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PROF. GILBERTO SANTOS JR POLINÔMIOS 1 . INTRODUÇÃO Observe as figuras seguintes e suas di- mensões: A primeira figura é um retângulo de di- mensões x e x + 3, cujo perímetro é indicado pela expressão: 2x + 2(x + 3) 4x + 6 e cuja área é indicada por: x(x + 3) x2 + 3x A segunda figura é um cubo com aresta de medida x, cuja área total é indicada por: 6x2 e cujo volume é expresso por: x3 A terceira figura é outro cubo com ares- tas x + 2, cuja área total é: 6(x + 2)2 6(x2 + 4x+ 4) 6x2 + 24x+ 24 e cujo volume é expresso por: (x + 2)3 x3 + 6x2 + 12x+ 8 Todas essas expressões são chamadas expres- sões polinomiais ou polinômios e serão obje- to de estudo dessa apostila. 2 . DEFINIÇÃO Chamamos de expressão polinomial na variável real x toda expressão da forma: anx n + an - 1x n – 1 + an – 2x n – 2 + … + a2x 2 + a1x + a0 em que: an, an - 1, an - 2, ..., a2, a1, a0 são números re- ais denominados coeficientes; n é um número inteiro positivo ou nulo; O maior expoente de x, com coeficiente não nulo, é o grau da expressão; Veja, por exemplo, as expressões poli- nomiais apresentada na introdução do capítulo: 1ª) 4x + 6: expressão polinomial do 1º grau (grau 1). 2ª) x2 + 3x: expressão polinomial do 2º grau (grau 2). 3ª) x3: expressão polinomial do 2º grau (grau 3). 4ª) 6x2 + 24x + 24: expressão polinomial do 2º grau (grau 2). Pela definição não são exemplos de ex- pressão polinomial: 1ª) x-2 + 3x-1 + 1, pois o expoente da variável x não pode ser negativo. 2ª) x3 + 2x 1 + x 1 , pois a variável x não pode aparecer no denominador. 3 . FUNÇÃO POLINOMIAL As funções definidas por expressões poli- nomiais são denominadas funções polinomi- ais. Assim: 1ª) f(x) = 2x – 1 é um função polinomial de grau 1. 2ª) g(x) = 3x2 – 2x – 1 é um função polinomial de grau 2. 3ª) h(x) = x3 - 6x2 + x – 1 é um função poli- nomial de grau 3. 4ª) p(x) = x4 - x2 é um função polinomial de grau 4. Então, toda função polinomial definida por: f(x) = anx n + an - 1x n – 1 + … + a2x 2 + a1x + a0 para todo x real, é denominada função polino- mial de grau n, em que n é um número inteiro positivo ou nulo. Se o grau de uma função polinomial for 0, então a função é definida por f(x) = a0, com a0 , que é uma função constante. Exemplos: 1º) f(x) = 5 2º) f(x) = -2 x + 3 x x x x x + 2 x + 2 x + 2 2 3.1 Polinômios Polinômio é o nome dado à expressão que define a função polinomial. Assim, na fun- ção f(x) = 2x + 1, o polinômio é a expressão 2x + 1 e, na função g(x) = x2 – 3x – 4, o poli- nômio é x2 – 3x – 4. Como é corrente o uso da palavra poli- nômio em lugar de função polinomial, daqui em diante chamamos as funções polinomiais sim- plesmente de polinômios. Exemplos: 1º) p(x) = 5 é um polinômio de grau 0 ou poli- nômio constante. 2º) p(x) = 2x + 1 é um polinômio do 1º grau. 3º) p(x) = x2 – 5x + 6 é de grau 2. 