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PROF: ARTUR PASSOS DIAS LIMA CURSO DE EXTENSÃO DE MATEMÁTICA Lista de Figuras Figura1: Gráfico do polinômio 8423)( 234 +−+−−= xxxxxf . 17 Figura2: Gráfico da função constante. 19 Figura 3: Gráfico da função identidade. 20 Figura 4: Gráfico da segunda bissetriz. 20 Figura 5: Gráfico da primeira bissetriz. 21 Figura 6: Gráfico da função do primeiro grau decrescente. 22 Figura 7: Gráfico da função do primeiro grau crescente. 24 Figura 8: Gráfico da função .682)( 2 +−= xxxf 35 Figura 9: Gráfico da função ( ) xxf = . 40 Figura 10: Gráfico da função ( ) xxf = . 40 Figura 11: Gráfico da função ( ) 3−= xxf . 41 Figura 12: Gráfico da função exponencial crescente. 44 Figura 13: Gráfico da função exponencial decrescente. 44 Figura 14: Gráfico da função xxf 2)( = . 45 Figura 15: Gráfico da função 42)( −= xxf . 46 Figura 16: Gráfico da função 42)( −= xxf . 46 Figura 17: Gráfico da função 242)( −−= xxf . 47 Figura 18: Gráfico da função logarítmica crescente. 51 Figura 19: Gráfico da função logarítmica decrescente. 51 Figura 20: Gráfico da função ( )5log 5,0 += xy . 51 Figura 21: Gráfico da função 2)5(log 5,0 −+= xy . 52 Figura 22: Gráfico da função 2)5(log 5,0 −+= xy . 52 Figura 23: Gráfico de uma senóide. 65 Figura 24: Gráfico de uma cossenóide. 66 i Sumário 1ª Parte 1 – Potenciação 1 2 – Radicais 2 3 – Racionalização de Denominadores 5 4 – Produtos Notáveis 6 5 – Fatoração 7 6 – Polinômios 11 7 – Recursos do Matlab 16 2ª Parte 8 – Função do 1º grau 19 9 – Função do 2º grau 30 10 – Função Modular 38 11 – Função Exponencial 44 12 – Função Logarítmica 50 3ª Parte 13 – Função Trigonométrica 60 14 – Bibliografia 83 ii Introdução O que seria da vida sem a matemática? Há muitos anos atrás os grandes estudiosos como Gauss, Newton, Kepler e muitos outros, dedicaram suas vidas a formulações matemáticas e até os dias de hoje, utilizamos suas descobertas para o crescimento da humanidade e explicações dos fenômenos da natureza. O estudo da matemática requer muita persistência e lógica, pois relacionar números e letras em determinados problemas como: o cálculo da energia elétrica, a distância da terra até o sol, a formação do calendário perante a rotação da terra, por que o celular funciona? Por que o avião fica suspenso no ar? Não é de um dia para o outro. A leitura é um fator primordial no entendimento dos fenômenos, narrar o acontecido, raciocinar como e por que acontece é bem mais que uma terapia. Um grande cientista precisa de embasamento teórico e para isso, as bibliografias são indispensáveis na sua cultura. A utilização dos nossos neurônios é pouca, pois nunca se descobre tudo e o mundo que os nossos olhos enxergam é bastante limitado, mas mesmo assim somos vencedores quando ligamos a imaginação à realidade. Com a invenção do computador, muitos softwares foram lançados no mercado, facilitando ainda mais a matemática e um deles é o Matlab. Esta extraordinária ferramenta é muito usada pelos engenheiros, a qual utilizo em algumas simulações mostrando o entendimento das respostas dos problemas propostos neste livro. Procuro retratar alguns assuntos da matemática do 2º grau, e sendo coordenador do curso de nivelamento, espero facilitar o entendimento da matemática, para que os futuros engenheiros da Faculdade Área1, concluam o curso só no intuito de aprender, pois o aprendizado nunca se perde, ele se acumula em toda a nossa vida. Agradeço ao professor e mestre Álvaro Fernandes pelo apóio e revisão deste módulo e ao professor e doutor Eduard Montgomery que me incentivou a fazer este livro. Todo o embasamento teórico deste módulo foi tirado de diversos livros que estão disponíveis na bibliografia. O autor Artur Passos Dias Lima 16 de dezembro de 2005 “A verdadeira riqueza é o conhecimento e a sabedoria” Artur Passos iii 1ª Parte 1 - Potenciação A potenciação é utilizada em muitos cálculos em matemática e o objetivo é estudar as seis propriedades, para serem utilizadas nos conteúdos deste livro. 1.1 Multiplicação de mesma base Multiplicação de mesma base conserva-se a base e somam-se os expoentes: mnmn aaa +=. 1.2 Divisão de mesma base Divisão de mesma base conserva-se a base e subtraem os expoentes: mnmn aaa −=: 1.3 As regras a seguir valem as igualdades: a) ( ) mmm baba .. = b) ( ) nmmn aa .= c) ( ) n pmpn m AA .= d) nmm n AA .= Exercícios de Potenciação 01) Resolva as seguintes potências a) 2 2 1 b) 3 4 1 c) 9 5 . 5 3 2 d) 2 3 1 2 1 + e) 32 5 : 4 1 3 f) 8 9 . 3 21 3 + g) 10 1 25 9 : 5 3 3 + h) 024 4 3 4 1 : 2 1 − i) +− + 2 5 :1 3 5 . 5 22. 2 1 2 1 23 j) 2 1 2 1 2 1 23 + + l) 8 3 : 2 1 2 9 . 3 1 42 + m) 2 2 3 11 3 11 + − n) 4 2 1 2 2 1 2 3 + + 1 o) 2 1 9 5 . 5 3 + p) 9 1 : 3 21 5 9 . 3 1 2 1 32 −+ + q) 3 2 2 3 1 4 11:7: 2 14 + − − r) 22 5 41: 5 1 3 4 . 2 11 −+ − 2 - Radicais 2.1 Considerações preliminares Como nn BABA =⇔= devido à existência da operação inversa entre potenciação e radiciação, tem-se que )2/( ≥∈ nNn . 2.2 Propriedades dos radicais 1. A raiz n-ésimas de um produto é igual ao produto das raízes da cada fator, desde que sejam positivos. Assim, temos: nnn BABA .. = ( )0, ≥BA 2. A raiz n-ésima de um quociente é igual ao quociente entre as raízes n-ésimas do dividendo e do divisor, desde que A seja positivo e B estritamente positivo. Assim, temos: n n B A B A = ( )0≥A e ( )0>B 3. Quando o expoente do radicando é igual (ou múltiplo) ao índice da raiz, pode ser retirado do radical, bastando para tanto dividir o expoente pelo índice da raiz, quociente este que é novo expoente do fator retirado do radical. Assim, temos: nmnn nmn nm BABABA ... .. == ( )0, ≥BA 4. A introdução de um fator, dentro do radical, baseia-se no caso anterior,bastando para tanto fazermos o inverso, isto é, ao invés de dividir, devemos multiplicar o expoente do fator considerado pelo índice da raiz, produto este que é o expoente do fator introduzido no radical. Assim, temos: n nmnn mnnm BABABA ... .. == ( )0, ≥BA 2 5. Expoente fracionário Consiste em: d nd n AA = , 0≥A e 0≠n ou seja: o denominador (d) do expoente fracionário é o índice da raiz, a base passa a ser o radicando elevado ao numerador (n) do expoente fracionário. Assim, temos: 3 23 2 77 = 2.3 Simplificação de radicais Consiste em: kn kmn m AA : := , ,0≠K 0≥A ; Assim, temos: 3 22;6 2:46 4 555 == 2.4 Redução de radicais ao mesmo índice Dados: p kmn CBA ;; MMC ( ) pnmpmn ..,, = Logo: pnm nmkpnm pnpnm pm CBA .. .... ... . ;; Assim, temos: 4 33 5;2;3 MMC ( ) 124,3,2 = 12 912 412 6 5;2;3 3 2.5 Comparação de radicais Baseia-se no caso anterior, isto é, depois de reduzi-los ao mesmo índice, será maior o que contiver o maior radicando e menor o que contiver o menor radicando. 