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UNIVERSIDADE SÃO JUDAS TADEU CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL I CAPITULO 1: REVISÃO DE ALGEBRA ELEMENTAR FUNÇÕES Fernando Mori 11/3/2008 Esta apostila contém uma breve revisão de assuntos básicos para o aluno interessado em sanar suas lacunas de aprendizado. A partir do item 4 inicia-se o programa do curso com exemplos e exercícios ao final do capítulo 1. FERNANDO MORI - USJT Página 2 ÁLGEBRA ELEMENTAR 1) Operações com monômios e polinômios. Seja x uma variável indeterminada pertencente a um conjunto qualquer. As expressões do tipo: são chamadas expressões algébricas ou literais em x. As expressões algébricas podem ser: a) Inteira: b) Fracionais: c) Racionais: Exemplos a) e b) d) Irracionais: Monômios são expressões do tipo: Polinômios em uma variável sobre é toda expressão da forma: sendo os coeficientes do polinômio, sendo . Grau de um polinômio em uma variável é o maior valor de n tal que Exemplo: é um polinômio do 4ºgrau, pois n = 4 é um binômio do 1ºgrau, pois n = 1 Termos semelhantes são os que possuem a mesma parte literal. Exemplo: FERNANDO MORI - USJT Página 3 1. 1) Operações A) Adição e Subtração Dados dois ou mais termos semelhantes, estes podem ser somados ou subtraídos, bastando para isso somarem-se algebricamente os coeficientes e somar-se a parte literal. Exemplo: Para somarmos ou subtrairmos polinômios, basta somarmos ou subtrairmos seus termos semelhantes. B) Multiplicação Algébrica O produto de dois monômios é um monômio, onde o coeficiente é o produto dos coeficientes dos monômios dados e a parte literal é formada por todas as letras desses monômios, cada uma delas tomada uma só vez e elevada a um expoente que é igual a soma dos expoentes que essa variável tem em cada um dos monômios dados. Exemplo: Potência de um monômio A Potência n-ésima de um monômio é o produto de n fatores iguais ao monômio dado. Exemplo: Multiplicação de monômio por polinômio Para se multiplicar um monômio por um polinômio, multiplica-se cada um dos termos do polinômio pelo monômio dado. FERNANDO MORI - USJT Página 4 Exemplo: Para multiplicar polinômio por polinômio é necessário multiplicar cada termo de um polinômio por todos os termos do outro polinômio. Exemplo: B.1) Produtos notáveis I) Quadrado da soma de dois termos: Exemplo: II) Quadrado da diferença de dois termos: Exemplo: III) Produto da soma pela diferença de dois termos: Exemplo: IV) Cubo da diferença de dois termos: Exemplo: V) Cuba da diferença de dois termos Exemplo: FERNANDO MORI - USJT Página 5 Exercícios 1) Efetuar as operações entre polinômios: a) b) c) – 2) Efetuar as multiplicações: a) b) c) d) 3) Efetuar os produtos notáveis: a) b) c) d) e) f) g) h) i) FERNANDO MORI - USJT Página 6 2) Fatoração Existem expressões algébricas que podem ser decompostas em um produto de duas ou mais expressões. Estas expressões são chamadas expressões compostas e são fatoráveis. O processo que as decompõe é chamado de fatoração. Casos de fatoração: 1. Fator comum Sabe-se que , pela propriedade simétrica da igualdade pode-se escrever: O fator a é comum aos termos do 1º membro e pode ser colocado em evidência no segundo membro. Se os termos de um polinômio possuir um fator comum, esse polinômio pode ser fatorado. Esse fator comum é o maior divisor comum dos termos. Exemplo: 2. Agrupamento Este caso analisa os polinômios que podem ser decompostos em grupos com o mesmo número de termos, possuindo cada grupo um fator comum. Exemplo: 3. Trinômio Quadrado Perfeito Sabe-se que: Os trinômios dos segundos membros são chamados quadrados perfeitos, porque provem da elevação ao quadrado de outra expressão. Exemplo: Verificam-se as características