… (t + v) = 1,511966128…. + 3,821367205… ≈ 5,33333333333... =16/3 B = √ 3 4 (t + v)2 + yc ′ 𝑎 = √ 3 4 ( 16 3 ) 2 + ( −104 3⁄ 2 ) = 2 A = xc + (t+v) 2 = (7/3) + (16 3⁄ ) 2 = 5 r = xc – (t + v) = (7/3) – (16/3) = –3 r1 = r = – 3 r2 = A – Bi = 5 – 2i r3 = A + Bi = 5 + 2i Adriano Ferreira Duque : adr_f_duque_25@hotmail.com , +5592993686197 Exemplo 4: Sabendo que a = 2 , r = 1 , A = –4 e B = 3, 3 > | √3 3 ((−4) − 1)| = 5√3 3 ≈ 2,8867513... temos: y(x) = a.(x – r) . [x – (A – Bi) ] . [x – (A + Bi)] y(x) = 2.(x + 1) . [x – ( 3 – 4i)] . [x – ( 3 + 4i)] y(x) = 2x³ + 4x² + 4x + 80 xc = − b 3𝑎 = − (4) 3∙2 = –2/3 ≈ –0,6666666… yc = –2.a.xc 3 + c.xc + d = –2.2.( –2/3)³ + 4.( –2/3) + 80 = 2120/27 ≈ 78,51851851... yc ′ = c – 3.a.𝑥𝑐 2 = 4 – 3.2.( –2/3)² = 4/3 ≈ 1,3333333333... | 3 4 √ 3𝑎 (−𝑦𝑐 ′) 3 ∙ 𝑦𝑐| = | 3 4 √ 3∙2 (−(4 3⁄ )) 3 ∙ 2120 27 | ≈ i 93,69164851.... Teremos Raízes complexas t = √ 𝑦𝑐 2𝑎 − √( 𝑦𝑐 2𝑎 ) 2 + ( yc ′ 3𝑎 ) 33 = √ 2120 27⁄ 2∙2 − √( 2120 27⁄ 2∙2 ) 2 + ( 4 3⁄ 3∙2 ) 33 ≈ –0,06538414089…. v = √ 𝑦𝑐 2𝑎 + √( 𝑦𝑐 2𝑎 ) 2 + ( yc ′ 3𝑎 ) 33 = √ 2120 27⁄ 2∙2 + √( 2120 27⁄ 2∙2 ) 2 + ( 4 3⁄ 3∙2 ) 33 ≈ 3,398717474244… (t + v) = –0,06538414089… + 3,398717474244… ≈ 3,3333333333... 10/3 B = √ 3 4 (t + v)2 + yc ′ 𝑎 = √ 3 4 ( 10 3 ) 2 + ( 4 3⁄ 2 ) = 3 A = xc + (t+v) 2 = (–2/3) + (10 3⁄ ) 2 = 1 r = xc – (t + v) = (–2/3) – (10/3) = –4 r1 = r = – 4 r2 = A – Bi = 1 – 3i r3 = A + Bi = 1 + 3i Adriano Ferreira Duque : adr_f_duque_25@hotmail.com , +5592993686197 RESOLUÇÃO PARA AS RAÍZES REAIS , PARA –0,5 ≤ ( 3 4 √ 3𝑎 (−𝑦𝑐 ′) 3 ∙ 𝑦𝑐) ≤ 0,5 Neste ponto vemos falhas no métodos já conhecidos, pois quando aplicando o Método de Del Ferro/ Tartaglia ou de Cardano, fora do contexto da geometria analítica e dos Números Complexos, chegamos apenas em aproximações das raízes no caso │yc│≈ 0, e o método tende a gerar “soluções estranhas” no caso do│yc│ ≈ 2𝑎√( −yc ′ 3𝑎 ) 3 , ou seja, quando se conhecer previamente as raízes, e desenvolvendo a equação, aplicando o método, geralmente não se retornas as raízes originais ou gera raízes complexas, ou podendo gerar até múltiplas resposta que deverão ser filtradas para localizar as raízes verdadeiras. Percebendo que as Equação de Terceiro Grau com Raízes Reais são completamente distintas e independentes das com Raízes complexas. E buscou-se outro caminho para o caso. Como nos casos anteriores, a solução estava ligada na diferença entre as raízes, sabendo que (r2 – r1) ≠ (r3 – r2) e fazendo (r3 – r1) = 2m (r2 – r1) = m + n → r1 = r2 – ( m + n ) (r3 – r2) = m – n → r3 = r2 + ( m – n ) y(x) = a.(x – r1) .(x – r2) .(x – r3) y(x) = ax³ – a.(r1 + r2 + r3).x² + a.(r1.r2 + r1.r3 + r2.r3)x – a.(r1.r2.r3) – b/a = r1 + r2 + r3 = r2 – ( m + n ) + r2 + r2 + ( m – n ) = 3r2 – 2n → b = – a.(3r2 – 2n) c/a = ( r1.r2 + r1.r3 + r2.r3) = [r2 – ( m + n )].r2 + [r2 – ( m + n )].[ r2 + ( m – n )] + r2.