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1 CENTRO MINEIRO DO ENSINO SUPERIOR – CEMES Curso: ADMINISTRAÇÃO - 1º PERÍODO Professora: FRANCESCA CAMBRAIA MIRANDA GIBRAM NOME: ____________________________________________________________ Matemática 2 Equação é uma sentença matemática representada por uma igualdade na qual aparece uma ou mais letras denominadas incógnitas. O sinal “=” separa a equação em dois membros: 1º membro - à esquerda do sinal de igual 2º membro - à direita do sinal de igual O grau de uma equação é indicado pela maior potência da incógnita. Exemplos: x + 3 = 10 é uma equação de 1º grau, x 2 + 3x = 7 é uma equação de 2º grau. Equações de 1º grau Equação de 1º grau, na incógnita x, é toda igualdade do tipo: ax + b = 0, em que a e b são números reais e a é não nulo. Observe que a equação é de 1º grau pois a incógnita x tem maior expoente igual a 1. Chama-se raiz ou solução de uma equação a um valor real que, substituído no lugar da incógnita, transforma a equação numa igualdade numérica. O conjunto formado pelas raízes de uma equação chama-se conjunto solução da equação e será indicado por S. Por exemplo, a solução ou raiz da equação 3x – 12 = 0 é x = 4 (pois 3 . 4 – 12 = 0) e seu conjunto solução é então S = {4}. Para a resolução das equações de 1º grau, proceda da seguinte maneira: • Isole os termos que contêm x de um lado da igualdade e os demais no outro lado; termos que estão somando ou subtraindo passam para o outro lado com a operação contrária da anterior. • Reduza todos os termos com x a um só; • Termos que estão multiplicando ou dividindo a incógnita x passam para o outro lado com a operação contrária da anterior. Exemplos: 1) 4x + 1 = - 19 4x = -19-1 4x = -20 x = -20/4 x = -5 2) 5 = 2x + 3 -2x = 3-5 -2x = -2 x = -2/-2 x = 1 3) 5x – 9 = 3x + 5 5x-3x = 5+9 2x = 14 x = 14/2 x = 7 4) 3 + x = 4 + 5x x-5x = 4-3 -4x = 1 x = 1/-4 x = -0,25 5) 5x + (4 – x) = 9 – (x – 6) 5x+4-x = 9-x+6 5x-x+x = 9+6-4 5x = 11 x = 11/5 x = 2,2 6) y – 4(3y – 6) = y – 8 y-12y+24 = y-8 y-12y-y = -8-24 -12y = -32 y = -32/-12 y = 2,6666 EQUAÇÕES DO 1º E DO 2º GRAU 3 Exercícios: 1) Resolva as equações. a) x + 9 = 12 b) q – 4 = 7 c) 3y = 15 d) 2x + 3 = 5 e) – 2,5 = b – 0,25 f) – 13n = – 65 g) 2(x + 3) = 5 h) 5(y – 7) = 20 i) 48 – 2(m + 4) = 12 j) 20x – 4 = 5x k) 5(1 – x) – 2x + 1 = – 3(2+x) l) 4x = –8x + 36 m) 4(x – 3) = 2x – 5 2. O lucro mensal de uma empresa é dado por L = 50x – 2000, em que x é a quantidade mensal vendida de seu produto. Qual a quantidade que deve ser vendida mensalmente para que o lucro mensal seja igual a $ 5.000,00? 3. O custo mensal de produção de x camisas de uma fábrica é C = 5.000 + 15x. Qual a quantidade mensal produzida sabendo-se que o custo mensal é de $ 8.000,00? 4. O saldo de uma aplicação financeira após t meses de aplicação é dado por: S = 2000 + 40t. Após quanto tempo da aplicação o saldo dobra? Respostas: 2) 140 unidades, 3) 200 camisas, 3) 50 meses Equações do 2º grau Chama-se equação de 2º grau na variável x a toda igualdade que pode ser reduzida a forma ax² + bx + c = 0 com a, b e c são números reais e a é não nulo. A equação é chamada de 2º grau devido à incógnita x apresentar maior expoente igual a 2. Quando b e c não são zeros (a é sempre não nulo), a equação é chamada completa. Se b = 0 ou c = 0, a equação diz-se incompleta. Podemos observar que a é o valor que multiplica a variável x 2 , b multiplica x e c é o que chamamos de termo independente. Todos os casos podem ser resolvidos utilizando a formula de Baskara, onde teremos: Fórmula de Baskara: , onde ?= b² - 4ac Respostas: a) 3 b) 11 c) 5 d) 1 e) – 2,25 f) 5 g) – ½ h) 11 i) 14 j) 4/15 k) 3 l) 3 m) 3,5 4 Exemplos: 1º equação completa: 2ºequação incompleta: 3º equação incompleta: 3x² + 4x – 5 = 0 a = 3, b = 4 e c = -5 ? = b² - 4ac ? = 4 2 - 4.3.(-5) ? = 16+60 ? = 76 x = 0,79 e -2,12 x² + 5x = 0 a = 1 , b = 5 e c= 0 ? = b² - 4ac ? = 5 2 -4.1.0 ? = 25 x = 0 e –5 x² - 4 = 0 a=1, b=0 e c= -4 ? = b² - 4ac ? = 0 2 -4.1.(-4) ?= 0+16 ?=16 x= 2 e -2 Exercícios: 1. Resolva as equações: a) x² - 2x = 0 b) 1 – x² = 0 c) 7x² + 13x – 2 = 0 d) 3x² - 7x + 2 = 0 e) 2x² + x = 0 f) 3x² - 4x + 1 = 0 g) x 2 + x – 6 = 0 h) -3x² + 6x = 0 i) x – x² = 0 j) 2x² + 3x + 1 = 0 k) x 2 = 0 l) -5x² = 0 2) O lucro devido à comercialização de certo produto é calculado pela equação L = q 2 + 8q – 10, em que q é a quantidade comercializada. Determinar o menor valor de q para o qual o lucro seja de R$ 10,00. Respostas: 1) a) 2 e 0 b) 1 e -1 c) -2 e 1/7 d) 2 e 1/3 e) - 0,5 e 0 f) 1 e 1/3 g) 2 e -3 h) 0 e 2 i) 0 e 1 j) -1 e -0,5 k) 0 l) 0 2) q = 2 5 Exercícios Extras Equação do 1º. Grau 1 - Resolva as equações abaixo: Respostas 1 - a) x = – 10 b) x = 7/4 c) x = – 3 d) x = 8/15 e) x = 12 f) x = 12 g) x = – 3 h) x = 9 i) x = 4 j) sem solução k) solução real l) sem solução 6 Equação do 2º. Grau 1 - Resolva as equações abaixo: Respostas 1 – a) x = +3 ou -3 b) x = +2 ou -2 c) x = 0 ou x = – 7 d) x = 4 ou x = 0 e) x = +5 ou -5 f) x = –2 ou x = –3 g) x = 2 h) x = 8 i) x = 2 ou x = 3 j) sem solução k) x = 8 ou x=5/2 l) sem solução m) x = 1 ou x = 1/2 n) x = 2 7 CONJUNTOS NUMÉRICOS CONJUNTO DOS NÚMEROS NATURAIS Quando contamos os elementos de um conjunto, o resultado é um número natural. O conjunto dos números naturais é representado pela letra ℕ: ℕ = {0,1,2,3,...} Representamos numa reta numerada os números naturais: 0 1 2 3 4 5 6 x Retirando do conjunto o número zero, obtemos o conjunto dos números naturais não-nulos: * = - {0} = {1,2,3,4,5,...} = {x∈/x>0} CONJUNTO DOS NÚMEROS INTEIROS A necessidade de calcular a diferença entre dois números naturais, em que o primeiro é menor que o segundo, deu origem aos números inteiros. O conjunto dos números inteiros é representado pela letra . = {...,-3, -2,-1,0,1,2,3,...} Do conjunto dos números inteiros merecem destaque os seguintes subconjuntos: a) conjunto dos números inteiros não-nulos: * = - {0} = {...,-3,-2,,-1,1,2,3,..