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UNIDADE 6 – ÁLGEBRA DE CORPOS NUMÉRICOS – 2ª PARTE Metas Estabelecer um estudo algébrico que possa ser aplicado no conjunto dos números reais, além dos outros conjuntos numéricos já estudados. Objetivos Ao final do estudo desta unidade o aluno deve: • saber se expressar aproximação e erro; • conhecer a noção de módulo; • saber resolver inequações envolvendo módulo; • saber resolver problemas de sistemas de equações e de inequações. Aproximações Quando fazemos conta ou quando medimos empiricamente inevitavelmente acabamos fazendo estimativas. Quando medimos empiricamente a fração 1 3 com uma régua com centímetros, milímetros etc., nunca conseguimos uma medida exata. Obtemos 0,3 ou 0,33 ou 0,333, etc., vai depender só da precisão da régua. Se quisermos estimar o valor da soma √2 + , podemos fazer algo como 1,41 + 3,14 = 4,55. Ou seja, 4,55 é uma estimativa para a soma √2 + . Agora, é bom deixar claro que estamos falando de estimativas, e não de igualdade. Assim, devemos, em casos assim, trocar o sinal, =, pelo sinal, . Por exemplo, devemos escrever, 1 3 0,3333 e √2 + 4,55. Atividade de aprendizagem Atividade 1: Um aluno realizou a seguinte conta, 508 1800 = 9044. Elabore, usando estimativas, uma explicação para seu aluno para mostrar que o cálculo não pode estar certo. Em estimativas, buscamos trabalhar com aproximações. Em Matemática sempre precisamos ter cuidado com palavras usadas no senso comum. O que significa aproximação em Matemática? Mais precisamente, se a é um número, quando o número x é uma aproximação de a? Não vale dizer que é quando x está próximo de a, essa explicação é redundante. O que podemos dizer é que x é uma aproximação de a quando a diferença entre eles é pequena, ou seja, quando x – a é pequeno. Bom, essa poderia ser uma boa explicação, mas não é precisa. Atividade de aprendizagem Atividade 2: Encontre um exemplo de caso onde x – a seja pequeno, mas sem que se tenha x próximo de a, conforme nosso senso comum. Uma maneira de perceber que x está próximo de a, sem nos perdermos em jogos semânticos, é usar a representação geométrica. Representação geométrica de dois valores “próximos”. Podemos dizer, pensando geometricamente, que o segmento limitado por a e x é pequeno. Usando linguagem de medida, podemos dizer que a distância de x até a é pequena. Podemos usar a notação, d(a, x), para designar a distância de a até x. Assim, x é uma aproximação de a quando d(a, x) é pequeno. Atividade de aprendizagem Atividade 3: A distância entre dois pontos de uma reta é um valor numérico, é a medida do segmento limitado por esses dois pontos. Em particular, é sempre um valor não negativo. Para cada item, faça um desenho que represente os pontos dados sobre a reta numérica e determine a) d(3, 7) b) d( 1 4 , 9 4 ) c) d(−3, 1) d) d(−2, 2) e) d(7, 3) f) d(9, 3) g) d(5, 3) h) d(0,2; 5,02) i) d(5,9; 5,95) j) d(−2,3; −3,1) k) d(−11,01; −15) l) d(0,5; 122) m) d(−32,4; 405,1) n) d( 9 12 ; 0,75) Atividade 4: “A fórmula d(a, b) = d(b, a) deve ser verdadeira”. Essa afirmação faz sentido? Explique o que pensa sobre isso. Essa é uma boa oportunidade para se usar argumentos intuitivos. Atividade 5: Quando trabalhamos com números, a melhor estratégia para falarmos de distância é considerar a diferença entre os números. O aluno deve ter percebido isso na Atividade 3. Mas, existe um problema, essa diferença pode gerar um número negativo, e já sabemos que a distância não pode ser negativa. a) Considere a figura a seguir. Você concorda que d(2, 5) é o mesmo que d(5, 2), e que é 3? Note que 3 = 5 – 2, ou seja, d(2, 5) = 5 – 2. b) Mas, não podemos dizer que d(a, x) = x – a, certo? Por exemplo, como ficaria, usando esta fórmula, d(5, 2)? c) Podemos dizer que d(a, x) é a diferença do maior pelo menor? E se a e x tiverem sinais contrários? E se ambos forem negativos? Considere exemplos para cada caso e analise como funciona essa pretensa regra de cálculo de distância para esses casos. d) O aluno deve ter verificado