[ r2 + ( m – n )] = 3𝑟2 2 – 4.n.r2 – (m² – n²) → c = a.[ 3.𝒓𝟐 𝟐 – 4.n.r2 – (m² - n²)] – d/a = r1.r2.r3 = [r2 – ( m + n )].r2.[ r2 + ( m – n )] = 𝑟2 3 – 2.n.𝑟2 2 – r2.(m² – n²) d = – a.[ 𝒓𝟐 𝟑 – 2.n.𝒓𝟐 𝟐 – r2.(m² - n²)] xc = −𝑏 3𝑎 = − – 𝑎.(3r2 – 2n) 3𝑎 = (3r2 – 2n) 3 = r2 – 2n 3 substituir 2n 3 = μ , xc = r2 – μ → r2 = xc + μ (n = 3μ 2 ) Adriano Ferreira Duque : adr_f_duque_25@hotmail.com , +5592993686197 c/a = 3𝑟2 2 – 4.n.r2 – (m² – n²) = 3(xc + μ)² – 4.( 3μ 2 ).(xc + μ) – [m² – ( 3μ 2 ) 2 ] c/a = 3𝑥𝑐 2 – m² – 3μ2 4 → c/a – 3𝑥𝑐 2 = – m² – 3μ2 4 (yc ′ = c – 3.a.xc 2) yc ′ 𝑎 = – m² – 3μ2 4 → m² = − yc ′ 𝑎 − 3μ2 4 → m = √− yc ′ 𝑎 − 3 4 μ2 –d/a = 𝑟2 3 –2.n.𝑟2 2 –r2.(m² –n²) = (xc +μ)³ –2. ( 3μ 2 ).(xc +μ)² –( 3μ 2 ).[ (− yc ′ 𝑎 − 3μ2 4 ) – ( 3μ 2 ) 2 ] μ³ + μ . ( 𝑐 𝑎 − 3 ∙ 𝑥𝑐 2) + (−2 ∙ 𝑥𝑐 3 + 𝑐 𝑎 ∙ 𝑥𝑐 + 𝑑 𝑎 ) = 0 , (−2 ∙ 𝑥𝑐 3 + 𝑐 𝑎 ∙ 𝑥𝑐 + 𝑑 𝑎 ) = yc 𝑎 μ³ + μ . ( yc ′ 𝑎 ) + ( yc 𝑎 ) = 0 a. μ³ + μ . 𝐲𝐜 ′ + yc = 0 Neste ponto chegamos a equação reduzida, Mas neste caso, sabendo que o Método de Del Ferro/ Tartaglia ou de Cardano não é satisfatório. Comparando com demonstração anterior, vemos: a.(2R)³ + (2R). yc ′ – yc = 0 │ a. μ³ + μ . yc ′ + yc = 0 Apesar de similares, o termo yc em um é negativo e no outro é positivo, gerando diferenças significantiva, por isso foi usado outra abordagem. k0 = (− yc yc ′ ) 3 → k1 = (− (yc+𝑎∙𝑘0) yc ′ ) 3 → 𝑘𝑛 = (− (yc+𝑎∙𝑘𝑛−1) yc ′ ) 3 μ = 𝐥𝐢𝐦𝐧→∞ (− (𝐲𝐜+𝒂∙𝒌𝒏) 𝐲𝐜 ′ ) , para yc ′ ≠ 0 Mas nesta aplicação, há necessidade de número grande de passos, necessitando de uma filtragem. Percebendo que existe uma relação entre os valores n e m. podemos refazer: (r2 – r1) = m + n → r1 = r2 – ( m + n ) 2m 2m = r2 – ( 1 2 + 𝑛 2𝑚 ) .(2m) = r2 – (0,5 + Ω) .(2m) (r3 – r2) = m – n → r3 = r2 + ( m – n ) 2m 2m = r2 + ( 12 – 𝑛 2𝑚 ) .(2m) = r2 + (0,5 – Ω) .(2m) Ω = 𝑛 2𝑚 = ( 3μ 2 ) 2√− yc ′ 𝑎 − 3μ2 4 = 3𝜇 4√− yc ′ 𝑎 − 3μ2 4 → Ω² = −9μ2 16( yc ′ 𝑎 + 3μ2 4 ) → μ² = 16Ω2 ( −yc ′ 3𝑎(3+4Ω²) ) Adriano Ferreira Duque : adr_f_duque_25@hotmail.com , +5592993686197 para (a > 0) → μ = 4Ω√ −yc ′ 3𝑎(3+4Ω²) e (a < 0) → μ = −4Ω√ −yc ′ 3𝑎(3+4Ω²) Fazendo as devidas substituições de [ μ = 4.m.Ω/3], obtemos: −yc ′ = m² + (3/4).μ² e –yc = μ. yc ′ + a.μ³ −yc ′ = a.(2m)².( 3 + 4Ω² )/12 e yc = a.(2m)³.( 9Ω – 4Ω³ )/54 𝟑 𝟒 √ 𝟑𝒂 (−𝒚𝒄 ′ ) 𝟑 ∙ 𝒚𝒄 = 𝛀(𝟗−𝟒𝛀𝟐) (𝟑+𝟒𝛀𝟐)𝟑 𝟐⁄ Esta relação mostra que as Equações de Terceiro Grau de Raízes Reais, se delimitam em: –0,5 < 3 4 √ 3𝑎 (−𝑦𝑐 ′) 3 ∙ 𝑦𝑐 < +0,5 Mas como não tem como encontrar 𝛀 de modo direto, então de modo análogo a tabelas trigonométricas, configuramos a função f (Ω) = Ω(9−4Ω2) (3+4Ω2)3 2⁄ gera o gráfico: Fig:03 – Gráfico da função f (Ω). Fig:04 – Gráfico da função f (Ω), limitado entre –0,5 e +0,5. Adriano Ferreira Duque : adr_f_duque_25@hotmail.com , +5592993686197 Quando Ω0 estiver entre –0,5 e +0,5 o método aqui apresentado e perfeitamente satisfatório. Mas para além destes valores em x , r2 deixa de