} = { x∈/x≠0} b) conjunto dos números inteiros não-positivos: - = {...,-3,-2,-1,0} = {x ∈/x≤0} c) conjunto dos números inteiros negativos: *- = {...,-3,-2,-1} ={x∈/x<0} d) conjunto dos números inteiros não-negativos: + ={0.1,2,3,...} = ℕ = {x ∈/x≥0} e) conjunto dos números inteiros positivos: *+ = {1,2,3,...} = ℕ* = {x∈/x >0} 8 CONJUNTO DOS NÚMEROS RACIONAIS A necessidade de calcular o quociente entre dois números naturais quaisquer a e b (b≠0) deu origem aos números fracionários. Chama-se número racional todo número que pode ser escrito na forma p/q, com p ∈ e q ∈ *. Assim sendo: � Todo número inteiro é racional. Exemplos: a) 0, pois 0 = 0/1 b) –3 , pois –3 = -3/1 c) 5, pois 5 = 5/1 � Todo número fracionário é racional. Exemplos: a) ¾ b) 1/6 � Todo número decimal exato é racional. Exemplos: a) 0,2 b) 3,15 � Todo número decimal periódico é racional. Exemplos: a) 0,444... b) 0,21313... c) 0,1313... d) 2,3232… Vamos destacar os seguintes subconjuntos de : * = {x∈ / x≠0} � conjunto dos números racionais não-nulos;- = {x∈ / x≤0} � conjunto dos números racionais não-positivos; *- = {x∈ / x<0} � conjunto dos números racionais negativos; + = {x∈ / x≥0} � conjunto dos números racionais não-negativos; *+ = { x∈ / x>0} � conjunto dos números racionais positivos; Determinação da geratriz da decimal Da mesma forma que um número racional a/b pode ser representado por uma decimal exata ou periódica, estas também podem ser escrita na forma a/b, que recebe o nome de geratriz da decimal. Vamos recordar, com alguns exemplos, como determinar uma geratriz. • 0,75 = • 0,414141... = • 0,178 = Conhecidos os números racionais e indicados por o conjunto que os representa, temos: = {x/x = p/q, em que p ∈ e q ∈ * } 9 Número racional na forma mista Todo número racional maior que 1 ou menor que –1 pode também ser representado na forma mista ou vice- versa. Exemplos: 1º ) 7 = 2 2º) - 5 = 3 3º ) 2,7 = 4º) – 1,666... = 5º) 4 1 = 5 CONJUNTO DOS NÚMEROS IRRACIONAIS Vamos considerar um quadrado cujo lado mede 1 e calcular sua diagonal: x² = 1² + 1² x 1 x² = 2 => x =√2 1 Sabemos que √2 = 1,414213..., número que não é decimal exata nem dízima periódica , ou seja, não é racional. A decimais como esta, infinitas e não periódicas, damos o nome de números irracionais. Um dos números irracionais mais conhecidos é o π, que se obtém dividindo o comprimento de uma circunferência pelo seu diâmetro ( π = 3,141592...). Ele já foi calculado com o auxílio do computador com mais de 1 bilhão de casas decimais, sem que tenha surgido uma dízima. As raízes quadradas não exatas de números naturais são números irracionais: √3 = 1,7320508...; - √5 = - 2,2360679... 10 CONJUNTO DOS NÚMEROS REAIS () Da reunião do conjunto dos números racionais com o conjunto dos números irracionais obtemos o conjunto dos números reais (). = � ∪ Ir = { x/x ∈ � ou x ∈ Ir } = { x/x é racional ou x é irracional } Com o conjunto dos números reais, a reta fica completa, ou seja, a cada ponto da reta corresponde um único número real e, reciprocamente,a cada número real corresponde um único ponto da reta. Por isso, dizemos que existe uma correspondência biunívoca entre os números reais e os pontos da reta. Temos assim a reta real, na qual colocamos apenas alguns números reais: ' -√2 -3/4 √2 -2 -1,5 -1 0 0,5 1 1,5 2 O diagrama a seguir relaciona os conjuntos numéricos estudados até aqui: � � Ir Exercícios: 1. Usando os símbolos ⊂ ou #, relacione os conjuntos numéricos a seguir: a) � e �* b) � e 2. Com os conjuntos numéricos dados, efetue as operações de união e intersecção: a) 2 e � b) � e Ir 3. Determine: a) � ∪ 2 b) (� ∩ �) ∪ 2 c) (� ∩ Ir) ∩ � 4. Identifique como decimal exata (finita), decimal infinita periódica ou decimal infinita não-periódica cada um dos números a seguir: a) 0,555 b) 0,11454545... c) 0,123125127129... d) 0,2666... e) 0,789145 f) 0,020020002... � ⊂ 2 ⊂ � ⊂ Ir ⊂ � ∪ Ir = � ∩ Ir= ∅ ( - �) 2 11 5. Dê a representação decimal dos seguintes números racionais: a) 7/8 b) 5/13 c) ¾ d) 7/5 e) 1 1/7 6. Determine a geratriz a/b das seguintes decimais periódicas: a) 0,333... b) 0,1666... c) 0,242424... d) 0,125777... 7. Identifique como racional ou irracional os números a seguir: a) √4 b) 2√3 c) -√8 d) ½ e) √4 + √2 f) √2/2 g) –1 h) √5 i) √4.9 j) π k) -√9 l) √5 . √5 12 Intervalos numéricos Dados dois números reais p e q, chama-se intervalo a todo conjunto de todos números reais compreendidos entre p e q , podendo inclusive incluir p e q. Os números p e q são os limites do intervalo, sendo a diferença p - q , chamada amplitude do intervalo. Se o intervalo incluir p e q , o intervalo é fechado e caso contrário, o intervalo é dito aberto. A tabela abaixo, define os diversos tipos de intervalos. TIPOS REPRESENTAÇÃO OBSERVAÇÃO INTERVALO FECHADO [p;q] = {x ∈ R; p ≤ x ≤ q} inclui os limites p e q INTERVALO ABERTO (p;q) = { x ∈ R; p < x < q} exclui os limites p e q INTERVALO FECHADO A ESQUERDA [p;q) = { x ∈ R; p ≤ x < q} inclui p e exclui q INTERVALO FECHADO À DIREITA (p;q] = {x ∈ R; p < x ≤ q} exclui p e inclui q INTERVALO SEMI-FECHADO [p;∞ ) = {x ∈ R; x ≥ p} valores maiores ou iguais a p. INTERVALO SEMI-FECHADO (- ∞ ; q] = { x ∈ R; x ≤ q} valores menores ou iguais a q. INTERVALO SEMI-ABERTO (-∞ ; q) = { x ∈ R; x < q} valores menores do que q. INTERVALO SEMI-ABERTO (p; ∞ ) = { x > p } valores maiores do que p. Nota: é fácil observar que o conjunto dos números reais, (o conjunto R) pode ser representado na forma de intervalo como R = ( -∞ ; + ∞ ) SISTEMA CARTESIANO ORTOGONAL E RELAÇÕES O Plano Cartesiano Referência histórica: Os nomes Plano Cartesiano e Produto Cartesiano são homenagens ao seu criador René Descartes (1596-1650), filósofo e matemático francês. O nome de Descartes em Latim, era Cartesius, daí vem o nome cartesiano. O plano cartesiano ortogonal é constituído por dois eixos x e y perpendiculares entre si que se cruzam na origem. O eixo horizontal é o eixo das abscissas (eixo OX) e o eixo vertical é o eixo das ordenadas (eixo OY). Associando a cada um dos eixos o conjunto de todos os números reais, obtém-se o plano cartesiano ortogonal. Cada ponto P=(a,b) do plano cartesiano é formado por um par ordenado de números, indicados entre parênteses, a abscissa e a ordenada respectivamente. Este par ordenado representa as coordenadas de um ponto. O primeiro número indica a medida do deslocamento a partir da origem para a direita (se positivo) ou para a esquerda (se negativo). 