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texto Maria Cristina Elyote Marque Santos Fundamentos da Matemática II Cruz das Almas - BA 2015 FICHA CATALOGRÁFICA S237f Santos, Maria Cristina Elyote Marques. Fundamentos da matemática II / Maria Cristina Elyote Marques Santos._ Cruz das Almas, BA: UFRB, 2015. 152p.; il. ISBN: 978-85-5971-040-3 1.Matemática – Polinômios. 2.Matrizes (Matemática) – Trigonometria. I.Universidade Federal do Recôncavo da Bahia, Superintendência de Educação Aberta e a Distância. II.Título. CDD: 510.7 Ficha elaborada pela Biblioteca Universitária de Cruz das Almas - UFRB. https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/ APRESENTAÇÃO Querid@s estudantes! É grande a satisfação de começarmos o estudo aqui proposto. Ao abordar os assuntos que compõem a disciplina Fundamentos da Matemática II, ora apresentados neste módulo, nos parece importante questioná-los a partir das seguintes indagações: quais foram os matemáticos que desenvolveram esses assuntos? Que teorias sustentam esses temas? Quais suas principais aplicações? Assim, o propósito deste módulo é responder a estas perguntas e proporcionar o surgimento de outras no que diz respeito ao estudo de Polinômios; Trigonometria e funções trigonométricas; Matrizes, determinantes e sistemas lineares, os quais compõem a ementa da disciplina Fundamentos da Matemática II. Como, para fazer Matemática, é preciso ter imaginação, iniciem meditando sobre o pensamento: "Nunca será um verdadeiro matemático aquele que não for um pouco de poeta". (Karl Weierstrass)1. O que vocês acham a este respeito? Antes de iniciarmos nossa caminhada pela Álgebra, consideremos algumas dicas para estudar e aproveitar melhor o que o nosso módulo e todas as referências trazem. Estas dicas foram adaptadas de Pilone & Pilone (2010, p.XXV): 1) Vá devagar. Quanto mais você entende, menos você tem que memorizar; 2) Faça os exercícios. Escreva suas próprias anotações; 3) Leia as observações e os pontos em destaque; 4) Que isso seja a última coisa que você leia antes de dormir. Ou pelo menos, a última coisa desafiante; 5) Converse sobre o que você está lendo. Em voz alta; 6) Beba água. Em grande quantidade; 7) Ouça seu cérebro (ele determinará o ritmo de estudo); 8) Envolva-se na história, duvide, questione, argumente; 9) Pratique a resolução de problemas; 10) Consulte as referências indicadas para estudo. Calma, não se assuste, se em alguns momentos tratarmos de tópicos não definidos neste módulo, como Anel, Grupo, Corpo, entre outros. Estes conceitos, algumas vezes, serão citados apenas para que você saiba que a teoria ora estudada se encontra num contexto bem maior, onde estruturas algébricas são relacionadas e definidas. Por exemplo, a teoria dos Corpos é um ramo da álgebra abstrata que estuda as propriedades dos corpos. Um Corpo é uma estrutura algébrica em que a adição, a subtração, a multiplicação e a divisão são bem-definidas. Geralmente, valem as propriedades da associatividade, distributividade e comutatividade. Assim, para ter uma boa compreensão do que será exposto, é muito importante que você leia cada linha aqui apresentada com dedicação, cautela e atenção, muita atenção. Ok? Lembre-se que este material é resultado de um trabalho coletivo, feito com o objetivo de trazer a cada um de vocês conhecimento valoroso da Matemática. Boa aprendizagem para tod@s vocês! Profª Maria Cristina Elyote Marques Santos 1 Disponível em <http://www.somatematica.com.br/frases2.php>. 2 Ementa Polinômios; Trigonometria e funções trigonométricas; Matrizes, determinantes e sistemas lineares. Conteúdo Programático: TEMA 1: POLINÔMIOS 1. Definição de monômios; 2. Grau de monômio; 3. Definição de polinômios; 4. Polinômios idênticos; 5. Polinômio nulo; 6. Raiz de um polinômio; 7. Polinômios iguais; 8. Polinômios idênticos; 9. Adição de polinômios e propriedades; 10. Subtração de polinômios; 11. Multiplicação de polinômios e propriedades; 12. Divisão de polinômios: método da chave e algoritmo de Briot-Ruffini; 13. Equações polinomiais; 14. Raiz de equação polinomial; 15. Conjunto solução; 16. Resolução de uma equação; 17. Equações equivalentes; 18. Teorema fundamental da álgebra; 19. Atividades propostas I. TEMA 2: TRIGONOMETRIA 1. Tipos de triângulos; 2. Relações trigonométricas no triângulo retângulo; 3. Seno, cosseno, tangente e cotangente de ângulos complementares; 4. Arco de circunferência; 5. Medidas de arcos – unidades; 6. Medidas de ângulos; 7. Ciclo trigonométrico; 8. Razões trigonométricas na circunferência; 9. Relações fundamentais; 10. Arcos notáveis; 11. Redução ao primeiro quadrante; 12. Atividades propostas II. TEMA 3: FUNÇÕES TRIGONOMÉTRICAS 1. Funções circulares; 2. Funções periódicas; 3. Ciclo trigonométrico; 4. Função Seno. 5. Função Cosseno; 6. Função Tangente; 7. Função Cotangente; 8. Função Secante; 9. Função Cossecante; 10. Funções pares e ímpares; 11. Atividades propostas III. 3 TEMA 4: MATRIZES E DETERMINANTES 1. Noção de matriz; 2. Matrizes especiais; 3. Matrizes iguais; 4. Adição/subtração de matrizes; 5. Multiplicação de um escalar por matriz; 6. Multiplicação de matrizes; 7. Matriz transposta; 8. Matrizes invertíveis; 9. Determinantes: definição de determinante; 10. Menor complementar e complemento algébrico; 11. Teorema fundamental (de Laplace); 12. Propriedades dos determinantes; 13. Atividades propostas IV. TEMA 5: SISTEMAS LINEARES 1. Definição de sistemas lineares; 2. Equação linear; 3. Solução de uma equação linear; 4. Sistema linear; 5. Solução de um sistema linear; 6. Sistema possível. Sistema impossível; 7. Sistema linear homogêneo; 8. Teorema de Cramer; 9. Sistema possível e determinado; 10. Atividades propostas V. Bibliografia Básica: 1. IEZZI, Gelson: Fundamentos de Matemática Elementar, vol. 3, Atual Editora. 2. IEZZI, Gelson: Fundamentos de Matemática Elementar, vol. 4, Atual Editora. 3. IEZZI, Gelson. Fundamentos de Matemática Elementar, vol. 6, Atual Editora. 4. BOLDRINI, J. L., COSTA, R. L., FIGUEIREDO, V. L.: Álgebra Linear, 3ªed., Harbra,1980. Bibliografia Complementar: 5. DO CARMO, Manfredo Perdigão. Trigonometria e Números Complexos, SBM. 6. CALLIOLI, Carlos Alberto – Álgebra linear e aplicações – Ed. Atual. 7. LAY, David. ÁLGEBRA LINEAR E SUAS APLICAÇÕES. Tradução Ricardo Camelier, Valéria de Magalhães Iório. 2ª edição – Rio de Janeiro: LTC, 2007. 8. LIPSCHUTZ, Seymour & LIPSON, Marc. Álgebra Linear. 4ª ed. Coleção Schaum. Porto Alegre: Bookman, 2011. 9. NEVES, Maria Augusta F.; GUERREIRO, Luís, Matemática, (10º ano - Geometria I e Funções I, 11º ano - Geometria II, Funções II e Sucessões, 12º ano - Trigonometria e Funções III), Porto Editora, 1999 (ou posterior). 10. SMOLE, Kátia Stocco & DINIZ, Maria Ignez. Matemática Ensino Médio. Volume 2, 9ª ed. São Paulo: Saraiva, 2013. 4 UM POUCO DE HISTÓRIA... Muitos são os matemáticos que nos deram contribuições para compor o corpo teórico que hoje denomina-se Álgebra. Para iniciar esta conversa, podemos pensar em Mohammed ibn- Musa al Khowarizmi (Maomé, filho de Moisés, de Khowarizm), matemático e astrônomo árabe que [...] escreveu dois livros sobre aritmética e álgebra que tiveram papéis muito importantes na história da matemática. Um deles sobrevive apenas numa única cópia de uma tradução latina com o título De numero hindorum (Sobre a arte hindu de calcular), a versão árabeoriginal tendo sido perdida. Nessa obra, baseada provavelmente numa tradução árabe de Brahmagupta, al- Khowarizmi deu uma exposição tão completa dos numerais hindus que provavelmente foi o responsável pela impressão muito difundida, mas falsa, de que nosso sistema de numeração é de origem árabe. [...] A nova notação veio a ser conhecida como a de al-Khowarizmi, ou mais descuidadamente, algorismi; finalmente o esquema de numeração usando numerais hindus veio a ser chamado simplesmente algorismo ou algoritmo, palavra que, originalmente derivada do nome de al-Khowarizmi, agora significa, mais geralmente, qualquer regra especial de processo ou operação – como o método de Euclides para encontrar o máximo divisor comum, por exemplo (BOYER, 1974, p.166). Você percebe que o fragmento acima serve como ilustração de que as contribuições à matemática que se pratica atualmente são decorrentes, em alguns casos, de releituras e reconfigurações de algum conhecimento prévio, existente? É como se um grande prédio fosse paulatinamente construído no qual cada um pusesse mais um "tijolo" para contribuir. Assim, a área da matemática que vamos estudar neste módulo se inicia desta maneira e vai aos poucos se consolidando, pois a cultura árabe foi aos poucos se esparramando pela Europa. Figura 1 - Matemático e astrônomo árabe, Mohammed ibn-Musa al-Khowarizmi. Imagem disponível em <http://pt.wikipedia.org/wiki/Matem%C3%A1tica>. Acesso em 06 abr. 2015. 