ser a raiz central para ser uma das raízes laterais (r1 ou r3), e não recai em um números complexos, confirmando a independência das equações de terceiro grau de raízes reais em relação as de raízes complexas. Tendo os valores xc, yc ′ , yc e Ω0 se acha com facilidades μ, e refinando sua precisão nas funções abaixo: μ0 = ± (4 ∙ Ω0 ∙ √ −yc ′ 3𝑎(3+4Ω²) ) , com (a > 0) → +μ0 ou (a < 0) → –μ0 k0 = (− yc+𝑎∙𝛍0 3 yc ′ ) 3 → k1 = (− (yc+𝑎∙𝑘0) yc ′ ) 3 → kn = (− (yc+𝑎∙𝑘𝑛−1) yc ′ ) 3 μ = 𝐥𝐢𝐦𝐧→∞ (− (𝐲𝐜+𝒂∙𝒌𝒏) 𝐲𝐜 ′ ) , para yc ′ ≠ 0, e conseguimos localizar o valor com pouco etapas de calculo. Teremos: r1 = xc – 𝝁 𝟐 – √− 𝐲𝐜 ′ 𝒂 − 𝟑 𝟒 𝛍𝟐 r2 = xc + μ r3 = xc – 𝝁 𝟐 + √− 𝐲𝐜 ′ 𝒂 − 𝟑 𝟒 𝛍𝟐 Curiosidade: Foi buscado e testado inúmeros métodos e variações deles, mas falham quando quanto sua exatidão, e geram muitas confusão quanto as soluções. Também buscou-se unificar os métodos aqui apresentados para as raízes reais e complexas, mas elas não se encaixam, apesar das similitude entre ambas. Na busca de se unir os métodos foi localizadas as seguintes relações: [(2𝑚)2]3 + 6 ∙ ( yc ′ 𝑎 ) ∙ [(2𝑚)2]2 + 9 ∙ ( yc ′ 𝑎 ) 2 ∙ [(2𝑚)2] + [4 ( yc ′ 𝑎 ) 3 + 27 ( yc 𝑎 ) 2 ] = 0 [𝑓2(Ω) − 1 4 ] ∙ (Ω2)3 + [ 9 4 ∙ 𝑓2(Ω) + 9 8 ] ∙ (Ω2)2 + [ 27 16 ∙ 𝑓2(Ω) − 81 64 ] ∙ (Ω2) + [ 27 64 ∙ 𝑓2(Ω)] = 0 –0,5 ≤ Ω 1 ≤ +0,5 e │ Ω 2│< │ Ω 3│ , sendo │ Ω 2│> 0,5 e │ Ω 3│> 0,5. Adriano Ferreira Duque : adr_f_duque_25@hotmail.com , +5592993686197 Para: 3 4 √ 3𝑎 (−𝑦𝑐 ′) 3 ∙ 𝑦𝑐 > 0 → m 1 → μ 1 < 0 ; m 2 → μ 2 > 0 e m 3 → μ 3 > 0 . e Ω 3 < 0 ; Ω 2 > 0 e Ω 1 > 0 . e 3 4 √ 3𝑎 (−𝑦𝑐 ′) 3 ∙ 𝑦𝑐 < 0 → m 1 → μ 1 > 0 ; m 2 → μ 2 < 0 e m 3 → μ 3 < 0 . e Ω 3 > 0 ; Ω 2 < 0 e Ω 1 < 0 . Tabela de valores, feito no Excel, do modulo Ω e f (Ω): │Ω│ │f (Ω)│ │Ω│ │f (Ω)│ │Ω│ │f (Ω)│ │Ω│ │f (Ω)│ 0,000 0 0,135 0,22372861 0,270 0,393724 0,405 0,48338928 0,005 0,00865972 0,140 0,23125078 0,275 0,398532 0,410 0,485153027 0,010 0,01731627 0,145 0,23869346 0,280 0,403225 0,415 0,486812007 0,015 0,02596648 0,150 0,24605446 0,285 0,407804 0,420 0,488367168 0,020 0,03460717 0,155 0,25333168 0,290 0,412268 0,425 0,489819488 0,025 0,04323519 0,160 0,26052306 0,295 0,416616 0,430 0,491169971 0,030 0,05184739 0,165 0,26762662 0,300 0,420849 0,435 0,492419647 0,035 0,06044063 0,170 0,27464044 0,305 0,424966 0,440 0,493569572 0,040 0,06901181 0,175 0,28156266 0,310 0,428968 0,445 0,494620823 0,045 0,07755782 0,180 0,2883915 0,315 0,432854 0,450 0,495574501 0,050 0,08607558 0,185 0,29512525 0,320 0,436625 0,455 0,496431726 0,055 0,09456204 0,190 0,30176225 0,325 0,44028 0,460 0,49719364 0,060 0,10301418 0,195 0,30830093 0,330 0,44382 0,465 0,4978614 0,065 0,111429 0,200 0,31473978 0,335 0,447245 0,470 0,498436183 0,070 0,11980352 0,205 0,32107736 0,340 0,450556 0,475 0,498919179 0,075 0,12813483 0,210 0,3273123 0,345 0,453753 0,480 0,499311593 0,080 0,13642003 0,215 0,33344331 0,350 0,456835 0,485 0,499614646 