3.2 Polinômio zero ou nulo Se considerarmos o polinômio constante especial p(x) = 0 como função polinomial, então p(x) será denominado polinômio zero ou nulo. Dizemos que o polinômio zero ou nulo não tem grau. EXERCÍCIOS PROPOSTOS 1) Verifique se são polinômios: a) p(x) = 2x3 + x + 4 sim b) s(x) = 3x + 2 x - 1 não c) r(x) = x-2 + 3x-1 + 4 não d) h(x) x5 – 1 sim e) q(x) = 4x5 – 1 sim f) p(x) = 2 sim g) g(x) = 2x 1 - 3x não h) q(x) = x3 – x2 + 2x – 2 sim 2) Para que valores de a o polinômio p(x) = (a2 – 9)x2 + (a + 3)x + 5 é do 1º grau? R: a = 3. 3) Em que condições o grau do polinômio p(x) = (a + 2)x2 + (b – 3)x + (c – 1) é 0? R: a = -2 e b = 3. EXERCÍCIOS DE VESTIBULARES 4)(UEPA-2014) Uma empresa que fornece serviços de transporte rápido de São Paulo para Belém dispõe de três tamanhos de caixas para envio de objetos, conforme ilustrado abaixo. O polinômio de variável x, indicado por C(x) que representa a soma dos volumes das três caixas dessa empresa é: a) C(x) = x3 + 2x2 + x b) C(x) = x3 + 4x2 + x c) C(x) = x3 + 2x2 + 8x d) C(x) = x3 + 2x2 + 16x e) C(x) = x3 + 4x2 + 32x x 5)(MARK-SP) Determine m R para que o polinômio p(x) = (m – 4)x3 + (m2 – 16)x2 + (m + 4)x + 4 seja de grau 2. R: Não existe m 6)(MARK-SP) Calcule os valores de m, n e para os quais o polinômio p(x) = (2m -1)x3 – (5n – 2)x2 + (3 - 2 ) é nulo. R: m = 1/2, n = 2/5, = 3/2 4 . VALOR NUMÉRICO DE UM POLINÔ- MIOS Considere um polinômio p(x) e um nú- mero real . O valor numérico do polinômio p(x) para x = é o número que se obtém substituindo x por e efetuando os cálculos necessários. Indi- ca-se por p( ). Então, p( ) é o valor numérico de p(x) para x = . Exemplos: 1º) O valor numérico de p(x) = 2x2 – 3x + 5 para x = 4 é: P(4) = 2(4)2 – 3(4) + 5 = 32 – 12 + 5 = 25 Logo, p(4) = 25. 2º) Dado p(x) = 4x3 – 3x2 + 5x – 10, o valor de p(x) para x = 3 é: P(3) = 4(3)3 – 3(3)2 + 5(3) – 10 = 108 – 27 + 15 – 10 = 86. EXERCÍCIOS PROPOSTOS 7) Dado p(x) = x4 – x - 3, calcule p(- 2). R: 15 8) Dados p(x) = -3x3 + x2 + x – 2 e g(x) = x3 – x2 + x – 1, calcule p(-1) + g(1). R: 1 9) Determine o polinômio p(x) do 1º grau tal que p(5) = 13 e p(3) = 7. R: p(x) = 3x – 2 10) Um polinômio p(x) é do 2º grau. Sendo p(1) = 0, p(2) = 7 e p(-1) = 4, escreva o poli- nômio p(x) e calcule p(0). R: p(x) = 3x2 – 2x – 1; p(0) = -1 11) Consideremos o polinômio p(x) = 2x3 – 6x2 + mx + n. Se p(2) = 0 e p(- 1) = -6, calcule os valores de m e n. R: m = 2 e n = 4 EXERCÍCIO DE VESTIBULAR 12)(FEI-SP) Sendo p(x) = ax4 + bx3 + c e q(x) = ax3 – bx – c, determine os coeficientes a, b e c, sabendo que p(0) = 0, p(1) = 0 e q(1) = 2. R: a = 1, b = -1 e c = 0 5 . IGUALDADE DE POLINÔMIOS Dizemos que dois polinômios são iguais ou idênticos se, e somente se, seus valores nu- méricos são iguais para todo . Assim: p(x) = q(x) p( ) = q( ) R) ( Em consequência, dois polinômios são iguais ou idênticos se, e somente se, têm o mesmo grau e os coeficientes dos termos de mesmo grau são iguais. 