que devem ter os trinômios quadrados perfeitos: 1) admitem raízes quadradas, respectivamente FERNANDO MORI - USJT Página 7 2) O duplo produto dessas raízes resulta o terceiro termo . Portanto: Exemplo: e 4. Trinômio do Segundo Grau Do tipo onde S é a soma de dois números e P o produto. Exemplo: Todo Trinômio do Segundo Grau do tipo pode ser decomposto no produto de dois binômios do primeiro grau do tipo , sendo dois números tais que Exemplo: 5. Diferença de dois quadrados Uma diferença de dois quadrados pode ser fatorada no produto da soma pela diferença das raízes desses quadrados. Exemplo: 6. Soma e Diferença de Cubos FERNANDO MORI - USJT Página 8 Uma soma ou diferença de cubos é igual ao produto de um binômio por um trinômio, onde o binômio é a soma ou diferença das raízes cúbicas dos termos e o trinômio é formado pela soma dos quadrados das raízes cúbicas e o produto das mesmas. Exemplo: FERNANDO MORI - USJT Página 9 Exercícios Fatorar as expressões: 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) 9) 10) 11) 12) 13) 14) 15) 16) 17) 18) 19) FERNANDO MORI - USJT Página 10 3) Equações Ao se estudar um determinado assunto em matemática, deve-se admitir a existência de um conjunto ao qual pertencem todos os elementos utilizados em tal assunto. Esse conjunto recebe o nome de conjunto Universo. Por exemplo, se procurarmos as raízes de uma equação, então . Chama-se conjunto verdade, representado por V, de uma sentença matemática, ao subconjunto de que torna essa sentença verdadeira . Chama-se equação a toda sentença sobre um universo cujo conjunto verdade V é um subconjunto de , isto é . Raiz de uma equação é qualquer elemento de seu conjunto verdade, é raiz. Exemplo: 2 5 5 2 3 V = 3 x N x x A) Equações racionais e inteiras do 1º grau. É toda equação do tipo , onde Exemplos: 1) 3 7 10 3 7 7 10 7 3 3 3 3 1 3 3 V= 1 x x x Rx x 2) 1 6 1 2 3 1 2 2 2 6 1 2 2 6 1 2 2 2 6 3 6 1 1 2 1 6 3 6 6 3 1 6 2 1 2 x x N x x x x x x x V pois N FERNANDO MORI - USJT Página 11 B) Equações fracionárias do 1º grau. São equações do tipo Domínio de validade (D) de uma equação fracionária é o conjunto dos números reais que não anulam quaisquer dos denominadores dessa equação. No exemplo acima, nenhum valor que anule pode pertencer ao domínio de validade, portanto: 1 0 1 1, 1 1 0 1 x x D R x x Resolvendo a equação acima: Menor denominador comum: 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1 2 2 1 1 2 2 2 2 2 1 2 1 2 4 2 2 x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x V c) Equaçõesdo 2º grau. É toda equação da forma com . As equações do 2º grau podem ser: I) Completas: quando aparecem na forma acima, II) Incompletas: quando se apresentarem nas formas: 1) Resolução das equações incompletas 1º caso: 2 2 2 2 2 2 0 0 0 0 0 Exem plo: 5 =0 = 5 =0 0 0 ax x x V a x x x x V FERNANDO MORI - USJT Página 12 2º caso: 2 2 2 2 2 2 2 0 ; : 3 12 0 12 3 12 4 2 3 2; 2 ax c c ax c x a c c c x V a a a Exemplo x x x x x V Obs.: Lembrar que raízes quadradas de números negativos não pertencem ao conjunto dos números reais. 3º caso: 2 1 2 2 1 2 0 0 0 ou 0 =- 0; : 3 6 0 3 6 0 0 ou 3 6 0 3 6 2 0, 2 ax bx x ax b x ax b b b ax b x V a a Exemplo x x x x x x x x V FERNANDO MORI - USJT Página 13 2) Resolução de equações completas do 2º grau. Fórmula: , chamando Se a equação terá duas raízes reais e diferentes. Se a equação terá duas raízes reais e iguais. Se a equação não terá soluções reais. FERNANDO MORI - USJT Página 14 Exercícios 1) Determine o conjunto verdade das seguintes equações do 1º grau, em . a) b) c) d) e) f) g) 2) Nas equações seguintes em , determine o domínio de validade e o conjunto verdade: a) b) c) d) e) FERNANDO MORI - USJT Página 15 3) Determine o conjunto verdade e