0,085 0,14465626 0,220 0,33946915 0,355 0,459804 0,490 0,499829568 0,090 0,1528407 0,225 0,34538867 0,360 0,462661 0,495 0,499957602 0,095 0,16097058 0,230 0,35120078 0,365 0,465404 0,496 0,499972892 0,100 0,16904317 0,235 0,35690448 0,370 0,468037 0,497 0,499984767 0,105 0,1770558 0,240 0,3624988 0,375 0,470558 0,498 0,499993237 0,110 0,18500583 0,245 0,36798288 0,380 0,472968 0,499 0,499998311 0,115 0,19289069 0,250 0,3733559 0,385 0,475269 0,4999 0,499999983 0,120 0,20070784 0,255 0,37861713 0,390 0,47746 0,49999 0,499999999831 0,125 0,20845481 0,260 0,3837659 0,395 0,479544 0,499999 0,499999999998 0,130 0,21612919 0,265 0,3888016 0,400 0,48152 0,500 0,500000000000 Adriano Ferreira Duque : adr_f_duque_25@hotmail.com , +5592993686197 Exemplo 5: Sabendo que r1 = –4 , r2 = 1 e r3 = 5, a = 3 temos: y(x) = a.( x – r1) . ( x – r2) . ( x – r3) y(x) = 3.( x + 4) . ( x – 1) . ( x – 5) y(x) = 3x³ – 6x² – 57x + 60 xc = − b 3𝑎 = − (−6) 3∙3 = 2/3 ≈ 0,666666666… yc = –2.a.xc 3 +c.xc + d = –2.3.(2/3)³ +(– 57).(2/3) + 60 = 182/9 ≈ 20,22222222... yc ′ = c – 3.a.𝑥𝑐 2 = – 57 – 3.3.(2/3)² = – 61 | 3 4 √ 3𝑎 (−𝑦𝑐 ′) 3 ∙ 𝑦𝑐| = | 3 4 √ 3∙3 (−(−61)) 3 ∙ 182 9 | = │0,0955029186... │ < 0,5 Teremos Raízes Reais Consultando uma tabela de valores, feito no Excel, de Ω e f (Ω): Ω f (Ω) 0,054 0,092867399 0,055 0,094562042 0,056 0,096255312 0,094562042 ≈ 0,0955029 → Ω0 ≈ 0,055 (a > 0) → +μ0 μ0 = |4Ω0√ −yc ′ 3𝑎(3+4Ω0 2) | = |4 ∙ 0,055 ∙ √ −(−61) 3∙3(3+4(0,055)2) | ≈ 0,330013457790403…. k0 = (− yc+𝑎∙μ0 3 yc ′ ) 3 , 𝑘𝑛 = (− (yc+𝑎∙𝑘𝑛−1) yc ′ ) 3 e μ = limn→∞ (− (yc+𝑎∙𝑘𝑛) yc ′ ) μi ki μ0 0,33001345779 0,035941397 k0 0,333279449389 0,037019079 k1 0,333332450133 0,037036743 k2 0,333333318855 0,037037032 k3 0,333333333096 0,037037037 k4 0,333333333329 0,037037037 μ 0,333333333333 f (Ω) = Ω(9−4Ω2) (3+4Ω2)3 2⁄ Adriano Ferreira Duque : adr_f_duque_25@hotmail.com , +5592993686197 μ ≈ 0,3333333333... = 1/3 → m = ±√− yc ′ 𝑎 − 3μ2 4 = ±√− (−61) 3 − 3(1 3⁄ )2 4 = ±4,5 r1 = xc – 𝜇 2 – m = (2/3) – (1/3)/2 – 4,5 = – 4 r2 = xc + μ = (2/3) + (1/3) = 1 r3 = xc – 𝜇 2 + m = (2/3) – (1/3)/2 + 4,5 = 5 podemos gerar as mesmas raízes com os outros valores, são eles: Ω1 = 1/18 → μ1 = 1/3 e m1 = ±4,5 Ω2 = 1,3 → μ2 = 13/3 e m2 = ±2,5 Ω3 = –1,75 → μ3 = –14/3 e m3 = ±2 Exemplo 6: Sabendo que r1 = –1 , r2 = 6 e r3 = 7, a = –2 temos: y(x) = a.( x – r1) . ( x – r2) . ( x – r3) y(x) = –2.( x + 1) . ( x – 6) . ( x – 7) y(x) = –2x³ + 24x² – 58x – 84 xc = − b 3𝑎 = − (24) 3∙(−2) = 4 yc = –2.a.xc 3 +c.xc +d = –2.(–2).(4)³ +(–58).( 4) – 84 = –60 yc ′ = c – 3.a.𝑥𝑐 2 = – 58 – 3.( –2).