3 Exemplo: Dados os polinômios p(x) = ax3 + bx2 + cx + d e q(x) = 2x3 + 5x2 – 4x + 3, temos: p(x) = q(x) a = 2, b = 5, c = -4 e d = 3. EXERCÍCIOS PROPOSTOS 13) Determine os valores de a, b, c, d e e de modo que os polinômios p(x) = ax4 + 5x2 + dx – b e g(x) = 2x4 + (b – 3)x3 + (2c – 1)x2 + x + e sejam iguais. R: a = 2, b = 3, c = 3, d = 1, e= -3 14) Dados p(x) = (mx2 + nx +p)(x + 1) e g(x) = 2x3 + 3x2 – 2x – 3 determine os valores de m, n e p para que se tenha p(x) = g(x). R: m = 2, n = 1, p = -3 EXERCÍCIOS DE VESTIBULARES 15)(PUC-SP) Determine os valores de m, n e p de modo que se tenha (m + n + p)x4 – (p + 1)x3 + mx2 + (n – p)x + n = 2mx3 + (2p + 7)x2 + 5mx + 2m. R: m = 1, n = 2, p = -3 5 . RAIZ DE POLINÔMIOS Já sabemos que p( α ) é o valor numérico do polinômio p(x) para x = . Se p( ) = 0, então o número é raiz do polinômio p(x). Exemplos: 1º) Dado o polinômio p(x) = x2 – 7x + 10, te- mos: P(5) = 0 5 é raiz de p(x) P(3) = -2 3 não é raiz de p(x).2º) Dado o polinômio p(x) = x3 – 3x2 + 2, te- mos: P(1) = 0 1 é raiz de p(x) P(3) = 2 3 não é raiz de p(x). EXERCÍCIOS PROPOSTOS 16) Verifique se o número 3 é raiz do polinômio p(x) = x3 – 3x2 + 2x – 6. R: sim 17) Sabendo que -3 é raiz de p(x) = x3 – 4x2 – ax + 48, calcule o valor de a. R: a = 5 18) O polinômio p(x) = x3 + ax2 + bx admite as raízes 6 e 1. Calcule os coeficientes a e b. R: a = -7, b = 6 6 . OPERAÇÃO COM POLINÔMIOS Por meio de exemplos, vamos retomar operações conhecidas no estudo de expressões algébricas, como adição, subtração e multiplica- ção de polinômio. Em seguida, estudaremos mais detalhadamente a divisão de polinômios. 1ª) Se p(x) = 3x2 + 2x – 1 e q(x) = -x3 + 4x2 – 2x – 5, temos: p(x) + q(x) = -x3 + (3 + 4)x2 + (2 – 2)x + (-1 – 5) = -x3 + 7x2 – 6. 2ª) Se p(x) = 3x2 - 4x + 1 e q(x) = 5x2 – 3x + 4, temos: p(x) – q(x) = 3x2 - 4x + 1 - 5x2 + 3x – 4 = -2x2 - x – 3. 3ª) Se p(x) = 2x3 - 4x2 + 5x - 3, temos: 7.p(x) = 7(2x3 - 4x2 + 5x – 3) = 14x3 - 28x2 + 35x - 21. 4ª) Se p(x) = 3x - 4 e q(x) = –2x + 5, temos: p(x) . q(x) = (3x – 4)(–2x + 5) = -6x2 + 15x + 8x – 20 = -6x2 + 23x – 20. EXERCÍCIOS PROPOSTOS 19) Dados os polinômios p(x) = x2 – 4x + 3, q(x) = -2x + 4 e r(x) = 2x3 – 4x + 5, calcule: a) p(x) + r(x) R: 2x3 + x2 – 8x + 8 b) q(x) – p(x) R: -x2 + 2x + 1 c) -4r(x) R: -8x3 + 16x - 20 d) p(x) . q(x) R: -2x3 + 12x2 – 22x + 12 e) (q(x))2 R: 4x2 - 16x + 16 20) Determine os valores de a, b, e c para que se verifique a igualdade [ax2 + (2a + b)x + 2b] + [cx2 + (3 – 2c)x – 6] = 2x2 – 4. R: a = 0, b = 1, c = 2 21) Sabendo que a x 2 + b x - 1 = 2 7x 8 x x - 2 , determine os valores de a e b. R: a = 2, b = 5 22) Sabendo que p(x) = x1-0 0x1- cba e g(x) = 4 1 (x – 3)(x + 5), determine os valores de a e b para que p(x) = g(x). R: a = 1/4, b = ½, c = - 15/4 6 . DIVISÃO DE POLINÔMIOS Dados dois polinômios p(x) e h(x), com h(x) não nulo, dividir p(x) por h(x) significa encontrar dois polinômios q(x) e r(x) que sa- tisfaçam as seguintes condições: 1ª) p(x) = h(x)q(x) + r(x); 2ª) o grau de r(x) não pode ser igual nem mai- or que o grau de h(x) ou então r(x) = 0. Assim dizemos que: p(x) é o dividendo; h(x) é o divisor; q(x) é o quociente; r(x) é o resto. Para efetuar a divisão de polinômios usa- remos o método da chave, semelhante ao empregado para números inteiros. 