o domínio de validade (se necessário) das seguintes equações do 2ºgrau em a) b) c) d) e) f) g) h) i) j) k) l) FERNANDO MORI - USJT Página 16 4) Inequações Dizemos que dois números a e b são desiguais quando: (a maior que b) (a menor que b) (são desigualdades) Propriedades das desigualdades: Se , então: 1) 2) 3) 4) I) Inequações do 1º grau São inequações da forma: Exemplos: 1) 2) 3) 4) II) Inequações do 2º grau É do tipo Resolvê-las significa determinar quais os valores da variável x que tornam o trinômio maior ou menor que zero. Para tanto é necessário que se determine as raízes da equação e a partir daí determinar o sinal do trinômio. FERNANDO MORI - USJT Página 17 Temos 3 casos a considerar: 1) ; a equação possui duas raízes reais e diferentes. O sinal do trinômio será o mesmo de a fora do intervalo das raízes e contrário ao sinal de a no intervalo das raízes. Geometricamente: 2) ; a equação possui duas raízes reais e iguais. O sinal do trinômio será o mesmo sinal de a nos dois intervalos. Geometricamente: 3) ; a equação não possui raízes reais. O sinal do trinômio é o mesmo sinal de a para todo x real. Geometricamente: Exemplos: 1) 2 2 1 2 4 3 0 1 4 3 0 3 x x x x x x Sinal de a Sinal contrário a a Sinal de a Sinal de a Sinal de a Sinal Sinal de a FERNANDO MORI - USJT Página 18 2) 2 2 1 2 2 7 3 0 1 2 7 3 0 2 3 x x x x x x 3) 2 2 1 2 4 4 0 4 4 0 2 x x x x x x FERNANDO MORI - USJT Página 19 5) Logaritmos Chama-se logaritmo de um número em relação a uma base ·, o expoente que se deve dar a base b, a fim de que a potência obtida seja igual a N. Assim se temos: Exemplo: Dizemos que: N é o logaritmando b é a base n é o logaritmo Observação: (o logaritmo de 1 em qualquer base é zero) (o logaritmo de um número na mesma base é igual a 1) Propriedades: Sendo temos: 1) O logaritmo do produto de dois ou mais números positivos é a soma dos logaritmos dos números. 2) O logaritmo do quociente de dois números positivos é o logaritmo do numerador menos o logaritmo do denominador. 3) O logaritmo de uma potência de um número positivo é o expoente da potência multiplicado pelo logaritmo do número. FERNANDO MORI - USJT Página 20 4) A base de um logaritmo pode ser mudada, isto é, o logaritmo de um número b numa base a é igual ao quociente do logaritmo de b numa nova base x pelo logaritmo de a também na mesma base x. Observação: Logaritmo neperiano (ln b) é o logaritmo na base e . FERNANDO MORI - USJT Página 21 6) Equações exponenciais e logarítmicas Equação exponencial é aquela na qual a incógnita figura como expoente. Exemplos: a) b) c) 1 2 1 2 1 2 2 3 3 3 13 3 3 3 3 3 13 1 1 3 1 3 3 13 3 1 13 3 9 13 3 13 3 9 3 3 2 2 9 x x x x x x x x x x x x V d) Mas Para Para FERNANDO MORI - USJT Página 22 Equação logarítmica é aquela na qual a incógnita aparece no logaritmando. Exemplos: a) 2 2 2 log log 49 / 0 log log 49 49 7 7 x D x R x x x x V b) 7 7 7 7 2 1 2 log log 6 =1 / 6 log 6 log 7 7 6 7 6 7 0 7 1 x x D x R x x x x x x x x V x c) Fazendo temos: Mas, Para Para FERNANDO MORI - USJT Página 23 Exercícios: 1) Determinar o logaritmo de na base 2. 2) Para que valores de x se têm 3) Em qual base a se tem 4) Desenvolver por logaritmos decimais as expressões abaixo: a) b) c) d) 5) Determinar o conjunto verdade em das seguintes equações: a) b) c) d) e) f) g) h) i) j) k) l) m) FERNANDO MORI - USJT Página 24 7) Funções 1.1. Produto Cartesiano Definição: somente se . Deste modo, garante-se a ordem do par. Assim, por exemplo, Dados dois conjuntos A e B, chama-se produto cartesiano de A por B o conjunto: A notação A, B lê-se “A cartesiano B” Exemplos: a) Seja então: Construir o gráfico de A x B onde e B A e d a b c FERNANDO MORI - USJT Página 25 1.2. Conjuntos Numéricos = conjunto dos