5 Acontece que : Na Alemanha, por exemplo, os livros sobre álgebra foram tão numerosos que durante algum tempo a palavra germânica coss para a incógnita triunfou em outras partes da Europa, e o assunto ficou conhecido como a ‘arte cóssica’. Além disso, os símbolos germânicos para adição e subtração acabaram substituindo os p e m italianos [usados para simbolizar as operações citadas]. Em 1489, antes da publicação da Summa de Pacioli, um professor alemão de Leipzig, Johann Widman (nasceu aproximadamente em 1460) tinha publicado uma aritmética comercial, Rechenung auff allen Kauffmanschafft, o mais antigo livro em que nossos sinais + e – aparecem impressos. Usados inicialmente para indicar excesso e deficiência em medidas, em armazéns, mais tarde tornaram-se símbolos para as operações aritméticas familiares. Widman, incidentalmente, possuía uma cópia manuscrita da Álgebra de al- Khowarizmi, obra bem conhecida também por outros matemáticos alemães (BOYER, 1974, p. 205). Voltando-nos para o estudo de polinômios, devemos nos remeter ao fato que o ano de 1545 é considerado como "marco do início do período moderno na matemática" pelo fato que nesse ano [...] a resolução não só da [equação] cúbica como também da [equação] quártica tornaram-se conhecimento comun pela publicação da Ars magna de Gerônimo Cardano (1501-1576). [...] Deve-se assinalar imediatamente, porém, que Cardano (ou Cardan) não foi o descobridor original da solução quer da [equação] cúbica quer da [equação] quártica. Ele próprio admitiu isso francamente em seu livro. A sugestão para resolver a [equação] cúbica, ele afirma, lhe tinha sido dada por Niccolo Tartaglia (cerca de 1500-1557); a solução da [equação] quártica tinha sido descoberta primeiramente pelo antigo amanuense de Cardano, Ludovico Ferrari (1522-1565) (BOYER, 1974, p. 206). Quase ao mesmo tempo, Aproximadamente na virada do século XV para o XVI, Scipione del Ferro (1465-1526), professor da Universidade de Bolonha, conseguiu resolver esse tipo de equação [cúbica]. Ora, como a substituição x = y - (a/3) transforma x3 + ax2 + bx + c = 0 em y3 + py + q = 0, então o segredo da resolução das equações cúbicas estava praticamente desvendado (IEZZI, 2005, p. 99). O que você acha destas contribuições à solução de equações de grau superior a dois, que por muitos anos foram consideradas impossíveis de serem resolvidas? Por que alguns destes nomes não são tão conhecidos na atualidade? Por que não ler mais um pouco sobre estes e outros assuntos consultando as referências sugeridas no fim deste módulo? Estes são apenas pequenos petiscos para deixar você com "água na boca" e ficar com "gosto de quero mais" para seguir mais adiante. Então, avante! Se envolva neste estudo, pois "A Assista ao vídeo "Origens da Álgebra", no qual se narra de forma resumida as origens desta área, criado e sugerido pela Khan Academy. Para isso, acesse o link <https://pt.khanacademy.org/math/algebra/introduction-to- algebra/overview_hist_alg/v/origins-of-algebra>. Além desse vídeo, sugiro a leitura do texto “Breve história da Álgebra abstrata” acessando o link <http://www.bienasbm.ufba.br/M18.pdf>. 6 álgebra é generosa: frequentemente ela dá mais do que se lhe pediu" (Jean Le Rond d'Alembert)2. POLINÔMIOS Faremos o estudo de polinômios a partir da definição de sequências de números reais. Assim, será construída a ideia de polinômios determinados com coeficientes no conjunto dos números reais. Porém, antes de iniciarmos de maneira formal, iremos tratar o tema a partir de questionamentos e de uma situação-problema. Vamos lá? O que são polinômios? Como eles são definidos? Por que estudar polinômios? Quais suas aplicações? Na tentativa de responder para que servem os polinômios ou ajudar na reflexão sobre este tópico, trazemos o fragmento a seguir: Se não houvesse polinômios, muito provavelmente não poderíamos utilizar CDs, nem de música nem de computador. Os polinômios (e aritmética módulo n, corpos finitos, enfim, tópicos de álgebra abstrata) são a base do código que faz com que os dados sejam escritos em CDs, os chamados códigos corretores de erro. Todo meio de comunicação tem o que chamamos de ruído, que faz com que os dados não sejam transmitidos corretamente (não é incompetência do transcritor de dados, é a própria natureza - um bom exemplo é a recepção de celular com ruído atmosférico). Assim, são necessários códigos que eliminem ou corrijam esses erros, que são esses códigos corretores de erros. É claro que, para compreender isso, é necessário algum estudo de álgebra abstrata e, dependendo do código, até de geometria projetiva finita!3 Com as leituras acima, nós já podemos imaginar que os polinômios têm vasto uso na nossa vida cotidiana, sem contar na aplicação em diversas áreas da própria Ciência. Vejamos um exemplo no qual sugerimos construir uma caixa sem tampa a partir de uma folha retangular de papelão, retirando-se os quatro cantos, conforme mostra a figura 2, a seguir. 2 Disponível em <http://www.somatematica.com.br/frases2.php>. 3 Disponível em <http://supmat.blogspot.com.br/2012/02/texto-para-refletir-para-que-servem.html>. Leia o texto "Uso de polinômios para surpreender" no link a seguir <http://www.ufrgs.br/espmat/disciplinas/funcoes_modelagem/modulo_III/pdf/p olinomios.pdf> e identifique qual/quais objetivo/objetivos da autora ao mostrar aplicações do uso de polinômios de uma forma surpreendente. Os polinômios são expressões algébricas, que envolvem números e letras interligados pelas operações de adição/subtração, multiplicação/divisão. Ou seja, num polinômio encontraremos números (que representam as constantes e expoentes) e letras (que representam as variáveis). 7 A proposta é fazer uma caixa, sem tampa superior, para organizar alguns objetos, cortando os quatro cantos do papelão da maneira como se apresenta na figura anterior e, com os retângulos que resultam do recorte, formar as laterais da caixa. Mas, como saber qual a medida que deve ser retirada de cada canto do papelão de modo a se ter uma caixa com o maior volume possível? Na medida em que x varia, o volume final da caixa varia, pois o volume da caixa depende da variável x. Lembrar que x representa o tamanho do corte que determinaráa altura da caixa a ser montada. Dizemos, então, que o volume é uma função de x. Figura 3 - Modelo de caixas sem tampa. Disponível em <http://www.madamecriativa.com.br/posts- recentes/caixinhas-de-origami-para-organizar-pequenos-objetos>. Acesso 08 abr. 2015. Considere que a medida da lateral da folha de papelão original é m, conforme aparece na figura 4, a seguir: Imagine que os cortes sejam feitos com diferentes comprimentos para x. Ainda, imagine a caixa que se pode construir quando o valor do corte vai sendo variado. Figura 2 - Esquema para construção de uma caixa sem tampa. 8 Figura 4 - Medida m da lateral da folha de papelão. E então? Está acompanhando o desenvolvimento do raciocínio a que queremos chegar? Continuemos, então... Para calcular o volume da caixa utilizaremos o seguinte raciocínio: Sabemos da geometria que o volume de um sólido de base quadrada é a área da base vezes altura. No caso em questão, a base é quadrada de medida: (m – 2x) Desta forma, para calcular a área da base fazemos: (m – 2x)(m – 2x) = (m – 2x)2 Como a altura da caixa que iremos formar é x, o volume é calculado da seguinte maneira: V(x) = (m – 2x)2.x = (m2 – 4mx +4x2)x = m2x – 4mx2 + 4x3 Toda expressão como a que foi determinada acima, como o volume da caixa, é considerada como polinômio ou função polinomial em x. Gostou? É um exemplo simples que nos permitirá, a depender do valor da medida lateral da folha de papelão, determinar o valor que devemos recortar em cada canto para fazer uma caixinha sem tampa para colocar objetos em casa. Bem prático, não acha? Que tal você procurar outros exemplos cujas soluções recaiam num polinômio ou numa função polinomial? Para definir um polinômio vamos pensar em cada uma das partes que forma o polinômio do exemplo acima. V(x) = m2x – 4mx2 + 4x3 O V(x) pode ser desmembrado em três partes , e Cada uma destas partes é chamada de monômio. Bem, agora que você já tem uma ideia do que seja um polinômio e de como são formadas as suas partes, vamos defini-lo formalmente? m m2x – 4mx2 + 4x3 9 SUCESSÃO OU SEQUÊNCIA DE NÚMEROS REAIS Chama-se sucessão/sequência de números reais toda aplicação f de (conjunto dos números naturais) em ℝ (conjunto dos números reais). Estamos usando as duas nomenclaturas, mas alguns autores chamam sequências no lugar de sucessões. Usaremos as duas formas indistintamente. Assim, em toda sucessão, a cada número natural i está associado um número real : Figura 5 – Aplicação f: ℕ Apesar de se definir a sucessão como toda aplicação f: ℕ , é comum que se indique a sucessão f, apenas por sua imagem: onde cada número real ( ) é chamado de termo da sucessão. IGUALDADE DE SUCESSÕES Duas sucessões são iguais se, e somente se, apresentarem termos correspondentes (ou seja, termos com mesmo índice) iguais. Desta forma, se f = e g temos: i SUCESSÕES QUASE-NULAS Uma sucessão é quase-nula se, e somente se, todos os termos que sucedem um certo termo são nulos. Desta forma, a sucessão é quase-nula se existe um número natural n tal que para todo índice i > n. 10 EXEMPLOS São sucessões quase-nulas: 1. (2,8,0,0,...,0,0,...) onde para todo i > 1; 2. (2, 5, 6, 7, 0, 0, 4, 5, 0, 0, ..., 0, 0, ..., 0, ...) onde , para todo i > 7; 3. (1, 0, 0, ..., 0, ...) onde , para todo i > 0 (esta é chamada a sucessão unidade ou sequência unidade); 4. (0, 0, 0, 0, ..., 0, ...) onde , para todo i (é chamada de sucessão nula ou sequência nula). OBSERVAÇÃO Uma sucessão quase-nula tem um número finito (n + 1, no máximo) de termos não nulos. ADIÇÃO DE SUCESSÕES A soma de duas sucessões e é uma sucessão tal que cada termo é dado por = , i . Exemplo 1. Calcular a soma das sucessões e (bi), onde = 3i e = 2i + 2. Solução: = = 3i + 2i + 2 = 5i + 2. Assim, = (2, 7, 12, 17, ..., 5i + 2, ...) MULTIPLICAÇÃO DE SUCESSÕES Considera-se o produto de duas sucessões e à sucessão , tal que é a soma de todos os produtos da forma com i + j = k. Desta forma, 11 ...................................................................... ............................................................................................................... Resumidamente, = . (I) EXEMPLO Determinar os três termos iniciais do produto das sucessões e (bi), onde = i - 3 e = 2j. Solução: Temos que e . Considerando que , então: Primeiro termo: = -3.0 = 0 Segundo termo: = (-3).2 + (-2).0 = - 6 Terceiro termo: Conclusão: . OPERAÇÕES COM SUCESSÕES QUASE-NULAS Teorema T 1 - A soma de duas sucessões quase-nulas e é uma sucessão quase-nula. Demonstração Por definição numa sucessão quase-nula existem números naturais m e n tais que Há três possibilidades para m e n: 1) m < n; 2) m = n; e, 3) m > n. Aplicando o dispositivo prático da adição temos: 1) m < n: ... ... 