6.1 Método da chave Consideremos a divisão de 337 por 8: 1º) 337 8 2º) 337 8 4 - 32 4 1 33 : 8 4 4 . 8 = 32 33 – 32 = 1 (subtraindo ou somando com sinal trocado) 3º) 337 8 4º) 337 8 - 32 42 - 32 42 17 17 -16 1 17 : 8 2 2 . 8 = 16 17 – 16 = 1 4 Observemos que: dividendo 337 = divisor 8 . quociente 42 + resto 1 Vamos utilizar a mesma técnica para a divisão de polinômios: 1º) x2 – 5x + 6 x - 3 x x2 : x = x 2º) x2 – 5x + 6 x - 3 - x2 + 3x x – 2x + 6 Trocando o sinal: - x2 + 3x 3º) x2 – 5x + 6 x - 3 - x2 + 3x x - 2 – 2x + 6 -2x : x = -2 4º) x2 – 5x + 6 x - 3 - x2 + 3x x - 2 – 2x + 6 2x - 6 0 -2(x – 3) = -2x + 6 Trocando o sinal: 2x - 6 Verificamos que: dividendo 6 5x- x2 = divisor 3) (x . quociente 2) - (x Quando r(x) = 0, dizemos que a divisão é exata e o polinômio p(x) é divisível pelo poli- nômio h(x). EXERCÍCIOS PROPOSTOS 23) Usando o método da chave, efetue a divi- são de p(x) por h(x) quando: a) p(x) = x2 + 4x + 3 e h(x) = x + 1. R: q(x) = x + 3; r(x) = 0 b) p(x) = x3 + x2 - x + 1 e h(x) = x + 4. R: q(x) = x2 – 3x + 11; r(x) = -43 c) p(x) = 2x3 + x - 1 e h(x) = x - 1. R: q(x) = 2x2 + 2x + 3; r(x) = 2 d) p(x) = 7x3 + 30x2 – 40x + 15 e h(x) = x2 + 5x - 6. R: q(x) = 7x - 5; r(x) = 27x - 15 EXERCÍCIO DE VESTIBULAR 24)(Cesgranrio-RJ) Sabendo que polinômio p(x) = x3 + 2x2 + mx + n é divisível por h(x) = x2 + x + 1, calcule o valor de m + n. R: 3 6.2 Divisão por x – a – Dispositivo prá- tico de Brio-Ruffini Usando o método da chave, vamos efe- tuar a divisão de p(x) = 3x2 – 5x2 + x – 2 por h(x) = x – 2. 3x3 - 5x2 + x - 2 x - 2 - 3x3 +6x2 3x2 + x + 3 x2 + x - 2 -x2 + 2x 3x - 2 -3x + 6 4 Assim temos: q(x) = 3x2 + x + 3 r(x) = 4. Há, porém, um dispositivo que permite efetuar as divisões por polinômios do tipo x – a de uma maneira mais simples e rápida: é o chamado dispositivo prático ou algoritmo de Briot-Ruffini. termo constante do divisor, com sinal trocado a coeficiente de x do dividendo p(x) Termo constante do dividen- do P(x) coeficiente do quociente Vejamos o roteiro desse dispositivo práti- co, efetuando a divisão de p(x) = 3x3 – 5x2 + x – 2 por h(x) = x – 2. 1º) 2 3 -5 1 -2 2º) 2 3 -5 1 -2 3 3º) 2 3 -5 1 -2 6+(-5) 3 1 4º) 2 3 -5 1 -2 6+(-5) 2+1 3 1 3 5º) 2 3 -5 1 -2 6+(-5) 2+1 6+(-2) 3 1 3 4 Pelo quadro, temos: q(x) = 3x2 + x + 3 r(x) = 4 O mesmo resultado obtido pelo método da chave. Logo: 5 3x3 – 5x2 + x – 2 = (x – 2)(3x2 + x + 3) + 4 EXERCÍCIOS PROPOSTOS 25) Aplicando o dispositivo prático de Briot- Ruffini, calcule o quociente e o resto da divisão de: a) p(x) = 5x2 - 3x + 2 por h(x) = x + 3. R: q(x) = 5x - 18; r(x) = 56 b) p(x) = 2x4 + 7x3 – 4x + 5 por h(x) = x + 3. R: q(x) = 2x3 + x2 - 3x + 5; r(x) = -10 c) p(x) = x4 + 3x2 + x - 5 por h(x) = x + 2. R: q(x) = x3 - 2x2 + 7x - 13; r(x) = 21 d) p(x) = 2x3 - 7x2 + 2x + 1 por h(x) = x - 4. R: q(x) = 2x2 + x + 6; r(x) = 25 e) p(x) = 2x3 - 10x2 + 8x - 3 por h(x) = x - 5. R: q(x) = 2x2 + 8; r(x) = 37 f) p(x) = x2 - 2x + 1 por h(x) = 3x + 1. R: q(x) = x/3 – 7/9; r(x) = 16/9 g) p(x) = 2x3 - 3x2 + x + 2 por h(x) = 2x - 1. R: q(x) = x2 - x; r(x) = 2 26) Calcule o valor de a, sabendo que: a) p(x) = 2x3 + 4x2 - 5x + a é divisível por h(x) = x - 1. R: a = -1 b) p(x) = 2x3 + ax2 + (2a +1)x + a + 3 é divi- sível por x + 4. 