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CURSO DE PÓS-GRADUAÇÃO LATO SENSU NÚCLEO DE PÓS-GRADUAÇÃO E EXTENSÃO FAVENI TÓPICOS E DIDÁTICAS DA ÁLGEBRA ESPÍRITO SANTO SUMÁRIO 1 Álgebra............................................................................................... 4 1.1 O que é álgebra ........................................................................... 4 2 Expressões Numéricas ...................................................................... 5 2.1 Os elementos de uma expressão numérica ................................ 5 2.2 Considerações sobre os sinais de adição (+) e subtração (-) ..... 6 3 Expressões Algébricas....................................................................... 7 3.1 O que são expressões algébricas? ............................................. 7 3.2 Classificação das expressões algébricas .................................... 8 4 Produtos Notáveis ............................................................................ 11 4.1 Cinco casos de Produtos Notáveis ............................................ 12 5 Fatoração ......................................................................................... 15 5.1 Tipos de Fatoração ................................................................... 15 5.2 Diferença de quadrados: ........................................................... 15 5.3 Trinômios quadrados perfeitos: ................................................. 16 5.4 Trinômio do segundo grau: ........................................................ 16 6 CONJUNTOS NUMÉRICOS ............................................................ 17 6.1 Números Naturais (N) ................................................................ 17 6.2 Números Inteiros (Z).................................................................. 17 6.3 Números Racionais (Q) ............................................................. 17 6.4 Números Irracionais (I) .............................................................. 18 6.5 Conjunto dos Números Reais .................................................... 18 7 proporcionalidade ............................................................................ 19 8 Regra de Três Simples e Composta ................................................ 20 8.1 Regra de três simples................................................................ 20 8.2 Regra de três composta ............................................................ 22 9 Equação do 1º grau com uma incógnita .......................................... 24 9.1 Solução de equações do primeiro grau ..................................... 25 10 sistema de equação do 1º grau .................................................... 27 10.1 Método da substituição .......................................................... 28 10.2 Método da adição ................................................................... 28 11 Problemas envolvendo Sistema de Equações ............................. 29 12 Equações do 2º grau .................................................................... 31 12.1 Definição ................................................................................ 31 12.2 RESOLUÇÃO DE EQUAÇÕES DO 2º GRAU ....................... 32 12.3 Fórmula de Bháskara ............................................................. 32 12.4 Propriedades .......................................................................... 34 12.5 Soma e Produto de uma equação do 2º grau: ....................... 34 12.6 Obtendo a Soma e Produto de uma equação do 2º grau ....... 35 12.7 Resolução de Equações Fracionárias do 2º grau .................. 35 12.8 Resolução de Equações Literais do 2º grau .......................... 36 12.9 Resolução de Equações Biquadradas ................................... 37 13 Funções ........................................................................................ 38 13.1 Noção Intuitiva ....................................................................... 38 13.2 A Noção de Função através de Conjuntos ............................. 39 13.3 Domínio, Imagem e Contra – Domínio de uma Função ......... 40 13.4 Estudo do Domínio de uma Função ....................................... 41 13.5 Função Sobrejetora, Função Injetora, Função Bijetora .......... 41 13.6 Função Composta .................................................................. 42 13.7 Função Inversa ...................................................................... 44 14 Referências .................................................................................. 46 1 ÁLGEBRA 1.1 O que é álgebra Álgebra é o ramo da Matemática que generaliza a aritmética. Isso significa que os conceitos e operações provenientes da aritmética (adição, subtração, multiplicação, divisão etc.) serão testados e sua eficácia será comprovada para todos os números pertencentes a determinados conjuntos numéricos. A operação “adição”, por exemplo, realmente funciona em todos os números pertencentes ao conjunto dos números naturais? Ou existe algum número natural muito grande, próximo ao infinito, que se comporta de maneira diferente dos demais ao ser somado? A resposta para essa pergunta é dada pela álgebra: Primeiramente, é definido o conjunto dos números naturais e a operação soma; depois, é comprovado que a operação soma funciona para qualquer número natural. Nos estudos de álgebra, letras são utilizadas para representar números. Essas letras tanto podem representar números desconhecidos quanto um número qualquer pertencente a um conjunto numérico. Se x é um número par, por exemplo, então x pode ser 2, 4, 6, 8, 10,.... Dessa maneira, x é um número qualquer pertencente ao conjunto dos números pares e fica evidente o tipo de número que x é: um múltiplo de 2. 