0 0 0 0 ... 12 ... ... 0 0 0 ... ... ... 0 0 0 ... 2) m = n: ... 0 0 0 0 ... ... 0 0 0 0 ... ... 0 0 0 0 ... 3) m > n: ... ... 0 0 0 ... ... ... 0 0 0 0 ... ... ... 0 0 0 ... Em todos os casos, existe um índice p (o maior dos números m e n) tal que , para todo i > p. Teorema T 2 - O produto de duas sucessões quase-nulas e é uma sucessão quase-nula. Demonstração: Na definição de uma sucessão quase-nula temos que existem números naturais m e n tais que Aplicando o dispositivo prático para a multiplicação, temos: ... 0 0 0 ... ... 0 0 0 ... ... 0 0 0 ... ... 0 0 0 ... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... 0 0 0 13 0 0 0 0 ... 0 0 0 0 0 0 0 0 ... 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . O que se pode verificar na tabela acima é que a sucessão apresenta o termo (pois os outros termos da diagonal são nulos) e para todo k > m + n (pois todos os termos das diagonais são nulos). Indicaremos por E o conjunto de todas as sucessões quase-nulas de elementos de A. O conjunto E é fechado em relação à adição e à multiplicação conforme se pode verificar pelos teoremas T1 e T2, anteriores. OBSERVAÇÕES 1. A seguir trataremos do teorema que garante as propriedades de associatividade da multiplicação, comutatividade da multiplicação, existência do elemento unidade da multiplicação e distributividade da multiplicação em relação à soma para a adição e multiplicação das sucessões-quase nulas. 2. O mesmo será aceito sem demonstração por envolver assuntos que ultrapassam os conhecimentos até então desenvolvidos. Teorema T 3 – O conjunto E de todas as sucessões quase-nulas, de elementos do anel A, é um anel comutativo com elemento unidade, em relação às operações de adição e de multiplicação definidas acima. Admitiremos que este teorema é válido, sem demonstração, pois envolve conhecimentos ainda não trabalhados no curso. O conjunto E com as propriedades consideradas no Teorema 3, anterior, é chamado anel de polinômios com coeficientes em A e seus elementos são denominados polinômios com coeficientes em A. Em outras palavras, cada sucessão quase-nula passa doravante a ser chamada polinômio de coeficientes reais. EXEMPLO f = (7, -9, 3, 0, 0, 0, ..., 0, ...) g = (1, , -1/2, 3, 0, 8, 6, -3, 0, 0, 0, ...,0, ...) São alguns polinômios de coeficientes reais. 14 MONÔMIO O monômio (ou termo algébrico) é toda expressão algébrica representada por um número, por uma incógnita, ou pelo produto de números e incógnitas. Assim ; x; ; -xy2. São exemplos de termos algébricos ou monômios. OBSERVAÇÃO Cada uma das parcelas deum polinômio é um monômio. EXEMPLO No caso do monômio , identificamos que é o coeficiente e x é a parte literal ou variável ou incógnita. OBSERVAÇÕES 1. Quando o coeficiente é 1, escrevemos x ao invés de escrevermos 1x, por exemplo. O mesmo acontece no caso –x que escrevemos no lugar de –1x; 2. Quando o coeficiente numérico é igual a 0, o monômio é dito nulo; 3. Todo número real é um monômio, só que sem a parte literal. GRAU DE UM MONÔMIO DEFINIÇÃO DE POLINÔMIOS DEFINIÇÃO: Um polinômio (ou função polinomial) de grau n é uma função da forma Onde os coeficientes são números reais dados, com e n é um número natural. A soma dos expoentes de todas as variáveis que formam um monômio determina o grau de um monômio. Se p(x) é um monômio de grau n, então indicamos . 15 EXEMPLOS 1. O monômio x5 é do 5º grau; 2. O monômio m9n é do 9º grau em relação a variável m e do 1º grau em relação a n. OBSERVAÇÕES Condições de existência de um polinômio: 1. Os coeficientes são números reais ou números complexos; 2. Os expoentes são números naturais. GRAU DE UM POLINÔMIO Seja f = ( ) um polinômio não nulo. Chama-se grau de f, e representa-se por ou gr(f), o número natural n tal que e para todo i > n. Assim, grau de um polinômio f é o índice i máximo para o qual . EXEMPLOS 1. . Desta forma, observamos que, em p(x), . Além disso, você pode verificar que p(x) é um polinômio de grau 6; 2. . Para o polinômio q(x), = 0, e . Assim concluímos que q(x) é de grau 5. 3. Um polinômio de grau zero é uma função constante: f(x) = 5, por exemplo. 4. Considere m, n, a, b e c números reais. A função afim f(x) =mx + n, com m 0 e a função quadrática f(x) = ax2 + bx + c, com a 0, são exemplos de polinômios de primeiro grau e de segundo grau, respectivamente. A partir das observações acima, você é capaz de escrever dois exemplos de polinômios em x? Então, o que está esperando??? 16 5. As expressões algébricas , , e são exemplos de polinômios. 6. f = (7, -9, 3, 0, 0, 0, ..., 0, ...) => a0 = 7, a1 = -9, a2 = 3 => = 2 7. g = (1, , -1/2, 3, 0, 8, 6, -3, 0, 0, 0, ...,0, ...) => = 7 8. h = (1, 4, 5, -4 + a, 0, 0, 0, ..., 0, 0, ...) 9. 8m3n + m9n → esse polinômio é do 9º grau em relação a variável m e do 1º grau em relação a n. 10. x8y7+ 4xy2 → esse é um polinômio do 8º grau em relação a variável x e do 7º grau em relação à y. Ao mesmo tempo, é possível dizer que o grau desse polinômio é 15 se considerarmos em relação às variáveis xy. OBSERVAÇÕES 1. Se o grau do polinômio f é n, então an é chamado coeficiente dominante de f. No caso do coeficiente dominante an ser igual a 1, f , é chamado polinômio unitário. 2. Chama-se grau de um polinômio f = ( , f 0’ (f um polinômio não-nulo), ao número natural n = max{i ℕ/ 0}. Teorema T 4: Se f e g são dois polinômios não-nulos, pertencentes a E, temos: se f + g 0’, então, . Suponhamos que , então: São possíveis três casos: 1º) m < n, portanto máx {m, n} = n F a0 a1 a2 ... am ... 0 0 0 0 ... G b0 b1 b2 ... bm ... bn 0 0 0 ... f + g a0 + b0 a1 + b1 a2 + b2 ... am + bm .... bn = cn 0 0 0 ... Temos e para i > n, portanto, 2º) m = n, portanto máx {m, n} = m = n f a0 a1 a2 ... an ... 0 0 0 ... g b0 b1 b2 ... bn ... 0 0 0 ... 17 f + g a0 + b0 a1 + b1 a2 + b2 ... an + bn = cn .... 0 0 0 ... Temos ci = 0 para todo i > n, portanto . (cn pode ser zero, por exemplo se an e bn forem simétricos, por isso não é necessariamente igual a n, mas com certeza não é maior do que n). 3º) m > n, portanto máx {m, n} = m F a0 a1 a2 ... an ... am 0 0 0 ... G b0 b1 b2 ... bn ... 0 0 0 0 ... f + g a0 + b0 a1 + b1 a2 + b2 ... an + bn .... am = cm 0 0 0 ... Temos cm ci = 0 para todo i > m, portanto (c.q.d.). Teorema T 5: Sejam f = ( e g = ( dois polinômios não-nulos de coeficientes reais, então temos: = Demonstração: ∂f+∂g Suponhamos que = m e . Então, decorre que: e . Provemos que o produto fg = ( apresenta grau m + n, isto é, 18 Aplicando o mesmo dispositivo prático antes utilizado, temos: ... 0 0 0 ... ... 0 0 0 ... ... 0 0 0 ... ... 0 0 0 ... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... 0 0 0 0 0 0 0 ... 0 0 0 0 0 0 0 0 ... 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . É possível verificar que a sequência fg = ( apresenta: , pois 0 e e para todo k > m + n pois quando k > m + n todos os termos da diagonal são nulos. EXEMPLOS 1. f = (4, 3, 0, 0, 0, ..., 0, ...) => = 1 g = (1, 2 ,5, 0, 0, 0, ..., 0, ...) => = 2 fg = (4, 11, 26, 15, 0, 0, ..., 0, ...) => = 3∂f+∂g ∂f+∂g 2. f = (1, 2, 1, 5, 0,0,0, ..., 0, ...) => = 3 g = (3, -6, 7, 8, 0, 0, 0, ..., 0, ...) => = 3 19 fg = (3, 0, -2, 31, -7, 43, 40, 0,0, ..., 0, ...) => = 6∂f+∂g POLINÔMIOS CONSTANTES Consideremos agora a aplicação que a todo elemento a, de A, faz corresponder o polinômio ( , onde Os elementos de A passam a ser denominados polinômios constantes. Exemplos de polinômios constantes: 0’ = (0, 0, 0, ..., 0, ...) 1’ = (1, 0, 0, 0, ..., 0, ...) (a + b)’ = (a + b, 0, 0, 0, ..., 0, ...) INDETERMINADA Considere o polinômio e = 0, qualquer que seja i e a um elemento qualquer de A. Este elemento a está identificado com o polinômio ( E, onde e , qualquer que seja i 0. Afirmamos que: a , onde n 0, , qualquer que seja k (I) Demonstração: 1º) Utilizando a demonstração por indução completa sobre n, temos que a afirmação (I) é verdadeira para n = 0. 2º) Suponhamos que onde n e = 0 se k n. 3º) Seja O primeiro termo dessa igualdade pode ser escrito da seguinte maneira: = ( Resultando que = . Assim temos que . Se p , temos que , pois, p – 1 n e, que (c.q.d.). 