2.6 Operações com radicais 2.6.1 Adição e subtração Opera-se separadamente para cada radical. Assim, temos os exemplos a seguir: a) 333 3233 =+ b) 2382 =+ Observe que no caso do exemplo b, foi necessário fatorar o número 8 = 2.22 23 = . 2.6.2 Multiplicação e Divisão mn nmmn nmn mmn BABABA ... ... == mn nmmn nmn mmn BABABA ... ::: == , 0≠B Em ambos os casos, só haverá solução, se os índices forem iguais. Caso contrário reduz-se primeiramente ao mesmo índice e depois se efetua a operação indicada. Assim, temos: 666 236 26 33 729.83.23.23.2 ==== 66 2266 33 9:1253:35:53:5 === Exercícios de Radicais 01) Efetue os seguintes radicais. a) 22328 ++ b) 33 3432 − c) 55 2 15254 −+− d) 33 + e) 333 44245 ++ f) 5253 − g) 3250218 ++ h) 1237548 −+ i) 872983505182 +−+− j) 12520 2 154 +− l) ( )( )25.6 m) ( )( )10.16 n) ( )( )( )444 3.5.7 o) 5 x ( )23 + p) ( ) 22. yxyx −+ q) 33 18:36 r) 2:8 s) 3 4:6 t) 3 2 4 u) 3 5 v) 3 x) 32 z) 4 2 1 3 - Racionalização de Denominadores Racionalização é a operação que consiste na eliminação de radicais em denominadores. Aqui, serão vistos alguns casos: I ) 3 3.5 3.3 35 3 3 . 3 5 3 5 === II ) 5 5.4 5.5 5.4 5 5 . 5 4 5 4 3 2 3 23 3 2 3 2 3 2 33 === III ) 6 2.7 2.3 2.7 2.2.3 2.7 2 2 . 2.3 7 2.3 7 5 25 2 5 25 3 5 2 5 2 5 2 5 35 3 ==== IV ) ( )( )( ) ( )( ) ( ) ( ) ( ) 23 25.3 225 25.3 25 25.3 25.25 25.3 25 25 . 25 3 25 3 22 − = − − = − − = −+ − = − − + = + V ) ( )( ) ( ) ( ) ( ) 2 35.7 35 357 35 35.7 35 35 . 35 7 35 7 22 + = − + = − + = + + − = − VI ) ( )( )( ) ( )( ) ( ) ( ) ( ) 15 32.3.2 32.9 32.3.2 32.3 323.2 323323 323.2 323 323 . 323 2 323 2 22 + = − + = − + = +− + = + + − = − Exercícios de Racionalização de Denominadores 01)Racionalize as expressões: a) 35 2 − b) 73 1 + c) ba b +3 d) 25 4 + e) 31 3 − f) 24 2 + − g) ba a 2− h) 5235 10 − i) 15 2 − j) 17 3 + l) yx x + m) 2 3 n) 5 5 o) 12 7 p) 19 15 q) 5 7 r) b ab 2 6 5 s) y xx 2 32 t) 4 38 8 a u) 5 3227 yx xy v) 6 525x x x) 5 342 22 cba ba z) 8 375 3 zbx bx 4 - Produtos Notáveis 4.1 Quadrado da soma de dois termos Vamos algebricamente, calcular ( ) ( )( ) 222 . bbaababababa +++=++=+ como baab = temos que abbaab 2=+ , então: ( ) 222 2 bababa ++=+ 4.2 Quadrado da diferença de dois termos Da mesma forma, ( ) :2ba − ( ) ( )( ) 222 . bbaababababa +−−=−−=− como abbaab 2−=−− , temos: ( ) 222 2 bababa +−=− 4.3 Produto da soma pela diferença de dois termos Utilizando a propriedade distributiva da multiplicação, vamos calcular: ( )( ) 2222. babbaabababa −=−+−=−+ ( )( ) 22. bababa −=−+ 4.4 Cubo da soma de dois termos Utilizando as propriedades de potências, podemos escrever que: ( ) ( )( )23 . bababa ++=+ desenvolvendo ( )2ba + , e aplicamos a propriedade distributiva: ( ) ( )( )223 2. babababa +++=+ temos: ( ) 3222233 22 babbaabbaaba +++++=+ 6 ( ) 32233 33 babbaaba +++=+ 4.5 Cubo da diferença de dois termos O processo algébrico é idêntico ao processo utilizado para o cubo da soma: ( ) ( )( )23 . bababa −−=− ( ) ( )( )223 2. babababa +−−=− ( ) 3222233 22 babbaabbaaba −+−+−=− ( ) 32233 33 babbaaba −+−=− Exercício de Produtos Notáveis 01) Resolva os seguintes produtos notáveis: a) ( 2x + 4 ) 2 b) (x 3 + y 2 ) 3 c) ( 3x 2 y 3 + a 2 ) 2 d) ( 2x – y ) 2 e) ( x 2 - a) 3 f) ( x + y + a ) 2 g) ( 223 )4 y+ h) ( 33 )69 − i) ( a –y) . (a + y) j) ( x 2 - y) 4 l) ( )( )5.32 ++ xx m) ( )22nm + n) ( )22 bx + o) ( )23 bx + p) ( ) ( )222 −++ mm q) ( )( ) 21823.3 abbaba −+−+ r) 22 2 2 2 2 −− + a a a a s) ( )3mxa ++ t) ( ) ( ) bababa 222 −+−++ u) ( ) ( ) 121 22 −−+−++ ababa v) ( ) 4632 9273 aaa −−−+ x) ( )25++ pm z) ( ) 131 81234 ++−− mmm 5 - Fatoração O processo de fatoração consiste em transformar uma expressão algébrica em produto. Em aritmética esta operação é bastante simples, por exemplo: • Fatorar o número 120 5.3.2120 3= 7 • Fatorar o número 250 35.2250 = Observe os exemplos a seguir, as expressões algébricas fatoradas: ( )yxxxyx 8.2162 2 +=+ ( )( )3.392 −+=− xxx ( )( ) ( )22 33.396 +=++=++ xxxxx Note que, se aplicarmos a propriedade distributiva ao 2º membro, obtemos a expressãodo 1º membro. Para fatorar expressões algébricas, a análise deve ser feita tendo em vista os seguintes casos: 5.1 Fator comum Neste caso, devemos observar se cada parcela apresenta um fator comum, que deverá ser colocado em evidência, conforme os exemplos: a.1) xaax 293 + fator comum ax3 ( )aaxxaax 31.393 2 +=+ Os resultados obtidos dentro dos parênteses são provenientes da divisão de cada parcela pelo fator comum, ou seja: 1 3 3 = ax ax a ax xa 3 3 9 2 = a.2) 2432 84 xaxa − fator comum 224 xa x xa xa =22 32 4 4 2 22 24 2 4 8 a xa xa −= − temos, então: ( )2222432 2.484 axxaxaxa −=− Obs: o fator comum da parte literal são as letras comuns com o menor expoente. 5.2 Agrupamento Aqui os fatores comuns aparecem em grupos, observe: 8 4342143421 comumfatoréycomumfatoréx byyabxxa ... 2 ... 2 +++ =+++ byyabxxa 22 ( ) ( ) ( ) ( )( )yxbabaybax comumfatoréba ++=+++= + ... 2 ... 22 2 444 3444 21 Note que, se aplicarmos a propriedade distributiva à última igualdade, obteremos a expressão algébrica inicial. Exercício resolvido: 1. Fatorar as expressões: a) 4334 bbaaba −−+ Resolução: Note que os dois primeiros termos têm a como fator comum, e os dois últimos têm b como fator comum. Colocamos em evidência: =−−+ 4334 bbaaba ( ) ( ) =+−+= 3333 .. babbaa ( ) 43421 comumfatoré ba .. 33 + = ( )( )baba −+ .33 b) 22232252 36812 pnmpnmpnm −+ Resolução: mnp é fator comum da parte literal. Colocando em evidência as letras com os menores expoentes, temos então que pnm 22 é fator comum. Na parte numérica colocamos em evidência o maior divisor comum entre 12,8 e 36, que é o número 4. =−+ 23232252 36812 pnmpnmpnm ( )nppnpnm 923.4 2322 −+= c) 25309 2 ++ xx Resolução: Temos, neste exercício, um trinômio. Verificaremos se o termo do meio é o dobro das raízes quadradas dos outros, assim poderemos compor o quadrado da soma de dois termos. 9 ( )22 5325309 +=++ xxx 2. Simplifique: a) 12 − +++ x nmnxmx Resolução: Lembre-se que, para simplificar frações, devemos ter as expressões algébricas fatoradas. Observe que: • no numerador podemos fatorar por agrupamento; • no denominador temos uma diferença de dois quadrados. ( ) ( ) ( )( ) ( )( ) ( )( ) 11.1 1. 1.1 . 12 − + = −+ ++ = −+ +++ = − +++ x nm xx xnm xx nmnmx x nmnxmx b) 32 22 2 . bba abba aba ba − − − + Resolução: ( ) ( ) ( ) =− − − + = − − − + 2232 22 2 . . . . . bab baab baa ba bba abba aba ba ( ) ( ) ( )( ) bababab baab baa ba − = +− − − + = 1 .. . . . c) 53 62 259 9 2 2 + + − − x x x x Resolução: = + + − − = + + − − 62 53 . 