2 EXPRESSÕES NUMÉRICAS Fonte: www.simbolosmatematicos.com As expressões numéricas são altamente necessárias para solucionarmos problemas cotidianos. Através do conhecimento das operações básicas da matemática, bem como da interpretação dos dados contidos nos problemas, podemos organizar o problema, extrair suas informações principais, convertê-lo a um modelo matemático e, por fim, efetuar os cálculos para a sua resolução. 2.1 Os elementos de uma expressão numérica Uma expressão numérica é composta de alguns elementos que deverão ser observados atentamente antes do início de sua resolução. É importante também, antes de explorarmos os elementos em debate, chamar atenção para a ordem das operações matemáticas dispostas na expressão, ou seja, deveremos sempre resolver as potências e raízes, produtos e os quocientes, para somente após operar com as adições e subtrações. Um pouco mais adiante detalharei mais essa informação. Em relação aos elementos de uma expressão, podemos destacar os parênteses ( ), os colchetes [ ], as chaves { }, os números e os símbolos de operação. Entre os parênteses, colchetes e chaves, também existe uma sequência resolutiva a ser seguida. Primeiro resolvemos a parte interna dos parênteses, em seguida os colchetes e, logo após, as chaves. Ao concluirmos esse “ritual”, nos restará uma expressão simples, contendo apenas o que chamamos de adição algébrica. 2.2 Considerações sobre os sinais de adição (+) e subtração (-) Quando o sinal de adição (+) anteceder um parêntese, colchete ou chaves, deveremos eliminar o parêntese, o colchete ou chaves, na ordem de resolução, reescrevendo os números internos com os seus sinais originais. Quando o sinal de subtração (-) anteceder um parêntese, colchete ou chaves, deveremoseliminar o parêntese, o colchete ou chaves, na ordem de resolução, reescrevendo os números internos com os seus sinais invertidos. Exemplo: 15 + [(7 – 100:102) + (16:√4 – 4)]2 + 10}·3 Observe que existem dois parênteses dentro de colchetes. Qualquer um dos dois pode ser feito primeiro ou ambos podem ser realizados ao mesmo tempo, desde que não se misturem os cálculos para cada um. Faremos na ordem em que aparecem. Isso é o mais indicado a ser feito. Assim, para os primeiros parênteses, faremos a potência; depois, a divisão e, por fim, a subtração: {15 + [(7 – 100:102) + (16:√4 – 4)]2 + 10}·3 {15 + [(7 – 100:100) + (16:√4 – 4)]2 + 10}·3 {15 + [(7 – 1) + (16:√4 – 4)]2 + 10}·3 {15 + [(6) + (16:√4 – 4)]2 + 10}·3 Nesse caso, os parênteses podem ser eliminados. {15 + [6 + (16:√4 – 4)]2 + 10}·3 Agora os parênteses seguintes. Primeiro, a raiz quadrada; depois, divisão e subtração. {15 + [6 + (16:2 – 4)]2 + 10}·3 {15 + [6 + (8 – 4)]2 + 10}·3 {15 + [6 + (4)]2 + 10}·3 {15 + [6 + 4]2 + 10}·3 Note que, dentro dos colchetes, sobrou apenas uma adição. Depois de realizá-la, o número que sobrar deverá ser elevado ao quadrado. Assim, obteremos: {15 + [10]2 + 10}·3 {15 + 100 + 10}·3 Agora, falta apenas realizar os cálculos dentro das chaves e multiplicar o resultado por 3: {15 + 100 + 10}·3 125·3 375 3 EXPRESSÕES ALGÉBRICAS Fonte: www.oqueeoquee.com 3.1 O que são expressões algébricas? Elas respeitam as mesmas regras de ordenamento e utilizam as mesmas operações das expressões numéricas. A diferença está no fato de que as expressões algébricas envolvem também algumas letras, chamadas de incógnitas, que geralmente representam números desconhecidos. Como essa representação é responsabilidade da álgebra, as expressões que possuem incógnitas são chamadas de expressões algébricas. 3.2 Classificação das expressões algébricas As expressões algébricas são divididas em dois grandes grupos: monômios e polinômios. Monômios Monômios são expressões algébricas compostas apenas pela multiplicação entre números e incógnitas. O conjunto de incógnitas em um monômio é chamado de parte literal, enquanto o número que multiplica esse conjunto é chamado de coeficiente. Dessa maneira, são exemplos de monômios: a) 2x³ Nesse monômio, 2 é coeficiente e x³ é a parte literal. b) 4x8y9c10 Nesse monômio, 4 é o coeficiente e x8y9c10 é a parte literal. b) x Nesse monômio, 1 é o coeficiente e x é a parte literal. A multiplicação e a potenciação podem ser feitas em qualquer monômio, pois as letras que aparecem neles nada mais são do que números. Contudo, como não sabemos de que número se trata, apenas utilizamos letras para representá-los. A questão é que x², por exemplo, indica que estamos elevando um número ao quadrado, isto é, estamos multiplicando x por ele mesmo. Dessa maneira, caso venha a descobrir que número é x, você já sabe o que é preciso fazer com ele. Seguindo esse mesmo raciocínio, as outras operações também podem ser realizadas nos monômios. As regras para cada uma delas são as seguintes: Soma e subtração de monômios As regras para soma e para subtração de monômios são as mesmas: 1- Só é possível somar ou subtrair termos semelhantes; Termos semelhantes são monômios que possuem a parte literal exatamente igual. É possível somar somente esses. 