6.3 Teorema de D’Alembert O resto da divisão de um polinômio p(x) por x – a é p(a). Exemplo: Vamos determinar o resto da divisão p(x) = x3 – x2 – 2x + 3 por x + 2 pelo dispositi- vo prático de Briot-Ruffini: -2 1 -1 -2 3 1 -3 4 -5 Verificando o teorema de D’Alembert: p(x) = x3 – x2 – 2x + 3 p(-2) = (-2)3 – (-2)2 – 2(-2) + 3 = = -8 – 4 + 4 + 3 = -5 EXERCÍCIOS PROPOSTOS 27) Calcule o resto da divisão de: a) p(x) = 2x3 – 4x2 + x – 1 por h(x) = x – 1; R: r(x) = -2 b) p(x) = 2x3 – x2 + 5x – 3 por h(x) = x – 4; R: r(x) = 129 c) p(x) = x4 + 2x2 - x – 5 por h(x) = x + 3; R: r(x) = 97 28) Verifique se o polinômio p(x) = x2 – 3x + 2 é divisível por x + 3. Não, r(x) = 20 29) Calcule o valor de a para que o polinômiop(x) = x2 – ax + 2 seja divisível por h(x) = x – 2. R: a = 3 EXERCÍCIOS DE VESTIBULARES 30)(PUC-SP) Calcule o valor de a para que o resto da divisão do polinômio p(x) = ax3 – 2x + 1 por h(x) = x – 3 seja igual a 4. R: a = 1/3 31)(ITA-SP) Determine os valores de a e b para que os polinômios p(x) = x3 – 2ax2 + (3a + b)x e g(x) = x3 – (a + 2b)x + 2a sejam divi- síveis por h(x) = x + 1. R: a = -3/7, b = 8/7 6.4 Teorema do fator Se c é uma raiz de um polinômio p(x), de grau n > 0, então x – c é um fator de p(x). Demonstração: Pelo teorema de D’Alembert, a divisão de p(x) por x – c resulta um quociente q(x) e um resto p(c) tal que: p(x) = (x – c)q(x) + p(c) Se c é uma raiz de um polinômio p(x), então p(c) = 0 e temos: p(x) = (x – c)q(x) Portanto, x – c é um fator de p(x). Como consequência, podemos dizer que p(x) é divisível por (x – a) e por (x – b), com a b, se, e somente se, p(x) for divi- sível por (x – a)(x – b). EXERCÍCIOS PROPOSTOS 32) Mostre que x – 6 é um fator de p(x) = x3 – 6x2 + x – 6 e calcule o quociente de p(x) por x – 6. R: basta mostrar que p(6) = 0, q(x) = x2 + 1 33) Mostre que x + 4 é fator do polinômio p(x) = x3 – x2 – 18x + 8 e calcule o quociente de p(x) por x + 4. R: basta mostrar que p(-4) = 0, q(x) = x2 - 5x + 2 34) Dado p(x) = x3 + x2 – 10x + 8, determine p(x) para x = 3, x = 2 e x = 0. A seguir, escre- va p(x) como produto de dois fatores. R: p(3) = 14; p(2) = 0; p(0) = 8, q(x) = x2 + 3x – 4, logo x3 – x2 – 10x + 8 = (x – 2)(x2 + 3x – 4) 35) Dado p(x) = 2x3 + x2 – 5x + 2, determine p(x) para x = -2, x = -1, x = 0, x = 1 e x = 2. A seguir, escreva os fatores de p(x). R: p(-2) = 0; p(-1) = 6; p(0) = 2, p(1) = 0, p(2) = 12; 2x3 + x2 – 5x + 2 = (x + 2)(x – 1)(2x – 1) 36) Verifique se é exata a divisão de p(x) = x3 + 2x2 – x – 2 por (x + 2)(x + 1). R: Sim a divisão é exata EXERCÍCIOS DE VESTIBULARES 37)(Fumec) Determine m e n de modo que p(x) = 2x4 – x3 + mx2 – nx + 2 seja divisível por (x - 2)(x + 1). R: m = -2; n = 0 38)(UFPB) O polinômio p(x) = x4 – 4x3 + mx2 + 4x + n é divisível por (x - 