13 O segundo número indica o deslocamento a partir da origem para cima (se positivo) ou para baixo (se negativo). Observe no desenho que: (a,b) (b,a) se a b. Os dois eixos dividem o plano em quatro regiões denominadas quadrantes sendo que tais eixos são retas concorrentes na origem do sistema formando um ângulo reto (90 graus). Os nomes dos quadrantes são indicados no sentido anti-horário, conforme a figura a seguir. Segundo quadrante Primeiro quadrante Terceiro quadrante Quarto quadrante Quadrante sinal de x sinal de y Ponto não tem não tem (0,0) Primeiro + + (2,4) Segundo - + (-4,2) Terceiro - - (-3,-7) Quarto + - (7,-2) Produto Cartesiano Dados dois conjuntos A e B não vazios, definimos o produto cartesiano entre A e B, denotado por AxB, como o conjunto de todos os pares ordenados da forma (x,y) onde x pertence ao primeiro conjunto A e y pertence ao segundo conjunto B. AxB = { (x,y): x A e y B } Observe que AxB BxA, se A é não vazio ou B é não vazio. Se A=Ø ou B=Ø, por definição: AxØ = Ø = ØxB. Se A possui m elementos e B possui n elementos, então AxB possui mxn elementos. Exemplo: Dados A={a,b,c,d} e B={1,2,3}, o produto cartesiano AxB, terá 12 pares ordenados e será dado por: AxB = {(a,1),(a,2),(a,3),(b,1),(b,2),(b,3),(c,1),(c,2),(c,3),(d,1),(d,2),(d,3)} 14 Relações no Plano Cartesiano Sejam A e B conjuntos não vazios. Uma relação em AxB é qualquer subconjunto R de AxB. A relação mostrada na figura acima é: R = { (a,3), (b,3), (c,2), (c,3), (d,2), (d,3) } Uma relação R de A em B pode ser denotada por R:A B. Exemplo: Se A={1,2} e B={3,4}, o produto cartesiano é AxB={(1,3),(1,4),(2,3),(2,4)} e neste caso, temos algumas relações em AxB: 1. R1={(1,3),(1,4)} 2. R2={(1,3)} 3. R3={(2,3),(2,4)} 15 Introdução a funções Antes defalarmos sobre função temos que saber primeiro o que é uma relação. Pois, apesar de não ter a mesma definição, função é um tipo de relação e relação nem sempre é função. Observe os gráficos abaixo: Os gráficos acima representam relações entre velocidade e tempo, mas apenas o primeiro gráfico representa um gráfico de função. Para entendermos melhor o que é uma relação e seus elementos veremos um exemplo: Uma pessoa recebe R$3,00 por objeto que fabrica. Ela consegue produzir de 5 a 10 objetos por dia. O seu salário diário s está determinado pelo número n de objetos que faz: Representação da solução da situação problema em forma de tabela: O gráfico mostra como varia, aproximadamente, a velocidade de um atleta que corre cerca de 10m em 10s. No entanto, o gráfico ao lado não poderia representar o movimento de um atleta, pois no instante t = 4 ele teria diferentes velocidades ao mesmo tempo. 16 Representação da solução da situação problema em forma de par ordenado. S = { (5,15), (6,18), (7,21), (8,24), (9,27), (10,30) } Um conjunto de pares ordenados de números reais chama-se de relação. Na solução acima temos 6 pares ordenados, cada par ordenado é formado por dois números. O conjunto dos primeiros números dos pares ordenados de uma relação chamamos de DOMÍNIO da relação. Indicado por: D(S) = {5, 6, 7, 8, 9, 10}. O conjunto dos segundos números dos pares ordenados da relação é chamado de IMAGEM da relação. Indicado por Im(S) = {15, 18, 21, 24, 27, 30}. Formas de escrever uma relação. • Pares ordenados: S = { (5,15), (6,18), (7,21), (8,24), (9,27), (10,30) } • Mediante um gráfico: Neste caso o eixo x representa os elementos do domínio e o eixo y representa os elementos da imagem. • Mediante uma regra: Nesse exemplo, para cada elemento da relação, o segundo número do par ordenado, chamado de ordenada, é triplo do primeiro número, chamado de abscissa. Descrevemos a relação mediante uma sentença aberta, chamada fórmula: y = 3 . x Y= 3x 17 •Podemos pegar os dois conjuntos x = { 5,6,7,8,9,10} e y = {15,18,21,24,27,30}, e representá-los num gráfico por flechas, que é outro modo de se descrever uma relação. Já sabemos que função é uma relação, só que com algumas características particulares. Vamos estudar o conceito de função observando as relações seguintes e analisando se é apenas uma relação ou se é uma função. Exemplo 1: R1 = { (x ; y) A X B | y = x - 1 } com A = {1,2,3,4} e B = {1,2,3,4,5,6}. Concluímos que R1 = { (2,1), (3,2) , (4,3) }. Observando o conjunto A, percebemos que o elemento 1 não está ligado a nenhum elemento do conjunto B, com isso essa relação não é uma função. D(R1) = {2,3,4} e Im = {1,2,3} Exemplo 2: R2 = { (x ; y) A x B | y² = x } com A = {0,1,4,9} e B = {-2,0,1,2,3} Concluímos que R2 = { (0,0), (1,1), (4,2), (9,3), (4,-2)}. Observando o conjunto A e o elemento 4, percebemos que ele está relacionado com dois elementos do conjunto B, isso a relação R2 não é uma função. Exemplo 3: R3 = { (x ; y) A x B | y = x + 4 } com A = {1,2,3,4} e B = {5,6,7,8,9,10} Concluímos que R3 = { (1,5), (2,6), (3,7), (4,8) } Observando o conjunto A percebemos que todos os seus elementos estão ligados apenas a um elemento do conjunto B, com isso a relação R3 é uma função. 