2 – Somar ou subtrair apenas o coeficiente e manter a parte literal; Na soma e subtração de monômios, devemos manter a parte literal intacta. Apenas coeficientes são somados ou subtraídos. 3 – Seguir as mesmas regras das expressões numéricas. As expressões numéricas possuem uma ordem para as operações. Devem ser realizadas primeiramente as potências, seguidas de multiplicações e divisões, seguidas de somas ou subtrações. Além disso, expressões entre parênteses têm prioridade sobre expressões entre colchetes, que, por sua vez, têm prioridade sobre expressões entre chaves. Exemplo: Calcule a seguinte expressão algébrica 14x2y3 – 5x2y3 = 9x²y³ Multiplicação e divisão de monômios Para multiplicar ou dividir monômios, faça o seguinte: 1 – Escreva os monômios utilizando a notação de multiplicação (lado a lado, com um ponto no meio) ou de divisão (numerador sobre denominador); 2 – Multiplicar, dividir ou simplificar os coeficientes; 3 – Reorganizar os fatores de modo que incógnitas iguais fiquem próximas; 4 – Efetuar a multiplicação tendo em mente o conceito de potências. Exemplo: Calcule o produto entre os monômios 4x²y² e 2x4y3 Solução: Escreva a multiplicação entre eles e agrupe os fatores semelhantes 4x²y²·2x4y³ = 4·2·x²·x4·y²·y³ Pelas propriedades de potência, basta somar os expoentes dos fatores iguais quando for multiplicação e diminuí-los quando for divisão: 4·2·x²·x4·y²·y³ = 8·x6·y5 Exemplo 2: Calcule a divisão entre os monômios 4x2y2 e 2x4y3 Solução: Escreva os monômios em forma de fração. 4x2y2 2x4y3 Divida os coeficientes e subtraia os expoentes de cada letra. 2·x2 – 4·y2 – 3 Observe que a incógnita x é operada apenas com a incógnita x, enquanto a incógnita y é dividida apenas pela incógnita y: 2·x– 2·y– 1 Polinômios Polinômios são expressões algébricas compostas pela adição ou subtração de monômios. Cada monômio dentro de um polinômio é chamado de termo. Exemplos: 1) 14x2 – 4x2y5 2) 4x3 – 4x2y5 + x2 – y5 Também é possível realizar as operações soma, subtração, multiplicação e divisão de polinômios. Soma e subtração de polinômios Os termos de cada polinômio são reorganizados de modo que os termos semelhantes fiquem lado a lado. Então, entre esses, é feita a soma ou subtração de monômios. Exemplo: Calcule a soma entre os polinômios 4x + 2y e 8x + 3y + z Solução: Reorganize os termos para realizar as somas: (4x + 2y) + (8x + 3y + z) 4x + 2y + 8x + 3y + z (4x + 8x) + (3y + 2y) + z 12x + 5y + z Multiplicação de polinômios Para multiplicar polinômios, basta utilizar a propriedade distributiva (chuveirinho) e realizar as multiplicações resultantes entre monômios. Observe: Exemplo: Calcule o produto entre os polinômios 4x – 3y e 7x + z (4x – 3y)·(7x + z) 4x·7x + 4x·z – 3y·7x – 3y·z 28x + 4xz – 21yx – 3yz Divisão de polinômios Assim como os números reais, os polinômios também podem ser divididos. A técnica segue as premissas da divisão de números inteiros, que deixa algum resto. Para realizá-la, procure por um monômio que, multiplicado pelo termo de grau mais alto do divisor, tenha o termo de grau mais alto do dividendo como resultado. Multiplique esse monômio por todo o divisor e coloque o resultado abaixo do dividendo, subtraindo-o. Esse último passo fará com que todos os sinais desse resultado sejam trocados. Realize as somas e subtrações termo a termo, lembrando-se de que elas são possíveis apenas com termos semelhantes. “Desça” o resto do dividendo e repita o processo até que ele possua grau menor que o divisor ou que o resto seja zero. Exemplo: Na divisão de x3 + 5x2 – 2x – 24 por x + 4, teremos: x3 + 5x2 – 2x – 24 | x + 4 – (x3 + 4x2) x2 + x – 6 0 + x2 – 2x – 24 – (x2 + 4x) 0 – 6x – 24 – (– 6x – 24) 0 Como resultado, teremos o polinômio x² + x – 6. 4 PRODUTOS NOTÁVEIS Fonte:www.superprof.com.br Utilizados para simplificar as contas do produto algébrico, os produtos notáveis apresentam cinco casos distintos. Antes de entendermos o que são produtos notáveis,devemos saber o que são expressões algébricas, isto é, equações que possuem letras e números. Veja alguns exemplos: 2x + 3 = 4 -y + 2x + 1 = 0 Z² + ax + 2y = 3 Os produtos notáveis possuem fórmulas gerais, que, por sua vez, são a simplificação de produtos algébricos. Veja: (x + 2) . (x + 2) (y – 3) . (y – 3) (z + 4 ). ( z – 4) 4.1 Cinco casos de Produtos Notáveis Primeiro Caso: Quadrado da soma de dois termos. quadrado = expoente 2; Soma de dois termos = a + b; Logo, o quadrado da soma de dois termos é: (a + b)² Efetuando o produto do quadrado da soma, obtemos: (a + b)² = (a + b) . (a + b) = = a² + a . b + a . b + b² = = a² + 2 . a . b + b² Toda essa expressão, ao ser reduzida, forma o produto notável, que é dado por: (a + b)² = a² + 2 . a . b + b² Sendo assim, o quadrado da soma de dois termos é igual ao quadrado do primeiro termo, mais duas vezes o primeiro termo pelo segundo, mais o quadrado do segundo termo. Exemplos: (2 + a)² = = 2² + 2 . 2 . a + a² = = 4 + 4 . a + a² Segundo Caso: Quadrado da diferença de dois termos. Quadrado = expoente 2; Diferença de dois termos = a – b; Logo, o quadrado da diferença de dois termos é: (a - b)². Vamos efetuar os produtos por meio da propriedade distributiva: (a - b)² = (a – b) . (a – b) = a² – a . b – a . b + b² = = a² – 2 .a . b + b² Reduzindo essa expressão, obtemos o produto notável: (a - b)² = a² – 2 .a . b + b² Temos, então, que o quadrado da diferença de dois termos é igual ao quadrado do primeiro termo, menos duas vezes o primeiro termo pelo segundo, mais o quadrado do segundo termo. Exemplos: (a – 5c)² = a² – 2 . a . 