1)(x - 2). Calcule o valor de 5m + 2n. R: 7 39)(FEI-SP) Dado o polinômio p(x) = 4x4 – 5x2 – 3bx + a, calcule os valores de a e b de modo que p(x) seja divisível por g(x) = x2 – 1. [sugestão: faça x2 – 1 = (x + 1)(x – 1)] R: a = 1; b = 0 40)(Unicamp-SP) Determine o quociente e o resto da divisão de x100 + x + 1 por x2 – 1. R: q(x) = x98 + x96 + x94 + ... + 1; R(x) = x + 2 6.5 Polinômios de Coeficiente e Variá- veis Complexos No estudo dos polinômios foram conside- rados como coeficientes números reais para uma variável também real. 6 Podemos ampliar esse estudo para poli- nômios com coeficientes complexos para uma variável complexa. Exemplos: 1º) p(x) = 3x2 + 4x + (3 – 2i) é um polinômio. 2º) O número i é raiz do polinômio p(x) = x2 + 1, ou seja, p(i) = 0. 3º) Se p(x) = x3 – (4 + 2i)x2 + 9ix + 2 e h(x) = x – 2i, podemos efetuar p(x):h(x) usan- do o algoritmo de Briot-Ruffini: 2i 1 -4 - 2i 9i 2 1 -4 i 0 Então, p(x):h(x) = x2 – 4x + 1 EXERCÍCIOS PROPOSTOS 41) Dado o polinômio p(x) = x3 – 2x2 + 3x – 2i, calcule p(i) e p(2). R: 2 e 6 – 2i 42) Efetue a divisão de p(x) = 3x3 – 2x2 + ix – 3i por (x + i). R: h(x) = 3x2 + (-2 – 3i)x + (-3 + 3i); r(x) = 3 43) Determine o valor de a para que o número 1 – i seja raiz do polinômio p(x) = x2 – 2x + a. R: a = 2 EXERCÍCIOS DE VESTIBULARES 44)(UFPA-2006) O polinômio P(x) de menor grau, de coeficientes reais, com coeficiente da variável de maior grau igual a 1, que tem 3 e (2 – i) como raízes, sendo i a unidade imaginária, terá o resto de sua divisão por (x – 1) igual a R: (a) (a) – 4 (b) - 2 (c) - 1 (d) 2 (e) 4 7 . EQUAÇÕES POLINOMIAIS 7.1 Definição Denomina-se equação polinomial ou al- gébrica toda equação que pode ser escrita na forma: anx n + an - 1x n - 1 + ... + a1x + a0 = 0, com an 0, em que os ai (an, an – 1, ..., a2, a1, a0) são elementos do conjunto dos números complexos, n * e n é o grau da equação. Exemplos: 1º) 3x + 1 = 0 é uma equação do 1º grau. 2º) x2 – 3x – 4 = 0 é uma equação do 2º grau. 3º) x3 - 2x2 + x – 2 = 0 é uma equação do 3º grau. 4º) x4 - 2x3 + x2 + 2x – 2 = 0 é uma equação do 4º grau. 5º) 3x2 – 2ix + 1 = 0 é uma equação do 2º grau. 7.2 Raiz ou Zero de uma equação poli- nomial Denomina-se raiz ou zero da equação polinomial anx n + an - 1x n - 1 + ... + a1x + a0 = 0, o valor de x que satisfaz a igualdade, ou se- ja, o valor tal que: an n + an - 1 n - 1 + ... + a1 + a0 = 0, Exemplos: 1º) x2 – 7x + 10 = 0 admite x = 5 como raiz, segue 52 – 7.5 + 10 = 25 – 35 + 10 = 0. 2º) x4 + x3 - x2 – 4 = 0 admite x = -2 como raiz, segue (-2)4 + (-2)3 – (-2)2 – 4 = 16 + 8 – 4 – 4 = 0. 7.3 Determinação das raízes de uma equação O objetivo é determinar o conjunto solu- ção formado pelas raízes de uma equação, ou seja, resolver equações da forma p(x) = 0, em que p(x) é um polinômio. Já sabemos resolver equações do 1º e 2º grau por meio de simples fórmulas, além de algumas de grau maior que 2 por meio de fato- ração ou outro artifício. ax + b = 0 (com a 0) x = a b - (raiz da equação de 1º grau); ax2 + bx + c = 0 (com a 0) x = 2a b - (raiz da equação de 2º grau), em que = b2 – 4ac. Durante muito tempo, esforços foram feitos ara encontrar fórmulas que permitissem resolver qualquer equação de grau maior que 2. Como exemplos: x3 – 6x2 – 7x + 60 = 0 x4 + x3 + x2 + x + 1 = 0. Verificou-se, por fim, que o melhor meio de resolver essas equações polinomiais seria fazer estimativas de possíveis soluções. 