( 4)² = 38 | 3 4 √ 3𝑎 (−𝑦𝑐 ′) 3 ∙ 𝑦𝑐| = |3 4 √ 3∙(−2) (−(38)) 3 ∙ (−60)| = │–0,4705575479... │ < 0,5 Teremos Raízes Reais Consultando uma tabela de valores, feito no Excel, de Ω e f (Ω): Ω f (Ω) –0,376 –0,4710484613 –0,375 –0,4705575479 –0,374 –0,4700622149 –0,4705575479 ≈ –0,4705575479 → Ω0 ≈ –0,375 , (a< 0)→ –μ0 μ0 = − (4Ω0√ −yc ′ 3𝑎(3+4Ω0 2) ) = − (4 ∙ (−0,375) ∙ √ −(38) 3∙(−2)(3+4(−0,375)2) ) = 2 f (Ω) = Ω(9−4Ω2) (3+4Ω2)3 2⁄ Adriano Ferreira Duque : adr_f_duque_25@hotmail.com , +5592993686197 k0 = (− yc+𝑎∙μ0 3 yc ′ ) 3 , 𝑘𝑛 = (− (yc+𝑎∙𝑘𝑛−1) yc ′ ) 3 e μ = limn→∞ (− (yc+𝑎∙𝑘𝑛) yc ′ ) μi ki μ0 2 8 k0 2 8 μ 2 μ = 2 → m = ±√− yc ′ 𝑎 − 3μ2 4 = ±√− (38) (−2) − 3(2)2 4 = ±4 r1 = xc – 𝜇 2 – m = 4 – 2/2 – 4 = – 1 r2 = xc + μ = 4 + 2 = 6 r3 = xc – 𝜇 2 + m = 4 – 2/2 + 4 = 7 podemos gerar as mesmas raízes com os outros valores, são eles: Ω1 = –3/8 → μ1 = 2 e m1 = ±4 Ω2 = –9/14 → μ2 = 3 e m2 = ±3,5 Ω3 = 7,5 → μ3 = –5 e m3 = ±0,5 EQUAÇÃO DO QUARTO GRAU De modo análogo às equações de terceiro grau, será delimitado e para facilitar alguns termos usados nas Equações do Quarto Grau, e nas demonstrações dos termos. Nas Equação, com a forma y(x) = a.x 4 + b.x 3 + c.x 2 + d.x + e , onde a, b, c, d e e pertence a ℝ. Seguir a demonstração algébrica, temos: y(x) = a.x 4 + b.x 3 + c.x 2 + d.x + e , derivando os termos, temos: y’(x) = 4.a.x3 + 3.b.x2 + 2.c.x + d , derivando novamente temos: y”(x) = 12.a.x2 + 6.b.x +2.c derivando novamente temos: y”’(x) = 24.a.x + 6.b y”’(xc) = 0 → xc = − b 4𝑎 𝐲𝐜 ′′ = y”(xc) = 12.a.(− b 4𝑎 ) 2 + 6.b. (− b 4𝑎 ) + 2.c = 2.c – 3𝑏2 4𝑎 𝐲𝐜 ′′ = 2.c – 12.a.𝒙𝒄 𝟐 → ( c = yc ′′ 2 + 6.a.𝑥𝑐 2 ) Adriano Ferreira Duque : adr_f_duque_25@hotmail.com , +5592993686197 𝐲𝐜 ′ = y’(xc) = 4.a. (− b 4𝑎 ) 3 + 3.b. (− b 4𝑎 ) 2 + 2.c. (− b 4𝑎 ) + d 𝐲𝐜 ′ = 𝑏3 8𝑎2 − 𝑏𝑐 2𝑎 + 𝑑 = – 8.a.𝐱𝐜 𝟑 + 2.c.xc + d 𝐲𝐜 ′ = 4.a.𝐱𝐜 𝟑 + xc. 𝐲𝐜 ′′ + d → ( d = yc ′ – xc. yc ′′ – 4.a.xc 3 ) yc = y(xc) = a. (− b 4𝑎 ) 4 + b. (− b 4𝑎 ) 3 + c. (− b 4𝑎 ) 2 + d. (− b 4𝑎 ) + e yc = − 3b4 256𝑎3 + b2c 8𝑎2 − bd 4𝑎 + e = – 3.a.𝐱𝐜𝟒 + c.𝐱𝐜𝟐+ d.xc + e yc = – a.𝐱𝐜 𝟒 – 𝐱𝐜 𝟐 ∙ 𝐲𝐜 ′′ 𝟐 + xc. 𝐲𝐜 ′ + e → ( e = yc + a.xc 4 + xc 2 ∙ yc ′′ 2 – xc. yc ′ ) Para as raízes r1, r2 , r3 e r4 , pertença ao conjunto dos Números Reais (ℝ), dada as raízes da equação de terceiro grau de y’(x) = 4.a.x3 + 3.b.x2 + 2.c.x + d , e aplicando em y(x) = a.x 4 + b.x 3 + c.x 2 + d.x + e obtemos 3 alturas, h1 = y(x1), h2 = y(x2) e h3 = y(x3) , onde a > 0, teremos h1 e h3 negativas e h2 positiva e onde a < 0, teremos h1 e h3 positivas e h2 negativa. Em ambos os caso teremos as raízes do quarto grau pertencente a ℝ. Mas nos casos de temos h1 e h2 positivas e h3 negativa em a > 0, ou quando h1 e h2 negativas e h3 positiva para a < 0, ou apenas uma altura real e duas altura complexas, teremos duas raízes complexas conjugadas e duas raízes reais. Há também onde h1 , h2 e h3 ou são todas positivas ou todas negativas, ou também, com uma altura real e duas altura complexas, teremos todas as raízes complexas, dois pares de raízes conjugadas distintas. Fazendo uma síntese entre os métodos de resolução das equação de segundo e terceiro grau, teremos: r1 = xc – M + n r2 = xc – m – n r3 = xc + m – n r4 = xc + M + n Adriano Ferreira Duque : adr_f_duque_25@hotmail.com , +5592993686197 − b 𝑎 = r1 + r2 + r3 + r4 = 4xc → xc = − b 4𝑎 c a = r1. + r1..r2 + r1..r3 + r1..r4 + r2..r3 + r2..r4 + r3..r4 = 6𝐱𝐜 𝟐 – ( M² + m² + 2n² ) − d 𝑎 = r1..r2..r3 + r1..r2..r4 + r1..r3..r4 + r2..r3..r4 − d 𝑎 = 4𝐱𝐜 𝟑 – 2.xc.