5c + (5c)² = = a² – 10 . a . c + 25c² Terceiro Caso: Produto da soma pela diferença de dois termos. Produto = operação de multiplicação; Soma de dois termos = a + b; Diferença de dois termos = a – b; O produto da soma pela diferença de dois termos é: (a + b) . (a – b) Resolvendo o produto de (a + b) . (a – b), obtemos: (a + b) . (a – b) = = a² - ab + ab – b² = = a² + 0 + b² = a² - b² Reduzindo a expressão, obtemos o produto notável: (a + b) . (a – b) = a² - b² Podemos concluir, portanto, que o produto da soma pela diferença de dois termos é igual ao quadrado do primeiro termo menos o quadrado do segundo termo. Exemplos: (2 – c) . (2 + c) = = 2² – c² = = 4 – c² Quarto caso: Cubo da soma de dois termos Cubo = expoente 3; Soma de dois termos = a + b; Logo, o cubo da soma de dois termos é: (a + b)³ Efetuando o produto por meio da propriedade distributiva, obtemos: (a + b)³ = (a + b) . (a + b) . (a + b) = = (a² + a . b + a . b + b²) . (a + b) = = ( a² + 2 . a . b + ²2 ) . ( a + b ) = = a³ +2. a² . b + a . b² + a² . b + 2 . a . b² + b³ = = a³ +3 . a² . b + 3. a . b² + b³ Reduzindo a expressão, obtemos o produto notável: (a + b)³ = a³ + 3 . a² . b + 3 . a . b² + b³ O cubo da soma de dois termos é dado pelo cubo do primeiro, mais três vezes o primeiro termo ao quadrado pelo segundo termo, mais três vezes o primeiro termo pelo segundo ao quadrado, mais o cubo do segundo termo. Exemplo: (3c + 2a)³ = = (3c)³ + 3 . (3c)² .2a + 3 . 3c . (2a)² + (2a)³ = = 27c³ + 54 . c² . a + 36 . c . a² + 8a³ Quinto caso: Cubo da diferença de dois termos Cubo = expoente 3; Diferença de dois termos = a – b; Logo, o cubo da diferença de dois termos é: ( a - b )³. Efetuando os produtos, obtemos: (a - b)³ = (a - b) . (a - b) . (a - b) = = (a² - a . b - a . b + b²) . (a - b) = = (a² - 2 . a . b + b²) . (a - b) = = a³ - 2. a² . b - a . b² - a² . b + 2 . a . b² - b³ = a³ - 3 . a² . b + 3. a . b² - b³ Reduzindo a expressão, obtemos o produto notável: (a - b)³ = a³ - 3 . a² . b + 3 . a . b² - b³ O cubo da diferença de dois termos é dado pelo cubo do primeiro, menos três vezes o primeiro termo ao quadrado pelo segundo termo, mais três vezes o primeiro termo pelo segundo ao quadrado, menos o cubo do segundo termo. Exemplo: (x - 2y) ³ = = x³ - 3 . x² . 2y + 3 . x . (2y)² – (2y)³ = X³ - 6 . x² . y + 12 . x . y² – 8y³1 5 FATORAÇÃO Fonte: www.pt.dreamstime.com Fatorar uma expressão algébrica significa transformá-la em um produto de fatores. 5.1 Tipos de Fatoração 5.2 Diferença de quadrados: Relembre que (a + b)(a – b) = a² – b². Registre também que foi feita a fatoração da expressão, ou seja, que a mesma pode ser escrita na forma de um produto. 1 Texto adaptado de: www.brasilescola.uol.com.br Exemplo: X² – 4 = (x + 2)(x – 2) Nota: Para fatorarmos, basta extrairmos a raiz quadrada de ambos os termos, tendo o produto da soma pela diferença dos termos. 5.3 Trinômios quadrados perfeitos: (a + b)² = a² + 2ab + b² (a – b)² = a² – 2ab + b² Com um exemplo para cada tipo de trinômio, proponha a fatoração e, em seguida, a resolução da equação. Exemplo 01: Fatore a expressão: x² + 6x + 9 Resolução: De acordo com a definição, concluiu-se que: X² + 6x + 9 = (x + 3) ² Nota: Para fatorarmos trinômios quadrados perfeitos, basta tirarmos a raiz quadrada do primeiro e terceiro termo, observando o sinal do segundo termo, elevando o termo ao quadrado. 5.4 Trinômio do segundo grau: Para fatoração de um trinômio do segundo grau, utilizaremos o conceito da soma e produto de uma equação do segundo grau, onde: X² – Sx + P = (x – a)(x – b), em que S = a + b e P = ab Exemplo: x² – 5x + 6 = 0 Solução: Primeiramente devemos encontrar números cujas somas sejam -5 e o produto 6. Conclui-se que os números são -2 e -3, pois: Soma: (-2) + (-3) = -5 Produto: (-2)*(-3) = 6 Logo: x² – 5x + 6 = (x – 2)(x – 3) 6 CONJUNTOS NUMÉRICOS Fonte: www.centralexatas.com.br 6.1 Números Naturais (N) O conjunto dos números naturais é constituído por números inteiros positivos, inclusive o zero. N = {0, 1, 2, 3, · · ·} 6.2 Números Inteiros (Z) Os números inteiros são formados por números naturais e seus opostos (negativos). Z = {−3, −2, −1, 0, 1, 2, 3, · · ·} 6.3 Números Racionais (Q) Números racionais são aqueles que podem ser escritos na forma razão (ou fração) de dois números inteiros. Eles se dividem em inteiros ou fracionários. Os números (1/3, 4/5, 1, 2, 3,333...) são alguns exemplos de números racionais. No caso dos números fracionários, é possível que tenham infinitas casas decimais, desde que a parte fracionária seja repetida indefinidamente. 6.4 Números Irracionais (I) Esse conjunto é representado pela letra maiúscula I, é formado pelos números decimais infinitos não periódicos, ou seja, números que possui muitas casas decimais, mas que não tem um período. Entenda período como sendo a repetição de uma mesma sequência de números infinitamente. I = { 2,3556465....; 3,454564879....; 4,31234644....} Além do número PI que é igual a 3,14159265…, e as raízes não exatas. 