18 D(R3) = A Im (R3) = {5,6,7,8} Exemplo 4: R4 = { (x ; y) A x B | y = x² } com A = {-2,-1,0,1} e B = {0,1,2,3,4} Concluímos que R4 = {(-2,4), (-1,1), (0,0), (1,1)}. Observando o conjunto A percebemos que todos os elementos do conjunto A estão ligados a um elemento do conjunto B. D(R4) = A Im (R4) = {0,1,4} Veja que, das quatro relações dadas nos exemplos, em R3 e R4 ocorre o seguinte fato: para todo x A existe um único y B, de modo que (x , y) pertence à relação. Toda relação onde ocorre esse fato é chamada de FUNÇÃO. De modo geral, dados dois conjuntos, A e B, e uma relação f de A em B, dizemos que f é uma aplicação ou função de A em B se, e somente se, para todo x A existe um único y B, de modo que (x , y) f. O Domínio de uma função é sempre o conjunto de partida da relação. E o conjunto imagem é composto por elementos do conjunto de chegada que recebem seta. Função é qualquer relação de A em B que associa a cada elemento de A um único elemento de B. Ex. 19 Função Crescente e Decrescente A função é crescente quando na função, o valor de x aumenta e o valor da imagem de x também aumenta. x2 > x1 → f(x2) > f(x1) Ex. Função Constante Função constante é toda função em que os elementos do domínio possuem uma mesma imagem. Ex. Exercícios: 1. Dados os conjuntos A={a,b,c} e B={1,2,3,4}, podemos construir a relação R em A×B que está apresentada no gráfico. Qual resposta mostra a relação R de forma explicita? a. R={(a,1),(b,3),(c,4),(a,3)} b. R={(1,a),(4,a),(3,b),(c,2)} c. R={(a,1),(b,3),(c,2)} d. R={(a,1),(a,4),(b,3),(c,2)} A função é decrescente quando na função, o valor de x aumenta e o valor da imagem de x diminui. x2 > x1 → g(x2) < g(x1) Ex. 20 2. Sejam os conjuntos A={1,2,3} e B={1,3,4,5} de números reais e a relação definida por R={(x,y) A×B: y=2x-1}. Qual dos gráficos cartesianos abaixo, representa a relação R? Funções Reais de uma Variável Real Se ƒ é uma função com domínio em A e contra domínio em B, dizemos que ƒ é uma função definida em A com valores em B. Se tanto A como B forem subconjuntos dos reais, dizemos que ƒ é uma função real de variável real. Exemplo 01: Seja a função dada pela sentença ƒ(x) = 2x sendo o domínio o conjunto A = { 1, 2, 3, …, n, …} e B = ℝ. Assim: ƒ(x) = 2, ƒ(2) = 4, ƒ(3) = 6, …, ƒ(n) = 2n,… Portanto, o conjunto imagem é Im = {2, 4, 6, …2n,…}, e sendo A e B subconjuntos de ℝ, dizemos que ƒ é uma função real de variável real. No gráfico abaixo podemos verificar que os pontos estão alinhados. Caso tivéssemos uma função definida pela mesma sentença ƒ(x) = 2x, porém com domínio A = ℝ, o gráfico seria formado por todos os pontos da reta da figura abaixo. Exemplo 02: Existem diversos recursos computacionais, disponíveis hoje em dia, para a elaboração de gráficos de funções. Geralmente o recurso consiste em digitar os valores de x e os correspondentes valores de y, que o software gera o gráfico ponto a ponto. Suponhamos, por exemplo, querer obter o gráfico da função y = 4x – x², no intervalo [0, 4]. Usando a planilha do Excel, podemos gerar valores de x a partir de 0 e com passo igual a 0,1 até atingirmos o valor 4 (isto é, atribuímos para x os valores 0; 0,1; 0,2; 0,3;…; 4). Para cada valor de x obtemos, por meio de planilha, os correspondentes valores de y. 21 De posse das colunas x e y, selecionamos, por meio do editor de gráficos, o gráfico de dispersão. Obtemos o gráfico abaixo. Com procedimento análogo, podemos obter o gráfico da função y = x³ - x, no intervalo [-1, 1]. Exemplo 03: Uma calculadora é vendida por $ 200,00 a unidade. Sendo x a quantidade vendida, a receita de vendas será 200x. Assim, podemos dizer que R(x) = 200x é uma função que fornece para quantidade vendida (x) a receita correspondente. O domínio e o conjunto imagem são dados por: D = {0, 1, 2, 3, 4,…} e Im = {0, 200, 400, 600,…}. Exercícios: 1. Dada a função ƒ(x) = 7x – 3, com D = ℝ, obtenha: a) ƒ(2) b) ƒ(6) c) ƒ(0) d) ƒ(-1) e) ƒ(√2) f) ƒ(½) g) ƒ(-⅓) h) ƒ(a +b) 2. Dada a função ƒ(x) = 2x – 3, obtenha: a) ƒ(3) b) ƒ(-4) c) o valor de x tal que ƒ(x) = 49 d) o valor de x tal que ƒ(x) = -10 3. Dada a função ƒ(x) = x²,obtenha a) ƒ(x0) b) ƒ(x0 + h) c) ƒ(x0 + h) - ƒ(x0) 4. Dada a função ƒ(x) = x² - 4x + 10, obtenha os valores de x cuja imagem seja 7. 5. Dada a função ƒ(x) = mx + 3, determine m sabendo-se que f(1) = 6. 6. Faça o gráfico da função ƒ(x)= 2x+1, com domínio D= {0, 1, 2, 3, 4}. Qual o conjunto imagem? 7. Faça o gráfico da função f(x) = x², sendo D= {-3, -2, -1, 0, 1, 2, 3}. Qual o conjunto imagem? 8. Qual o gráfico da função f(x) = 3, sendo D=ℝ? 22 9. Esboce o gráfico da função ƒ, de domínio D=ℝ, dada por: 1, se x ≥ 0 -1, se x < 0 10. Uma livraria vende uma revista por $ 5,00 a unidade. Seja x a quantidade vendida. a) Obtenha a função receita R(x). b) Calcule R(40). c) Qual a quantidade que deve ser vendida para dar uma receita igual a $ 700,00? 11. O custo de fabricação de x unidades de um produto é dado pela função C(x) = 100 + 2x. a) Qual o custo de fabricação de 10 unidades? b) Qual o custo de fabricação da décima unidade, já tendo sido fabricadas nove unidades? 12. Resolva o exercício 11 considerando a função C(x) = ⅓ x³ - 24 x² + 600x + 400. 13. A seguir estão os gráficos de relações de a em ℝ. Quais podem e quais não podem se gráficos de funções? ƒ(x)= 23 14. Chama-se custo médio de fabricação de um produto ao custo de produção dividido pela quantidade produzida. Indicando o custo médio correspondente a x unidades produzidas por Cme(x) = C(x) . x O custo de fabricação de x unidades de um produto é C(x) = 500 + 4x. a) Qual o custo médio de fabricação de 20 unidades? b) Qual o custo médio de fabricação de 40 unidades? c) Para que valor tende o custo médio à medida que x aumenta? Normas elementares para o estudo de uma função Domínio Quando temos uma função real de uma variável real, de A em B, sabemos que A é um subconjunto dos números reais.Nos exemplos dados anteriormente, a função era definida por uma sentença y = ƒ(x), e os conjuntos eram especificados. Nas situações em que não é mensionado o domínio, convenciona-se que ele seja formado por todos valores reais de x para os quais exista imagem y. Exemplo: Considere as funções: Observemos que em funções envolvendo situações práticas, o domínio é constituido de todos os valores reais de x para os quais tenha significado o cálculo da imagem. Assim, por exemplo, caso