20 Assim, polinômio x = (0, 1, 0, 0, ..., 0, ...) é denominado indeterminada. Ao mesmo tempo, se f = ( então f é a soma dos seguintes polinômios: = ( = ( ( (0 ................................................. ( Decorrendo que, = (notação usual de polinômios). OBSERVAÇÕES 1. Cada uma das parcelas é denominada termo ou monômio do polinômio f. 2. Os polinômios constantes são denominados os coeficientes do polinômio f. 3. f tem grau menor ou igual a m. POLINÔMIOS IDÊNTICOS OU IGUAIS Para entender o que caracteriza a igualdade entre dois polinômios tratemos antes de definir o que é um polinômio nulo. Acompanhe-nos! Dizemos que um polinômio p(x) é dito nulo (ou identicamente nulo) se o valor numérico de p(x) para todo x real é zero. Em outras palavras, p(x) = 0 p(x) = 0, x ℝ OBSERVAÇÃO Se é um polinômio nulo .4 4 Este resultado por enquanto será aceito sem demonstração, tendo em vista a demonstração depender de assuntos ainda não abordados neste módulo. Para fazer a demonstração contida na observação acima é preciso utilizar o cálculo do determinante de uma matriz formada pelos coeficientes que se deseja verificar como nulos. Assim, não faremos a demonstração por conter assuntos ainda não vistos no curso! Para os que queiram aprofundar o estudo, sugiro acessar o livro IEZZI, Gelson. Fundamentos da Matemática Elementar: complexos, polinômios e equações, Volume 6, 8ª ed., p.55, São Paulo: Atual, 2013. 21 Sejam os polinômios M(x) e N(x): Podemos afirmar que M e N são idênticos e indicaremos por M(x) N(x) se, e somente se, . Em outras palavras, para qualquer i N. OBSERVAÇÕES 1. M(x) N(x) ; 2. M(x) N(x) M(x) = N(x) . OPERAÇÕES COM POLINÔMIOS As operações entre polinômios são feitas envolvendo cálculos algébricos. Você perceberá que, apesar de estarmos tratandode operações entre polinômios, é de extrema importância a aplicação de regras nas operações entre os monômios. Assim veremos que os procedimentos utilizados na adição e subtração de polinômios envolvem técnicas de redução de termos semelhantes, jogo de sinal, operações envolvendo sinais iguais e sinais diferentes. Ao mesmo tempo, de uma forma sintética, para a multiplicação realizaremos a multiplicação entre os coeficientes numéricos e multiplicação entre as partes literais (que resultará em conservar a base e somar os expoentes) e no caso da divisão entre polinômios utilizaremos duas regras: realizar a divisão entre coeficientes numéricos e divisão de potências de mesma base (conservar a base e subtrair os expoentes). ADIÇÃO Dados dois polinômios p(x) = = q(x) = = chama-se adição ou soma de p(x) e q(x) ao polinômio s(x) = (p + q)(x) = = 22 EXEMPLOS 1. Determine a soma dos polinômios p(x) = - e q(x) = . Solução: completando os polinômios para aplicarmos a definição de soma de polinômios, segue: p(x) = e q(x) = . Então: p(x) + q(x) = (p+q)(x) = (0+1)x5 + (0+0)x4 + (0-1)x3 + (-1+1)x2 + (3+2)x + (-2-4) = x5 – x3 +5x – 6. 2. A soma dos polinômios p(x) = 4x5 – x2 + x - 2 e q(x) = 3x3 +5x + 3 é o polinômio identicamente nulo. Solução: Devemos verificar se a afirmação está correta! Então, para isso, vamos somar os polinômios p(x) e q(x). p(x) + q(x) = 4x5 – x2 + x – 2 + 3x3 +5x + 3 = 4x5 + 3x3 – x2 + x + 5x – 2 + 3 = 4x5 + 3x3 – x2 + 6x + 1, o qual não é um polinômio identicamente nulo! Conclusão: A afirmação é falsa. SUBTRAÇÃO Dados os polinômios p(x) = = q(x) = = (p-q)(x) = p(x) – q(x) = p(x) + [-q(x)] = + [- ( )] = = ( = EXEMPLOS 1. Dados os polinômios p(x) = e q(x) = , calcule p(x) – q(x). Solução: 23 p(x) – q(x) = – ( ) = (5-5)x3 + (0 – (-1))x2 + (2-1)x + (0-(-4)) = 0x3 + x2 + x + 4 = x2 + x + 4. 2. Dados os polinômios p(x) = 6x2 – 4x + 12 e g(x) = -4x3 + x2 – 6, o polinômio p(x) – g(x) tem como monômio de maior grau 4x3. Solução: p(x) – g(x) = 6x2 – 4x + 12 – (-4x3 + x2 – 6) = 6x2 – 4x + 12 + 4x3 - x2 + 6. Neste ponto devemos agrupar os monômios de mesmo grau, em ordem, o que nos dá que p(x) – g(x) = 4x3 + 5x2 – 4x + 18. Facilmente observamos que o resultado é um polinômio cujo monômio de maior grau é 4x3. O que torna a sentença verdadeira! MULTIPLICAÇÃO Para a multiplicação de polinômios podemos considerar duas possibilidades, a multiplicação de um polinômio por um monômio e a multiplicação em que os dois termos são polinômios. Antes de ver as duas possibilidades em exemplos, vejamos a regra geral. Considere os polinômios p(x) = = q(x) = = Chama-se produto p(x).q(x) o polinômio p(x).q(x) = O polinômio p(x).q(x) = . Cada coeficiente = Nos próximos teoremas T6 a T8 trataremos das propriedades que a adição e multiplicação de polinômios têm. Os resultados apresentados por estes teoremas fazem com que o conjunto de todos os polinômios seja definido como um grupo, assunto que será visto, apenas, em semestres posteriores. Porém, as demonstrações não estão de todo completas... Convidamos você a completá- las! Vejamos, então! Teorema T 6 – Na operação de adição de polinômios, verificam-se as propriedades: associativa, comutativa, existência de elemento neutro e do elemento inverso aditivo. Demonstração: Você está entendendo bem os assuntos? Para aprofundar o estudo sobre este tópico acesse o link <https://www.youtube.com/watch?v=Rl13YyaOktM> e tire suas dúvidas de maneira bem simples e descomplicada. 24 Propriedade Associativa: f + (g + h) = (f + g) + h, quaisquer que sejam os polinômios . Considere , , , f + (g + h) e (f + g) + h = ( . Assim, temos que: = . Propriedade Comutativa: f + g = g + f, quaisquer que sejam os polinômios . Existência do elemento neutro: existe ea (um polinômio) tal que f + ea = f, para todo polinômio f. Existência do inverso aditivo: Para todo polinômio f, existe um polinômio f’ tal que f + f’ = ea (elemento neutro acima). Deixamos a demonstração das três propriedades acima para você fazer. Mãos à obra!!! Teorema T 7 - Na operação de multiplicação de polinômios, verificam-se as propriedades: associativa, comutativa, existência de elemento neutro multiplicativo. Para a demonstração das propriedades deste teorema T7, devemos partir das seguintes assertivas: Propriedade associativa: sendo f, g e h polinômios quaisquer, é válido que f.(g.h) = (f.g).h; Propriedade comutativa: sendo f e g polinômios quaisquer, é válido que f.g = g.f; Existência do elemento neutro (multiplicativo): existe em (um polinômio) tal que f.em = f para todo polinômio f. Coragem! Demonstre o teorema T 7 provando as propriedades tratadas por ele. Teorema T 8 - A operação de multiplicação entre polinômios é distributiva em relação à adição (de polinômios). Demonstração: Sejam f = ( , g = e h = polinômios quaisquer e consideremos g + h = ( ), f(g+h) = , fg = , fh = e fg + fh = . Assim, teremos e , , portanto, f(g + h) = fg + fh. (c.q.d.). OBSERVAÇÕES 1. O conjunto P de polinômios com as operações de adição e multiplicação é considerado: (I) Um grupo comutativo se vale o teorema T6; (II) Um monoide comutativo se vale o teorema T7; (III) Um anel comutativo se valem os três teoremas T6, T7 e T8. 25 2. Para determinar o polinômio resultante do produto, devemos utilizar a propriedade da distributividade do produto em relação à soma/subtração de monômios e lembrar que o produto de potências de mesma base pode ser escrito na forma de uma única potência resultante, conservando a base e adicionando os expoentes: . EXEMPLOS 1. Dados o monômio 3x3 e o polinômio 8x2 - 8x3 – 4x. Para calcular o produto entre os dois, devemos aplicar a propriedade distributiva da multiplicação = 24x5 - 24x6 – 12x4 = = - 24x6 + 24x5 – 12x4 2. Dados os polinômios p(x) = (3x2 – 8) e q(x) = (x3 + x2 - 4). Para calcular o produto entre os dois polinômios, aplique a propriedade distributiva da multiplicação: 3x2(x3 + x2 - 4) – 8(x3 + x2 - 4) = 3x5 + 3x4 – 12x2 – 8x3 – 8x2 + 32 = 3x5 + 3x4– 8x3 – 8x2 – 12x2 + 32 = 3x5 + 3x4– 8x3 – 20x2 + 32 3. Multiplicar os polinômios e . Solução: = ( = Dispositivo prático: g f _______________________________________________________________________________________________ 26 5x. 4 4 _______________________________________________________________________________________________ Iezzi (2005, p. 63) apresenta dois dispositivos práticos para a multiplicação de polinômios, os quais seguem transcritos. Nos acompanhe na multiplicação entre os polinômios f(x) = x + 2x2 + 3x3 e g(x) = 4 + 5x + 6x2, utilizando os dois dispositivos. Após aprender como usar cada um, você pode escolher um ou outro dispositivo para realizar os exercícios que serão propostos. DISPOSITIVO PRÁTICO 1 Figura 6 – Dispositivo prático (1) para cálculo do produto de polinômios. Fonte: IEZZI, 2005, p. 63. DISPOSITIVO PRÁTICO 2 Colocamos numa tabela os coeficientes ai de f(x) e os coeficientes bj de g(x); calculamos todos os produtos aibj; somamos os produtos em cada diagonal, conforme indica a figura, obtendo os ck. Assim, no nosso exemplo, temos: c0 = 0 c1 = 4 + 0 = 4 c2 = 8 + 5 + 0 = 13 c3 = 12 + 10 + 6 = 28 c4 = 15 + 12 = 27 c5 = 18 Figura 7 - Dispositivo prático (2) para cálculo do produto de polinômios. Fonte: IEZZI, 2005, p. 63. 27 Portanto, h(x) = (fg)(x) = 4x + 13x2 + 28 x3 + 27x4 + 18x5 . RECORDANDO 1. Grau de um polinômio – é dado pelo monômio de maior grau do polinômio; 2. Grau da soma de polinômios – é sempre menor ou igual ao grau do polinômio de maior grau; 3. Grau do produto – é a soma dos graus dos polinômios envolvidos no produto. EXEMPLOS1. Determine o grau dos seguintes polinômios em xy: a. p(x) =, ; b. q(x) = ; c. h(x) = 2. Determine o polinômio f(x) do segundo grau tal que f(0) = 1, f(1) = 4 e f(-1) = 0. Solução: Seja f(x)= ax2 + bx + c. Temos: f(0) = a.02 +b.0 + c = 1 c = 1 (I) f(1) = a.12 + b.1 + c = 4 a + b + c = 4 (II) f(-1) = a.