6.5 Conjunto dos Números Reais Representado pela letra maiúscula R, compõem esse conjunto os números: naturais, inteiros, racionais e irracionais. O conjunto dos números reais pode ser representado por diagramas, nele fica claro a relação de inclusão em relação aos conjuntos dos números: naturais, inteiros, racionais e irracionais. Acompanhe a seguir a representação do diagrama de inclusão dos números reais. 2 2 Texto adaptado de: www.estudopratico.com.br/conjuntos-numericos/ 7 PROPORCIONALIDADE Grandezas Definimos grandeza como tudo aquilo que pode ser medido (sendo contagem um caso particular de medida). Podemos exemplificar:idade, comprimento, tempo, temperatura, massa, preço, entre outras. Grandezas que variam com mesmo sentido Duas grandezas que se relacionam são ditas grandezas que variam com mesmo sentido quando uma variação em uma delas implica uma variação ou mudança na outra, da seguinte forma: se uma cresce a outra cresce também; se uma decresce, a outra decresce também. Grandezas que variam com sentidos contrário Duas grandezas que se relacionam são ditas grandezas que variam com sentidos contrários quando uma variação em uma delas implica uma variação ou mudança na outra, da seguinte forma: se uma cresce a outra decresce; se a primeira decresce, a segunda cresce. Grandezas Diretamente Proporcionais: Duas grandezas que se relacionam – e que aqui vamos denotar por x e y - são ditas diretamente proporcionais se, ao variar o valor de x, o correspondente valor de y também varia, mas de tal forma que o quociente y/x se mantém constante. Mais precisamente, de tal forma que x=0 se e só se y=0 e existe uma constante k tal que y/x = k, para qualquer valor não nulo da grandeza x e o valor de y que lhe corresponde. Grandezas Inversamente Proporcionais: Duas grandezas que se relacionam – e que aqui vamos denotar por x e y – são ditas inversamente proporcionais se, ao variar o valor de x, o correspondente valor de y também varia, mas de tal forma que o produto x.y se mantém constante. Ou seja, de tal forma que existe uma constante k tal que y.x = k, para qualquer valor da grandeza x e o valor de y que lhe corresponde. 8 REGRA DE TRÊS SIMPLES E COMPOSTA Fonte:www.fotos-imagens.net A regra de três é usada na proporção, para medir a relação entre grandezas que são diretamente proporcionais, ou seja, que o aumento de uma implica no aumento da outra, ou ainda que são inversamente proporcionais, quando o aumento de uma implica na redução da outra. 8.1 Regra de três simples Na regra de três simples, conhecemos três valores e desconhecemos apenas um. Multiplicamos cruzado e chegamos ao resultado. É preciso, no entanto, analisar se são diretamente proporcionais ou inversamente proporcionais. Exemplo 01: Com uma área de absorção de raios solares de 1,2m2, uma lancha com motor movido a energia solar consegue produzir 400 watts por hora de energia. Aumentando-se essa área para 1,5m2, qual será a energia produzida? Solução: Montando a tabela: Área (m2) Energia (Wh) 1,2 400 1,5 x Identificação do tipo de relação: Inicialmente colocamos uma seta para baixo na coluna que contém o x (2ª coluna). Observe que: Aumentando a área de absorção, a energia solar aumenta. Como as palavras correspondem (aumentando - aumenta), podemos afirmar que as grandezas são diretamente proporcionais. Assim sendo, colocamos uma outra seta no mesmo sentido (para baixo) na 1ª coluna. Montando a proporção e resolvendo a equação temos: Logo, a energia produzida será de 500 watts por hora. Exemplo 02: Um trem, deslocando-se a uma velocidade média de 400Km/h, faz um determinado percurso em 3 horas. Em quanto tempo faria esse mesmo percurso, se a velocidade utilizada fosse de 480km/h? Solução: montando a tabela: Velocidade (Km/h) Tempo (h) 400 3 480 x Identificação do tipo de relação: Inicialmente colocamos uma seta para baixo na coluna que contém o x (2ª coluna). Observe que: Aumentando a velocidade, o tempo do percurso diminui. Como as palavras são contrárias (aumentando - diminui), podemos afirmar que as grandezas são inversamente proporcionais. Assim sendo, colocamos uma outra seta no sentido contrário (para cima) na 1ª coluna. Montando a proporção e resolvendo a equação temos: Logo, o tempo desse percurso seria de 2,5 horas ou 2 horas e 30 minutos. 8.2 Regra de três composta A regra de três composta é utilizada em problemas com mais de duas grandezas, direta ou inversamente proporcionais. Exemplo01: Em 8 horas, 20 caminhões descarregam 160m³ de areia. Em 5 horas, quantos caminhões serão necessários para descarregar 125m³? Solução: montando a tabela, colocando em cada coluna as grandezas de mesma espécie e, em cada linha, as grandezas de espécies diferentes que se correspondem: Horas Caminhões Volume 8 20 160 5 x 125 Identificação dos tipos de relação: Inicialmente colocamos uma seta para baixo na coluna que contém o x (2ª coluna). A seguir, devemos comparar cada grandeza com aquela onde está o x. Observe que: Aumentando o número de horas de trabalho, podemos diminuir o número de caminhões. Portanto a relação é inversamente proporcional (seta para cima na 1ª coluna). Aumentando o volume de areia, devemos aumentar o número de caminhões. Portanto a relação é diretamente proporcional (seta para baixo na 3ª coluna). Devemos igualar a razão que contém o termo x com o produto das outras razões de acordo com o sentido das setas. Montando a proporção e resolvendo a equação temos: Logo, serão necessários 25 caminhões. Exemplo02: Numa fábrica de brinquedos, 8 homens montam 20 carrinhos em 5 dias. Quantos