que a regra, “d(a, x) é a diferença do maior pelo menor”, funciona bem. Para exemplos numéricos funciona perfeitamente bem. Contudo, para exemplos teóricos ela já é um tanto imprecisa. Ou melhor, fica complicado estabelecer uma fórmula, ficaria d(a, x) = x – a mais alguma coisa, para evitar o sinal negativo. Vamos a seguir estabelecer o conceito de módulo que serve justamente para resolver essa questão. Contudo, antes disso, vamos avançar um pouco mais na questão da aproximação. Atividade 6: Dados a, b ℝ, a < b, a média aritmética destes valores sempre pertence ao intervalo aberto (a, b), pois a < 2 ba + < b. a) Verifique as duas desigualdades. b) Mostre que d(a, 𝑎+𝑏 2 ) = d( 𝑎+𝑏 2 , b). c) Interprete esses fatos geometricamente. Estávamos falando sobre aproximações e que podemos dizer que x é uma aproximação de a quando d(a, x) é pequeno. É claro que “ser pequeno” é uma informação relativa. Vejamos a próxima imagem. Nesta imagem do estado do Rio de Janeiro os pontos que indicam as cidades do Rio de Janeiro e de Belford Roxo parecem bem próximas, mas isso na escala da figura. Se pensarmos num deslocamento físico, mesmo que de carro, veremos que essas cidades não são tão próximas assim. Para deixar claro qual é o grau de aproximação do qual estamos falando, é interessante usar o conceito de margem de erro. Quando queremos controlar o grau de aproximação, podemos escrever d(a, x) < r, onde r limita o erro da aproximação, às vezes tal r é chamado de margem de erro. Assim, podemos dizer, x está próximo de a por um erro menor do que r no lugar da desigualdade d(a, x) < r. Também podemos dizer x difere de a por um erro menor do que r. Atividade de aprendizagem Atividade 7: Vamos escrever x a para dizer que x é uma aproximação de a. a) Digamos que x a com erro menor do que r. Podemos dizer que a x? O erro muda? b) Se x y e y z, ambos com erro menor do que r, podemos dizer que x z com erro menor do que r? Atividade 8: Rapidinhas: a) Podemos dizer que 1 0,6 com erro menor do que 0,5? b) Quando arredondamos o número 3,578455 para 3,57, fazemos uma aproximação com que erro? c) Encontre uma aproximação de √2 com erro menor do que r = 0,0001. d) Encontre uma aproximação de com erro menor do que r = 1 1000 . e) Encontre x 98 tal que o erro seja menor do que √2. f) Apresente uma aproximação de √2 + √3 por excesso com erro menor do que 0,5. g) Determine uma aproximação de 0,33333... por falta com erro menor do que 0,001. Módulo de números O que o leitor achou da Atividade 2? Ela chama a atenção para uma questão sobre os modelos intuitivos que usamos. Muitas vezes associamos a noção de ordem à noção de tamanho. Algumas vezes essa interpretação funciona, outras vezes não. Lembramos que podemos usar modelos intuitivos para buscar compreender melhor um objeto matemático, contudo o objeto matemático nunca pode ser confundido com seu modelo. Em particular, não existe modelo intuitivo que represente todas as qualidades do objeto matemático. Na Atividade 2 brincamos com o termo pequeno e as possíveis interpretações para ordem. Um elemento pode ser pequeno, do ponto de vista de ordem, mesmo sendo grande do ponto de vista de tamanho. Por exemplo, −1000 é menor do que −1. Assim, se meu saldo mudou de −1,00 reais para −1000,00 reais, posso dizer que minha dívida ficou menor? Enfim, devemos ter cuidado com interpretações! Como fazemos forte uso de representações geométricas no estudo dos números, é interessante distinguir as noções de ordem e de tamanho. Para esta última criamos a noção de módulo. Vejamos a questão geometricamente. Para qualquer número real a que imaginemos sobre a reta numérica, sempre podemos visualizar um segundo número real com o mesmo tamanho.Esse segundo elemento até tem um nome, é o simétrico de a, −a. Quando falamos de tamanho de um número a, estamos falando do tamanho do segmento limitado pela origem e o ponto que representa a. O problema para continuarmos esse texto de forma mais fluente é que que precisamos considerar uma divisão em casos. Não