(-1)2 + b(-1) + c = 0 a – b + c = 0 (III) subtraindo (III) de (II), vem 2b = 4 b = 2 Em (II): a + 2 + 1 = 4 a = 1. Resposta: f(x) = x2 + 2x + 1. DIVISÃO A divisão polinomial vai seguir uma lógica de operação semelhante ao que se sabe da divisão entre números, também chamada de divisão euclidiana. Você se lembra? Nesta divisão, nós temos dividendo, divisor, quociente e resto. Como estamos falando de divisão de polinômio por polinômio, considere os polinômios: D(x), como o dividendo; d(x), como o divisor (polinômio não nulo); O que achou do produto entre dois polinômios? Achou complicado? Assista ao vídeo sobre multiplicação de polinômios acessando o link <https://www.youtube.com/watch?v=S7u2mZMxjOA> e fixe melhor esta operação. 28 Q(x), como o quociente; e, R(x), como o resto (podendo ser zero). Como na divisão euclidiana, a divisão polinomial tem os quatro elementos acima, como na figura a seguir, se apresenta esquematicamente: D(x) d(x) R(x) Q(x) Da disposição dos termos, decorre da divisão euclidiana que : D(x) = d(x).Q(x) + R(x) (I) Ou seja, dividendo = divisor . quociente + resto. Assim, fica claro que dividir um polinômio D(x) (dividendo) por um d(x) (divisor diferente de 0) consiste em dividir D(x) por d(x) e determinar novos polinômios Q(x) (quociente) e R(x) (resto). OBSERVAÇÕES 1. O resto da divisão polinomial pode ser zero; 2. O grau do resto é menor que o grau do divisor; 3. Caso a divisão seja exata, o resto é zero, ou seja, R(x) é o polinômio nulo. MÉTODOS PARA CÁLCULO DA DIVISÃO POLINOMIAL Nesta parte do nosso estudo, abordaremos métodos para calcular a divisão polinomial. Primeiro faremos utilizando o método da chave e em seguida abordaremos pelo algoritmo de Briot – Rufini levando em consideração as limitações e possibilidades de cada um. Vamos prosseguir? OBSERVAÇÃO Em álgebra a divisão polinomial é um algoritmo para dividir um polinômio por outro polinômio de menor ou igual grau, ou seja, uma versão generalizada da técnica aritmética de divisão. É facilmente realizável à mão, porque separa um processo complicado de divisão em divisões mais simples. Mas como resolver a equação (I)? Ou seja, quais os polinômios Q(x) e R(x) que completam a equação (I)? Antes de seguir, acesse o link <http://www.fundacaolemann.org.br/khanportugues/matematica/trigonometria_e_pre_c alculo/polinomios_e_funcoes_racionais/divisao_polinomial> sobre divisão polinomial. Então, vamos lá? 29 Fonte: <https://pt.wikipedia.org/wiki/Divis%C3%A3o_polinomial>. MÉTODO DA CHAVE (SE PARECE COM O MÉTODO DA DIVISÃO EUCLIDIANA) Para entender como este método se processa, partiremos de um exemplo. Dados os polinômios D(x) = 4x3 + 2x + 10 e d(x) = x + 2 para realizar a operação D(x): d(x) utilizaremos o seguinte mecanismo: 4x3 + 2x + 10 x + 2 -4x3 – 8x2 4x2 - 8x + 18 -8x2 + 2x +10 8x2 + 16 x 18x + 10 -18x -36 -26 O algoritmo acima seguiu o roteiro como descrevemos: inicialmente dividimos o primeiro monômio do dividendo pelo primeiro monômio do divisor, obtendo assim o primeiro monômio do quociente, e logo depois o primeiro resto parcial. Identificamos as partes citadas na divisão a seguir: Em outras palavras, no exemplo, dividimos 4x3 por x. O resultado é 4x2. Este monômio foi, então, multiplicado por x + 2. Seu resultado, 4x2(x + 2) = 4x3 + 8x2. Este polinômio deve ser posicionado abaixo do polinômio dividendo com o sinal oposto para que possamos fazer a soma algébrica que resultar. Para o problema, esta etapa se resume a 4x3 + 2x + 10 - 4x3 - 8x2. Esse procedimento deve ser repetido tantas vezes quantas necessárias. Até que se obtenha o resto, que é um polinômio de grau menor que o do divisor. No exemplo, é igual a -26. 30 VALOR NUMÉRICO Consideremos o polinômio pertencente ao anel A[x]. Chama-se valor numérico de f em a e representa-se por f(a), o número que se obtém ao substituir x por a e realizar todas as operações indicadas em f, ou seja, Exemplo: Calcular o valor numérico de em 2, -1 e i + 1. OBSERVAÇÕES 1. Valor numérico em a da soma de dois polinômios é igual à soma dos valores numéricos em a dos polinômios parcelas, ou seja, . 2. Valor numérico em a do produto de dois polinômios é igual ao produto dos valores numéricos em a dos polinômios fatores, em outras palavras: . EXEMPLO Calcule o valor numérico de se para a = 2 e a = -1. Solução: Primeira parte: ( Para a = 2: Para a = -1: Segunda parte: Para a = 2: = 63 Para a = -1: 31 = 6 RAIZ DE UM POLINÔMIO Sejam um número real e é um polinômio. Dizemos que a é uma raiz ou um zero de f se, e somente se, f(a) = 0. OBSERVAÇÕES 1. A raiz de um polinômio p(x) um número real a para o qual o valor numérico, p(a,) é igual a zero; 2. Qualquer que seja p(x), a. p(0) = termo independente do polinômio; b. p(1) = soma dos coeficientes de p(x). EXEMPLOS 1. Por exemplo, para o polinômio -1, temos que -1 = 0. Assim, dizemos que 1 é raiz ou um zero do polinômio -1. 2. Dado tem-se que: = 4 1 + 5 1 +1 + 3 = 13; = 4 64 + 5 4 – 2 + 3 = 277. OBSERVAÇÃO O polinômio também pode ser escrito na seguinte notação: Que tal assistir à resolução de um probleminha bem interessante com a utilização de polinômios? Veja no link <https://www.youtube.com/watch?v=z23O0UdHKwk> um belo exemplo oferecido pela Khan Academy. Bom estudo! Mantenha a disciplina e, com certeza, terá sucesso! 32 EXERCÍCIOS RESOLVIDOS 1. Dada a função polinomial , calcule: f(-1), f(0), f(2), f(a), f(- 3b) e f(f(-2)). Solução: f(-1) = ; f(0) = f(2) = f(a) = f(-3b) = Antes de calcular f(f(-2)), vamos calcular f(-2). f(-2) = . f(f(-2)) = 2 2. Considere o polinômio (disponível em <http://sabermatematica.com.br/exercicios- resolvidos-polinomios.html>) p(x) = 4x4 + 3x3 – 2x2 + x + k. Sabendo que p(1) = 2, então o valor de p(3) é: a) 386. b) 405. c) 324. d) 81. e) 368. Solução: p(1) = 4.1 + 3.1 – 2.1 + 1 + k =2 4 + 3 – 2 + 1+ k = 2 6 + k = 2 k = 2 – 6 k = – 4 O polinômio será p(x) = 4x4 + 3x³ - 2x² + x – 4 p(x) = 4x4 + 3x³ - 2x² + x – 4 p(3) = 4.81 + 3.27 – 2.9 + 3 – 4 = 324 + 81 – 18 + 3 – 4 = 386 Conclusão: a resposta certa é a letra a. 33 EXEMPLO 2 é raiz do polinômio 2x 3 . OBSERVAÇÃO Seja f um polinômio e a um número real. Se f(a) é zero então a é raiz de f. TEOREMA DO RESTO Teorema T 9 - O resto da divisão de um polinômio por x – a é igual ao valor numérico de f em a. Demonstração: De acordo com a definição de divisão, temos que existem polinômios q e r, tais que (I) onde q e r são, respectivamente, o quociente e o resto. Como x – a tem grau 1, o resto r ou é nulo ou tem grau zero, portanto, r é um polinômio constante. Calculando os valores dos polinômios na igualdade (I), acima, em a: 0 + Então, . (c.q.d.). Teorema T 10 - Um polinômio f é divisível por x –a se, e somente se, a é raiz de f. Demonstração: De acordo com o teorema do resto, temos r = f(a), então r = 0 ⇔ f(a) = 0 (divisão exata) (a é raiz de f) EXEMPLO Determinar a de modo que seja divisível por x – 5. Para resolver, devemos impor a condição de que : = 125 – 50a + 5a – 5 + 15 = 135 – 45a = 0 Daí decorre que . 34 x MÉTODO/ALGORITMO/DISPOSITIVO DE BRIOT-RUFFINI Iezzi (2005, p. 83) nos explica em detalhes em que consiste o dispositivo proposto por Briot-Ruffini, conforme veremos a seguir: Dados os polinômios f = , com e g = , queremos determinaro quociente q e o resto r da divisão de f por g. Façamos: q = e apliquemos o método dos coeficientes a determinar: Na condição , resultam as seguintes igualdades: No entanto, há um método que, para alguns, pode ser bem mais prático que este passo-a- passo acima. É o dispositivo Briot-Ruffini. 35 EXEMPLO 1. Consideremos os polinômios e . Vamos determinar o quociente e o resto. Solução: Há duas maneiras de determinar o quociente e o resto: 1º) Vamos desenvolver a divisão entre os polinômios como se fosse a divisão euclidiana. Disporemos os cálculos da seguinte forma, como na divisão polinomial já descrita: Resposta: e 2º) Para esta solução, faremos um esquema, no qual, à esquerda, colocaremos os coeficientes do dividendo e, à direita, posicionaremos os coeficientes do divisor. x4 x3 x2 X x0 x2 x x0 1 1 0 1 1 2 1 1 Em seguida, tomamos o primeiro coeficiente do dividendo e dividimos pelo primeiro coeficiente do divisor. Seu resultado foi colocado abaixo do divisor, ou seja, ocupou a primeira posição do quociente (numa divisão). x4 x3 x2 x x0 x2 x x0 1 1 0 1 1 2 1 1 -1 -1/2 -1/2 1/2 1/4 -3/8 36 Como seguimento, foi feito o produto do primeiro coeficiente do quociente por todos os coeficientes do divisor. Os resultados foram posicionados abaixo dos coeficientes do dividendo com sinal oposto, daí foi feita a soma algébrica. O procedimento foi repetido até que se obtiveram os coeficientes do resto (ou seja, de um polinômio de grau menor que o do divisor). x4 x3 x2 x x0 x2 x x0 1 1 0 1 1 2 1 1 -1 -1/2 -1/2 1/2 1/4 -3/8 1/2 -1/2 1 1 -1/2 -1/4 -1/4 -3/4 ¾ 1 3/4 3/8 3/8 9/8 11/8 Resposta: e O Algoritmo de Briot-Ruffini, por vezes denominado apenas como regra de Ruffini, é um método de resolução de frações polinomiais, criado por Paolo Ruffini. Esse algoritmo consiste em efetuar a divisão fazendo cálculos apenas com coeficientes e só serve para divisões de um polinômio por um binômio. (Disponível em <http://pt.wikipedia.org/wiki/Algoritmo_de_Briot- Ruffini>). Vamos aos detalhes do algoritmo de Briot-Ruffini, em sequência ao exposto acima? Para isso vamos desenvolver um exemplo proposto em <http://www.mundoeducacao.com/matematica/dispositivo-pratico- briotruffini.htm>. 