259 9 53 62 259 9 2 22 2 x x x x x x x x ( )( ) ( )( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 106 3 53.2 3 3.2 53 . 53.53 3.3 − − = − − = + + −+ −+ = x x x x x x xx xx 10 Exercício de Fatoração 01) Fatore as seguintes expressões: a) ( x 44 y− ) b) ( x 22 y− ) c) x 32 y - z xyzx +32 d) x x82 + e) 7x x422 − f) ( x + 1 ) 2 + ( x + 1 ) 2 g) x 2 - 9 h) ( x + 2 ) 2 - 4x – 13 i) (x + 2)(x + 3) –(5x +7) j) 9x 2 - 4 l) 5x 2 - 45 m) x 2 - 6x n) x ( x +1) – 4x o) ( x +3) 2 - 9 p) x 2 - 4x +3 6 - Polinômios 6.1 Definição Sejam dois polinômios, f(x) como dividendo e g(x) como divisor, como g(x) 0≠ . Dividir f(x) por g(x) é determinar outros dois polinômios: o quociente q(x) e o resto r(x), tais que: 1º) f(x) = g(x).q(x) + r(x) 2º) grau r < grau g ou r(x) 0≡ Um possível esquema de divisão é apresentado a seguir: f(x) g(x) dividendo divisor r(x) q(x) quociente resto 6.2 Teorema do resto Seja )(xp um polinômio tal que grau p 1≥ . O resto da divisão de )(xp por ax − é igual a )(ap , ou seja, )(apr = . Demonstração Temos: ( ) ( ) rxqaxxp +−= .)( Obs: o valor de r pertence ao conjunto dos números complexos. Calculando o valor numérico do polinômio acima para ax = , vem: 11 ( ) ( ) ,.)( raqaaap +−= isto é ( ) ( )aprraqap =⇒+= = 321 0 .0)( Exemplo 1 Podemos determinar o resto da divisão de 23)( 34 +−= xxxf por 1)( −= xxg sem efetuar a divisão. Basta notar que: * A raiz do divisor é .101 =⇒=− xx * Pelo teorema do resto, temos que: ( ),1fr = isto é, .4211.3 34 =+−=r Exemplo 2 Da mesma forma que no exemplo anterior, para determinar o resto da divisão de ( ) 235 +−= xxxp por 3)( += xxh , fazemos: * A raiz de )(xh é .303 −=⇒=+ xx * Utilizando o teorema do resto, vem: ( ) ( ) ( ) ( ) .2142272432333 35 −=+−−−=+−−−=−= pr Explicaremos dois métodos importantes na divisão de polinômios: o Teorema de D’Alembert e o Dispositivo de Briot-Ruffini. 6.3 Teorema de D’ Alembert Um polinômio f (x) é divisível por ax − se, e somente se, a é raiz de f (x). Demonstração Há duas implicações a provar: 1º - f(x) é divisível por ax − a⇒ é raíz de f (x). Da hipótese, sabemos que o resto da divisão de f (x) por ax − é igual a 0. Mas, pelo teorema do resto, r = f(a). Então f (a) = 0. Logo, a é raiz de f . 2º - a é raiz de )()( xfxf ⇒ é divisível por ax − . Se a é raiz de )(xf , então 0)( =af . Mas, pelo teorema do resto, )(af é o resto da divisão de )(xf por .ax − Então, ,0=r o que mostra que )(xf é divisível por .ax − Exemplo 3 Vamos determinar m de modo que 54)( 23 −+−= mxxxxf seja divisível por :3−x Pelo teorema de D’ Alembert, 3=x é raiz de )(xf , isto é, ( ) 03 =f . Daí: 12 3 140143053.3.43 23 =⇒=−⇒=−+− mmm Exemplo 4 Sejam 5 e 2, respectivamente, os restos da divisão de um polinômio )(xf por 3−x e por 1+x . É possível, através do que vimos, determinar o resto da divisão de )(xf por ( )( ) :1.3 +− xx Pelo teorema do resto, temos que: () 53 =f (I) e ( ) 21 =−f (II) Quando dividimos )(xf por ( ) ( )( ) 321.3 2 −−=+−= xxxxxg , temos que grau 1=r (pois grau r < grau g e grau g =2),isto é, o grau do resto é no máximo 1. Assim, escrevemos ( ) .baxxr += Devemos determinar a e b. Temos:? ( ) ( )( ) ( ) 3214434421 )()( .3.1 xrxg baxxqxxxf ++−+= Calculando o valor numérico desse polinômio em 3=x e em 1−=x , vem: ( )( ) ( ) ( ) ( )( ) ( ) ( ) 211.31.111 533.3.33.13)3( 0 0 =+−⇒+−+−−−+−=− =+⇒++−+= = = babaqf babaqf II I 444 3444 21 44 344 21 Resolvendo o sistema acima, encontramos 4 3 =a e 4 11 =b . Dessa forma, o resto é . 4 11 4 3)( += xxr 6.4 Método de Briot-Ruffini Sejam ( ) ( )0... 0111 ≠++++= −− nnnnn aaxaxaxaxf e ( ) .axxg −= Consideremos a divisão de ( )xf por ( )xg . O quociente ( )xq dessa divisão é um polinômio de grau 1−n ( pois grau q = f – grau g = 1−n ), dado por: ( ) 012211 .... qxqxqxqxq nnnn ++++= −−−− O resto r dessa divisão é um número complexo (independente de x); de fato, como grau r < grau g e grau g = 1, segue que grau r = 0. Nosso objetivo é determinar o resto da divisão e os coeficientes ( ) 121 ,...,,: qqqxq nn −− e 0q . Temos: ( ) ( ) ( ) ,. rxqxgxf += 13 isto é, ( )( ) ( ) ( ) raqxaqxaqxaq xqxqxqxq rqxqxqxqax axaxaxa n n n n n n n n n n n n n n n n +++++− −++++= =+++++−= =++++ − − − − − −− − − − − − − 01 2 2 1 1 0 2 1 1 21 01 2 2 1 1 01 1 1 ... .... .... ... Agrupando os monômios de mesmo grau: ( ) ( ) ( )raqxaqqxaqqxq axaxaxa n nn n n n n n n +−+−++−+= =++++ − −−− − − 010 1 121 01 1 1 ... ... Da identidade de polinômios segue que: +=⇒+−= +=⇒−= +=⇒−= = −−−−−− − 0000 110101 112121 1 ..* ..* ..* * qaarrqaa qaaqqaqa qaaqqaqa aq nnnnnn nn M A determinação do resto da divisão de )(xf por )(xg e dos coeficientes de )(xq torna-se mais rápida com a aplicação do dispositivo prático de Briot-Ruffini. Consideremos a divisão de 254)( 23 −+−= xxxxf por 3)( −= xxg , ambos escritos segundo potências decrescentes de x. Para construir o dispositivo, sigamos o seguinte roteiro: • 1° Passo: calcular a raiz do divisor )(xg e, ao seu lado, colocar os coeficientes ordenados do dividendo )(xf . raiz de )(xg : 303 =⇒=− xx 3 1 -4 5 -2 • 2° Passo: abaixar o 1º coeficiente do dividendo (1) e multiplicá-lo pela raiz do divisor )331( =x . 3 1 -4 5 -2 1 14 • 3°Passo: somar o produto obtido com o coeficiente seguinte ( )( )143 −=−+ . O resultado é colocado abaixo desse coeficiente. 3 1 -4 5 -2 1 -1 • 4° Passo: com esse resultado, repetir as operações ( multiplicar pela raiz e somar com o coeficiente seguinte), e assim por diante. 3 1 -4 5 -2 1 -1 2 4 O último dos resultados obtidos no algoritmo de Briot-Ruffini é o resto da divisão. Assim, 4=r . Os demais resultados obtidos no algoritmo correspondem aos coeficientes ordenados do quociente da divisão. Dessa maneira, 2)2).(11()( 22 +−=+−= xxxxxq . Exemplo 5 Vamos, através do dispositivo de Briot-Ruffini, obter o quociente e o resto da divisão de 423)( 235 ++−= xxxxf por 1)( += xxg : Convém inicialmente notarmos que 40230)( 2345 +++−+= xxxxxxf . Assim, construímos o algorítmo: 1 1 0 -3 2 0 4 1 -1 -2 4 -4 8 Assim: −+−−= = 442)( 8 234 xxxxxq r Exemplo 6 Vamos obter a para que o resto da divisão de axxxxf −−−= 23)( 23 por 2)( −= xxg seja igual a 5: Construímos o dispositivo de Briot-Ruffini: 2 1 -3 -2 -a 1 -1 -4 -a-8 Assim, devemos ter 5=r , isto é, 1358 −=→=−− aa . 