podemos dizer que o tamanho do número a é exatamente o seu valor. Por exemplo, gostaríamos de falar simplesmente que o tamanho do número 4 é 4! E que o tamanho de −2 é 2! Isso parece simples, não! O problema é quando falamos de modo geral, não podemos falar, o tamanho de a é a, pois não sabemos qual é o sinal de a. Para isso, devemos considerar casos. Com essa questão em mente apresentamos a noção matemática que representa a ideia de tamanho que acabamos de analisar. Dado um número real a, o módulo de a (ou valor absoluto de a) é definido por: |𝑎| = { 𝑎, se 𝑎 ≥ 0 −𝑎, se 𝑎 < 0 . Atividade de aprendizagem Atividade 9: Escreva um texto explicando que a definição de módulo é equivalente a: O módulo de a é |a| = max{a, −a}. Atividade 10: Interpretando a notação de módulo. a) “Um número x tem módulo menor do que 5”. Reescreva a frase usando intervalo. b) “O número x tem o mesmo tamanho que y”. Reescreva a frase usando módulo. c) “O número a é tal que |a| = 1”. Reescreva a frase usando distância. d) “O número x é tal que −2 < x < 2”. Reescreva a frase usando módulo. e) “O conjunto dos x tais que |x| > 1”. Reescreva a frase usando intervalo. f) “O conjunto dos x tais que |x| > 1”. Represente tal conjunto na reta numérica. Atividade 11: Considere a figura a seguir. A partir dela vamos analisar quatro situações, ou melhor, 4 interpretações distintas da mesma situação. Nessa análise, r é um número real positivo fixado e x é uma variável com certo grau de liberdade, indicado nas figuras. a) Considere a variação da figura a seguir e escreva a relação entre x e r em termos de intervalos. b) Considere a variação da figura a seguir e escreva a relação entre x e r em termos de módulo. c) Considere a variação da figura a seguir e escreva a relação entre x e r em termos de distância. d) Considere a variação da figura a seguir e escreva a relação entre x e r em termos de desigualdades. Atividade 12: Vamos rever a Atividade 11 em termos algébricos. Suponha que r > 0 seja um número real fixado. a) Suponha que x (−r, r). Relembre a definição de intervalo e mostre que −r < x < r. b) Suponha que −r < x < r. Reveja a definição de módulo e mostre que |x| < r. c) Suponha que |x| < r. Mostre que x (−r, r). d) Com a realização dos itens anteriores, ou mesmo com a Atividade 11, o que acabamos de ver é que: |x| < r −r < x < r x (−r, r). Começamos essa unidade falando de aproximações, margem de erro e distância. Faltou um pouco de notação analítica nas explicações, faltou uma notação mais sintética para as explicações, elas ficaram mais concentradas na intuição. Vimos que x é uma aproximação de x com erro menor do que r se d(a, x) < r. E vimos que d(a, x) = a – x ou d(a, x) = x – a, dependendo do que for maior, x ou a. Ou seja, já sabemos que 𝑑(𝑎, 𝑥) = { 𝑥 − 𝑎, se 𝑎 ≤ 𝑥 −(𝑥 − 𝑎), se 𝑎 > 𝑥 . Agora temos um meio mais preciso de expressar essa relação, 𝑑(𝑎, 𝑥) = |𝑥 − 𝑎|. Atividade de aprendizagem Atividade 13: Uma pessoa foi medir uma extensão com uma régua que só tinha centímetros e obteve 45,7cm. Sabemos que o algarismo 7 da casa decimal é duvidoso, depende da interpretação de quem mediu. É um valor que não é confiável. Denotando por a a verdadeira medida da extensão, reescreva a situação descrita aqui usando os termos que aprendeu sobre aproximação com erro. Mais precisamente, reescreva usando: a) linguagem natural. b) notação simbólica matemática. Atividade 14: Para que 1 𝑞 , onde q representa um número natural, fique próximo de 0 por um erro menor do que 0,0001, q deve ser maior do que qual número? Atividade 15: Considere o conjunto I = {x ℝ : |x – 5| < 2}. a) Redefina o conjunto I ainda por propriedade, mas mudando-a a partir do uso da notação de distância. b) Represente o conjunto I na reta numérica. c) Redefina o conjunto I como um intervalo. Ele é um intervalo aberto ou fechado? Atividade 16: Considere a, r ℝ, onde r > 0. Seja I = {x ℝ : |x – a| < r}. a) Escreva I como um intervalo. b) Represente I na reta numérica. c) Determine o ponto médio do intervalo I. Atividade 17: Considere o conjunto I = {x ℝ : |x – 5| > 2}. a) Redefina o conjunto I ainda por propriedade, mas mudando-a a partir do uso da notação de distância. b) Represente o conjunto I na reta numérica. c) Redefina o conjunto I em termos de intervalos. Atividade 18: Explique de forma intuitiva por que é verdade que: a) |x – a| = |a – x|. b) |a| = |−a|. Atividade 19: Com a noção de módulo passamos a encontrar novos tipos de inequações. Vamos analisar agora inequações do tipo |x – a| < r, onde as variáveis representam números reais, com r > 0 e x é a incógnita. Vamos trabalhar em cima de um exemplo, digamos |x – 2| < 5. a) Reescreva |x – 2| < 5 usando notação de distância e represente esse fato na reta numérica. b) Complete: |x – 2| < 5 x ( __ , __ ). c) Determine o conjunto solução da inequação, |x – 2| < 5. d) Resolva as inequações (defina o conjunto solução por intervalo e pela reta numérica): i) |x − 0,7| 1 5 ii) |3 – x| < 1 iii) |x + 1| √2 Atividade 20: Resolva as inequações dadas (defina o conjunto solução por intervalo e pela reta numérica): a) |x − 0,7| > 1 5 b) |3 – x| 1 c) |x + 1| √2 Atividade 21: Você se imagina resolvendo uma inequação desse tipo, |x – 1| + |x – 5 | < 8? Vamos tentar? Comece interpretando cada inequação pela noção de distância e interprete a situação sobre a reta numérica. Teste alguns pontos da reta dentro da sua interpretação. Conseguiu? Bom, qualquer dúvida, verifique o gabarito. Atividade 22: Apresente uma inequação com módulo cuja solução é representada na reta numérica conforme a seguinte figura. Sistemas de equações Vamos fazer uma breve revisão sobre sistemas de equações do seguinte tipo: { 𝑎𝑥 + 𝑏𝑦 = 𝑐 𝑑𝑥 + 𝑒𝑦 = 𝑓 , onde todas as letras representam variáveis em ℝ, sendo que x e y são incógnitas, isto é, variáveis a serem determinadas em função das outras. As propriedades operacionais permitem, numa equação com variáveis, isolar uma determinada variável. Por exemplo, na equação a + bx = 2a − 2, podemos isolar a variável a ao obter a − 2a = −bx − 2, donde −a = −bx − 2, donde a = bx + 2. A primeira transformação foi obtida ao somar-se −2a nos dois membros da equação; a segunda transformação foi obtida ao se colocar a em evidência, a − 2a = (1 − 2)a; a última transformação foi obtida pela multiplicação dos 2 membros por −1. Quando a equação é do primeiro grau e só tem uma variável, podemos determinar o valor desta variável. Por exemplo, uma equação do tipo 4x − 3 = 7 + 2x pode facilmente ser resolvida. Por outro lado, quando temos uma equação envolvendo mais de uma variável, pode ser impossível resolvê-la. Ou melhor, pode ser impossível determinar os valores das variáveis. Por exemplo, na equação 2x + 3y = 1, podemos encontrar uma expressão para x em função de y, x = 2 31 y− , ou podemos deixar y em função de x, y = 3 21 x− . Mas, nenhuma das transformações permite encontrar valores específicos para x e y. Isto nem poderia acontecer, pois existem infinitas possibilidades de valores x e y que satisfazem a equação. Por exemplo, o par x = 2, y = −1 e o par x = −4, y = 3 satisfazem a mesma equação, 2x + 3y = 1. (Verifique! Tente encontrar outras soluções!) Em situações como esta a solução da equação é indeterminada. Uma situação onde pode ser possível determinar uma solução envolvendo mais variáveis incógnitas ocorre quando temos mais equações. Exemplo:Vamos determinar a solução do sistema de equações, −=+ =+ 423 152 yx yx . A estratégia é bem simples. Sabemos isolar variáveis. Assim, podemos, na primeira equação, deixar a variável y em evidência, y = 5 21 x− . Não resolvemos nada, mas podemos usar a segunda equação para melhorar a situação. Para isto, basta substituir y pela expressão encontrada. Assim, temos a segunda equação transformada em: 3x + 2. 