carrinhos serão montados por 4 homens em 16 dias? Solução: montando a tabela Homens Carrinhos Dias 8 20 5 4 x 16 Observe que: Aumentando o número de homens, a produção de carrinhos aumenta. Portanto a relação é diretamente proporcional (não precisamos inverter a razão). Aumentando o número de dias, a produção de carrinhos aumenta. Portanto a relação também é diretamente proporcional (não precisamos inverter a razão). Devemos igualar a razão que contém o termo x com o produto das outras razões. Montando a proporção e resolvendo a equação temos: Logo, serão montados 32 carrinhos.3 9 EQUAÇÃO DO 1º GRAU COM UMA INCÓGNITA Fonte: www.porvir.org A equação do 1º grau com uma incógnita é uma expressão numérica que possui números conhecidos, uma incógnita e uma igualdade. Utilizamos uma equação para calcular o valor de um termo desconhecido, que geralmente é representado por uma letra. As equações possuem sinais operatórios como adição, subtração, multiplicação, divisão, radiciação e igualdade. O sinal de igualdade divide a equação em dois membros, os quais são compostos de elementos de dois tipos: Elemento de valor constante: representado por valores numéricos; Elemento de valor variável: representado pela união de números e letras. Exemplos de equações do primeiro grau Observe exemplos de equações do 1º grau com uma incógnita: 3 Texto adaptado de: www.somatematica.com.br a) x + 1 = 6 b) 2x + 7 = 18 c) 4x + 1 = 3x – 9 d) 10x + 60 = 12x + 52 9.1 Solução de equações do primeiro grau Para resolver uma equação, precisamos conhecer algumas técnicas matemáticas. Vamos, por meio de resoluções comentadas, demonstrar essas técnicas. Exemplo 01: 4x + 2 = 8 – 2x Em uma equação, devemos separar os elementos variáveis dos elementos constantes. Para isso, vamos colocar os elementos semelhantes em lados diferentes do sinal de igualdade, invertendo o sinal dos termos que mudarem de lado. Veja: 4x + 2x = 8 – 2 Agora aplicamos as operações indicadas entre os termos semelhantes. 6x = 6 O coeficiente numérico da letra x do 1º membro deve passar para o outro lado, dividindo o elemento pertencente ao 2º membro da equação. Observe: X=6/6 X= 1 Portanto, o valor de x que satisfaz a equação é igual a 1. A verificação pode ser feita pela substituição do valor de x na equação. Observe:Todas as equações, de uma forma geral, podem ser resolvidas dessa maneira. Exemplo 02: 10 – (8x – 2) = 5x + 2(– 4x + 1) → aplicar a propriedade distributiva da multiplicação: Verificação: Obs: Em síntese, uma equação do primeiro grau, se divide em dois membros, sendo, primeiro e segundo membro. Os termos aos quais acompanham as incógnitas devem sempre permanecer no primeiro membro da equação (antes do sinal da igualdade), já os termos independentes (os números) devem permanecer no segundo membro. Toda vez que um termo for “trocado” de membro inverte seu sinal. 10 SISTEMA DE EQUAÇÃO DO 1º GRAU Fonte: www.wikihow.com Para encontrarmos numa equação de 1º grau com duas incógnitas, por exemplo, 4x + 3y = 0, os valores de x e de y é preciso relacionar essa equação com outra ou outras com as mesmas incógnitas. Essa relação é chamada de sistema. Um sistema de equação de 1º grau com duas incógnitas é formado por: duas equações de 1º grau com duas incógnitas diferentes em cada equação. Veja um exemplo: Para encontramos o par ordenado solução desse sistema é preciso utilizar dois métodos para a sua solução. Esses dois métodos são: Substituição e Adição. 10.1 Método da substituição Esse método consiste em escolher uma das duas equações, isolar uma das incógnitas e substituir na outra equação, veja como: Dado o sistema: , enumeramos as equações. Escolhemos a equação 1 e isolamos o x: x + y = 20 x = 20 – y Agora na equação 2 substituímos o valor de x = 20 – y. 3x + 4 y = 72 3 (20 – y) + 4y = 72 60-3y + 4y = 72 -3y + 4y = 72 – 60 y = 12 Descobrimos o valor de y, para descobrir o valor de x basta substituir 12 na equação x = 20 – y. x = 20 – 12 x = 8 Portanto, a solução do sistema é S = (8, 12) 10.2 Método da adição Esse método consiste em adicionar as duas equações de tal forma que a soma de uma das incógnitas seja zero. Para que isso aconteça será preciso que multipliquemos algumas vezes as duas equações ou apenas uma equação por números inteiros para que a soma de uma das incógnitas seja zero. Dado o sistema: Para adicionarmos as duas equações e a soma de uma das incógnitas de zero, teremos que multiplicar a primeira equação por – 3. Agora, o sistema fica assim: Adicionando as duas equações: Para descobrirmos o valor de x basta escolher uma das duas equações e substituir o valor de y encontrado: x + y = 20 x+12=20 x=20-12 x=8 Portanto, a solução desse sistema é: S = (8, 12). Obs: Se resolver um sistema utilizando qualquer um dos dois métodos o valor da solução será sempre o mesmo. 11 PROBLEMAS ENVOLVENDO SISTEMA DE EQUAÇÕES Exemplo: Num quintal há galinhas e coelhos num total de 8 cabeças e 22 pés quantas galinhas e quantos coelhos existem no quintal? Galinhas = x coelhos = y pés das galinhas = 2x pés dos coelhos = 4x Resposta: no quintal haviam 5 galinhas e 3 coelhos Exemplo02: Num estacionamento existem automóveis e motocicletas num total de 132 veículos e 88 pneus. Determine o número de automóveis e motocicletas contidas nesse estacionamento. y= automóveis x= motocicletas 4y= automóveis 2x= motocicletas x+y=132 2x+4y=88 x=132-y 2(132-y)+4y=88 264-2y+4y=88 -2y+4y=88-264 2y=-176 y=-176/2 y=88 x=132-88 x=44 Logo, existe 88 automóveis e 44 motocicletas. 