15 Exemplo 7 Vamos determinar m para que mxxxxf +−+−= 242)( seja divisível por 1)( −= xxg : 1 -2 0 1 -1 m -2 -2 -1 -2 -2 + m Do enunciado, vem 2020 =⇒=+−⇒= mmr . Exercício de Polinômio a) ( ) ( )axmaxm −−+ 22 27 b) ( ) ( )75272 233 ++−+− yyyy c) ( ) 222 yyam −+ d) ( )( )mmm −− 12 e) ( )( ) ( )( )[ ] 133.1.1.1 22 ++−+++− aaaaaa f) ( )( )( )4.2.12 +−−+ aaaa g) ( )( )1.1 22 −+ aa h) ( )( )xxxx ++− 23 2.2 i) ( ) ( )21072 −÷+− xxx j) ( ) ( )1562 −÷+− xxx l) ( ) ( )392 −÷− xx m) ( ) ( )2164 −÷− xx n) ( ) ( )115 −÷− xx o) ( ) ( )4122 −÷−− xxx 7 - Recursos do Matlab O Matlab contém diversas funções para a manipulação de polinômios. Os polinômios são facilmente diferenciados e integrados, e é fácil encontrar raízes polinomiais. Entretanto, polinômios de ordem elevada criam dificuldades numéricas em muitas situações e, assim, devem ser usados com precaução. Em alguns casos especiais é necessário dividir um polinômio por outro. No Matlab, isso pode ser feito com a função deconv. Por exemplo: No exemplo 1 queremos dividir 23)( 34 +−= xxxf por 1)( −= xxg , então utilizamos os comandos do Matlab, para acharmos o quociente e o resto da divisão. >> a=[3 -1 0 0 2]; b=[1 -1]; >> [q,r]=deconv(a,b) q = 3 2 2 2 r = 0 0 0 0 4 Note que no Matlab utilizamos os coeficientes dos polinômios do dividendo e do divisor, com isso o Matlab mostrará também o coeficiente do polinômio do quociente e o valor do resto. 16 No exemplo 5 utilizamos os mesmos comandos: >> a=[1 0 -3 2 0 4]; b=[1 1]; >> [q,r]=deconv(a,b) q = 1 -1 -2 4 -4 r = 0 0 0 0 0 8 No Matlab também podemos calcular os polinômios utilizando os seguintes comandos representados pelo gráfico na Figura1: Queremos calcular o polinômio 8423)( 234 +−+−−= xxxxxf . >> p=[-3 -2 4 -1 8]; % os coeficientes do polinômio. >> x=linspace(-7,10); % pontos nos quais p será calculado. >> v=polyval(p,x); % cálculo de p nos pontos do vetor x. >> plot(x,v) % gráfico com os resultados >> title('Função : -3x{^4}-2x{^3} +4x{^2}-x{^1}+8') % Título do texto Figura1: Gráfico do polinômio 8423)( 234 +−+−−= xxxxxf . Exercícios Gerais da 1ª Parte 01) Calcule os seguintes radicais (Neste caso você deve primeiramente simplificar a expressão dada e logo após substituir o valor de x dado) a) 1, 1 1 = − − x x x b) 0, 3 11 = −−+ x x xx c) 1 2 1 2 −= ++ −x xx x 17 d) 1, 1 32 3 = − −+ x x x e) 4, 51 53 = −− +− x x x f) 4, 4 2 = − − x x x g) 4, 2 53 = − −−− x x xx h) 64, 4 8 3 = − − x x x i) 0;, >= − − aax ax ax j) 7, 49 32 2 = − −− x x x l) 2, 24 22 = +− −+ x x x m) 3, 124 33 = − − x x x 02) Neste exercício você deve primeiramente simplificar a expressão dada e logo após substituir o valor de x dado: a) 2, 2 4 2 2 = − − x xx x b) 2, 443 82 2 2 = −− − x xx x c) 1, 1 12 3 2 = − +− x x xx d) 2 1 , 18 232 3 2 = − −+ x x xx e) 2, 2 83 = − − x x x f) 2, 443 4 2 2 −= −+ − x xx x g) 0,, 23 22 22 ≠= −− − aax aaxx ax h) ( ) xaax ax axax ≠= − ++− ,, 1 33 2 i) 5, 56 2502 2 3 = +− − x xx x 18 2ª Parte 8 - Função do 1º grau 8.1 Definição Chama-se função polinomial do 1º grau, ou função afim, a qualquer função f de ℜ em ℜ dada por uma lei da forma ( ) baxxf += , onde a e b são números reais dados e 0≠a . Na função ( ) baxxf += , o número a é chamado de coeficiente de x ou coeficiente angular da reta, determinando sua inclinação e o número b é chamado termo constante ou coeficiente linear, determinando a intersecção da reta com o eixo Oy. O domínio e a imagem da função do primeiro grau para 0<a e 0>a será ℜ . Para uma função constante, o domínio será ℜ e a imagem o próprio valor de b. A função de 1º grau pode ser classificada de acordo com seus gráficos. Considere sempre a forma genérica ( ) baxxf += . 8.2 Função constante: se 0=a , então by = , ℜ∈b . Desta forma, 4=y é função constante, pois, para qualquer valor de x , o valor de y ou ( )xf será sempre 4. Utilizando o recurso do Matlab podemos obter o gráfico representado pela Figura2 da função 4=y . >> p=[0 4]; % os coeficientes do polinômio. >> x=linspace(-7,10); % pontos nos quais p será calculado. >> v=polyval(p,x); % cálculo de p nos pontos do vetor x. >> plot(x,v) % gráfico com os resultados. >> xlabel('Eixo X')%legenda do eixo horizontal. >> ylabel('Eixo Y')% Legenda do eixo vertical. >> title('Funçao: y=4') % Título do texto. Figura2: Gráfico da função constante. 19 8.3 Função identidade: se 1=a e 0=b , então xy = . Nesta função x e y têm sempre os mesmos valores. Temos utilizando o recurso do Matlab o respectivo gráfico representado pela Figura 3. >> p=[1 0]; % os coeficientes do polinômio. >> x=linspace(-7,10); % pontos nos quais p será calculado. >> v=polyval(p,x); % cálculo de p nos pontos do vetor x. >> plot(x,v) % gráfico com os resultados. >> xlabel('Eixo X')%legenda do eixo horizontal. >> ylabel('Eixo Y')% Legenda do eixo vertical. >> title('Funçao y=x') % Título do texto. Figura 3: Gráfico da função identidade. A reta xy = ou ( ) xxf = é denominada bissetriz dos quadrantes ímpares. Mas, se 1−=a e 0=b , temos então xy −= . A reta determinada por esta função é a bissetriz dos quadrantes pares, conforme mostra o gráfico representado pela Figura 4: >> p=[-1 0]; % os coeficientes do polinômio. >> x=linspace(-7,10); % pontos nos quais p será calculado. >> v=polyval(p,x); % cálculo de p nos pontos do vetor x. >> plot(x,v) % gráfico com os resultados. >> xlabel('Eixo X')%legenda do eixo horizontal. >> ylabel('Eixo Y')% Legenda do eixo vertical. >> title('Funçao y=-x') % Título do texto. Figura 4: Gráfico da segunda bissetriz. 20 Obs: x e y têm valores em módulo, porém com sinais contrários. 8.4 Função linear: é a função de 1º grau quando 0=b , 0≠a e 1≠a , a e b ∈ ℜ . Exemplos: ( ) ( ) xyxyxxfxxf 10,2, 2 1 ,5 =−=== Obs: Para construir os gráficos deste exemplo, utilize o recurso mostrado nos itens a e b deste tópico. 8.5 Função afim: é a função de 1º grau quando 0≠a , 0≠b , a e b ∈ ℜ . Exemplos: ( ) ( ) .5,24,13 +−=−=+= xxfxyxxf 8.6 Gráfico da função do 1º grau A representação geométrica da função de 1º grau é uma reta, portanto, para determinar o gráfico é necessário obter dois pontos desta reta. Em particular, procuraremos os pontos em que a reta corta os eixos Ox e Oy. Por exemplo, na função 12 += xy , o ponto do eixo Ox é determinado pela equação 012 =+x , onde 2 1 −=x . O ponto procurado é, portanto, − 0, 2 1 . Analogamente, para determinar o ponto do eixo Oy, 1;10.2 =+= yy . O ponto procurado é ( )1,0 e o gráfico desta função será representado pela Figura 5: >> p=[2 1]; % os coeficientes do polinômio. >> x=linspace(-7,10); % pontos nos quais p será calculado. >> v=polyval(p,x); % cálculo de p nos pontos do vetor x. >> plot(x,v) % gráfico com os resultados. >> xlabel('Eixo X')%legenda do eixo horizontal. >> ylabel('Eixo Y')% Legenda do eixo vertical. >> title('Funçao y= 2x+1') % Título do texto. Figura 5: Gráfico da primeira bissetriz. 