5 21 x− = −4. Agora temos uma equação do primeiro grau apenas com uma variável, a incógnita x. Só precisamos, então, isolar x. Da última equação, temos 15x + 2 − 4x = −20, donde 11x = −22, donde x = −2. Encontramos o valor de x! Com este valor podemos voltar na equação que dava uma expressão para y: y = 5 21 x− . Substituindo x por −2, temos y = 1. Assim, x = −2 e y = 1 formam a única solução do sistema. Observe que podemos verificar se não erramos em conta. Basta substituir os valores encontrados nas duas equações para verificar se o resultado está correto. Exemplo: Nem sempre um sistema de equações possui uma solução. Considere o sistema =+ =+ 362 13 yx yx . Podemos isolar x a partir da 1ª equação, x = 1 − 3y. Substituindo na 2ª, temos 2(1 − 3y) + 6y = 2, donde 2 − 6y + 6y = 3, donde 2 = 3 (Isto é um absurdo!). Esta contradição veio do fato de admitir que x e y podem assumir valores numéricos que satisfazem o sistema de equações. Enfim, não existe uma solução numérica para o sistema de equações. Leitor, agora, você só precisa treinar a manipulação das técnicas algébricas a fim de resolver sistemas. Para isto, resolva as próximas atividades. Atividade de aprendizagem Atividade 23: Considere a equação .5 5 =−− y x Determine: a) o valor de x para y = 0,3x – 1,1. b) o valor de y para o valor de x calculado no item (a). Atividade 24: Sendo o par (9, y) solução da equação 10x + 4y = 78, determine o valor de y. Atividade 25: Resolva os seguintes sistemas de equações: a) −=− =+ 586 62 yx yx b) = −=+ xy yx 32 153 c) =− =− 1462 104 yx yx d) { 2x − y = 3 3x + y = 1 e) { √3x− y = 0 x + y = (1 + √3 ) 2 f) { √3𝑥 – 𝑦 = 1 2𝑥 + 3 4 𝑦 = 1 Atividade 26: Resolva os problemas: a) A soma de dois números é 147. A diferença entre eles é 17. Calcule esses números. b) Numa prova de Matemática, com 20 questões, os alunos ganham 5 pontos por questão certa e perdem 3 pontos por questão errada. Quantas questões acertou um aluno que obteve 36 pontos? c) Mauro possui 58 moedas em seu cofrinho. Algumas de R$ 0,10 e outras de R$ 0,50. Ao todo, Mauro tem R$ 16,20. Quantas moedas de cada valor Mauro possui? d) Um time do campeonato brasileiro tem 15 pontos. Ele já jogou 9 partidas e não perdeu nenhum jogo. Será possível determinar o número de vitórias do time? Lembre que cada vitória representa 3 pontos e cada empate representa 1 ponto. No caso afirmativo, determine a porcentagem de aproveitamento total do time. Sistemas de inequações Mais uma vez, resolver sistemas de inequações não é a mesma coisa que resolver sistemas de equações, só que trocando sinal de igualdade por sinais de desigualdades. Isso é sério, existem pesquisas que deixam claro que muitos pensam assim. Mas é importante entender que esse pensamento não ajuda. Uma boa ideia para se ter em mente quando trabalhamos com sistemas de inequação é a de interseção de conjuntos. Sistema é uma coleção de sentenças. Quando olhamos o sistema, { 2𝑥 < 3 −𝑥 + 1 < 2 , Devemos entender que temos duas sentenças. E resolver um sistema significa garantir que todas as sentenças sejam verdadeiras, ou seja, nesse exemplo, significa garantir que as duas desigualdades sejam verdadeiras ao mesmo tempo. De outro modo, ainda para o exemplo, devemos determinar os valores de x para os quais as duas propriedades, 2x < 3 e −x + 1 < 2, sejam verdadeiras, ao mesmo tempo. Bom, podemos pensar separadamente. A primeira desigualdade é equivalente a x < 1,5 e a segunda é equivalente a x > −1. Assim, o conjunto de soluções para as duas inequações, ao mesmo tempo, deve ser: S = {x ℝ : x < 1,5 e x > −1}. Se lembrarmos da definição de interseção de conjuntos, vemos que: S = {x ℝ : x < 1,5} {x ℝ : x > −1}. A primeira forma de apresentar S já poderia ser considerada uma resposta para a inequação proposta. O problema é que nem todos os sistemas são tão simples. E talvez essa resposta não deixe transparecer que conjunto S é esse. Você percebeu que a resposta é o intervalo aberto, (−1; 1,5)? Cuidado, nem sempre isso acontece. E às vezes pode não ficar claro que S é o conjunto vazio, isso também pode acontecer! Uma maneira útil para atacar sistemas de inequações é por representação na reta numérica, e usando a ideia da interseção. Vamos continuar com nosso exemplo. Chegamos a duas desigualdades, x < 1,5 e x > −1. Vamos representá-las na