37 Quadro 1: Exemplo de aplicação do dispositivo de Briot-Ruffini. OBSERVAÇÕES 1. O resto da divisão de um polinômio f(x) por x – a é igual ao valor numérico de f(x) em a (Teorema do resto); 2. Um polinômio f(x) é divisível por x – a se, e somente se, a é raiz de f(x) (Teorema de D’Alembert); 3. Se um polinômio f(x) é divisível separadamente por x – a e x – b, com a b, então f(x) é divisível pelo produto (x-a)(x-b). Lembre que a aprendizagem se estabelecerá melhor se você se empenhar nesse processo. Então, boa aventura de descobertas! Vejamos como fazer a divisão de polinômios P(x) por Q(x) quando P(x) = 5x3 – 2x2 + 3x – 1 e Q(x) = x – 2. Primeiramente, vamos verificar a raiz de Q(x): Q(x) = 0 x – 2 = 0 x = 2 Vamos montar o dispositivo de Briot-Ruffini através da raiz de Q(x) e dos coeficientes de P(x): O primeiro coeficiente de P(x) é o 5. Nós podemos reescrevê-lo na linha inferior: Agora nós multiplicamos o 5 por 2 e somamos o resultado com o segundo coeficiente de P(x), o número – 2, isto é, fazemos 5.2 + (– 2) = 8. O resultado 8 deve ser escrito embaixo do coeficiente – 2. Repetimos o processo, multiplicamos 8 por 2 e somamos com o terceiro coeficiente de P(x), o número 3. O cálculo é dado por 8.2 + 3 = 19. Escrevemos o resultado embaixo do coeficiente 3. Repetimos o procedimento pela última vez. Agora multiplicamos o 19 por 2 e somamos o resultado com – 1, ou seja, nós fazemos 19.2 + (– 1) = 37. O resultado 37 é colocado embaixo de –1 e é o resto de nossa divisão. O polinômio resultante dessa divisão é determinado pelos números 5, 8 e 19. Estes são coeficientes desse polinômio. Como fora dito anteriormente, o último número (19) é acompanhado de x0, o 8 é acompanhado de x1, e o 5 é acompanhado de x2. Portanto, o polinômio resultante da divisão de 5x3 – 2x2 + 3x – 1 por x – 2 é 5x2 + 8x + 19, e o resto da divisão é r = 37. E então, qual método você achou mais interessante? O método da chave ou o algoritmo de Briot-Ruffini? Resolva o mesmo exemplo, experimentando o método da chave. 38 EXERCÍCIO RESOLVIDO Disponível em <http://professorwaltertadeu.mat.br/CP2VEST68polin.pdf>. UM POUCO DE HISTÓRIA...5 Ao final do século XV, a álgebra pouco evoluíra em relação ao conhecimento que egípcios e babilônios tinham sobre o assunto 1800 anos antes de Cristo. O mais antigo livro impresso sobre aritmética e álgebra, a Summa (1494), do frade italiano Luca Pacioli (1445 – 1515) dá bem uma ideia desse fato, pois no que se refere à álgebra essa obra se limita à resolução de equações do primeiro e segundo graus e assim mesmo (como era usual na época) por meio de regras verbais aplicadas a casos numéricos. E Pacioli terminava seu livro afirmando ser a solução da cúbica (usando a notação moderna, e ) tão impossível quanto a quadratura do círculo. Mas esta previsão logo iria ser desmentida. Aproximadamente na virada do século XV para XVI, Scipione del Ferro (1465 – 1526), professor da Universidade de Bolonha, conseguiu 5 Fragmento de texto disponível em IEZZI, Gelson. Fundamentos de Matemática Elementar: Complexos, polinômios e equações. Vol.: 6, 8ª ed. São Paulo, 2013, p. 98 - 99. 39 resolver esse tipo de equação. Ora, como a substituição transforma numa equação do tipo , então o segredo da resolução das equações cúbicas estava praticamente desvendado. EQUAÇÕES POLINOMIAIS Figura 8 – Charge disponível em <http://www.somatematica.com.br/piadas.php>. Acesso 20 abril 2015. Bem, piadas à parte, vamos em frente. Ok? Considere as funções polinomiais do tipo , onde os coeficientes são números complexos e a variável x também é complexa. Assim, x pode ser substituído por um número complexo qualquer. Na medida em que certas propriedades só são admitidas se considerarmos os coeficientes reais, assim será feito. Definição: Considerando duas funções polinomiais y = f(x) e y = g(x), chamamos equação polinomial (equação algébrica) a toda sentença aberta do tipo f(x) = g(x). Em outras palavras, podemos dizer que uma equação polinomial ou algébrica é toda equação da forma p(x) = 0, em que p(x) é um polinômio: p(x) = anxn + an-1xn-1 + ... + a1x + a0 de grau n, com n ≥ 1. EXEMPLOS x4 + 9x2 – 10x + 3 = 0; 10x6 – 2x5 + 6x4 + 12x3 – x2 + x + 7 = 0; x8– x6– 6x + 2 = 0; x10– 6x2+ 9 = 0. 40 As raízes de uma equação polinomial constituem o conjunto solução da equação. Para as equações em que o grau é 1 ou 2, o método de resolução é simples e prático. Nos casos em que o grau dos polinômios é 3 ou 4, existem expressões para a obtenção da solução. OBSERVAÇÃO Uma sentença aberta pode ser verdadeira ou falsa dependendo do valor atribuído à variável x. EXEMPLOS 1. Consideremos f(x) = e g(x) = 3 . A sentença aberta = 3 é uma equação polinomial. Observemos que para x = 0 a sentença = 3 é falsa, pois teremos f(0) = = 1 e g(0) = 3 = -1. 2. Se considerarmos as funções polinomiais f(x) = e g(x) = temos que f(0) = g(0) é falsa, mas a sentença f(1) = g(1) é verdadeira. RAIZ DE EQUAÇÃO POLINOMIAL Dada uma equação polinomial f(x) = g(x), chama-se raiz da equação todo número que, substituído em lugar de x, torna a sentença verdadeira. Assim, o número r éraiz de f(x) = g(x) se, e somente se, f(r) = g(r) é sentença verdadeira. EXEMPLOS 1. Para a equação polinomial p(x) = x4 + 7x3 = - 6x2 + 7x - 8 tem-se que a é raiz dessa equação se, e somente se, p(a) = 0. 2. A equação polinomial formada pelos polinômios p(x) = 2x3 - x2 e o q(x) = 2x - 1, de tal forma que p(x) = q(x), tem como raízes os números -1, 1. Vejamos: p(-1) = 2.(-1)3 – (-1)2 = -2 – 1 = -3 q(-1) = 2(-1) - 1 = -3 p(-1) = q(-1) = -3. p(1) = 2.(1)3 – (1)2 = 2 – 1 = 1 q(1) = 2(1) - 1 = 1 p(1) = q(1) = 1 Conclusão: -1 e 1 são soluções da equação apresentada no exemplo. 3. No exemplo, = as raízes são -1, 2 e 1, pois: Para x = -1, temos que = 0 = 0 (verdadeiro) 41 Para x = 1, temos que = 0 = 0 (verdadeiro) Para x = 2, temos que = 9 = 9 (verdadeiro) Ao mesmo tempo, verifica-se que 0 não é raiz, pois f(0) = -1 e g(0) = -3. CONJUNTO SOLUÇÃO Ao conjunto solução ou conjunto verdade em de uma equação do tipo f(x) = g(x) dá-se o nome de conjunto S cujos elementos são as raízes complexas da equação. EXEMPLOS 1. Dada a equação polinomial = , o conjunto solução dessa equação é S = {-1, 2, 1}. 2. Considere, por exemplo, a equação . Ao calcular os valores de x que satisfazem a essa igualdade, encontramos que ⟹ x não é um número real. No entanto, podemos calcular as raízes dessa equação, fazendo , ou seja, e Assim, teremos que o conjunto solução dessa equação é S = { }. Onde –i e i são números complexos. OBSERVAÇÕES 1. é uma equação polinomial ! 2. pode ser decomposto em n fatores de grau 1: Onde são raízes da equação polinomial. RESOLUÇÃO DE UMA EQUAÇÃO POLINOMIAL Para resolver uma equação polinomial f(x) = g(x), deve-se obter o seu conjunto-solução. Ou seja, deve-se obter as raízes da equação. Devemos, então, responder a algumas questões: 1) Como obter as raízes? 2) Quantas são? 3) De que elas dependem? Resolver uma equação polinomial nada mais é que obter o seu conjunto solução. Mas, como devemos determinar o conjunto solução? Em outras palavras, como determinar a raiz ou as raízes de uma dada equação polinomial? A solução encontrada é a única? Para responder a estas perguntas trataremos das equações equivalentes. 42 EQUAÇÕES EQUIVALENTES Duas equações polinomiais são ditas equivalentes quando apresentam o mesmo conjunto solução. Assim, toda raiz de uma equação é também raiz da outra equação. EXEMPLO 1. As equações são equivalentes: (I) = e (II) = 0, pois S(I) = {-1, 2, 1} e S(II) = {-1, 2, 1}. OBSERVAÇÕES Somar aos dois membros de uma equação polinomial a mesma função polinomial e multiplicar os dois membros pelo mesmo número k 0 são transformações que não alteram o conjunto solução de uma equação polinomial; Na resolução de uma equação polinomial procuramos sempre transformá-la em uma equação equivalente, mais simples, de maneira que o conjunto solução seja obtido com maior facilidade, utilizando as operações descritas no item anterior; Quando a transformação de uma equação polinomial resulta na forma f(x) = 0, devemos considerar que a equação polinomial f(x)=0 tem grau maior que zero. Pelo que ressaltamos nas observações imediatamente acima, há duas operações que mantêm inalterado o conjunto-solução de uma equação polinomial. Ou seja, é possível transformar uma equação polinomial em outra, equivalente à primeira. 1º Somar a mesma função polinomial aos dois membros de uma equação polinomial: . 