21 Da mesma forma, na função ( ) 42 +−= xxf , temos: 2 42 042 = −=− =+− x x x Que será o ponto do eixo Ox ( )0,2 , e Oy é ( )4,0 , sendo representado pela Figura 6. >> p=[-2 4]; % os coeficientes do polinômio. >> x=linspace(-7,10); % pontos nos quais p será calculado. >> v=polyval(p,x); % cálculo de p nos pontos do vetor x. >> plot(x,v) % gráfico com os resultados. >> xlabel('Eixo X')%legenda do eixo horizontal. >> ylabel('Eixo Y')% Legenda do eixo vertical. >> title('Funçao y= -2x+4') % Título do texto. Figura 6: Gráfico da função do primeiro grau decrescente. De modo geral, dada a função ( ) baxxf += , para determinarmos a intersecção da reta com os eixos, procedemos do seguinte modo: 1º) igualamos y a zero, então a b xbax −=⇒=+ 0 , no eixo Ox encontramos o ponto − 0, a b . 2º) igualamos x a zero, então ( ) ( ) bxfbaxf =⇒+= 0. , no eixo Oy encontramos o ponto ( )b,0 . De onde concluímos que: ( )xf é crescente se a é um número positivo ( )0>a ; ( )xf é decrescente se a é um número negativo ( )0<a . 22 8.7 Raiz ou zero da função de 1º grau A raiz ou zero da função de 1º grau é o valor de x para o qual ( ) 0== xfy . Graficamente é o ponto em que a reta “corta”o eixo Ox. Portanto, para determinar a raiz da função basta igualarmos a zero: ( ) a b x baxbax baxxf −= −=⇒=+ += 0 Exemplo 1 Determine a raiz da função ℜ→ℜ:f tal que ( ) 13 += xxf . Resolução Igualamos f(x) a zero, portanto: 3 1013 −=⇒=+ xx . Quando determinamos a(s) raiz(es) de uma função, o(s) valor(es) encontrado(s)deve(m) ser expresso(s) sob a forma de conjunto, denominado conjunto-verdade (v) ou conjunto solução (S), da seguinte forma: −= 3 1S Exemplo 2 Determine m para que -5 seja a raiz da função ℜ→ℜ:f dada por mxxf 3)( +−= . Resolução Se -5 é a raiz, então para x=-5 temos que f(x)=0; substituímos estes dados na função: ( ) ( ) 3 5 53 350 350 3 −= −= += +−−= +−= m m m m mxxf 23 8.8 Estudo do sinal da função de 1º grau Estudar o sinal de uma função de 1º grau é determinar os valores de x para que y seja positivo, negativo ou zero. Estudemos, por exemplo, o sinal da função ℜ→ℜ:f dada por y=2x-1. Vamos construir o gráfico da função representado pela Figura 7. Se x = 0 então 110.2 −=⇒−= yy . Ponto ( )1,0 − . Se y = 0 então 2 112012 =⇒=⇒=− xxx . Ponto 0, 2 1 >> p=[2 -1]; % os coeficientes do polinômio. >> x=linspace(-7,10); % pontos nos quais p será calculado. >> v=polyval(p,x); % cálculo de p nos pontos do vetor x. >> plot(x,v) % gráfico com os resultados. >> xlabel('Eixo X')%legenda do eixo horizontal. >> ylabel('Eixo Y')% Legenda do eixo vertical. >> title('Funçao y= 2x-1') % Título do texto. Figura 7: Gráfico da função do primeiro grau crescente. Observe que a função é crescente ( )2=a . Analisando o gráfico podemos concluir que: • se 2 1 <x então y < 0; • se 2 1 >x então 0>y ; • se 2 1 =x então y = 0 funçãodaraizé ... 2 1 Esta análise é o estudo do sinal da função, porém, para efetuá-la podemos recorrer apenas a um esboço do gráfico, conforme mostra a figura: 24 Sinal de y + para x > 1/ 2 Sinal de y 1/ 2 para x < 1/ 2 raiz 8.9 Regra prática para o estudo de sinal da função ( ) baxxf += : 1º) Determinamos a raiz da função, igualando-a a zero. −= a b xraiz : 2º) Verificamos se a função é crescente ( )0>a ou decrescente ( )0<a ; temos então duas possibilidades: a > 0 a < 0 + + a b − a b − Então podemos resumir no quadro o estudo do sinal da função do 1º grau. 25 a) a função é crescente b) a função é decrescente Se a b x −= então 0=y Se a b x −= então 0=y Se a b x −< então 0<y Se a b x −< então 0>y Se a b x −> então 0>y Se a b x −> então 0<y Exemplo 1 Estude o sinal da função ( ) 13 += xxf Resolução Raiz da função: 3 1013 −=⇒=+ xx o coeficiente de x é positivo ( )3=a , portanto a função é crescente, façamos o esboço: se 3 1 −=x então 0=y + se 3 1 −<x então 0<y 3 1 − se 3 1 −>x então 0>y 8.10 Inequação do 1º grau A inequação se caracteriza pela presença de um dos seguintes sinais de desigualdades: > , <, ≥≤ ou . Vamos recordar algumas propriedades das desigualdades: 1º) Somando ou subtraindo um número a cada um dos membros, a desigualdade não se altera: 41 2221 21 < +<+− <− 122 5753 73 −>− −>− −> 2º) Multiplicando ou dividindo os dois membros da desigualdade por um número positivo, a desigualdade não se altera: ( ) ( ) 164 2.82.2 82 <− <− <− 21 5 10 5 5 105 −> −> −> 3º) Multiplicando ou dividindo os dois membros da desigualdade por um número negativo, é necessário inverter a desigualdade para que a sentença seja verdadeira: 26 ( ) ( ) 014 2.02.7 07 > −>−− <− 31 3 9 3 3 93 <− − − < − −> Estas propriedades são validas para a resolução de inequação do 1º grau. São exemplos de inequações: Produto ( )( ) 042.63 <−− xx Quociente 0 1 3 ≥ − + x x Vamos resolvê-las: 1º) ( )( ) 042.63 <−− 43421321 gf xx Sinal de f: Sinal de g: ( ) 2 063 63 = =− − x x xxf ( ) 2 1 042 42 = =− −= x x xxg + + 2 2 1 Vazemos agora o “jogo” do sinal: 1 / 2 2 f x - - + g + - - - + - f.g o o x < 1 / 2 ou x > 2 Então a solução da inequação é 2º) } { 0 1 3 ≥ − + g f x x 27 Sinal de f: Sinal de g: ( ) 3 03 3 −= =+ += x x xxf ( ) 1 01 1 = =− −= x x xxg + + -3 1 Fazemos agora o “jogo” do sinal:-3 1 f - + + g + + - g f - o + • - Note que o número 1 foi excluído da solução, pois anula o denominador. { }13/ <≤−ℜ∈= xxS 8.11 Domínio de uma função Determinar o domínio de uma função é obter o conjunto de todos os valores de x para que a função exista. Exemplos 1) O domínio da função 2)( xxf = é ℜ , pois todo número real pode ser elevado ao quadrado. 2) O domínio da função xxg =)( é +ℜ , pois só podemos extrair a raiz quadrada de um número real não negativo. 3) O domínio da função x xh 1)( = é *ℜ , pois não existe divisão por zero. 4) O domínio da função 3 1)( −= xxf é ℜ , pois podemos extrair raiz cúbica de qualquer número real. 28 Exercício da Função do 1º grau 01) O gráfico de f é o segmento de reta que une os pontos (-2, 2) e (2 ,0) . O valor de f 2 1 é: 02) Determine o domínio da função f definida por f(x) = 3 1 − − x x . 03) A função f do 1º grau é definida por f(x) = -3x + K. O valor de K para que o gráfico corte o eixo das ordenadas no ponto de ordenada 5 é : 04) Uma função do 1º grau é tal que f(-1) = 5 e f(3) = - 3. Então, f(0) e a raiz da função valem, respectivamente. 05)O esboço ao lado refere-se ao gráfico da função real definida por f(x) = mx + 1 .Determine o valor de m -2 0 06) O gráfico da função real dada por f(x) = mx + p intercepta o eixo das abscissas em (3,0). Qual é o valor de 3 m + p? 07) Se f 1− é a função inversa da função f, de R em R, definida por f(x) = 3x – 2 então f 1− (-1) é igual a: 08) Seja b um número positivo. Considere a função f: R em R dada por f (x) = Se 97 2 = bff o valor de b é? 09) Se f é uma função real tal que f(3 x +1) = x , então quem é f(x) ? 