( M² + m² + 2n² ) + 2n.(M² – m²) e 𝑎 = r1..r2..r3..r4 = 𝐱𝐜 𝟒 – 𝐱𝐜 𝟐.( M² + m² + 2n² ) + 2n.xc.( M² - m² ) + M².m² – n².( M²+m² ) +n 4 c a = 6xc 2 – ( M² + m² + 2n² ) → ( M² + m² + 2n² ) = − 𝐲𝐜 ′′ 𝟐𝒂 − d 𝑎 = 4xc 3 – 2.xc.( M² + m² + 2n² ) + 2n.(M² – m²) – yc ′ 𝑎 + xc. yc ′′ 𝑎 + 4.xc 3 = 4xc 3 – 2.xc. (− yc ′′ 2𝑎 ) + 2n.(M² – m²) → n.(M² – m²) = 𝐲𝐜 ′ 𝟐𝒂 e 𝑎 = xc 4 – xc 2.( M² + m² + 2n² ) + 2.xc.n.( M² – m² ) + M².m² – n².( M² + m² ) + n 4 yc 𝑎 + xc 4 + xc 2 ∙ yc ′′ 2𝑎 – xc. yc ′ 𝑎 = xc 4 – xc 2. (− yc ′′ 2𝑎 ) + 2.xc.( yc ′ 2𝑎 ) + M².m² – n².( M² + m² ) + n4 𝐲𝐜 𝒂 = M².m² – n².( M² + m² ) + n4 ( M² + m² + 2n² ) = − yc ′′ 2𝑎 → m² + M² = − 𝐲𝐜 ′′ 𝟐𝒂 – 2n² n.(M² – m²) = yc ′ 2𝑎 → m² – M² = 𝐲𝐜 ′ 𝟐𝒂∙𝐧 m² = − 𝐲𝐜 ′′ 𝟒𝒂 – n² + 𝐲𝐜 ′ 𝟒𝒂∙𝐧 ; M² = − 𝐲𝐜 ′′ 𝟒𝒂 – n² – 𝐲𝐜 ′ 𝟒𝒂∙𝐧 M² + m² = − yc ′′ 2𝑎 – 2n² yc 𝑎 = M².m² – n².( − yc ′′ 2𝑎 – 2n² ) + n4 = M².m² + 𝐲𝐜 ′′ ∙𝐧𝟐 𝟐𝒂 + 3n 4 M².m² = (− yc ′′ 4𝑎 ) 2 + yc ′′∙n2 2𝑎 + n 4 – ( yc ′ 4𝑎∙n ) 2 Adriano Ferreira Duque : adr_f_duque_25@hotmail.com , +5592993686197 yc 𝑎 = (− yc ′′ 4𝑎 ) 2 + yc ′′∙n2 2𝑎 + n 4 – ( yc ′ 4𝑎∙n ) 2 + yc ′′ ∙n2 2𝑎 + 3n 4 ( yc 𝑎 = 4n4 + (− yc ′′ 4𝑎 ) 2 + n2 ∙ ( yc ′′ 𝑎 ) − ( yc ′ 4𝑎∙n ) 2 ) . n2 4 (𝐧𝟐)𝟑 + (𝐧𝟐)𝟐 ∙ ( 𝐲𝐜 ′′ 𝟒𝒂 ) + (𝐧𝟐) ∙ ( 𝟏 𝟒 ( 𝐲𝐜 ′′ 𝟒𝒂 ) 𝟐 − 𝐲𝐜 𝟒𝒂 ) − 𝟏 𝟒 ( 𝐲𝐜 ′ 𝟒𝒂 ) 𝟐 = 𝟎 Solucionando esta equação de terceiro grau, para n² ≠ 0, obtemos a mesmas mesma raízes do quarto grau para cada n, apenas a ordem que se alternam. O sinal dado a n é mesmo que de 𝐲𝐜 ′ 𝐲𝐜 ′′ , ou seja: Se yc ′ yc ′′ > 0 → +n , se yc ′ yc ′′ < 0 → –n , para n ≠ 0 Logo: 𝐌 = √− 𝐲𝐜 ′′ 𝟒𝒂 − 𝐧𝟐 − 𝐲𝐜 ′ 𝟒𝒂∙𝐧 e 𝐦 = √− 𝐲𝐜 ′′ 𝟒𝒂 − 𝐧𝟐 + 𝐲𝐜 ′ 𝟒𝒂∙𝐧 r1 = xc – M + n1 = xc – M + n2 = xc – M + n3 r2 = xc – m – n1 = xc – m – n2 = xc + M + n3 r3 = xc + m – n1 = xc + M + n2 = xc – m – n3 r4 = xc + M + n1 = xc + m – n2 = xc + m – n3 (obs.: a ordem de M e m pode varia do que aqui apresentado.) Não há nenhuma restrição para Números complexos, sendo que podem advim de M ou m, fazendo uso do n, que é sempre haverá pelo menos uma número real. Também temos: No caso das raízes reais; r1 = xc + n1 + n2 + n3 r2 = xc – n1 + n2 – n3 r3 = xc – n1 – n2 – n3 –1 r4 = xc + n1 – n2 + n3 +1 Adriano Ferreira Duque : adr_f_duque_25@hotmail.com , +5592993686197 No caso de raízes complexas; r1 = xc – n1 – n2 – n3 r2 = xc – n1 + n2 + n3 r3 = xc + n1 + n2 – n3 r4 = xc + n1 – n2 + n3 obs.: a ordem dos r’s pode varia do que aqui apresentado. Não recomenda-se este modo, pois os sinais dos n’s podem variar em alguns caso, havendo a necessidade de testar as raízes para verificar se o sinais estão corretos. Para todas as raízes reais Exemplo 7: a = 2 ; r1 = –3; r2 = 5; r3 = 7; r4 = 13. y(x) = 2x 4 – 44x³ +232x² + 236x – 2730 y’(x) = 8x³ – 132x² +464x + 236 8x³ – 132x² +464x + 236 = 0 → x1= –0,45 ; x2 = 5,98 ; x3 = 10,97 . y(x1) ≈ –278,129 ; y(x2) ≈ 126,031 ; y(x3) ≈ –1344,278 . a > 0 ; y(x2) > 0 e [y(x1) e y(x3)] < 0 , Todas as raízes reais. xc = − b 4𝑎 = − (−44) 4∙2 = 5,5 yc ′′ = 2.c – 12.a.