12 EQUAÇÕES DO 2º GRAU Fonte: www.brasilescola.uol.com.br 12.1 Definição Denomina-se equação do segundo grau, toda a equação do tipo ax²+bx+c, com coeficientes numéricos a.b e c com Exemplos: Classificação: Incompletas: Se um dos coeficientes ( b ou c ) for nulo, temos uma equação do 2º grau incompleta. 1º caso: b=0 Considere a equação do 2º grau incompleta: 2º caso: c=0 Considere a equação do 2º grau incompleta: x²-9x=0 » Basta fatorar o fator comum x. x(x-9)=0 » logo, x = 0,9 3º caso: b=c=0 2x²=0 » x=0 12.2 RESOLUÇÃO DE EQUAÇÕES DO 2º GRAU A resolução de equações do 2º grau incompletas já foi explicada acima, vamos agora resolver equações do 2º grau completas, ou seja, do tipo ax²+bx+c=0 com a, b e c diferentes de zero. Uma equação do 2º grau pode ter até 2 raízes reais, que podem ser determinadas pela fórmula de Bháskara. Como Bháskara chegou até a fórmula de resolução de equações do 2º grau: Considerando a equação: ax²+bx+c=0, vamos determinar a fórmula de Bháskara: Multiplicamos os dois membros por 4a: 4a²x²+4abx+4ac=0 4a²x²+4abx=-4ac Somamos b² aos dois membros: 4a²x²+4abx+b²=b²-4ac Fatoramos o lado esquerdo e chamamos de (delta) b²-4ac: 12.3 Fórmula de Bháskara Utilizando a fórmula de Bháskara, vamos resolver alguns exercícios: Exemplo01: 3x²-7x+2=0 a=3, b=-7 e c=2 Logo, o conjunto verdade ou solução da equação é: Exemplo 02: -x²+4x-4=0 a=-1, b=4 e c=-4 Neste caso, tivemos uma equação do 2º grau com duas raízes reais e iguais. Exemplo 03: 5x²-6x+5=0 a=5 b=-6 c=5 (-6)²-4.(5).(5) = 36-100 = -64 Note que e não existe raiz quadrada de um número negativo. Assim, a equação não possui nenhuma raiz real. 12.4 Propriedades 12.5 Soma e Produto de uma equação do 2º grau: Vamos provar as relações descritas acima: Dado a equação ax²+bx+c=0, com e , suas raízes são: A soma das raízes será: Logo, a soma das raízes de uma equação do 2º grau é dada por: O produto das raízes será: Logo, o produto das raízes de uma equação do 2º grau é dada por: 12.6 Obtendo a Soma e Produto de uma equação do 2º grau Exemplo 01: Determine a soma e o produto da equação: x² - 4x + 3=0 Sendo a=1, b=-4 e c=3: Exemplo02: 2x² - 6x -8 =0 Sendo a=2, b=-6 e c=-8 Exemplo03: 4-x² = 0 Sendo a=-1, b=0 e c=4: 12.7 Resolução de Equações Fracionárias do 2º grau Equações fracionárias são as que possuem incógnitas no denominador e o processo de resolução destas equações é o mesmo das equações não fracionárias. Exemplos: pois senão anularia o denominador Encontrando o m.m.c dos denominadores: 2x Então: Eliminando os denominadores, pois eles são iguais: Aplicando a fórmula de Bháskara: m.m.c dos denominadores: (x-1).(x+2) Então: Eliminando os denominadores: Note que a solução da equação deve ser diferente de 1 e 2 pois senão anularia o denominador, logo a solução da equação será somente: x=-1 » S={-1} 12.8 Resolução de Equações Literais do 2º grau Equações literais são as que possuem uma ou mais letras além da incógnita. Exemplo: Determine o valor da incógnita x. x²-3ax+2a²=0 Aplicando a fórmula de Bháskara: a=1, b=-3a, c=2a² 12.9 Resolução de Equações Biquadradas Equação biquadrada como o próprio nome diz, são equações nas quais estão elevadas ao quadrado duas vezes, sua forma é: Exemplo: Fazendo x² = y, temos Substituindo os valores na equação, temos: y² - 5y + 4 = 0 Aplicando Bháskara: Logo, y = 4 e y`= 1 Voltando a variável x: Como y=x², temos: Então a solução será » S={-2,-1,1,2} ou simplesmente 4 4 Texto adaptado de: www.matematicapura.com.br 13 FUNÇÕES Fonte: www.static.wixstatic.com 13.1 Noção IntuitivaCom frequência em matemática encontramos relações entre duas grandezas variáveis. Observe o exemplo abaixo: Seja um quadrado cujo o lado mede l . Designando por P= 4l a medida do perímetro desse quadrado, podemos estabelecer entre P e l a seguinte relação: Notamos então, que a medida P do perímetro depende da medida l do lado do quadrado, o que pode ser verificado pela seguinte tabela: Pela tabela observamos que: A medida l do lado do quadrado é uma grandeza variável A medida P do perímetro do quadrado é uma grandeza variável Todos os valores de l estão associados a um valor de P A cada valor de l está associado um único valor de P Sendo assim, dizemos então: A medida P do perímetro do quadrado está dada em função de l A relação P= 4l chama-se lei de associação ou fórmula matemática desta função Na lei de associação temos que l é a variável independente e P é a variável dependente. 13.2 A Noção de Função através de Conjuntos Vamos agora, estudar função, usando a teoria dos conjuntos, pois as colunas vistas na tabela do item anterior representam conjuntos numéricos. Veja o exemplo: Dados os conjuntos A 0,5,10 e B 0,5,10,15,20,25, seja a relação de A em B expressa pela fórmula f(x)= y+5 , com x A y B , . DEFINIÇÃO: Sendo A e B dois conjuntos não vazios e uma relação f de A em B, essa relação f é uma função de A em B quando a cada elemento x do conjunto A está associado um e somente um elemento y de B. Pode-se escrever: Observação: Podemos usar a seguinte notação para a lei de associação que define uma função: Y=x+5 ou F(x)= x+5 A lei da função pode ser indicada de uma forma ou de outra, pois y e f (x) significam o mesmo na linguagem matemática EXEMPLO: Observe os diagramas abaixo, que representam