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AD1-Parte 1 – 2020-1 Pré-Cálculo Página 1 de 9 DISCIPLINA PRÉ-CÁLCULO 2020-2 Profa. Maria Lúcia Campos Profa. Marlene Dieguez AD1-Parte 1 – GABARITO IMPORTANTE!!! TODAS AS RESPOSTAS DEVEM VIR ACOMPANHADAS DAS JUSTIFICATIVAS Os gráficos devem ser feitos à mão, não será aceito gráfico feito com aplicativo ou com programa computacional Questão 1 [0,8 ponto ] Considere a expressão 𝐶(𝑥) = √2𝑥+8 + √|𝑥−2|−1 𝑥−√𝑥+12 , 𝑥 ∈ ℝ . Determine o seu domínio. Dê a resposta em forma de intervalo ou união de intervalos disjuntos (intervalos disjuntos não têm pontos em comum) RESOLUÇÃO: As restrições para o domínio 𝐷 são: cada um dos três radicandos deve ser positivo ou nulo e o denominador não deve ser nulo. Logo, 𝐷 = {𝑥 ∈ ℝ; 2𝑥 + 8 ≥ 0 e |𝑥 − 2| − 1 ≥ 0 e 𝑥 + 12 ≥ 0 e 𝑥 − √𝑥 + 12 ≠ 0}. Resolvendo as restrições, • 2𝑥 + 8 ≥ 0 ⟺ 2𝑥 ≥ −8 ⟺ 𝑥 ≥ − 8 2 ⟺ 𝑥 ≥ −4 . • |𝑥 − 2| − 1 ≥ 0 ⟺ |𝑥 − 2| ≥ 1 ⟺ 𝑥 − 2 ≤ −1 ou 𝑥 − 2 ≥ 1 ⟺ 𝑥 ≤ −1 + 2 ou 𝑥 ≥ 1 + 2 ⟺ 𝑥 ≤ 1 ou 𝑥 ≥ 3 . • 𝑥 + 12 ≥ 0 ⟺ 𝑥 ≥ −12 • 𝑥 − √𝑥 + 12 = 0 ⟺ √𝑥 + 12 = 𝑥 Para resolver essa equação vamos considerar as restrições que 𝑥 + 12 ≥ 0 e 𝑥 ≥ 0 e aplicar a propriedade de elevar ao quadrado os dois lados da equação. No final temos que testar se as soluções satisfazem as duas restrições. Restrições, 𝑥 + 12 ≥ 0 e 𝑥 ≥ 0 ⟺ 𝑥 ≥ −12 e 𝑥 ≥ 0 ⟺ 𝑥 ≥ 0 √𝑥 + 12 = 𝑥 ⟹ (√𝑥 + 12) 2 = 𝑥2 ⟺ 𝑥 + 12 = 𝑥2 ⟺ 𝑥2 − 𝑥 − 12 = 0 ⟺ 𝑥 = −(−1) ± √(−1)2 − 4 ∙ 1 ∙ (−12) 2 ∙ 1 = 1 ± √1 + 48 2 = 1 ± √49 2 = 1 ± 7 2 ⟺ 𝑥 = −6 2 ou 𝑥 = 8 2 ⟺ 𝑥 = −3 ou 𝑥 = 4 AD1-Parte 1 – 2020-1 Pré-Cálculo Página 2 de 9 Como −3 < 0 < 4, temos que 𝑥 = 4 é solução da equação e 𝑥 = −3 não é solução da equação, ou seja, 𝑥 − √𝑥 + 12 = 0 ⟺ 𝑥 = 4. Logo, 𝑥 − √𝑥 + 12 ≠ 0 ⟺ 𝑥 ≠ 4. Logo, 𝐷 = {𝑥 ∈ ℝ; 𝑥 ≥ −4 e [ 𝑥 ≤ 1 ou 𝑥 ≥ 3] e 𝑥 ≥ −12 e 𝑥 ≠ 4} . Como −12 < −4 < 1 < 3 < 4, temos que 𝐷 = {𝑥 ∈ ℝ; −4 ≤ 𝑥 ≤ 1 ou 3 ≤ 𝑥 < 4 ou 𝑥 > 4 } = [−4 , 1] ∪ [3 , 4) ∪ (4 , +∞ ). _____________________________________________________________________________________ Questão 2 [0,8 ponto ] Resolva a inequação |2𝑥 − 1| < |𝑥 − 2|. Dê a resposta em forma de intervalo ou união de intervalos disjuntos. Deixe escritas aqui, as contas que você fez para chegar na sua solução. RESOLUÇÃO: Como o módulo de qualquer número real é positivo ou nulo, podemos aplicar a propriedade de elevar ao quadrado os dois lados da inequação. Assim, |2𝑥 − 1| < |𝑥 − 2| ⟺ |2𝑥 − 1|2 < |𝑥 − 2|2 (∗) ⇔ (2𝑥 − 1)2 < (𝑥 − 2)2 ⟺ 4𝑥2 − 4𝑥 + 1 < 𝑥2 − 4𝑥 + 4 ⟺ 4𝑥2 − 𝑥2 < 4 − 1 ⟺ 3𝑥2 < 3 ⟺ 𝑥2 < 1 ⟺ √𝑥2 < √1 ⟺ |𝑥| < 1 ⟺ −1 < 𝑥 < 1 . (*) aqui usamos |𝑎|2 = 𝑎2 , ∀ 𝑎 ∈ ℝ. Portanto, a solução 𝑆 da inequação |2𝑥 − 1| < |𝑥 − 2| é 𝑆 = {𝑥 ∈ ℝ; −1 < 𝑥 < 1} = (−1 , 1). Uma outra forma de resolver: |2𝑥 − 1| < |𝑥 − 2| Sabemos que: |2𝑥 − 1| = { 2𝑥 − 1 , 𝑠𝑒 2𝑥 − 1 > 0 0 , 𝑠𝑒 2 𝑥 − 1 = 0 −(2𝑥 − 1), 𝑠𝑒 2𝑥 − 1 < 0 = { 2𝑥 − 1 , 𝑠𝑒 𝑥 > 1 2 0 , 𝑠𝑒 𝑥 = 1 2 −2𝑥 + 1, 𝑠𝑒 𝑥 < 1 2 |𝑥 − 2| = { 𝑥 − 2 , 𝑠𝑒 𝑥 − 2 > 0 0 , 𝑠𝑒 𝑥 − 2 = 0 −(𝑥 − 2), 𝑠𝑒 𝑥 − 2 < 0 = { 𝑥 − 2 , 𝑠𝑒 𝑥 > 2 0 , 𝑠𝑒 𝑥 = 2 −𝑥 + 2, 𝑠𝑒 𝑥 < 2 AD1-Parte 1 – 2020-1 Pré-Cálculo Página 3 de 9 Assim, |2𝑥 − 1| < |𝑥 − 2| ⇒ { −2𝑥 + 1 < −𝑥 + 2 , 𝑠𝑒 𝑥 ≤ 1 2 2𝑥 − 1 < −𝑥 + 2 , 𝑠𝑒 1 2 < 𝑥 < 2 2𝑥 − 1 < 𝑥 − 2 , 𝑠𝑒 𝑥 ≥ 2 ⇒ Então vamos resolver as três inequações acima: (1) Se 𝑥 ≤ 1 2 ,−2𝑥 + 1 < −𝑥 + 2 ⇔ 𝑥 ≤ 1 2 e −𝑥 < 1 ⇔ 𝑥 ≤ 1 2 e 𝑥 > −1 ⇔ −1 < 𝑥 ≤ 1 2 . A solução de (1) é 𝑆1 = (−1 , 1 2 ] (2) Se 1 2 < 𝑥 < 2 , 2𝑥 − 1 < −𝑥 + 2 ⇔ 1 2 < 𝑥 < 2 e 3𝑥 − 3 < 0 ⇔ 1 2 < 𝑥 < 2 e 𝑥 < 1 ⇔ 1 2 < 𝑥 < 1 . A solução de (2) é 𝑆2 = ( 1 2 , 1) (3) Se 𝑥 ≥ 2 , 𝑥 + 1 < 0 ⇔ 𝑥 ≥ 2 e 𝑥 < −1 . A solução de (2) é 𝑆3 = ∅ A solução final é: S = 𝑆1 ∪ 𝑆2 ∪ 𝑆3 = (−1 , 1 2 ] ∪ ( 1 2 , 1) ∪ ∅ = (−1 , 1) _____________________________________________________________________________________ Questão 3 [2,0 pontos] Considere 𝑥 ∈ ℝ e os trinômios 𝐴(𝑥) = −2𝑥2 + 16 3 𝑥 + 2 e 𝐵(𝑥) = 𝑥2 − 2 3 𝑥 − 1 3 . (a) Considere o trinômio 𝐴(𝑥) = −2𝑥2 + 16 3 𝑥 + 2 . Utilizando