2º Multiplicar pelo mesmo número complexo k (k os dois membros de uma equação polinomial: Na prática, a primeira "operação" é enunciada da seguinte forma: numa equação polinomial, "levar" um termo de um membro para outro, implica em trocar o sinal do seu coeficiente, e não alterar o conjunto-solução; ou seja, f(x) – g(x) = 0. EXEMPLOS 1) Consideremos a equação 3 , entre as funções . Adicionemos –g(x) a ambos os membros da equação e ficaremos com: 43 Fazendo as devidas simplificações, ficaremos com: 2) As equações = 0 e 10 = 0 são equivalentes, pois a segunda foi obtida da primeira pela multiplicação por 4. CASOS NOTÁVEIS Na transformação de uma equação polinomial para a forma p(x) = 0, podem ocorrer dois casos notáveis: Caso 1. p(x) é identicamente nula: que é uma sentença verdadeira qualquer que seja o número complexo que venha a substituir x. Assim, o conjunto solução da equação p(x) = 0 é o próprio conjunto dos números complexos ℂ. Caso 2. p(x) é constante e não nula: que é uma sentença falsa para todo número complexo que venha a substituir x. Portanto, o conjunto solução da equação p(x) = 0 é vazio. OBSERVAÇÃO Para evitar os casos notáveis, trabalharemos com as equações de grau maior que 0. Mas, afinal, quantas raízes tem uma equação polinomial de grau n? Calma! Não se preocupe, pois este foi um dos muitos problemas que ocuparam os matemáticos durante muitos séculos, mas que foi resolvido no início do século XIX. Vamos ver? Considere a equação polinomial p(x) = = 0 Lembre que mesmo não sendo apresentada desta forma, pelo que vimos nas observações anteriores, é possível determinar uma equação equivalente que se apresente como p(x) acima. NÚMERO DE RAÍZES Como toda equação polinomial pode ser colocada na forma p(x) = 0, é evidente que as seguintes proposições são equivalentes: (I) r é raiz da equação p(x) = 0. (II) r é raiz da função polinomial p(x). (III) r é raiz do polinômio p. As três proposições são sintetizadas por p(r) = 0. Diremos que a equação p(x) = 0 é de grau n se, e somente se, p(x) e p são de grau n. 44 TEOREMA FUNDAMENTAL DA ÁLGEBRA Toda equação polinomial p(x) = 0 de grau n, onde n ≥ 1, admite pelo menos uma raiz complexa. Admitiremos a validade deste teorema sem demonstração, pois nela estão envolvidos conhecimentos ainda não trabalhados no curso. Para os que quiserem aprofundar um pouco mais seus conhecimentos, seguem sugestões de leituras que apresentam a demonstração desse teorema. O Teorema Fundamental da Álgebra nos garante que toda equação polinomial tem pelo menos uma raiz complexa. Resta a pergunta: quais são e como encontrá-las? Quanto maior for o grau do polinômio, mais árdua é a tarefa de encontrar os zeros da função polinomial... Mas não desanime, pois há métodos para encontrá-los! OBSERVAÇÕES6 No caso de o número complexo x + yi, sendo y ≠ 0, ser a raiz da equação a0. x n+ a1. xn-1+ … + an-1. x + an = 0, de coeficientes reais, sendo assim o seu conjugado x – yi também será raiz. E ainda, x + yi e x – yi também serão raízes de mesma multiplicidade. Consequências: 1) Equação do 2º grau, de coeficientes reais ⇒ possui apenas raízes reais ou duas raízes complexas conjugadas (não reais); 2) Equação do 3º grau, de coeficientes reais ⇒ possui apenas raízes reais ou uma real e duas complexas conjugadas (não reais); 3) Equação do 4º grau, de coeficientes reais ⇒ possui apenas raízes reais ou duas raízes complexas conjugadas (não reais) e as outras reais ou apenas raízes complexas (não reais), duas a duas conjugadas; 4) Equação do 5º grau, de coeficientes reais ⇒ possui apenas raízes reais ou duas raízes complexas conjugadas e as outras reais ou pelo menos uma raiz real e as outras raízes complexas (não reais), duas a duas conjugadas. E assim sucessivamente; 6 Fonte: <http://www.colegioweb.com.br/equacoes-algebricas/raizes-complexas.html#ixzz3jg7oSx7m>. Para ver a explicação desse teorema muito importante para a Álgebra, com exemplos, siga o link <https://pt.khanacademy.org/math/algebra2/polynomial_and_rational/fundamental- theorem-of-algebra/v/fundamental-theorem-of-algebra-intro>. Além da referência acima, sugiro a leitura dos seguintes textos: BROLESI, Fogliarino. Teorema Fundamental da Álgebra. Disponível em <http://www.profezequias.net/fabio-fogliarini-brolesi.pdf>.DELBONI, Roberta Regina & TORRES, Fernando. Teorema Fundamental da Álgebra. Disponível em <http://www.ime.unicamp.br/~ftorres/ENSINO/MONOGRAFIAS/TFA_RBTA.pdf>. 45 5) Uma equação algébrica de coeficientes reais possui sempre um número par de raízes complexas não reais; 6) Qualquer equação algébrica de coeficientes reais e grau ímpar sempre terá pelo menos uma raiz real; 7) Considere x + yi, sendo y ≠ 0, como a raiz da equação P(x) = 0, e x – yi não é a raiz dessa equação, nesse caso pelo menos um dos coeficientes de P não será real. EXEMPLOS 1. Determine as raízes de x2 + 1=0. Solução: x2 + 1 – 1 = 0 – 1 x2 = – 1 = x = Assim, as raízes são e , os quais são números complexos. 2. Determine o valor do coeficiente k, sabendo que 2 é a raiz da equação: 3x4+ kx3– 4x2+ x – 10 = 0. Solução: se 2 é raiz da equação, então temos: 3(2)4+ k(2)3– 4(2)2+ 2 – 10 = 0 3 16 + k 8 – 4 4 + 2 – 10 = 0 48 + 8k – 16 + 2 – 10 = 0 8k +24 = 0 8k = -24 k = -24/8 = -3 Temos que o valor do coeficiente k é -3. 3. Determine o valor do coeficiente k, sabendo que 2 é a raiz da equação: 2x4 + kx3 – 5x2 + x – 15 = 0 Se 2 é raiz da equação, então temos: 2(2)4 + k(2)3 – 5(2)2 + 2 – 15 = 0 2(16) + k(8) – 5(4) + 2 – 15 = 0 32 + 8k – 20 + 2 – 15 = 0 8k + 34 – 35 = 0 8k – 1 = 0 8k = 1 k = 1/8 Temos que o valor do coeficiente k é 1/8. 4. Determine o valor de m, sabendo que –3 é raiz da equação: mx3 + (m + 2)x2 – 3x – m – 8 = 0. Temos que: m(–3)3 + (m + 2)( –3)2 – 3(–3) – m – 8 = 0 m(–27) + (m + 2)(9) + 9 – m – 8 = 0 –27m + 9m + 18 + 9 – m – 8 = 0 –27m + 9m – m = 8 – 18 – 9 – 19m = –19 m = 1 46 TEOREMA DA DECOMPOSIÇÃO Todo polinômio P de grau n (n 1) P = ( ) pode ser decomposto em n fatores do primeiro grau, isto é: P = onde são raízes de P. Em relação à ordem dos fatores, tal decomposição é única. Demonstração: Da existência. (I) Sendo P um polinômio de grau n 1, pelo Teorema Fundamental da Álgebra, P tem ao menos uma raiz . Assim, P( ) = 0 e, de acordo com o teorema de D’Alembert, P é divisível por x- : P = (x ) . (1) onde é polinômio de grau n – 1 e coeficiente dominante . Se n = 1, então n – 1 = 0 e é polinômio constante, portanto, e P = . (II) Se n 2, então n – 1 1 e o T.F.A. é aplicável ao polinômio , ou seja, tem ao menos uma raiz . Assim, e é divisível por Em outras palavras, . (2) Substituindo (2) em (1) resulta que: (3) onde é polinômio de grau n – 2 e coeficiente dominante . Se n = 2, isto é, n –2 = 0, então = e P = . (III) Após n aplicações sucessivas do T.F.A, chegamos na igualdade (n) onde tem grau n – n = 0 e coeficiente dominante , portanto, = e Da unicidade. Suponhamos que P admita duas decomposições como segue: Tendo que os dois segundos membros como reduzidos e ordenados, temos que e, pela definição de igualdade de polinômios, temos necessariamente: n = m e . Ficamos com a igualdade: (I) fazendo x igual ao valor de , temos que a igualdade (I) se resume a )( )( )... ) e se o produto é nulo, um dos fatores é nulo. Assim, podemos colocar . A igualdade (I) se transforma em: 47 e, em seguida em, Substituindo x por , temos: 0 = E, analogamente, um dos fatores é nulo; com uma conveniente mudança na ordem dos fatores, podemos colocar . Assim por diante, concluiríamos que para todo . As igualdades são a prova da unicidade da decomposição. (c.q.d.) Corolário. Toda equação polinomial de grau n (n 1) admite n, e somente n, raízes complexas. MULTIPLICIDADE DE UMA RAIZ Dizemos que uma raiz r é de multiplicidade m, m 1, da equação P(x) = 0 se, e somente se, Ou seja, r é raiz de multiplicidade m de P(x) = 0 quando o polinômio P é divisível por e não é divisível por , ou melhor, a decomposição de P apresenta exatamente m fatores iguais a . EXEMPLO Fatorar o polinômio P = , sabendo que suas raízes são 1, -2, 2, -2i e 2i. Solução: Percebeu como pode ser bem interessante aplicar este teorema na busca do conjunto solução de uma equação polinomial? Veja o exemplo e as explicações dadas no link <https://www.youtube.com/watch?v=AssBjVCwXt8>. Ouça, com atenção, as explicações do professor. Bom estudo! 48 P = 5(x – 1)(x + 2)(x - 2)(x + 2i)(x – 2i) OBSERVAÇÃO Se m = 1, dizemos que r é raiz simples; se m = 2, dizemos que r é raiz dupla; e, se m = 3, dizemos que r é raiz tripla. RELAÇÕES ENTRE COEFICIENTES REAIS 1) Para uma equação do 2º grau Consideremos a equação do segundo grau cujas raízes são . Essa equação pode ser escrita na forma . Temos, assim, a identidade: Em outras palavras, Daí decorrem as relações entre raízes e coeficientes da equação como segue: e 2) Para uma equação do 3º grau: Consideremos a equação do terceiro grau cujas raízes são Vimos que essa equação pode ser escrita na forma: Pela identidade decorre que, O que nos dá as seguintes relações entre raízes e coeficientes da equação: e 49 3) Para uma equação polinomial de grau n (n 1). Dada a equação cujas raízes são temos a identidade: Onde, = = ............................................................................................ ............................................................................................ Essas relações entre raízes e coeficientes da equação P(x) = 0 são chamadas relações de Girard. EXEMPLOS 1) Calcular a soma e o produto das raízes da equação . Assim, 2) Resolver a equação , sabendo que a soma de duas raízes é 1. Juntando o fato que o problema nos dá uma equação do terceiro grau, com , e que a soma de duas raízes é igual a 1, temos que: (I) 6 Para assistir a resolução de alguns exercícios acesse o link <https://pt.khanacademy.org/math/algebra/quadratics>. Lá você vai encontrar explicações e exercícios que vão ajudar a sua compreensão do assunto. Bons estudos! 