10) Sejam f e g funções reais definidas por f(x) = x 2 - 1 e g(x) = x +1. Então ( )( ) ( )( )xfgxgf − é igual a: 11) Resolva as seguintes inequações: a) 0)34)(2)(25( ≥+−+ xxx 29 b) −−>−− +< −<+ )5(31)3(211 10348 2723 xx xx xx c) 3 1 23 −≤ − − x x 12) Determine o domínio da função: 2 2 3253)( x x x xxf + − + +−= 13) As funções f e g são dadas por 1 5 3)( −= xxf e axxg += 3 4)( . Sabe-se que ( ) ( ) 3 100 =− gf . O décuplo do valor de ( ) − 5 1 .33 gf é: 14) A tabela abaixo mostra a temperatura das águas do oceano Atlântico (ao nível do equador) em função da profundidade: Profundidade Superfície 100 m 500 m 1000 m 3000 m Temperatura 27ºC 21ºC 7ºC 4ºC 2,8ºC Admitindo que a variação da temperatura seja aproximadamente linear entre cada duas medições feitas para a profundidade, a temperatura prevista para a profundidade de 400 m é: 9 - Função do 2º grau 9.1 Definição Chama-se função do 2º grau ou função quadrática, de domínio ℜ e contra-domínio ℜ , a função ( ) cbxaxxf ++= 2 onde a, b e c são números reais e 0≠a . a é o coeficiente de 2x b é o coeficiente de x C é o termo independente Chama-se função completa àquela em que a, b e c são não nulos, e função incompleta àquela em que b ou c são nulos. São exemplos de funções de 2º grau: * ( ) 132 2 ++= xxxf (a = 2, b = 3 e c = 1) * ( ) 28 2 −−= xxxf (a = 8, b = -1 e c =-2) * ( ) xxxf 22 +−= (a = -1, b = 2 e c = 0) * ( ) 4 3 1 2 −= xxf (a = 3 1 , b = 0 e c = -4) 30 Obs: Toda função do 2º grau tem por gráfico uma parábola. 9.2 Revisando equação do 2º grau Raízes – Fórmula de Bháskara Os pontos onde o gráfico da função cbxaxy ++= 2 corta o eixo x são as raízes ou zeros dessa função. Nesses pontos, devemos obter os valores de x para os quais y = 0. Assim devemos resolver a seguinte equação do 2º grau: 02 =++ cbxax (multiplicando por 4a) 0444 22 =++ acabxxa (somando nos lados 2b ) 2222 0444 bbacabxxa +=+++ acbbabxxa 444 2222 −=++ (fatorando o 1º membro) ( ) acbbax 42 22 −=+ acbbax 42 2 −±=+ acbbax 42 2 −±−= a acbb x 2 42 −±− = (Fórmula de Bháskara) O número acb 42 − é chamado de discriminante, e indica-se por ∆ (letra grega delta). Se ∆ >0, a equação 02 =++ cbxax possui duas raízes reais e distintas, isto signfica que a parábola corta em dois pontos o eixo x. Se ∆ =0, a equação 02 =++ cbxax possui duas raízes reais e iguais (raiz dupla), isto significa que a parábola tangencia o eixo x. Se ∆ < 0, a equação 02 =++ cbxax não possui raízes reais, isto significa que a parábola não corta o eixo x. 9.3 Soma e Produto das Raízes Vamos ver o que acontece quando somamos e multiplicamos as duas raízes da equação 02 =++ cbxax . a b a b a bb a b a b xxS −=−=∆+−∆−−=∆+−+∆−−=+= 2 2 22221 ( ) ( ) ( ) a c a ac a acbb a acbb a b a b a b a b xxP ==+−=−−=∆−=∆−−= ∆+− ∆−− == 22 22 2 22 2 2 2 22 21 4 4 4 4 4 4 442 . 2 . Através da soma e do produto das raízes, podemos achar as raízes da equação. 31 Vamos encontrar as raízes da equação 0652 =+− xx . Como a = 1, b = -5 e c = 6, então: 5 1 5 = − −=−= a bS e 6 1 6 === a cP Quais são os números cujo produto é 6 e a soma 5? Verifica-se que esses números são 2 e 3, pois 2.3=6 e 2+3 = 5. Assim as raízes são 2 e 3. Exemplo 1 Determine, em ℜ , as raízes das equações: a) 0167 2 =++− xx Resolução Sempre que tivermos uma equação completa, utilizaremos a fórmula de Bháskara para resolver: ( ) ( ) a b x acb 2 8 642836 1.7.46 4 2 2 ∆±− = =∆ =+=∆ −−=∆ −=∆ 7 1 14 2 14 86 1 − = − = − +− =x 14 86 − ±− =x 1 14 14 14 86 2 = − − = − −− =x b) 02 2 =− xx Resolução Quando a equação é incompleta, podemos dispensar Bháskara e resolvemos do seguinte modo: 02 2 =− xx ( ) 012 =−xx (equação produto) 32 Para que o produto seja zero, é necessário que pelo menos um dos fatores seja zero, assim: 0=x ou 2 1012 =⇒=− xx = 2 1 ,0S c) 0243 2 =−x { }22,22 22 8 8 243 2 2 −= ±= ±= = = S x x x x 9.4 Vértice daParábola O vértice da parábola é o seu ponto de máximo (quando 0<a ) ou de mínimo (quando 0>a ) da função. A reta paralela ao eixo y que passa pelo vértice é o eixo de simetria da parábola. Sendo cbxaxy ++= 2 , para x = 0 teremos y = c, isto é, a parábola corta o eixo y no ponto de ordenada c. Existe outro ponto de ordenada igual a c. Vamos achar a sua abscissa. ccbxax =++2 02 =+ bxax ( ) 0=+ baxx 0=x já encontrado ou 0=+ bax , assim a b x −= Por simetria da parábola, a abscissa do vértice é: a b x a b x vv 22 0 − =⇒ − + = Para obtermos a ordenada do vértice basta substituir a b xv 2 − = em cbxaxy ++= 2 . Então, ( ) aa acb a acb a acbb c a b a b c a b a abyc a bb a b ay vv 44 4 4 4 4 42 242422 2222222 2 22 ∆− = −− = +− = +− =+−=+−=⇒+ − + − = Logo, ∆ −−= aa bV 4 , 2 33 Obs: O domínio de uma função do 2º grau, para 0>a e 0<a será ℜ , com isso a imagem depende do vy , ficando: Para 0>a a imagem será { }vyyy ≥ℜ∈=Im Para 0<a a imagem será { }vyyy ≤ℜ∈=Im Exemplo 2 1) Faça o gráfico da seguinte função 682 2 +−= xxy destacando: a) as raízes, se existirem b) as coordenadas do vértice c) a intersecção com o eixo y d) e dê o conjunto imagem Solução = −= = +−= 6 8 2 682 2 c b a xxy * Raízes: ( ) 1648646.2.48 4 0682 2 2 2 =−=−=∆ −=∆ =+− acb xx 11 =x ( ) 4 48 2.2 48 2 ± = ±−− = ∆±− = a b x 32 =x *coordenadas do vértice ( ) 2 2.4 16 4 2 2.2 8 2 −= − = ∆− = = −− = − = a y a b x v v ( )2,2 −V 34 Convém destacar que se a função cbxaxy ++= 2 possui duas raízes reais e distintas, ( )21 .. xex , podemos obter a abscissa do vértice, fazendo a média aritmética entre as duas raízes, isto é: 2 2 31 2 21 = + = + = xx xv substituindo x por 2 na função 682 2 +−= xxy , temos vy . Então: 262.82.2 2 −=+−=vy *Intersecção com o eixo y: Nesse ponto 0=x , então 6=y . Temos o ponto ( )6,0 . *Esboço do gráfico da Figura 8. Utilizando o recurso do Matlab, segue os comandos: >> p=[2 -8 6]; % os coeficientes do polinômio. >> x=linspace(-7,10); % pontos nos quais p será calculado. >> v=polyval(p,x); % cálculo de p nos pontos do vetor x. >> plot(x,v) % gráfico com os resultados. >> xlabel('Eixo X') %legenda do eixo horizontal. >> ylabel('Eixo Y') % Legenda do eixo vertical. >> title('Funçao y= 2x^2-8x+6') % Título do texto. Figura 8: Gráfico da função .682)( 2 +−= xxxf 9.5 Estudo do sinal Estudar o sinal de uma função significa verificar os valores de x para os quais esta função é positiva ou negativa. 35 0>∆ 0=∆ 0<∆ a>0 + + - + + + + + + - - - - - - - a<0 Exemplo 3 1) Estude o sinal da seguinte função: 3103 2 +−= xxy Solução: a=3>0 então a concavidade da parábola é para cima ( ) 643.3.410 2 =−−=∆ 0>∆ , então existem duas raízes reais e distintas, isto é, a parábola corta o eixo x em dois pontos distintos. 