reta numérica de uma maneira especial. A figura a seguir mostra a representação de três retas numéricas, a primeira contém a solução da inequação 2x < 3 (ou x < 1,5) e a segunda contém a solução da inequação −x + 1 < 2 (ou x > −1). A terceira linha representa destaca os pontos da reta que tornam as duas desigualdades verdadeiras simultaneamente. As próximas figuras mostram alguns pontos da reta que ilustram as três situações possíveis: quando um ponto x −1 e, assim, é uma solução só para a primeira inequação, quando −1 < x < 1,5 e, assim, x é uma solução para as duas inequações ao mesmo tempo e quando x 1,5 e, assim, é uma solução só para a segunda inequação. Aluno, repare nos x marcados na linha vertical sobre o ponto x. Atividade de aprendizagem Atividade 27: Resolva os sistemas de inequações. Represente o conjunto solução graficamente e em termos de intervalo. a) − 93 62 x x b) − + 143 914 xx x c) +− ++ 1432 612 xx xx d) − − 43 012 x x e) +− + 013 084 x x f) { 2x − 5 ≤ 0 −2x < 1 g) { |𝑥 − 1| ≥ 4 −𝑥 + 8 > 0 h) { 5𝑥 − 30 > 40 |𝑥 + 1| < 1 i) { |15𝑥 + √2| ≤ 0 𝜋𝑥 − √9 3 < 0 j) − 2 < x + 1 4 k) −2 < −x + 1 4 Atividade 28: Lembremos que uma raiz quadrada não está definida para números negativos e que uma fração não pode ter denominador nulo. Considere a expressão E = √𝑥+𝜋 𝑥+√2 . a) Apresente num sistema as condições para que a expressão E esteja bem definida. b) Defina o conjunto dos x para os quais E está bem definida em termos de intervalos. Gabarito Atividade 1: Uma ideia é substituir os números por outros mais simples e próximos. 500.1500 = 1000 2 .1500 = 1500000/2 = 750000. Ou seja, trabalhando com números menores, vemos que o produto deveria ser bem maior do que 9044. Mudar 500 por 1000/2 é só uma estratégia de conta de cabeça que usamos às vezes. Atividade 2: Esse exemplo é bom. Vamos pegar x = 1 e a = 1000. Então x – a = −999, um número bem pequeno, ainda que claramente 1 não possa ser considerado uma boa aproximação de 1000! Atividade 3: a) b) c) d) e) 7 – 3 f) 9 – 3 = 6 g) 5 – 3 h) 5,02 – 0,2 i) 0,05 j) −2,3 −(−3,1) k) 15 – 11,01 l) 122 – 0,5 m) 405,1 + 32,4 n) 0 Atividade 4: A distância entre dois números é dada pela distância dos pontos sobre a reta numérica que representam esses números. E a distância entre dois pontos da reta não depende de como olhamos os pontos, qual está em primeiro lugar. Logo, a afirmação faz sentido. Atividade 5: a) Conforme trabalhado na atividade anterior, sabemos que d(2, 5) = d(5, 2). E como podemos contar 3 unidades entre 2 e 5, verificamos que d(2, 5) = d(5, 2) = 3 = 5 – 2. b) Certamente d(a, x) = x – a não é uma fórmula geral, d(5, 2) = 2 – 5 = −3 não serve. c) Aqui o aluno só precisa escolher alguns exemplos numéricos e se convencer de que faz sentido definir a distância, na reta numérica,dos números dados pela diferença do maior pelo menor. Atividade 6: a) A estratégia para mostrar que x < y é mostrar que y − x > 0. Vejamos: 𝑎+𝑏 2 − 𝑎 = 𝑎+𝑏−2𝑎 2 = 𝑏−𝑎 2 > 0, pois b – a > 0, uma vez que a < b por hipótese. Como 𝑎+𝑏 2 − 𝑎 > 0, temos que a < 𝑎+𝑏 2 . De modo análogo verificamos a outra desigualdade. Faça isso. b) Como a < 𝑎+𝑏 2 , d(a, 𝑎+𝑏 2 ) = 𝑎+𝑏 2 − 𝑎 = 𝑏−𝑎 2 e como 𝑎+𝑏 2 < b, d( 𝑎+𝑏 2 , b) = b − 𝑎+𝑏 2 = 𝑏−𝑎 2 . Assim, verificamos que d(a, 𝑎+𝑏 2 ) = d( 𝑎+𝑏 2 , b). c) O que aprendemos com os itens (a) e (b) é que 𝑎+𝑏 2 está entre a e b e que a distância a estes dois números é a mesma. Assim, 𝑎+𝑏 2 tem que representar um ponto justamente no meio do segmento de extremidade a e b, ou seja, é o ponto médio de a e b. Observação: O aluno pode ter dificuldades de seguir as contas dos itens (a) e (b). Se isso acontecer, não se preocupe. O importante aqui é conhecer os fatos e entender o item (c). Se for preciso, faça um desenho para interpretar o que foi explicado. Teste a fórmula com alguns números particulares. Atividade 7: a) Certamente podemos dizer que se x está próximo de a então a está próximo de x, e claro que o erro não muda. b) Veja a figura a seguir. Atividade 8: a) Sim, o erro é 0,4. b) O erro é 