números naturais = conjunto dos números naturais não nulos = conjunto dos números inteiros = conjunto dos números inteiros não negativos = conjunto dos números inteiros não positivos = conjunto dos números inteiros não negativos= conjunto dos números inteiros estritamente positivos =conjunto dos números inteiros estritamente negativos = conjunto dos números racionais Da mesma forma temos: Existem outros números além dos racionais como, por exemplo, que não é racional isto é, não pode ser colocado como razão de dois números inteiros. Portanto, estende-se o conjunto dos números racionais para o conjunto dos números reais , como sendo a união dos números racionais e dos números irracionais I, ou seja, . Temos igualmente, os subconjuntos de: Conclusões interessantes que neste texto são tratadas sumariamente são as inclusões: . De modo geral os números cuja representação decimal é exata ou periódica, são racionais como: a) b) c) d) Os demais são irracionais como, e . Existem mais números irracionais do que números racionais no sentido de que a potência do conjunto dos números irracionais é maior do que a dos racionais. FERNANDO MORI - USJT Página 26 As figuras que se seguem são os gráficos de: a) Existem infinitos pontos de planos aos quais não estão associados pares ordenados de números racionais. b) Representa todos os planos, no sentido de que a cada par de números reais está associado um único ponto P do plano e reciprocamente. FERNANDO MORI - USJT Página 27 1.3. Intervalo de Números Reais Definição: Sejam números reais com . Os conjuntos: , / , / a b x R a x b a b x R a x b e São chamados, respectivamente, intervalo fechado e intervalo aberto de números reais . Na reta real são representados do seguinte modo: Referem-se também e intervalos de números reais aberto à esquerda e fechado à direita; fechado à esquerda e aberto à direita, respectivamente. Intervalo fechado Intervalo aberto FERNANDO MORI - USJT Página 28 1.4. Relações Definição: Uma relação binária de um conjunto A em um conjunto B é um subconjunto de . Exemplos: Dados a) Seja a relação de A em B onde é a relação de igualdade. Então: b) Seja S a relação de A em B tal que S é a relação Neste caso temos: Note que se é a relação temos: c) Seja T a relação definida por se e só se . Aqui e b deve resultar em um elemento de B. Para: 1 2 1 1 1 1, 1 0 2 0 1 1 0,1 1 2 1 1 3 4 2 4 1 9 5 2 5 1 11 a b B T a b B T a b B a b B a b B Portanto: Denota-se uma relação de A em B por FERNANDO MORI - USJT Página 29 Definição: Dada , chama-se domínio da relação , o conjunto: Chama-se imagem da relação o conjunto: Observe que , denominado contra domínio da relação . Nos exemplos do item anterior, temos respectivamente: a) b) c) FERNANDO MORI - USJT Página 30 Exercícios: 1) Dados construa os conjuntos: a) b) c) d) 2) Sejam A e B do exercício anterior e , construa o conjunto: 3) Construa o gráfico dos conjuntos: a) b) c) 4) Coloque V ou F conforme a afirmação for verdadeira ou falsa. a) A soma de dois números naturais é um número natural. b) A diferença de dois números naturais é um número natural. c) A diferença de dois números inteiros é um número inteiro. d) Zero não é um número racional. e) é um número real. f) Todo número real é racional. g) Todo número irracional é real. h) Para se demonstrar a falsidade de uma afirmação basta apresentar um contra-exemplo. 5) Podemos obter um número racional como produto de números irracionais? Em caso positivo, apresente um exemplo. 