tenhamos uma função custo C(x) = 400 + 3x, os valores de x não podem ser negativos. Além disso, caso o produto seja indivisível ( por exemplo, quando x é quantidade de carros), o domínio é constituído apenas por números inteiros não negativos. Interceptos São os pontos de intersecção do gráfico de uma função com os eixos. Os pontos de intersecção com o eixo x tem coordenadas do tipo (x, 0) e são chamados x-interceptos. Os pontos de intersecção com o eixo y têm coordenadas do tipo (0, y) e são chamados de y-interceptos. Exemplo: Vamos obter os pontos de intersecção do gráfico da função y = (x² - 1)(x – 2) com os eixos x e y. Temos: • Intersecção com o eixo y� como o ponto procurado é da forma (0, y), devemos fazer na função x = 0. Assim: y = (0² - 1)(0 – 2) = 2 � (0,2) • Intersecção com o eixo x� como o ponto procurado é da forma (x, 0), devemos fazer na função y = 0. Assim: 0 = (x² - 1)(x – 2) = x= 1ou x = -1 ou x = 2 � (1, 0), (-1, 0) e (2, 0). O esboço do gráfico dessa função: 24 Pontos de máximo e de mínimo Seja ƒ uma função definida num domínio D. Dizemos que x0 é um ponto de máximo relativo ( ou simplesmente ponto de máximo) se existir um intervalo aberto A, com centro x0 tal que: ƒ(x) ≤ ƒ(x0) ∀ x ∈ A ⋂ B Analogamente dizemos que x0 é um ponto de mínimo relativo ( ou simplesmente ponto de mínimo) se existir num intervalo aberto A, com centro x0, tal que: ƒ(x) ≥ ƒ(x0) ∀ x ∈ A ⋂ B Assim, por exemplo, na função definida no intervalo [a, b] e representada no gráfico abaixo, teremos: Pontos de máximo: a, x2, x4 Pontos de mínimo: x1, x3, b Estudo do sinal da função Estudar o sinal de uma função significa obter os valores de x para os quais y>0 ou y<0 ou y = 0. Desse modo, por exemplo, na função definida no intervalo [2, 10], e representada abaixo, teremos: • y > 0 para 2 ≤ x < 3 ou para 7 < x ≤ 10 • y < 0 para 3 < x < 7 • y = 0 para x = 3 ou x = 7 Exercícios 1. Obtenha o domínio das seguintes funções: 25 2. Obtenha os intervalos nos quais a função dada é crescente e nos quais é decrescente, indicando pontos de máximo e de mínimo para a figura a seguir: 3. Estude o sinal das funções: Função constante É toda função do tipo y = k, em que k é uma constante real. Verifica-se que o gráfico dessa função é uma reta horizontal, passando pelo ponto da ordenada k. Função do 1º grau Esse tipo de função apresenta um grande número de aplicações. Uma função é chamada de função do 1º grau (ou função afim) se sua sentença for dada por y = m.x + n, sendo m e n constantes reais com m ≠ 0. Verifica-se que o gráfico de uma função do 1º é uma reta. Assim, o gráfico pode ser obtido por meio de dois pontos distintos (pois dois pontos distintos determinam uma reta). Exemplo 01: Esboçar o gráfico da função y = 2x + 1. Atribuindo a x os valores 0 e 1, por exemplo, teremos: x = 0 � y = 2 . 0 + 1 = 1 � (0, 1); x = 1 � y = 2 . 1 + 1 = 3 � (1, 3) . Exemplo 02: : : : Obter a função cujo gráfico é dado na figura abaixo: Seja y = m . x + n a função procurada. Então: o ponto (0, 2) pertence ao gráfico, logo: 2 = m . 0 + n � n = 2; o ponto (4, 0) pertence ao gráfico, logo: 0 = m . 4 + n � 4m + n = 0; tendo em conta que n = 2, obtemos: 4m + 2 = 0 � m = -½; dessa forma, a função procurada é y = -½ x + 2. 26 Coeficiente linear e angular 1. A constante n é chamada de coeficiente linear e representa, no gráfico, a ordenada do ponto de intersecção da reta com o eixo y. A justificativa para essa afirmação é feita lembrando que, no ponto de intercecção do gráfico da função com o eixo y, a abscissa vale zero; assim, o ponto de intersecção é da forma (0, y), e, como ele pertence também ao gráfico da função, podemos substituir x por 0 na função y = m.x + n. Teremos então: y = m.0 + n � y = n Portanto o ponto de intersecção do gráfico com o eixo y tem ordenada n. 2. A constante m é chamada de coeficiente angular e representa a variação de y correspondente a um aumento do valor de x igual a 1, aumento esse considerado a partir de qualquer ponto da reta; quando m > 0, o gráfico corresponde a uma função crescente, e, quando m < 0, o gráfico corresponde a uma função decrescente. 3. Conhecendo-se dois pontos de uma reta A(x1, y1) e B(x2, y2), o coeficiente angular m é dado por 4. Conhecendo um ponto P(x0, y0) de uma reta e seu coeficiente angular m, a função correspondente é dada por y – y0 = m(x – x0) 27 EXERCÍCIOS Função quadrática É toda função do tipo y= ax² + bx + c, em que a, b e c são constantes reais com a ≠ 0. O gráfico desse tipo de função é uma curva chamada parábola. A concavidade é voltada para cima se a > 0, e voltada para baixo se a < 0. O ponto V da parábola é chamado vértice. Se a > 0, a abscissa do vértice é um ponto de mínimo; se a < 0, a abscissa do vértice é um ponto de máximo. Oseventuais pontos de intersecção da parábola com o eixo x são obtidos fazendo y = 0. Teremos a equação ax² + bx + c = 0. Se a equação tiver duas raízes reais distintas (∆ > 0), a parábola interceptará o eixo y em dois pontos distintos; se a equação tiver uma única raiz real (∆ = 0), a parábola interceptará o eixo x num único ponto; finalmente, se a equação não tiver raízes reais (∆ < 0), a parábola não interceptará o eixo x. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 28 A intersecção com o eixo y é obtida fazendo-se x = 0. Portanto: x = 0 � y = a. 0² + b . 0 + c � y = c, ou seja, o ponto de intersecção da parábola com o eixo y é (0, c). Com relação ao vértice da parábola, indicando por xv e yv a abscissa e a ordenada do vértice, respectivamente, teremos: Exemplo 01: Esboçar o gráfico da função y = x² - 4x + 3. a) a = 1. Portanto a concavidade é voltada para cima. b) Intersecção com o eixo x: y = 0 � x² - 4x + 3 = 0, cujas raízes são: x = 1 ou x = 3. Portanto, os pontos de intersecção com o eixo x são: (1, 0) e (3, 0). c) Intersceção com o eixo y: x = 0� y = 0² - 4 . 