7.4 Decomposição em fatores de pri- meiro grau Em 1799, Gauss demonstrou o teorema fundamental da Álgebra, que admitiremos sem demonstração: Toda equação p(x) = 0 de grau n (n 1) possui pelo menos uma raiz complexa. Utilizando esse teorema podemos mos- trar que os polinômios de grau n > 1 podem ser decompostos num produto de fatores do 1º grau. Exemplos: 1º) 2 é raiz de p(x) = x2 + 3x – 10, pois p(2) = 0. Então, pelo teorema de D’Alembert, p(x) é divisível por x – 2 e temos: 2 1 3 -10 1 5 0 Logo q(x) = x + 5. Daí vem: p(x) = x2 + 3x – 10 = (x – 2)(x + 5). 2º) -1 é raiz de p(x) = x3 - 2x2 - x + 2, pois p(-1) = 0. Então, pelo teorema de D’Alembert, p(x) é divisível por x + 1 e temos: -1 1 -2 -1 2 1 -3 2 0 7 Logo q(x) = x2 - 3x + 2. Daí vem: p(x) = x3 - 2x2 - x + 2 = (x + 1)(x2 – 3x + 2). Resolvendo x2 – 3x + 2 = 0, usando a fórmula de Báskara (por exemplo), obtemos 1 e 2, ou seja: x2 – 3x + 2 = (x – 1)(x – 2) Daí: p(x) = x3 - 2x2 - x + 2 = (x + 1)(x – 1)(x + 2). Seguindo esse processo n vezes, chega- mos a: p(x) = an(x – x1)(x – x2)(x – x3) ... (x – xn) em que xi são as raízes de p(x) e an é o coefi- ciente de xn. Naturalmente: p(x) = 0 an(x – x1)(x – x2)(x – x3) ... (x – xn) = 0 EXERCÍCIOS PROPOSTOS 45) Calcule as raízes das seguintes equações: a) 3x – 12 = 0 R: S = {4} b) 2 x – 1 = 0 R: S = { 2 /2} c) -x2 + 9 = 0 R: S = {-3, 3} d) x2 – 6x + 10 = 0 R: S = {3 – i, 3 + i} e) x2 + 4x + 4 = 0 R: S = {-2} f) x2 - 2x + 2 = 0 R: S = {1 – i, 1 + i} 46) Utilizando fatoração, calcule as raízes dasequações: a) x3 – 4x2 + 3x = 0 R: S = {0, 1, 3} b) x3 + 2x2 + x + 2 = 0 R: S = {-2, -i, i} c) x3 + 2x2 + 9x + 18 = 0 R: S = {-2, -3i, 3i} d) x3 – 2x2 + 2x = 0 R: S = {0, 1 - i, 1 + i} 47) Resolva as equações em : a) x4 – 5x2 + 4 = 0 R: S = {-2, -1, 1, 2} b) x6 – 3x3 + 2 = 0 R: S = {1, 3 2 } 48) Uma das raízes da equação 2x3 – 4x2 – 2x + 4 = 0 é 1. Resolva a equação. R: S = {-1, 1, 2} 49) Resolva a equação x4 – x3 – 7x2 + x + 6 = 0, sabendo que -2 e 1 são raízes da equação. R: S = {-2, -1, 1, 3} 50) Sabendo que 2 é raiz da equação x3 + 2x2 – 5x + c = 0, calcule o valor de c e o conjunto solução da equação. R: c = -6; S = {-3, -1, 2} EXERCÍCIOS DE VESTIBULARES 51)(PUC-SP) Dado o polinômio f(x) = 10x 1 - x2-1 x xxx , pedem-se: a) as raízes de f; R: S = {0, - 3 , 3 } b) o quociente e o resto da divisão de f por x2 – 1. R: q(x) = x; r(x) = -2x 52)(PUC-SP) Sabendo que -2 é raiz do poli- nômio f(x) = xk0 0x1 11-x , em que x e k , determine: a) o valor de K; R: k = 10 b) as demais raízes do polinômio. R: S = {-2, 1 + 2i, 1 – 2i} 53)(Vunesp-SP) Se m é raiz do polinômio real p(x) = x6 – (m + 1)x5 + 32, determine