0,008455. c) 1,414213 com certeza é uma boa aproximação. d) 3,141592 atende ao pedido. e) Pode ser x = 98,1. f) Temos que 1,42 é uma aproximação de √2 por excesso com erro menor do que 0,01 e que 1,74 é uma aproximação de √3 por excesso com erro menor do que 0,01. Então 1,42 + 1,74 é uma aproximação de √2 + √3 por excesso com erro menor do que 0,02, um erro menor do que 0,5, então. g) Pode ser 0,33333333333 (exageramos para ficar garantido que o erro é bem pequeno, menor do que o pedido!). Atividade 9: Essa resposta é individual. O aluno só deve se lembrar de considerar a interpretação geométrica e o fato de módulo sempre ser positivo. Atividade 10: a) x (−5, 5). b) |x| = |y| c) d(a, 0) = 1 d) |x| < 2. e) x (−, 1) (1, +) f) g) Atividade 11: a) x (−r, r) b) |x| < r c) d(x, 0) < r d) −r < x < r Atividade 12: a) A definição de intervalo diz que (−r, r) = {x ℝ : −r < x < r}. Assim, se x (−r, r), segue imediatamente da propriedade que define o conjunto que −r < x < r. b) Podemos usar essa caracterização, |x| = max{x, −x}. Supondo −r < x < r, temos que −r < x e x < r. Da primeira desigualdade temos −x < r. Daí e da segunda desigualdade, temos x < r e −x < r, donde max{x, −x} < r, donde |x| < r. c) Supondo |x| < r, temos que max{x, −x} < r, donde x < r e −x < r, donde −r < x e x < r, donde −r < x < r, donde x (−r, r). Atividade 13: a) A medida 45,7 é um valor aproximado de a com um erro menor do que um centímetro. b) |45,7 – a| < 1. Atividade 14: Precisamos saber quando 1 𝑞 < 0,0001 = 1 10000 . Assim, q deve ser maior do que 10000. Atividade 15: a) I = {x ℝ : d(5, x) < 2}. b) c) I = (3, 7) (o intervalo é aberto). Atividade 16: a) I = (a – r, a + r). b) c) O ponto médio é representado por a. Atividade 17: a) I = {x ℝ : d(5, x) > 2}. b) c) I = (−, 3) (7, +) Atividade 18: a) A expressão |x – a| representa a distância entre dois pontos da reta numérica e não importa a ordem dos pontos, a distância é a mesma. b) Números opostos têm o mesmo tamanho. Atividade 19: a) A inequação |x – 2| < 5 pode ser traduzida como o conjunto dos pontos x cuja distância ao ponto 2 é menor do que 5. Na reta, temos que todos os pontos destacados têm distância até 2 menor do que 5. b) |x – 2| < 5 x (−3, 7). c) S = (−3, 7). d) i) S = [0,5; 0,9] ii) S = (2, 4) iii) S = (−1 − √2, −1 + √2) Atividade 20: a) S = (−; 0,5) (0,9; +) b) S = (−, 2] [4, +) c) S = (−, −1 − √2] [−1 + √2, +) Atividade 21: Reescrevendo |x – 1| + |x – 5 | < 8 em termos de distância temos que a soma da distância de x a 1 com a distância de x a 5 deve ser menor do que 8. Vamos ver alguns valores para sentir melhor o problema. x = 1: |x – 1| + |x – 5 | = 4 x = 2: |x – 1| + |x – 5 | = 4 x = 3: |x – 1| + |x – 5 | = 4 x = 0: |x – 1| + |x – 5 | = 6 x = −1: |x – 1| + |x – 5 | = 8 x = −2: |x – 1| + |x – 5 | = 10 Bom, acho que esses valores já devem ajudar para buscar uma interpretação geométrica. Geometricamente, podemos ver que temos duas situações, x está entre 1 e 5 ou x está fora desse intervalo. Note que dentro do intervalo a soma das distâncias é sempre 4, o que é óbvio, do ponto de vista geométrico. E quando x está fora do intervalo, à medida que ele se afasta dos extremos do intervalo, a soma das distâncias só aumenta. O que também é óbvio do ponto de vista geométrico. Só precisamos achar os dois pontos onde a soma da distância é exatamente 8! São −1 e 7 (vejam a simetria da figura). Assim, S = (−1, 7). Atividade 22: Estamos falando de inequações de um dos dois tipos, |x – a| r ou |x – a| r. Como a solução dada envolve dois intervalos infinitos, a inequação só pode ser do segundo tipo. Temos que 2r = 3 – (−2) = 5, donde r = 2,5. E a = (3 + (−2))/2 = ½ = 0,5. Resposta: |x – 0,5| 1,5. Atividade 23: a) Substituindo y = 0,3x – 1,1 na equação 5 5 =−− y x , temos: 5)1,13,0( 5 =−−− x x − 0,2x − 0,3x + 1,1 = 5 − 0,5x = 5 − 1,1 −0,5x = 3,9 x = − 39 5 = −7,8. b) y = 0,3x − 1,1 = 0,3.