relações de A em R, assinale com F aquelas que são funções e com R as que não são funções 13.3 Domínio, Imagem e Contra – Domínio de uma Função Sejam os conjuntos A 0,1,2 e B 0,1,2,3,4,5 ; vamos considerar a função f A B : definida por y x 1 ou f(x)=x+1 Observando o diagrama da função, vamos definir: O conjunto A é denominado domínio da função, que indicamos por D. No exemplo acima D 0,1,2. O domínio da função também é chamado campo de definição ou campo de existência da função. O conjunto 1,2,3, que é um subconjunto de B, é denominado o conjunto imagem da função e indicamos por Im 1,2,3 O conjunto B, tal que Im B , é denominado contradomínio da função. No exemplo acima: 1 é a imagem de 0 pela função; f(0)=1 , 2 é a imagem de 1 pela função f(1) =2 ; 3 é a imagem de 2 pela função; f(2)=3 13.4 Estudo do Domínio de uma Função Quando definimos uma função, o domínio D, que o conjunto de todos os valores possíveis da variável x, pode ser dado explícita ou implicitamente. Assim: Se dado , com , está implícito que o domínio da função dada é . Se é dado apenas , sem explicitar o domínio, está implícito que x pode ser qualquer número real diferente de 2, com isso, Se é dado apenas , sem explicitar o domínio D, está implícito . Assim . 13.5 Função Sobrejetora, Função Injetora, Função Bijetora Vamos considerar os seguintes exemplos: 1- definida por Você observa que não há elemento de B que não seja imagem de um elemento de A, isto é, chegam flechas em todos os elementos de B. O conjunto imagem é igual ao contradomínio da função. Neste caso dizemos que a função f é sobrejetora. 2- definida por Você observa que não existe elemento de B que seja imagem de mais de um elementos de A, isto é, em cada elemento de B que é imagem de um elemento de A chega apenas uma flecha. Neste caso dizemos que a função é injetora. 3- definida por Você observa que não existe um elemento de B que não seja imagem de um elemento de A (f é sobrejetora); cada elemento de B é imagem de um único elemento de A (f é injetora). Neste caso, quando a função f, é ao mesmo tempo, sobrejetora e injetora, dizemos que f é uma função bijetora. 13.6 Função Composta Dados os conjuntos A {0,1,2}, B = {0,1,2,3,4}, C = {0,1,4,9,16} e as funções e . Então: e Observamos que: A cada associa-se um único tal que A cada associa-se um único tal que ; A cada associa-se um único tal que ; Então podemos afirmar que vai existir uma função h de A em C definida por h(x)=4x² que indicamos por (lê-se g composta com f) Logo, A função h(x) chama-se composta de g com f Exemplo01: Sejam f e g funções reais tais que f[g(x)] = – 10x – 13 e g(x) = 2x + 3. Determine qual é a lei que define f(x). Como f[g(x)] = – 10x – 13 e g(x) = 2x + 3, então f[2x + 3] = – 10x – 13. Fazendo 2x + 3 de y, temos: Então podemos escrever: Portanto, a função procurada é f(x) = – 5x + 2. Exemplo02: Se f(x) = x5 e g(x) = x – 1, a função composta f[g(x)] será igual a: Sendo f(x) = x5 e g(x) = x – 1, vamos realizar a composição de funções f[g(x)], isto é, onde houver x na função f(x), nós substituiremos por g(x) = x – 1: Portanto, a alternativa correta é a letra d. 13.7 Função Inversa O objetivo de uma função inversa é criar funções a partir de outras. Uma função somente será inversa se for bijetora, isto é, os pares ordenados da função f deverão pertencer à função inversa f –1 da seguinte maneira: (x,y) Є f –1 (y,x) Є f. Dado os conjuntos A = {–2,–1,0,1,2} e B = {3, 4, 5, 6, 7} e a função A→B definida pela fórmula f(x) = x + 5, veja o diagrama dessa função abaixo: Então: f = { (–2, 3) ; (–1, 4) ; (0, 5) ; (1, 6) ; (2, 7)} Essa função é bijetora, pois cada elemento do domínio está ligado com um elemento diferente no conjunto imagem. Assim, podemos dizer que essa função, por ser bijetora, admite inversa. A sua função inversa será indicada por f –1: B→A, e será preciso realizar a troca entre x e y na função y = x + 5, dessa forma temos: x = y + 5 → –y = –x + 5 → y = x – 5, portanto f –1(x) = x – 5. Veja o diagrama abaixo: Então: f –1(x)= {(3, –2); (4, –1) ; (5, 0); (6, 1) ; (7, 2)} O que é domínio na função f vira imagem na f –1(x)e vice e versa. Dada uma sentença de uma função y = f(x), para encontrar a sua inversa é preciso seguir alguns passos. Observe: Exemplo 01: Dada a função f(x) = 3x -5, para determinarmos a sua inversa f –1(x) precisamos fazer uma troca x e y na expressão y = 3x – 5. Assim teremos x = 3y – 5, logo: x = 3y – 5 –3y = –x –5 (multiplicar por –1) 3y = x + 5 y = (x + 5)/3 Portanto, a função f(x) = 3x -5 terá inversa igual a f –1(x) = (x + 5)/3. Exemplo 02: Considere a função de variável real f(x) = (3x + 8)/2. Qual o valor de f-¹(10)? Na função f temos que: y = (3x + 8)/2 Para descobrirmos a regra da função inversa, devemos colocar x em função de y: y = (3x + 8)/2 2y = 3x + 8 2y – 8 = 3x x = (2y – 8)/3 Trocando x por y, temos que: Basta agora calcularmos o valor da inversa quando x = 10: Logo a F-1 (10)= 4. 14 REFERÊNCIAS SILVA, Luiz Paulo Moreira. Expressões numéricas; Disponível em <http://brasilescola.uol.com.br/matematica/expressoes-numericas.htm>. Acesso em 04 de outubro de 2017. MOREIRA, Luiz Paulo. 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Função Inversa; Disponível em: http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/matematica/funcao-inversa.htm acesso em 09 de outubro de 2017.
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