0 + 3 � y = 3. Portanto, o ponto de intersecção com o eixo y é (0, 3). d) Vértice Portanto o vértice é o ponto (2, -1). Observemos que x = 2 é um ponto de mínimo da função. De posse das informações obtidas, podemos esboçar o gráfico da função. Exemplo 02: Estudar o sinal da função y = - x² + 9. Nesse caso, só precisamos encontrar os pontos de intersecção do gráfico com o eixo x, já que a concavidade é voltada para baixo (a = -1). Assim: y = 0 � - x² + 9 = 0 � x² = 9 � cujas raízes são: x = 3 ou x = - 3. Para o estudo do sinal não necessitamos conhecer a intersecção com o eixo y, nem o vértice. O esboço é dado a seguir: 29 Exemplo 03: Estudar o sinal da função y = x² - 4x + 3 . Temos x – 2 1) Sinal de x² - 4x + 3 (A) 2) Sinal de x – 2 (B) 3) Quadro quociente Exemplo 04: Resolver a inequação x² - 4x + 3 ≤ 0. Fazendo y = x² - 4x + 3, o estudo do sinal dessa função é dado a seguir. Como a inequação exige que y ≤ 0, a resposta é 1 ≤ x ≤ 3. Exemplo 05: Obter o domínio da função ƒ(x) = Para que exista a raiz quadrada, devemos ter x² - 7x + 6 ≥ 0. Fazendo y = x² - 7x + 6 e estudando o sinal de y teremos: Para que y ≥ 0, devemos ter: x ≤ 1 ou x ≥ 6. Portanto o domínio da função é D = { x ∈ ℝ / x ≤ 1 ou x ≥ 6}. EXERCÍCIOS Portanto: y > 0 para -3 < x < 3, y < 0 para x < -3 ou x > 3, y = 0 para x = - 3 ou x = 3. Portanto, y > 0 para 1 < x < 2 ou x > 3, y < 0 para x < 1 ou 2 < x < 3, y = 0 para x = 1 ou x = 3. 1. 30 Função Exponencial Suponhamos que uma população tenha hoje 40.000 habitantes e que haja um crescimento populacional de 2% ao ano. Assim: • daqui a 1 ano o número de habitantes será y1 = 40.000 + (0,02) . 40.000 = 40.000 (1 + 0,02); • daqui a 2 anos o número de habitantes será y2= y1 + 0,02y1= y1(1 + 0,02) = 40.000(1,02) 2; • daqui a 3 anos o número de habitantes será y3 = y2 + 0,02y2 = y2(1 + 0,02) = 40.000(1,02) 3. De modo análogo, podemos concluir que o número de habitantes daqui a x anos será y = 40.000(1,02)x. De modo geral, se tivermos uma grandeza com valor inicial y0 e que cresça a uma taxa igual a k por unidade de tempo, então, após um tempo x, medido na mesma unidade de k, o valor dessa grandeza será dado por: y = y0( 1 + k) x Tal expressão é conhecida como função exponencial. Ela é válida quando k>0 (crescimento positivo) ou k <0 (crescimento negativo ou decrescimento). Consideremos, por exemplo, as funções: ƒ1(x) = 10 . (2) x (taxa de crescimento igual a 1 = 100%) e ƒ2(x) = 10 . (0,5)x (taxa de crescimento igual a – 0,5 = - 50%). Vamos atribuir a x os valores da tabela abaixo: Os gráficos dessas funções: Verifica-se que, quando a base (1 + k) é maior que 1, o padrão gráfico da função exponencial segue o de ƒ1(x), e que, quando a base (1 + k) está entre 0 e 1, o padrão gráfico da função exponencial segue o de ƒ2(x). Exemplo: Uma cidade tem hoje 20.000 habitantes, e esse número cresce a uma taxa de 3% ao ano. Então: a) O número de habitantes daqui a 10 anos será y = 20.000(1,03)10 = 26.878 b) Se daqui a 10 anos o número de habitantes fosse igual a 30.000, a taxa de crescimento anual seria dada por 31 30.000 = 20.000(1 + k)10 (1 + k)10 = 1,5 Elevando ambos os membros a expoente 1/10, teremos [(1 + k)10]1/10 = [1,5]1/10 (1 + k)1 = (1,5)0,1 1 + k = 1,0414 K = 0,0414 = 4,14% Portanto a taxa de crescimento procurada seria de 4,14% ao ano. EXERCÍCIOS CENTRO MINEIRO DO ENSINO SUPERIOR - CEMES Curso: ADMINISTRAÇÃO - 1º PERÍODO Data: ___ 1. 2. 3. 4. 5. 6. 32 Logaritmos Consideremos a equação exponencial 2x = 64. Para resolvê-la podemos notar que 64 é igual à potência 26, e então concluirmos que x = 6. Analogamente poderíamos resolver a equação 3x = 1/81, pois notamos que 1/81 = 1/34 = 3-4. E consequentemente x = -4. A situação muda, porém se tivermos uma equação exponencial em que os dois membros não são potências de mesma base, como a equação 2x= 5. Podemos garantir apenas que 2 < x < 3, pois 22 = 4 < 5 e 23= 8 > 5. Para podermos resolver esse tipo de equação, precisamos de lançar mão de um outro instrumento matemático chamado logaritmologaritmologaritmologaritmo, que passaremos a estudar. Chamamos de logaritmo do número N na base a ao expoente y que devemos colocar em a para dar o número N (N e a devem ser positivos e a diferente de 1).Assim, indicamos y por loga N. Portanto: loglogloglogaaaa NNNN = y= y= y= y se e somente se aaaay y y y = N. A base mais usada, na prática, é a base 10, e os correspondentes logaritmos são chamados decimais, bem como a base e (número de Euler, que é uma importante constante matemática, cujo valor aproximado é 2,718 ), e os correspondentes logaritmos são chamados naturais ou neperianos. Os logaritmos decimais podem ser indicados sem a base (log10 N = log N ) e os naturais podem ser indicados por ln(N) (ln(N) = log e N). Exemplo 1: Logaritmos cujos resultados não são imediatos podem ser calculados por meio de calculadoras (tecla Log ou Ln) ou computadores. A partir de algumas propriedades dos logaritmos, veremos como podem ser calculados muitos logaritmos conhecendo-se apenas algum deles; além disso, veremos como calcular logaritmo em qualquer base desejada. Propriedades dos Logaritmos Exemplo 2: Admitindo que log 2 = 0,30 e log 3 = 0,48, temos: 33 Exemplo 3: Admitindo que log 2 = 0,30 e log 3 = 0,48, resolver a equação exponencial 2x = 3. Chamamos de função logarítmica a toda função dada por ƒ(x) = logax, em que a base a é um número positivo e diferente de 1. Temos as seguintes características dessa função: a) Domínio: conjunto dos números reais positivos (ℝ*+). b) Interceptos: s intersecção com o eixo x é o ponto (1,0); não há intersecção com o eixo y. c) Para termos idéia do gráfico, tomemos as funções ƒ1(x) = log2x e ƒ2(x) = log1/2x e montemos a seguinte tabela de valores: Quando a base é maior que 1 (a > 1), o padrão gráfico da função é do tipo de ƒ1(x), e quando a base está entre0 e 1 (0 < a < 1), o padrão é o de ƒ2(x). Em ambos os casos, o conjunto imagem é o conjunto ℝ. Gráfico de ƒ1(x) = log2x Gráfico de ƒ2(x) = log x 34 Matrizes Introdução