𝑥𝑐 2 = 2 ∙ 232 − 12 ∙ 2 ∙ 5,52 = –262 yc ′ = 4.a.xc 3 + xc. yc ′′ + d = 4 ∙ 2 ∙ 5,53 + 5,5 ∙ (−262) + 236 = 126 yc = – a.xc 4 – xc 2 ∙ yc ′′ 2 + xc. yc ′ + e = −2 ∙ 5,54 − 5,52 ∙ ( −262 2 ) + 5,5 ∙ 126 − 2730 = 95,625 (n2)3 + (n2)2 ∙ ( yc ′′ 4𝑎 ) + (n2) ∙ ( 1 4 (− yc ′′ 4𝑎 ) 2 − yc 4𝑎 ) − 1 4 ( yc ′ 4𝑎 ) 2 = 0 (n2)3 + (n2)2 ∙ ( −262 4 ∙ 2 ) + (n2) ∙ ( 1 4 ( (−262) 4 ∙ 2 ) 2 − 95,625 4 ∙ 2 ) − 1 4 ( 126 4 ∙ 2 ) 2 = 0 (n2)3−32,75∙(n2)2 + 256,1875 ∙ (n2) − 62,015625 = 0 Adriano Ferreira Duque : adr_f_duque_25@hotmail.com , +5592993686197 n1 2 = 0,25 ; n2 2 = 12,25 ; n3 2 = 20,25 . yc ′ yc ′′ = 126 −262 ≈ –0,48 < 0 → n < 0 (Negativo) n1 = –0,5 ; n2 = –3,5 ; n3 = –4,5 . M = √− yc ′′ 4𝑎 − n2 − yc ′ 4𝑎∙n = √− (−262) 4∙2 − (−0,5)2 − 126 4∙2∙(−0,5) = 8 m = √− yc ′′ 4𝑎 − n2 + yc ′ 4𝑎∙n = √− (−262) 4∙2 − (−0,5)2 + 126 4∙2∙(−0,5) = 1 ou M = √− yc ′′ 4𝑎 − n2 − yc ′ 4𝑎∙n = √− (−262) 4∙2 − (−3,5)2 − 126 4∙2∙(−3,5) = 5 m = √− yc ′′ 4𝑎 − n2 + yc ′ 4𝑎∙n = √− (−262) 4∙2 − (−3,5)2 + 126 4∙2∙(−3,5) = 4 ou M = √− yc ′′ 4𝑎 − n2 − yc ′ 4𝑎∙n = √− (−262) 4∙2 − (−4,5)2 − 126 4∙2∙(−4,5) = 4 m = √− yc ′′ 4𝑎 − n2 + yc ′ 4𝑎∙n = √− (−262) 4∙2 − (−4,5)2 + 126 4∙2∙(−4,5) = 3 r1 = xc – M + n = 5,5 – 8 + (–0,5) = 5,5 – 5 + (–3,5) = 5,5 – 4 + (–4,5) = –3 r2 = xc – m – n = 5,5 – 1 – (–0,5) = 5,5 – 4 – (–3,5) = 5,5 + 4 + (–4,5) = 5 r3 = xc + m – n = 5,5 + 1 – (–0,5) = 5,5 + 5 + (–3,5) = 5,5 – 3 – (–4,5) = 7 r4 = xc + M + n = 5,5 + 8 + (–0,5) = 5,5 – 4 – (–3,5) = 5,5 + 3 – (–4,5) = 13 Para o caso de raízes reais, podemos: r1 = xc + n1 + n2 + n3 = 5,5 – 0,5 – 3,5 – 4,5 = –3 r2 = xc + n1 – n2 + n3 +1 = 5,5 – 0,5 + 3,5 – 4,5 +1 = 5 r3 = xc – n1 + n2 – n3 = 5,5 + 0,5 – 3,5 + 4,5 = 7 r4 = xc – n1 – n2 – n3 –1 = 5,5 + 0,5 + 3,5 + 4,5 –1 = 13 Adriano Ferreira Duque : adr_f_duque_25@hotmail.com , +5592993686197 Para duas raízes complexas Exemplo 8: a = 1; r1 = –7 –2i ; r2 = –7 +2i ; r3 = 4 ; r4 = 9 (–7 < 4 < 9) y(x) = x 4 + x³ – 93x² – 185x + 1908 y’(x) = 4x³ + 3x² – 93x – 185 4x³ + 3x² – 93x – 185 = 0 → x1 = –6,67688393… ; x2 = –1 ; x3 = 6,92688393… . y(x1) ≈ 686,9962493… ; y(x2) = 2000 ; y(x3) ≈ –1201,164218… . a > 0 ; y(x3) < 0 e [y(x1) e y(x2)] > 0 , Duas raízes complexas e duas reais. xc = − b 4𝑎 = − (1) 4∙1 = –0,25 yc ′′ = 2.c – 12.a.