2 1 1 =x Raízes: =±= 6 810 x 32 =x Sinal ⊕ • • ⊕ 3 1 3 36 para 3 1 <x ou 3>x , temos 0>y para 3 3 1 << x , temos 0<y 9.6 Inequação do 2º grau Qualquer inequação do tipo 02 >++ cbxax , 02 <++ cbxax , 02 ≥++ cbxax ou 02 ≤++ cbxax , onde a,b,c são números reais com 0≠a são chamadas inequações do 2º grau. Resolvemos uma inequação do 2º a partir do estudo do sinal da função correspondente. Exemplo 4 Resolva a seguinte inequação: 01032 ≤++− xx Solução 5.2 10 3 21 =−== −= = xx P S 01 <−=a , a parábola tem concavidade para baixo. Sinal: + -2 5 - o o - Como devemos ter 01032 ≤++− xx (destacados graficamente pela região em negrito), então: Exercício da Função do 2º grau 01) A função f(x) = cbxax ++2 possui como raízes os números 2 e 4, e seu gráfico é uma parábola com o vértice (3,-3) . O valor de a + b + c é: 02) Se m e n são raízes de 01062 =+− xx , então nm 11 + vale: 03) Seja 7 a diferença entre as raízes da equação 0204 2 =+− cxx .Então , o valor da constante c é : 37 04) O domínio da função y = 43 4 2 2 −− + xx x é: 05) Resolva as seguintes inequações: a) 1 2 3 −≤ − − x x x b) 0)16).(65).(82( 222 ≤−+−+− xxxxx 06) Determine o domínio da função ( )( ) 75 13)( 2 2 −−− +− = xx xx xf 07) O lucro de uma loja, pela venda diária de x peças, é dado por: )4).(10.(100)( −−= xxxL . O lucro máximo por dia, é obtido com a venda de n peças, e o valor do lucro correspondente é l. Os valores de n e l são, respectivamente. 10 - Função Modular 10.1 Definição O módulo de um número real x é x, se x for positivo o oposto de x (- x), se x for negativo. Simbolicamente, Exemplo 1 Calcule: a) 7,5− = 5,7 b) 9191 = c) x2 Neste caso da letra c, o valor numérico depende da incógnita x. Como não sabemos se 2x é positivo ou negativo, temos que considerar os dois casos: 1º caso: se 2x for positivo ou zero, conserva-se o sinal, tem-se que xx 22 = . 2º caso: se 2x for negativo, troca-se o sinal, tem-se que xx 22 −= Resumindo temos: d) 12 −x 38 Vamos considerar os dois casos:1ºcaso) se 12 −x for positivo ou zero, conserva os sinal. 2º caso)se 12 −x for negativo, troca-se o sinal. 11012 <<−⇒<− xx Resumindo, tem-se que: 10.2 Gráfico da função modular 10.2.1 Definição Função modular é toda função f, de domínio ℜ e contra-domínio ℜ , tal que ( ) xxf = ou xy = . O gráfico da função modular pode ser obtido de duas formas: 1º modo: a partir da definição de módulo; 2º modo: por simetria em relação ao eixo Ox. Exemplo 2 1) Esboçar o gráfico da seguinte função: a) ( ) 3−= xxf Podemos primeiro fazer o gráfico de ( ) xxf = *Esboço do gráfico da Figura 9: Utilizando o recurso do Matlab, segue os comandos: >> p=[1,0]; % os coeficientes do polinômio. >> x=linspace(-7,10); % pontos nos quais p será calculado. >> v=polyval(p,x); % cálculo de p nos pontos do vetor x. >> plot(x,v) % gráfico com os resultados. >> xlabel('Eixo X') %legenda do eixo horizontal. >> ylabel('Eixo Y') % Legenda do eixo vertical. >> title('Funçao y = x') % Título do texto. 39 Figura 9: Gráfico da função ( ) xxf = . Agora faremos a seguinte função ( ) xxf = isso significa que devemos “refletir” a parte negativa para cima, ficando como o gráfico abaixo. *Esboço do gráfico da Figura 10: Utilizando o recurso do Matlab, segue os comandos: >> p=[1 0]; % os coeficientes do polinômio. >> x=linspace(-8,10); % pontos nos quais p será calculado. >> v=polyval(p,abs(x)); % cálculo de p nos pontos do vetor x. >> plot(x,v) % gráfico com os resultados. >> xlabel('Eixo X') %legenda do eixo horizontal. >> ylabel('Eixo Y') % Legenda do eixo vertical. >> title('Funçao y = abs(x)') % Título do texto. Figura 10: Gráfico da função ( ) xxf = . Finalmente fazemos o gráfico ( ) 3−= xxf , isso significa que devemos descer 3 “casas”. 40 *Esboço do gráfico da Figura 11: Utilizando o recurso do Matlab, segue os comandos: >> p=[1,0]; % os coeficientes do polinômio. >> x=linspace(-8,10); % pontos nos quais p será calculado. >> y=linspace(-3,10); % pontos nos quais p será calculado. >> v=polyval(p,(abs(x)-3)); % cálculo de p nos pontos do vetor x. >> plot(x,v) % gráfico com os resultados. >> xlabel('Eixo X') %legenda do eixo horizontal. >> ylabel('Eixo Y') % Legenda do eixo vertical. >> title('Funçao y =abs(x)-3') % Titulo do texto. Figura 11: Gráfico da função ( ) 3−= xxf . 10.3 Equação modular 10.3.1 Definição Para resolver equações modulares, utilizaremos basicamente a definição de módulo. Sempre que tivermos uma função modular devemos considerar que, dependendo do valor da incógnita, o valor numérico da função poderá ser positivo ou negativo. Exemplo 3 Resolver a equação modular 0122 =−+ xx Note que, neste exercício, temos uma equação do 2º grau onde a incógnita é x . Para facilitar a resolução podemos utilizar uma mudança de variável, substituindo x , por exemplo, por y, então: yx = Em função de y, temos a seguinte equação: 41 Agora que temos os valores de y, podemos calcular x : como x =y, então: x =3 3=x ou 3−=x ou 4−=x não existe nenhum valor de x que satisfaça a equação, pois o módulo de um número é sempre positivo. 10.4 Inequação modular As inequações modulares se caracterizam pela presença de um dos sinais de desigualdade: >, Observe a resolução dos exercícios seguintes. Verificamos que nas inequações para a>0, temos a seguinte regra: 1º) Se ,ax < então axa <<− . 2º) Se ,ax > então ax < ou ax > Exemplo 4 Determinar o valor de x na inequação 123 >+− x . Resolução: Aplicando a propriedade 2, tem-se que: 33 213 123 −<− −−<− −<+− x x x ou 13 213 123 −>− −>− >+− x x x Multiplicando por -1, invertendo o sinal de desigualdade: 1 33 > > x x 3 1 13 < < x x Exemplo 5 Resolva a inequação ,3 2 1 ≤ + − x x em ℜ . Solução: tem-se que 42 3 2 13 ≤ + −≤− x x ou −≥ + − ≤ + − 3 2 1 3 2 1 x x x x Solução 1 Solução 2 0 2 72 0 2 )2(31 03 2 1 3 2 1 ≤ + −− ≤ + +−− ≤− + − ≤ + − x x x xx x x x x 0 2 54 0 2 )2(31 03 2 1 3 2 1 ≥ + + ≥ + ++− ≥+ + − −≥ + − x x x xx x x x x Resolvendo, tem-se que: Resolvendo tem-se que: Fazendo 21 SS ∩ ,ou seja, a intersecção entre as soluções tem-se que a solução geral da inequação será: Exercício da Função Modular 01) Resolva as equações modulares: a) xx =− 32 b) 1432 −=+ xx c) 3 32 1 = + − x x d) 021312 2 =−−−− xx e) 631 =++− xx 02) Resolva as inequações modulares: a) 242 >−− xx b) 311 ≤−< x c) 232 ≤− x 03) Determine o domínio da função 2 3)( − − = x x xf 43 04) Esboce o gráfico das funções abaixo: a) xxxf .)