O crescente uso dos computadores tem feito com que a teoria das matrizes seja cada vez mais aplicada em áreas como Economia, Engenharia, Matemática, Física, dentre outras. Vejamos um exemplo. A tabela a seguir representa as notas de três alunos em uma etapa: Química Inglês Literatura Espanhol A 8 7 9 8 B 6 6 7 6 C 4 8 5 9 Se quisermos saber a nota do aluno B em Literatura, basta procurar o número que fica na segunda linha e na terceira coluna da tabela. Vamos agora considerar uma tabela de números dispostos em linhas e colunas, como no exemplo acima, mas colocados entre parênteses ou colchetes: Em tabelas assim dispostas, os números são os elementos. As linhas são enumeradas de cima para baixo e as colunas, da esquerda para direita: Tabelas com m linhas e n colunas ( m e n números naturais diferentes de 0) são denominadas matrizes m x n. Na tabela anterior temos, portanto, uma matriz 3 x 3. Veja mais alguns exemplos: • é uma matriz do tipo 2 x 3 • é uma matriz do tipo 2 x 2 Notação geral Costuma-se representar as matrizes por letras maiúsculas e seus elementos por letras minúsculas, acompanhadas por dois índices que indicam, respectivamente, a linha e a coluna que o elemento ocupa. Assim, uma matriz A do tipo m x n é representada por: 35 ou, abreviadamente, A = [aij]m x n, em que i e j representam, respectivamente, a linha e a coluna que o elemento ocupa. Por exemplo, na matriz anterior, a23 é o elemento da 2ª linha e da 3ª coluna. Na matriz , temos: Ou na matriz B = [ -1 0 2 5 ], temos: a11 = -1, a12 = 0, a13 = 2 e a14 = 5. Denominações especiais Algumas matrizes, por suas características, recebem denominações especiais. • Matriz linha: matriz do tipo 1 x n, ou seja, com uma única linha. Por exemplo, a matriz A =[4 7 -3 1], do tipo 1 x 4. • Matriz coluna: matriz do tipo m x 1, ou seja, com uma única coluna. Por exemplo, , do tipo 3 x 1 • Matriz quadrada: matriz do tipo n x n, ou seja, com o mesmo número de linhas e colunas; dizemos que a matriz é de ordem n. Por exemplo, a matriz é do tipo 2 x 2, isto é, quadrada de ordem 2. Numa matriz quadrada definimos a diagonal principal e a diagonal secundária. A principal é formada pelos elementos aij tais que i = j. Na secundária, temos i + j = n + 1. Veja: Observe a matriz a seguir: 36 a11 = -1 é elemento da diagonal principal, pis i = j = 1 a31= 5 é elemento da diagonal secundária, pois i + j = n + 1 ( 3 + 1 = 3 + 1) • Matriz nula: matriz em que todos os elementos são nulos; é representada por 0m x n. Por exemplo, . • Matriz diagonal: matriz quadrada em que todos os elementos que não estão na diagonal principal são nulos. Por exemplo: • Matriz identidade: matriz quadrada em que todos os elementos da diagonal principal são iguais a 1 e os demais são nulos; é representada por In, sendo n a ordem da matriz. Por exemplo: Assim, para uma matriz identidade . • Matriz transposta: matriz At obtida a partir da matriz A trocando-se ordenadamente as linhas por colunas ou as colunas por linhas. Por exemplo: Desse modo, se a matriz A é do tipo m x n, At é do tipo n x m. Note que a 1ª linha de A corresponde à 1ª coluna de At e a 2ª linha de A corresponde à 2ª coluna de At. • Matriz simétrica: matriz quadrada de ordem n tal que A = At . Por exemplo, 37 é simétrica, pois a12 = a21 = 5, a13 = a31 = 6, a23 = a32 = 4, ou seja, temos sempre a ij = a ij. • Matriz oposta: matriz -A obtida a partir de A trocando-se o sinal de todos os elementos de A. Por exemplo, . Igualdade de matrizes Duas matrizes, A e B, do mesmo tipo m x n, são iguais se, e somente se, todos os elementos que ocupam a mesma posição são iguais: . Operações envolvendo matrizes Adição Dadas as matrizes , chamamos de soma dessas matrizes a matriz , tal que Cij = aij + bij , para todo : A + B = C Exemplos: • • Observação: A + B existe se, e somente se, A e B forem do mesmo tipo. Propriedades Sendo A, B e C matrizes do mesmo tipo ( m x n), temos as seguintes propriedades para a adição: a) comutativa: A + B = B + A b) associativa: ( A + B) + C = A + ( B + C) c) elemento neutro: A + 0 = 0 + A = A, sendo 0 a matriz nula m x n d) elemento oposto: A + ( - A) = (-A) + A = 0 Subtração Dadas as matrizes , chamamos de diferença entre essas matrizes a soma de A com a matriz oposta de B: A - B = A + ( - B ) Observe: Multiplicação de um número real por uma matriz Dados um número real x e uma matriz A do tipo m x n, o produto de x por A é uma matriz B do tipo m x n obtida pela multiplicação de cada elemento de A por x, ou seja, bij = xaij: B = x.A Observe o seguinte exemplo: 38 Propriedades Sendo A e B matrizes do mesmo tipo ( m x n) e x e y números reais quaisquer, valem as seguintes propriedades: a) associativa: x . (yA) = (xy) . A b) distributiva de um número real em relação à adição de matrizes: x . (A + B) = xA + xB c) distributiva de uma matriz em relação à adição de dois números reais: (x + y) . A = xA + yA d) elemento neutro : xA = A, para x=1, ou seja, A=A Multiplicação de matrizes O produto de uma matriz por outra não é determinado por meio do produto dos seus respectivos elementos. Assim, o produto das matrizes A = ( aij) m x p e B = ( bij) p x n é a matriz C = (cij) m x n em que cada elemento cij é obtido por meio da soma dos produtos dos elementos correspondentes da i-ésima linha de A pelos elementos da j-ésima coluna B. Vamos multiplicar a matriz para entender como se obtém cada Cij: • 1ª linha e 1ª coluna • 1ª linha e 2ª coluna • 2ª linha e 1ª coluna • 2ª linha e 2ª coluna 39 Assim, . Observe que: Portanto, .A, ou seja, para a multiplicação de matrizes não vale a propriedade comutativa. Vejamos outro exemplo com as matrizes : Da definição, temos que a matriz produto A . B só existe se o número de colunas de A for igual ao número de linhas de B: A matriz produto terá o número de linhas de A (m) e o número de colunas de B(n): • Se A3 x 2 e B 2 x 5 , então ( A . B ) 3 x 5 • Se A 4 x 1 e B 2 x 3, então não existe o