50 (II) (III) (IV) Usando (IV) em (I), temos 1 + = 6 => = 5. Substituindo em (III), temos que . De (IV) temos que (1 - = -2 . As raízes desta última equação são -1 e 2. Assim, se então e vice-versa. Resposta: a equação proposta tem como conjunto solução { -1, 2, 5}. Bem, com os exemplos acima, encerramos o capítulo do estudo de polinômios, neste módulo. Com certeza, o que você aprendeu aqui é muito importante para o aprendizado de outras áreas, bem como, para a resolução de problemas em outras temáticas. Parabéns pelo que conseguiu avançar até aqui! Continue, pois a persistência é um dos segredos do sucesso! Coragem e vamos adiante! No próximo tópico estudaremos a Trigonometria, suas funções, arcos notáveis, transformações, redução de ângulos ao primeiro quadrante, entre outros assuntos. Espero que tudo te pareça interessante e relevante. Sucesso nos estudos! Não perca de vista seu objetivo nesta disciplina, aprender mais alguns fundamentos da Matemática! 51 Vamos exercitar um pouco o que já desenvolvemos até aqui? ATIVIDADES PROPOSTAS I7 1. Quais das expressões representam um polinômio na variável x? Justifique. a. ; b. 20; c. ; d. ; e. 2. Dada a função polinomial determine: a. f(1); b. f(-1); c. f(0); d. f(f(3)); e. f(x - 1). 3. Determine a, b, c de modo que se tenha para todo x real . 4. Dado o polinômio , calcule o valor p(1 + a). 5. Determine os reais a, b e c de modo que seja o polinômio nulo. 6. (PUC) A produção diária de um certo produto por um determinado operário é avaliada por: Produção = 8x + 9x2 – x3 unidades, x horas após as 8 horas da manhã, quando começa o seu turno. Qual a produção durante a quarta hora de trabalho? 7. Relacione as duas colunas de maneira a cada polinômio esteja associado o seu grau Polinômio Grau do polinômio 7.1 p(x) = 5x4 – x3 + 12x5 - 8 a. 5º 7.2 p(x) = x7 + x9+ x3 + 3 b. 10º 7.3 p(x) = x4 – 2x3 + 3x8 c. 6º 7.4 p(x) = 15x5 + x3 + 2x6 - 9 d. 9º 7.5 p(x) = 5x4 – x7 + 2x5 e. 8º 7.6 p(x) = 5x10 – x3 + 10x5 + 5 f. 7º 7 GABARITO: as respostas das questões propostas neste módulo serão postadas na página da disciplina, no AVA do curso. 52 8. (Mackenzie – SP) Determine , para que o polinômio seja de grau 2. 9. Determine (f+g)(x), (f-g)(x) tendo f(x) = x5 + x2 – x + 2 e g(x) = x3 – x2 + x + 1. 10. Dados f(x) = (4x2 – 7x + 2), g(x)= (3x2 + 2x + 3) e h(x) = (2x2 – x + 6), calcule f(x) + g(x) – h(x). 11. (UP 2013) Sejam os polinômios reais, na variável x, A(x) = ax3 + 4x2 +bx - 5 e B(x) = 4x2 + x + c. Se os polinômio A(x) e B(x) são idênticos, ou seja, B(x) ≡ A(x), determine o valor de (b – a – c). 12. (FEI-SP) Determine A, B e C na decomposição . 13. Mostre que os polinômios f = ( +1)( +1) e g(x) = x4 + 1 são iguais (IEZZI, 2005, p.65). 14. Sendo os polinômios , determine: a. A + B; b. B-A; c. A + B + C; d. A + C; e. –B-C; f. C – B - A; g. B + C; h. C-A; i. B – A - C; j. A – C; k. B - C; l. A + B - C. 15. (UCSal-BA) Sejam os polinômios . Efetuando-se p + q.r, obtém-se: a. ; b. ; c. ; d. ; e. . 16. Efetue as multiplicações8 : a. 3y(4x2 – 2x3 – 7); b. (x4-3x2-5x +1)(-4x); c. 2x(y2 + xy + 1); d. 4ab(a2 + b2 – ab); e. 4xy2(4x + y + 1). 17. Efetue as divisões a seguir: a. ; b. ; c. . 18. (UFMG) O quociente da divisão de por é: a. x-5; 8 Disponível em <http://fatecsjc.edu.br/ead/pluginfile.php/9399/mod_resource/content/1/9%20Exerc%C3%ADcios%20so bre%20Multiplica%C3%A7%C3%A3o%20e%20divis%C3%A3o%20de%20polinomios.pdf>. 53 b. x-1; c. x+5; d. 4x-5; e. 4x+8. 19. Sendo e , resolva as operações e dê o grau dos polinômios resultantes: a. p(x) + q(x); b. q(x) – p(x); c. p(x) – 2q(x); d. p(x).q(x); e. [p(x)]2; f. p(x)/q(x). 20. (PUC – SP) Sendo x3 + 1 = (x+1)(x2 + ax + b) para todo x real, os valores de a e b são, respectivamente: a. -1 e -1; b. 0 e 0; c. 1 e 1; d. 1 e -1; e. -1 e 1. 21. Considerando os polinômios: , e . Se , então = 20. (Questão baseada em prova da Universidade Federal da Bahia). 22. (UFGO) Associe a cada uma das alternativa abaixo a letra V se, for verdadeira e a letra F se for falsa. I. A soma de dois polinômios do 3º grau é sempre um polinômio do 3º grau; II. O produto de um polinômio do 2º grau por um do 3º é sempre um polinômio do 6º grau; III. A diferença entre um polinômio do 3º grau e um do 2º grau é sempre um polinômio do 3º grau; IV. O resto da divisão de um polinômio do 3º grau por um do 2º grau é sempre um polinômio do 1º grau. Na ordem apresentada, tem-se: a. FFVV; b. FFVF; c. VVFF; d. VVVF; e. VFVF. 23. (Cescem – SP) Dividindo-se p(x) por (x – 3) resulta um resto -7 e um quociente (x – 4). Qual é o polinômio p(x)? a. x2 – 7x + 5; b. 2x; c. ; d. 2x2 – x + 14; e. 2x2 – 14x + 10. 24. (Cescem – SP) Dividindo (x3 – 4x2 + 7x – 3) por um certo polinômio p(x), obtemos o quociente (x-1) e o resto (2x – 1). O polinômio p(x) é igual a: a. 2x2 – 3x + 2; 54 b. x2 – 3x + 2; c. x2 – x + 1; d. 2x2 – 3x + 1; e. n.d.a. 25. (UFAM) A divisão de por apresenta o quociente . Os valores de a, b e c são, respectivamente: a. 1, 2 e 3; b. 1, -2 e -3; c. 1, 2 e 3; d. -1, 2 e 3. 26. (UFSC) os números m e n são tais que o polinômio é divisível por . O valor de m + n é __________. 27. (UFSC) Qual o valor de a para que o polinômio seja divisível por ? 28. (UFSC) Determine o resto da divisão do polinômio por x + 3. 29. (UFPI) O resto da divisão de k por x + 2k é: a. -2k – 1; b. k – 1; c. 4k2 – 4k – 1; d. k3 – k – 1; e. 4k3 – 2k – 1. 30. Se o polinômio é divisível por x – 1, então uma das raízes da equação é: a. 2; b. 0; c. 3; d. -3; e. -2. 31. (UFSC) Sabendo-se que uma das três raízes da equação é igual a ½, determine a soma das outras duas raízes. 32. (UFAL) Uma das raízes da equação é -3. As demais raízes são: a. -5 e 1; b. -1 e 4; c. -1 e 5; d. 1 e 4; e. 2 e 4. 33. (UFAL) A equação tem duas raízes opostas. A soma de suas raízes negativas é: a. -6; b. -5; c. -3; d. -2; e. -1. 55 TRIGONOMETRIA Figura 9: representação do círculo trigonométrico9. Nesta parte do assunto, trataremos do estudo responsável pela relação existente entre os lados e os ângulos de um triângulo. Pois é, a Trigonometria estuda as relações existentes em um triângulo. Vendo a figura acima, que mostra um círculo com inúmeros triângulos representados a partir da marcação de alguns pontos notáveis sobre o círculo, é possível ver triângulos retângulos (são os que possuem um ângulo de 90º) e os ângulos notáveis do tipo 30º, 45º e 60º. UM POUCO DE HISTÓRIA... Os primeiros a estudarem as relações entre lados e ângulos foram os povos babilônicos e egípcios, sendo, posteriormente, desenvolvidos pelos gregos e indianos. Muito se desenvolveu desde então e com a utilização do Teorema de Pitágoras (atualmente) os estudos trigonométricos ganharam novo fôlego, pois o seu uso permitiu o surgimento de fórmulas teóricas que auxiliam a solução de situações em muitos casos da vida cotidiana. Mas com que objetivo se desenvolveu a Trigonometria? A Trigonometria teve como objetivo elaborar estudos de funções trigonométricas, relacionadas aos ângulos e fenômenos periódicos. Não se sabe ao certo quando se deu sua origem, mas é possível identificar problemas 9 Fonte: Disponível em <http://www.brasilescola.com/matematica/trigonometria.htm>. 56 que envolviam a Astronomia, a Agrimensura e as grandes Navegações, por volta do século IV ou V a.C. E, conforme ressalta Boyer: A trigonometria de Viète, como sua álgebra, era caracterizada por uma ênfase maior sobre generalidade e largueza de visão. Assim como Viète foi o verdadeiro fundador de uma álgebra literal, também com alguma justificação pode ser chamado o pai de uma abordagem analítica generalizada para a trigonometria que às vezes é chamada goniometria10. Aqui também, é claro, Viète partiu da obra de seus predecessores, notadamente Regiomontanus e Rheticus. Como o primeiro, ele considerava a trigonometria um ramo independente da matemática; como o segundo, ele em geral trabalhava sem referência direta a meias cordas num círculo (BOYER, 2005, p. 225-226). É possível perceber que, como tantas outras áreas do conhecimento, o estudo das relações entre lados e ângulos de um triângulo foi se desenvolvendo pela contribuição direta ou indireta de vários pesquisadores e, a partir do século XV, a modernidade dos cálculos criou novas situações teóricas e práticas relacionadas aos estudos dos ângulos e das medidas. Havia considerável entusiasmo pela trigonometria no fim do século dezesseis e começo do (século) dezessete, mas tomou a forma primariamente de sínteses e livros de texto. Foi durante esse período que o nome "trigonometria" veio a ser dado ao assunto. Foi usado como título de uma exposição por Bartholomeu Pitiscus (1561-1613) que foi publicada pela primeira vez em 1595 como suplemento a um livro sobre esféricas e, novamente, em separado, em 1600, 1606 e 1612. Por coincidência [ou não] o desenvolvimento dos logaritmos, a partir daí sempre aliados da trigonometria, estava também tendo lugar durante esses anos (BOYER, 2005, p. 228). Assim, com a função de estabelecer quais as relações entre ângulos e medidas dos lados de um triângulo e os fenômenos que se manifestam periodicamente, a trigonometria surge e se utiliza da criação e aprimoramento de cálculos que o subsidiaram como o Cálculo diferencial e integral (por Isaac Newton e Leibniz), se estabelecendo como ramo importante da Matemática. Vale destacar que a trigonometria se aplica, direta ou indiretamente,
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