6) Seja Construa o conjunto definidos pelas relações: a) tal que se e só se b) S tal que se e só se c) T tal que se e só se FERNANDO MORI - USJT Página 31 1.5. Função Definição: Uma relação é uma função de A em B se e só se: i. ii. Se então A definição nos diz simplesmente que todo elemento de A tem imagem única em B. Usa-se normalmente, para as funções, as letras minúsculas f, g, h. Se então b é dito imagem de a pela função f e indica-se por: . Exemplos e Contra Exemplos: Seja . Assim, a) é uma função f de A em B. Podemos também representá-la graficamente: 1. 2. 3. . 9 .11 .15 A B f FERNANDO MORI - USJT Página 32 b) não é uma função de A em B pois (ii) não se cumpre. c) não é uma função de A em B pois tal que . Se é uma função então A é o domínio da função. O conjunto B é chamado de contra domínio e o conjunto imagem I é portanto, o conjunto das imagens ou seja dos tais que com . Assim . Uma função é completamente dada quando é conhecido o seu domínio o seu contra domínio e a imagem de cada elemento . Assim ao dar uma função, significa explicitar os seus elementos, ou seja, escrevemos: tal que . 1 2 3 . 9 .11 .15 A B . 9 .11 .15 1. 2. 3. A B FERNANDO MORI - USJT Página 33 Exemplo: tal que 1 1 2 1 3 2 1 2 2 6 3 1 2 3 7 4 1 2 4 9 5 1 2 5 11 f f f f f Assim 1.6. Funções Iguais Definição: Duas funções são iguais quando têm o mesmo domínio, o mesmo contra-domínio e cada elemento do domínio A tem a mesma imagem isto é, . Neste estudo consideremos tão somente aquelas funções cujo domínio e contra-domínio sejam subconjuntos de números reais, ditas funções reais. 1.7. Domínio Máximo de uma Função Real Definição: Chama-se domínio máximo de uma função real o conjunto: Convenciona-se, quando não são mencionados explicitamente o domínio e o contra domínio, considerá-los, respectivamente, o domínio máximo e o conjunto dos números reais. FERNANDO MORI - USJT Página 34 Exemplos: a) b) c) d) e) f) 1.8. Gráfico de uma Função Real Definição: O gráfico de uma função real é o conjunto dos pontos do plano de coordenadas . Exemplos: a) x f(x) -3 -2 -4 -1 -2 -3 3 2 1 1 2 3 FERNANDO MORI - USJT Página 35 b) c) d) x g(x) 0 0 1 4 2 3 4 2 x h(x) -1 -3 0 -1 1 1 2 3 x i(x) -3 -2 -1 0 1 1 2 2 4 FERNANDO MORI - USJT Página 36 1.9. Função par e Função impar Definição: Uma função é dita par se e somente se 1) , f fa D a D 2) ( ) ( )f a f a Se ( ) ( )f a f a a função f é dita impar. Existem muitas funções que não são nem pares e nem impares. 1.10. Função Injetora, Sobrejetora e Bijetora Definição: Seja uma funçãoreal com domínio A, f é dita injetora se e somente se 1 2 1 2( ) ( )x x f x f x , ou seja valores distintos do domínio A têm imagens distintas. Uma função :f A B é chamada de sobrejetora se e somente se fI B , o cojunto imagem for igual ao contradomínio. Uma função :f A B é bijetora se e somente se f for injetora e sobrejetora. FERNANDO MORI - USJT Página 37 1.11 Exercícios 1) Dadas as funções definidas no conjunto dos Reais, f e g definidas por 2 ( ) 2 3 e ( )f x x g x x determine: a) f(-1) , f(4) b) f(2+h) c) g(5-h) d) g(1+h)-f(1+h) 2) Determine o domínio das funções definidas por: a) ( ) 1f x x b) 2 1 ( ) 1 g x x c) 2 3 ( ) 1 2 x h x x d) ( ) 1 2f x x x e) 2 2 2 ( ) 3 4 x g x x f) 2 ( ) log(3 9)h x x g) 3 ( ) 4 log x f x e x 3) Estudar a variação de sinal e construir o gráfico das seguintes funções do primeiro grau: a) ( ) 2 1f x x b) 1 ( ) 2 f x x c) 3 2 ( ) 3 x f x d) 5 ( ) 3 2 x f x e) ( ) 5f x FERNANDO MORI - USJT Página 38 4) Construir os gráficos das funções do segundo grau indicando seus vértices e interceptos com o eixo x. a) 2 ( ) 1f x x b) 2 ( ) 2f x x x c) 2 ( ) 2 1f x x x d) 2 ( )f x x x 5) Construir o gráfico das funções modulares. a) 3 ( ) 2 2 f x x b) 5 ( ) 3 2 x f x c) ( ) 1 3f x x x d) ( ) 1 3f x x x 6) Determine as funções compostas sabendo que 2 4 ( ) 3 4 , ( ) 5 e ( ) 3 x f x x g x x h x x a) o f g b) o g f c) o h g d) o g g e) o o f h g f) o f f
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