produto 40 • Se A 4 x 2 e B 2 x 1, então ( A . B ) 4 x 1 Propriedades Verificadas as condições de existência para a multiplicação de matrizes, valem as seguintes propriedades: a) associativa: ( A . B) . C = A . ( B . C ) b) distributiva em relação à adição: A . ( B + C ) = A . B + A . C ou ( A + B ) . C = A . C + B . C c) elemento neutro: A . In = In . A = A, sendo In a matriz identidade de ordem n Vimos que a propriedade comutativa, geralmente, não vale para a multiplicação de matrizes. Não vale também o anulamento do produto, ou seja: sendo 0 m x n uma matriz nula, A .B =0 m x n não implica, necessariamente, que A = 0 m x n ou B = 0 m x n. Matriz inversa Dada uma matriz A, quadrada, de ordem n, se existir uma matriz A', de mesma ordem, tal que A . A' = A' . A = In , então A' é matriz inversa de A . representamos a matriz inversa por A-1 . Determinantes Como já vimos, matriz quadrada é a que tem o mesmo número de linhas e de colunas (ou seja, é do tipo nxn). A toda matriz quadrada está associado um número ao qual damos o nome de determinante. Dentre as várias aplicações dos determinantes na Matemática, temos: • resolução de alguns tipos de sistemas de equações lineares; • cálculo da área de um triângulo situado no plano cartesiano, quando são conhecidas as coordenadas dos seus vértices; Determinantede 1ª ordem Dada uma matriz quadrada de 1ª ordem M=[a11], o seu determinante é o número real a11: det M =Ia11I = a11 Observação: Representamos o determinante de uma matriz entre duas barras verticais, que não têm o significado de módulo. Por exemplo: • M= [5] det M = 5 ou I 5 I = 5 • M = [-3] det M = -3 ou I -3 I = -3 Determinante de 2ª ordem Dada a matriz , de ordem 2, por definição o determinante associado a M, determinante de 2ª ordem, é dado por: Portanto, o determinante de uma matriz de ordem 2 é dado pela diferença entre o produto dos elementos da diagonal principal e o produto dos elementos da diagonal secundária. Veja o exemplo a seguir. 41 Menor complementar Chamamos de menor complementar relativo a um elemento aij de uma matriz M, quadrada e de ordem n>1, o determinante MCij , de ordem n - 1, associado à matriz obtida de M quando suprimimos a linha e a coluna que passam por aij . Vejamos como determiná-lo pelos exemplos a seguir: a) Dada a matriz , de ordem 2, para determinar o menor complementar relativo ao elemento a11(MC11), retiramos a linha 1 e a coluna 1: Da mesma forma, o menor complementar relativo ao elemento a12 é: b) Sendo , de ordem 3, temos: • • Cofator Chamamos de cofator ou complemento algébrico relativo a um elemento aij de uma matriz quadrada de ordem n o número Aij tal que Aij = (-1) i+j . MCij . Veja: a) Dada , os cofatores relativos aos elementos a11 e a12 da matriz M são: b) Sendo , vamos calcular os cofatores A22, A23 e A31: 42 Teorema de Laplace O determinante de uma matriz quadrada M = [aij]mxn pode ser obtido pela soma dos produtos dos elementos de uma fila qualquer ( linha ou coluna) da matriz M pelos respectivos cofatores. Assim, fixando , temos: em que é o somatório de todos os termos de índice i, variando de 1 até m, . Regra de Sarrus O cálculo do determinante de 3ª ordem pode ser feito por meio de um dispositivo prático, denominado regra de Sarrus. Acompanhe como aplicamos essa regra para . 1º passo: Repetimos as duas primeiras colunas ao lado da terceira: 2º passo: Encontramos a soma do produto dos elementos da diagonal principal com os dois produtos obtidos pela multiplicação dos elementos das paralelas a essa diagonal (a soma deve ser precedida do sinal positivo): 43 3º passo: Encontramos a soma do produto dos elementos da diagonal secundária com os dois produtos obtidos pela multiplicação dos elementos das paralelas a essa diagonal ( a soma deve ser precedida do sinal negativo): Assim: Observação: Se desenvolvermos esse determinante de 3ª ordem aplicando o Teorema de Laplace, encontraremos o mesmo número real. Determinante de ordem n > 3 Vimos que a regra de Sarrus é válida para o cálculo do determinante de uma matriz de ordem 3. Quando a matriz é de ordem superior a 3, devemos empregar o Teorema de Laplace para chegar a determinantes de ordem 3 e depois aplicar a regra de Sarrus. Determinantes Propriedades dos determinantes Os demais associados a matrizes quadradas de ordem n apresentam as seguintes propriedades: P1 ) Quando todos os elementos de uma fila ( linha ou coluna) são nulos, o determinante dessa matriz é nulo. Exemplo: 44 P2) Se duas filas de uma matriz são iguais, então seu determinante é nulo. Exemplo: P3) Se duas filas paralelas de uma matriz são proporcionais, então seu determinante é nulo. Exemplo: P4) Se os elementos de uma fila de uma matriz são combinações lineares dos elementos correspondentes de filas paralelas, então seu determinante é nulo. Exemplos: P5 ) Teorema de Jacobi: o determinante de uma matriz não se altera quando somamos aos elementos de uma fila uma combinação linear dos elementos correspondentes de filas paralelas. Exemplo: Substituindo a 1ª coluna pela soma dessa mesma coluna com o dobro da 2ª, temos: 45 P6) O determinante de uma matriz e o de sua transposta são iguais. Exemplo: P7) Multiplicando por um número real todos os elementos de uma fila em uma matriz, o determinante dessa matriz fica multiplicado por esse número. Exemplos: P8) Quando trocamos as posições de duas filas paralelas, o determinante de uma matriz muda de sinal. Exemplo: P9) Quando, em uma matriz, os elementos acima ou abaixo da diagonal principal são todos nulos, o determinante é igual ao produto dos elementos dessa diagonal. Exemplos: P10) Quando, em uma matriz, os elementos acima ou abaixo da diagonal secundária são todos nulos, o determinante é igual ao produto dos elementos dessa diagonal multiplicado por . 46 Exemplos: P11) Para A e B matrizes quadradas de mesma ordem n, . Como: Exemplo: P12) Exemplo:
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