( = b) 2)( ++= xxxf 11 - Função Exponencial A função exponencial f , de domínio ℜ e contra-domínio ℜ , é definida por xay = , sendo 0>a e 1≠a . ℜ→ℜ:f xay = sendo 0>a e 1≠a São exemplos de funções exponenciais: a) xy 2= b) ( )xy 3= c) xy pi= d) x 2 1 e) x 3 2 De forma geral, dada a função xay = : → se 1>a a função exponencial é crescente; → se 10 << a a função exponencial é decrescente. Graficamente tem-se que: xay = xay = →> 1a exponencial crescente →<< 10 a exponencial decrescente Figura 12: Gráfico da função exponencial crescente. Figura 13: Gráfico da função exponencial decrescente. Domínio: { }ℜ∈= xD Domínio: { }ℜ∈= xD Imagem: +ℜ= *Im Imagem: +ℜ= *Im 44 Exemplo 1 Construir o gráfico da seguinte função: 242)( −−= xxf Devemos observar que a função exponencial está dentro do módulo, com isso podemos seguir os seguintes passos para a construçãodo gráfico: 1º) Construir a função xxf 2)( = , seguindo as regras de potenciação visto na primeira parte deste livro, bem como as regras para a construção de gráficos exponenciais. Utilizando o recurso do Matlab tem-se que: >> x=linspace(-3,3); % valores no eixo x. >> y=linspace(0,5); %valores no eixo y. >> y=2.^x; % função exponencial calculada. >> plot(x,y), % gráfico com os resultados. >> xlabel('Eixo X') %legenda do eixo horizontal. >> ylabel('Eixo Y') % Legenda do eixo vertical. >> title('Funçao y=2^x') % Titulo do texto. E obtemos a Figura14 como pode ser visto abaixo: Figura 14: Gráfico da função xxf 2)( = . 2º) Construir a função 42)( −= xxf , seguindo as regras de potenciação visto na primeira parte deste livro, bem como as regras para a construção de gráficos exponenciais, note neste caso o gráfico deverá “descer quatro casas” sendo está última a assíntota (semi-reta que limita a função, com o qual a função não deverá tocá-la). Utilizando o recurso do Matlab tem-se que: >> x=linspace(-3,3); % valores no eixo x. >> y=linspace(-7,5); %valores no eixo y. >> y=2.^x-4; % função exponencial calculada. >> plot(x,y), % gráfico com os resultados. >> xlabel('Eixo X') %legenda do eixo horizontal. >> ylabel('Eixo Y') % Legenda do eixo vertical. >> title('Funçao y=2^x-4') % Titulo do texto. E obtemos a Figura 15 como pode ser visto abaixo: 45 Figura 15: Gráfico da função 42)( −= xxf . 3º)Construir a função 42)( −= xxf , seguindo as regras de potenciação visto no primeiro capítulo deste livro, bem como as regras para a construção de gráficos exponenciais, note neste caso será “arrebatado” para cima a parte negativa, ou seja, onde os valores de y são negativos. Utilizando o recurso do Matlab tem-se que: >> x=linspace(-7,5); % valores no eixo x. >> y=linspace(0,4); %valores no eixo y. >> y=abs(2.^x-4); % função exponencial calculada. >> plot(x,y), % gráfico com os resultados. >> xlabel('Eixo X') %legenda do eixo horizontal. >> ylabel('Eixo Y') % Legenda do eixo vertical. >> title('Funçao y=abs(2^x-4)') % Titulo do texto. E obtemos a Figura 16 como pode ser visto abaixo: Figura 16: Gráfico da função 42)( −= xxf . 4º)Construir a função 242)( −−= xxf , seguindo as regras de potenciação visto no primeiro capítulo deste livro, bem como as regras para a construção de gráficos exponenciais, note neste caso o gráfico deverá “descer duas casas”. Utilizando o recurso do Matlab tem-se que: >> x=linspace(-7,5); % valores no eixo x. >> y=linspace(-4,4); %valores no eixo y. >> y=abs(2.^x-4)-2; % função exponencial calculada. >> plot(x,y), % gráfico com os resultados. >> xlabel('Eixo X') %legenda do eixo horizontal. >> ylabel('Eixo Y') % Legenda do eixo vertical. >> title('Funçao y=abs(2^x-4)-2') % Titulo do texto. 46 E obtemos a Figura 17 como pode ser visto abaixo: Figura 17: Gráfico da função 242)( −−= xxf . 11.1 Equação exponencial A equação exponencial caracteriza-se pela presença da incógnita no expoente. Para resolver estas equações, além das propriedades de potências, vistas na 1ª parte, utilizaremos a seguinte propriedade: “Se duas potências são iguais, tendo as bases iguais, então os expoentes são iguais” nmaa nm =⇔= sendo 0>a e 1≠a Exemplo 2 Resolver as seguintes equações exponenciais: a) 2433 1 =+x b) 1255 42 =+− x resolução: 4 15 51 33 2433 51 1 = −= =+ = = + + x x x x x resolução: 1 1 43 34 55 1255 2 2 2 34 4 2 2 ±= −=− −=− =+− = = +− +− x x x x x x c) 14222 12 =+− −+ xxx resolução: aplicando a regra de potenciação tem-se que: 47 ( ) 2 22 42 7 2 . 1 142 14 2 72 14 2 1142 142122 142.222.2 14222 2 12 12 12 = = = = = = +− =+− =+− =+− − − −+ x x x x x x x xxx xxx 11.2 Inequação exponencial A inequação exponencial caracteriza-se pela presença da incógnita no expoente e de um dos sinais de desigualdade: ,> ,< ,≤ ou ≥ . Para a função crescente, conserva-se o sinal da desigualdade para comparar os expoentes, desde que as bases sejam iguais. Para a função decrescente, inverte-se o sinal da desigualdade para comparar os expoentes, desde que as bases sejam iguais. Exemplo 3 Resolver a seguinte inequação exponencial. a) b) ( ) 2 22 42 9 2 . 1 182 18 2 92 181 2 142 181222 1822.22.2 18222 2 12 12 12 ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ +− ≤+− ≤+− ≤+− − − −+ x x x x x x x xxx xxx ( )( ) 6 6 24 42 1010 10 110 10000 1 10 1 0001,01,0 42 4 21 2 2 ≥ −≤− −−≤− −≤+− ≤ ≤ ≤ ≤ −+− − − − − x x x x x x x x 48 Para conhecimento O número e tem grande importância em diversos ramos das ciências, pois está presente em vários fenômenos naturais, por exemplo: 1) crescimento populacional; 2) crescimento de população de bactérias; 3) desintegração radioativa. Na área de Economia, é aplicada no cálculo de juros. Foi o matemático inglês John Naiper (1550 – 1617) o responsável pelo desenvolvimento da teoria logarítmica utilizando o número e como base. O número e é irracional, ou seja, não pode ser escrito sob forma de fração, e vale: ...71828182,2=e sendo chamado de número neperiano, em homenagem ao matemático. Como o número e é encontrado em diversos fenômenos naturais, a função ( ) xexf = é considerada uma das funções mais importantes da matemática, merecendo atenção especial de cientistas de diferentes áreas do conhecimento humano. Exercício de Função Exponencial 01) Resolva as seguintes inequações exponenciais: a) 24022222 3211 >+−++ +++− xxxxx b) xx −−≥− 31)13.(3 02) A expressão 3 33 22 22 − −+ + − xx xx é igual a: 03) Sejam x e y os números reais que tornam verdadeiras as sentenças =− =− − + 022 3022 yx yx Nessas condições, o valor de x y vale? 04) O valor de x que satisfaz a equação 8022 11 =+ −+ xx vale? 05) O valor de 8 3 22 é: 06) A soma das raízes da equação 9 56255 12 2 = +− xx é: 07) Sob certas condições, uma população de microorganismo cresce obedecendo à lei P= C . 3 KT na qual T é o numero de horas, P é o número de microorganismos no instante T e C e K são constantes reais. Se P = 486 e T = 10, então C e K valem, respectivamente: 49 08) Esboce os gráficos das funções, dando o domínio e imagem: a) 12)( −= xxf b) 12)( += xxf c) x xf 2 2 1)( = d) xx xf
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