𝑥𝑐 2 = 2 ∙ (−93) − 12 ∙ 1 ∙ (−0,25)2 = –186,75 yc ′ = 4.a.xc 3 + xc. yc ′′ + d yc ′ = 4 ∙ 1 ∙ (−0,25)3 + (−0,25) ∙ (−186,75) − 185 = -138,375 yc = – a.xc 4 – xc 2 ∙ yc ′′ 2 + xc. yc ′ + e yc = −1(−0,25)4 − (−0,25)2 ∙ ( −186,75 2 ) + (−0,25) ∙ (−138,375) + 1908 yc = 1948,42578125 (n2)3 + (n2)2 ∙ ( yc ′′ 4𝑎 ) + (n2) ∙ ( 1 4 ( yc ′′ 4𝑎 ) 2 − yc 4𝑎 ) − 1 4 ( yc ′ 4𝑎 ) 2 = 0 (n2)3 + (n2)2 ∙ ( −186,75 4 ∙ 1 ) + (n2) ∙ ( 1 4 ( (−186,75) 4 ∙ 1 ) 2 − 1948,42578125 4 ∙ 1 ) − 1 4 ( −138,375 4 ∙ 1 ) 2 = 0 (n2)3−46,6875∙(n2)2 + 57,82421875 ∙ (n2) − 299,181884765625 = 0 n1 2 = 45,5625 ; n2 2 = 0,5625 –2,5i ; n3 2 = 0,5625 +2,5i . yc ′ yc ′′ = −138,375 −186,75 ≈ 0,741 > 0 → n > 0 (Positivo) n1 = 6,75 . M = √− yc ′′ 4𝑎 − n2 − yc ′ 4𝑎∙n = √− (−186,75) 4∙1 − (6,75)2 − (−138,375) 4∙1∙(6,75) = 2,5 m = √− yc ′′ 4𝑎 − n2 + yc ′ 4𝑎∙n = √− (−186,75) 4∙1 − (6,75)2 + (−138,375) 4∙1∙(6,75) = 2i Adriano Ferreira Duque : adr_f_duque_25@hotmail.com , +5592993686197 r1 = xc – n – m = –0,25 – 6,75 – 2i = –7 –2i r2 = xc – n + m = –0,25 – 6,75 + 2i = –7 +2i r3 = xc + n – M = –0,25+ 6,75 – 2,5 = 4 r4 = xc + n + M = –0,25+ 6,75 + 2,5 = 9 Para todas as raízes complexas Exemplo 9: a = 1; r1 = –5 – i ; r2 = –5 + i ; r3 = 13 – 3i ; r4 = 13 + 3i . y(x) = x 4 – 16x³ – 56x² + 1104x + 4628 y’(x) = 4x³ – 48x² – 112x + 1104 4x³ – 48x² – 112x + 1104 = 0 x1 = –4,94563083… ; x2 = 4,475095215... ; x3 = 12,4705356… y(x1) ≈ 332,0242391… ; y(x2) ≈ 7414,155908... ; y(x3) ≈ 2841,819853… . a > 0 ; [y(x1) , y(x2) e y(x3)] > 0 , Todas as raízes complexas. xc = − b 4𝑎 = − (–16) 4∙1 = 4 yc ′′ = 2.c – 12.a.𝑥𝑐 2 = 2 ∙ (−56) − 12 ∙ 1 ∙ (4)2 = –304 yc ′ = 4.a.xc 3 + xc. yc ′′ + d = 4 ∙ 1 ∙ (4)3 + (4) ∙ (−304) + 1104 = 144 yc = – a.xc 4 – xc 2 ∙ yc ′′ 2 + xc. yc ′ + e = −1(4)4 − (4)2 ∙ ( −304 2 ) + (4) ∙ (144) + 4628 yc = 7380 (n2)3 + (n2)2 ∙ ( yc ′′ 4𝑎 ) + (n2) ∙ ( 1 4 ( yc ′′ 4𝑎 ) 2 − yc 4𝑎 ) − 1 4 ( yc ′ 4𝑎 ) 2 = 0 (n2)3 + (n2)2 ∙ ( −304 4 ∙ 1 ) + (n2) ∙ ( 1 4 ( (−304) 4 ∙ 1 ) 2 − (7380) 4 ∙ 1 ) − 1 4 ( 144 4 ∙ 1 ) 2 = 0 (n2)3−76∙(n2)2 − 401 ∙ (n2) − 324 = 0 n1 2 = –4 ; n2 2 = –1 ; n3 2 = 81 . yc ′ yc ′′ = 144 −304 ≈ –0,47368421 < 0 → n < 0 (Negativo) Adriano Ferreira Duque : adr_f_duque_25@hotmail.com , +5592993686197 n1 = 2i ; n2 = i ; n3 = –9 . n = –9 M = √− yc ′′ 4𝑎 − n2 − yc ′ 4𝑎∙n = √− (−304) 4∙1 − 81 − 144 4∙1∙(−9) = i m = √− yc ′′ 4𝑎 − n2 + yc ′ 4𝑎∙n = √− (−304) 4∙1 − 81 + 144 4∙1∙(−9) = 3i r1 = xc + n – M = 4 – 9 – i = –5 – i r2 = xc + n + M = 4 – 9 + i = –5 + i r3 = xc – n – m = 4 + 9 – 3i = 13 – 3i r4 = xc – n + m = 4 + 9 + 3i = 13 + 3i Para o caso de raízes complexas, podemos: r1 = xc – n1 + n2 + n3 = 4 – 2i + i – 9 = –5 – i r2 = xc + n1 – n2 + n3 = 4 + 2i – i – 9 = –5 + i r3 = xc – n1 – n2 – n3 = 4 – 2i – i + 9 = 13 – 3i r4 = xc + n1 + n2 – n3 = 4 + 2i + i + 9 = 13 + 3i CONCLUSÃO E NOTA DO AUTOR Os métodos aqui apresentado se faz perfeitamente satisfatório, busquei ser o mais esclarecedor e didático possível, espero que o aqui apresentado se faça útil a todos que por ventura em outras materiais tenha tido algumas dificuldades com as equações.
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