(−7,8) − 1,1 = −3,44. Atividade 24: Se (9, y) é solução, ao substituirmos os valores x = 9 e y = y, a equação deve tornar-se uma sentença verdadeira. Logo, o valor de y deve ser: 10x + 4y = 78 10.9 + 4y = 78 4y = 78 − 90 = −12 y = −3. Atividade 25: a) Para resolvermos, podemos multiplicar a segunda equação por (−1) e somar as duas, assim, 2 6 2 6 8 64 8. 6 58 6 58 x y x y y y x y x y + = + = = = − = − − + = Com este valor de y, podemos substituir em qualquer das equações e calcular o valor de x. Substituindo na primeira, teremos: 2 6 2.8 6 6 16 10x y x x x+ = + = = − = − . b) Para resolvermos, podemos substituir o valor de 3x da segunda equação, na primeira. Assim, 3 15 2 15 3 15 5. 2 3 x y y y y y y x + = − + = − = − = − = Como 3x = 2y , teremos 3x = 2.(−5) = −10 x = 10 3 − . c) Para resolvermos, podemos multiplicar a primeira equação por (−2) e somar as duas equações. Assim, 4 10 2 8 20 2 6 3. 2 6 14 2 6 14 x y x y y y x y x y − = − + = − = − = − − = − = Com esse valor de y podemos substituir em qualquer das equações e calcular o valor de x correspondente. Substituindo na primeira, teremos: x – 4y = 10 x – 4.(-3) = 10 x + 12 = 10 x = 10 – 12 x = −2. f) Da primeira equação temos y = √3x – 1. Substituindo o valor de y na segunda equação temos 2x + 3 4 (√3x – 1) = 1, donde (2 + 3√3 4 )x = 1 + 3 4 = 7 4 , donde x = 7 8+3√3 . Voltando para a expressão de y temos y = √3. 7 8+3√3 − 1 = −8+4√3 8+3√3 . Resposta: x = = 7 8+3√3 e y = −8+4√3 8+3√3 . Observação: Para os outros itens, substituir sua resposta no sistema e verificar as igualdades. Atividade 26: a) Sejam x e y esses números. Se sua soma é 147, temos a equação: x + y = 147. Como sua diferença é 17, temos a equação: x – y = 17. Formamos, portanto, um sistema, com duas equações e duas incógnitas: 147 17 x y x y + = − = . Somando as duas equações, teremos: 2x = 164. Portanto, x = 82. Da primeira equação, substituindo esse valor de x, teremos 82 + y = 147. Ou seja, y = 147 – 82 = 65. Portanto, os números são 82 e 65 (confira!) b) Seja e o número de questões erradas e c o número de questões certas. Considerando que o aluno só pode errar ou acertar uma questão, o total de 20 questões será a soma das erradas com as certas. Assim, temos a equação: e + c = 20. Por outro lado, para cada questão correta, o aluno ganha 5 pontos e para cada errada, ele perde 3 pontos.Então, a pontuação do aluno (36 pontos) será obtida fazendo: 5.c − 3.e, ou seja, 5.c − 3.e = 36. Assim, ficamos com o sistema: 20 5 3 36 e c c e + = − = . Podemos resolvê-lo, multiplicando a primeira equação por 3 e somando com a segunda, obtendo a equação: 8c = 96. Logo, c = 12, que é o número de questões que o aluno acertou. c) Seja D o número de moedas de R$0,10 e C o número de moedas de R$0,50 que Mauro possui. Considerando que ele só possui essas moedas, o total será C + D = 58. O total em dinheiro será 0,1.D + 0,5. C = 16,20. Com estas duas equações, obtemos o sistema: 58 0,1 0,5 16,20 C D D C + = + = ou, multiplicando a segunda equação por 10: 58 5 162 C D C D + = + = . Multiplicando a primeira equação por (−1) e somando com a segunda, ficamos com a equação: 4C = 104. Portanto, C = 26. Substituindo na primeira, concluímos que D = 32. Logo, Mauro possui 26 moedas de R$ 0,50 e 32 moedas de R$ 0,10. (confira!) d) Se x representa o número de vitórias, e y representa o número de empates, temos { 𝑥 + 𝑦 = 9 3𝑥 + 𝑦 = 15 Fazendo a 2ª linha menos a 1ª, temos 2x = 6, donde x = 3. Ou seja, o número de vitórias é 3. Deste modo, o time ganhou 3 jogos em 9 partidas disputadas, ou seja, ele teve 3/9 de vitórias com relação aos jogos disputados. Como este número não possui representação decimal finita, podemos aproximar o resultado para 3/9 ≈ 0,33 = 33%. Logo, o aproveitamento é de aproximadamente 33%. Atividade 27: a) S = (−3, 3]. b) S = [−7, 2]. c) S = (−, −3] d) S = (-4/3, 1/2] e) S = f) { x ≤ 5/2 x > -1/2 . S = (−1/2, 5/2]. g) { 𝑥 ≤ −3 𝑜𝑢 𝑥 ≥ 5 𝑥 < 8 . S = (−, −3] [5, 8). h) { 𝑥 > 14 −2 < 𝑥 < 0 . S = . i) { 𝑥 = −√2/15 𝑥 < √9 3 /𝜋 . S = . j) { −2 < 𝑥 + 1 𝑥 + 1 ≤ 4 S = (−3, 3]. Atividade 28: a) { 𝑥 + 𝜋 ≥ 0 𝑥 + √2 ≠ 0 . b) S = [−, −√2) (−√2, +).
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