o resto da divisão de p(x) por x – 1. R: r(x) = 30 EXERCÍCIOS DE VESTIBULARES 54)(UEPA-2014) Girolamo Cardano (1501– 1576) apresentou no livro Ars Magna, demons- trações sobre como resolver equações cúbicas. Ele propôs para equações da forma x3 + px+ q = 0 a solução 3 32 3 32 27 p 4 q 2 q - 27 p 4 q 2 q - x Sabe-se que Rafael Bombelli (1526–1572) estendeu às ideias de Cardano e encontrou uma das raízes da equação x3 – 15.x – 4 = 0, o número 4. Nessas condições, a soma dos inversos das outras raízes dessa equação é: (a) 4 (b) 2 (c) 0 (d) -2 (e) -4 R: (e) 7.5 Pesquisa de raízes racionais de uma equação de coeficientes inteiros Vimos que as equações polinomiais de grau maior que 2 não têm um processo deter- minado de resolução por meio de fórmulas. De- vemos procurar, então, uma ou mais raízes para com elas encontrar todas as raízes. Propriedade que nos auxiliará na pesqui- sa das raízes: Se o número racional q p , com p e q primos entre si, é raiz de uma equação de coeficien- tes inteiro: anx n + an - 1x n - 1 + ... + a1x + a0 = 0 então p é divisor de a0 e q é divisor de an. Exemplo: Pesquise as raízes da equação 3x3 + 2x2 – 7x + 2 = 0 Resolução: Na equação dada, temos a0 = 2 e an = 3. p é divisor de 2 p {-1, 1, -2, 2} q é divisor de 3 q {-1, 1, -3, 3} Pela propriedade, as prováveis raízes racionais são: 3 2 , 3 2 - , 3 1 , 3 1 - 2, 2,- 1, 1,- q p Fazendo a verificação: p(-1) = 8 -1 não é raiz; p(1) = 0 1 é raiz, então p(x) é divisível por x – 1. A partir da descoberta, vem: 1 3 2 -7 2 3 5 -2 0 8 Logo, 3x3 + 2x2 – 7x + 2 = (x – 1)(3x2 + 5x – 2). Resolvendo 3x2 + 5x – 2 = 0 x’ = 3 1 e x” = -2 então, 3x3 + 2x2 – 7x + 2 = (x – 1) 3 1 - x (x + 2). Logo, s = 1 , 3 1 2,- . EXERCÍCIOS PROPOSTOS 55) Resolva a equação x4 + x3 – 7x2 –x + 6 = 0. R: S = {-3, -1, 1, 2} 56) Determine as raízes de 2x3 + 5x2 – x – 6 = 0. R: S = {1, -2} EXERCÍCIOS DE VESTIBULARES 57)(PUC-SP) Quais são as raízes da equação 3x3 – 13x2 + 13 x – 3 = 0? R: S = {1, 3, 1/3} 58)(FEI-SP) Resolva a equação cúbica x3 – 2x2 – 3x + 6 = 0. R: S = {2, 3 , - 3 } 59)(ITA-SP) Quais são as raízes inteiras da equação x3 + 4x2 + 2x – 4 = 0? R: -2 60)(EEM-SP) Determine as raízes da equação 7 2) (x 4x 1 - x 1 - x 2 4 . R: S = {2, -1 + 2i, -1 - 2i} 61)(Unicamp-SP) Ache todas as raízes (inclu- sive as complexas) da equação x5 – x4 + x3 – x2 + x – 1 = 0. R: S = {1, 1/2 – 3 /2.i, 1/2 + 3 /2.i, -1/2 – 3 /2.i, - 1/2 + 3 /2.i} 62)(Fuvest-SP) Resolva a equação x4 - 5x3 + 13x2 - 19x + 10 = 0, sabendo que o número complexo z = 1 + 2i é uma das suas raízes. R: s = {1 – 2i, 1 + 2i, 1, 2} “Por que nos torna tão pouco felizes esta mara- vilhosa ciência aplicada que economiza trabalho e torna a vida mais fácil? A resposta é simples: porque ainda não aprendemos a nos servir dela com bom senso”. Albert Einstein. "A educação não transforma o mundo, a educação trans- forma as pessoas e as pessoas transformam o mundo" Paulo Freire Atualizada em 26/3/2016 Gostou da Apostila? 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