completamento de quadrados, escreva este trinômio na forma canônica. A partir dessa forma canônica encontre o vértice da parábola, que é o gráfico desse trinômio e as raízes desse trinômio, ou seja, encontre os valores de 𝑥 para os quais 𝐴(𝑥) = 0. Justifique suas respostas apresentando as contas feitas para essa resolução. Dê a concavidade da parábola. Justifique. Encontre a interseção dessa parábola com o eixo 𝒚. AD1-Parte 1 – 2020-1 Pré-Cálculo Página 4 de 9 Atenção: a questão só será pontuada se o vértice for encontrado por completamento de quadrado e as raízes forem encontradas e justificadas através da forma canônica. (b) Encontre as raízes do trinômio 𝐵(𝑥) = 𝑥2 − 2 3 𝑥 − 1 3 , se existirem. Encontre o vértice, a interseção dessa parábola com o eixo 𝒚. Dê a concavidade da parábola. Justifique a concavidade. (c) Esboce o gráfico de 𝐴(𝑥) e o gráfico de 𝐵(𝑥) em um mesmo par de eixos coordenados. Identifique cada gráfico, escrevendo em cada um deles os pontos pedidos nos itens anteriores. (d) Determine os valores de 𝑥 em que as parábolas se cortam. Observando os gráficos, encontre os intervalos do eixo 𝑥 em que o gráfico de 𝑨(𝒙) ) está situado abaixo do gráfico de 𝑩(𝒙). Dê a resposta na forma de intervalo ou união de intervalos disjuntos. RESOLUÇÃO: (a) Forma canônica Completando o quadrado: 𝐴(𝑥) = −2𝑥2 + 16 3 𝑥 + 2 = −2 (𝑥2 − 16 2∙3 𝑥)+ 2 = −2 (𝑥2 − 8 3 𝑥)+ 2 = −2 (𝑥2 − 2 ∙ 4 3 𝑥 + 16 9 − 16 9 )+ 2 = −2(𝑥2 − 2 ∙ 4 3 𝑥 + 16 9 ) + 2 ∙ 16 9 + 2 = −2(𝑥 − 4 3 ) 2 + 50 9 . Vértice 𝑉(𝑥𝑉, 𝑦𝑉) = (ℎ, 𝑘) e pela expressão na forma canônica, ℎ = 4 3 e 𝑘 = 50 9 . Logo 𝑉 ( 4 3 , 50 9 ). Concavidade Como o coeficiente do termo 𝑥2 é 𝑎 = −2 < 0, a parábola tem concavidade voltada para baixo. Encontrando os valores de 𝒙 para os quais 𝑨(𝒙) = 𝟎, ou seja, os pontos de interseção com o eixo 𝒙. 𝐴(𝑥) = −2𝑥2 + 6𝑥 − 4 = −2 (𝑥 − 4 3 ) 2 + 50 9 = 0 ⟺ (𝑥 − 4 3 ) 2 = 50 2∙9 ⟺ (𝑥 − 4 3 ) 2 = 25 9 √ (𝑥 − 4 3 ) 2 = √ 25 9 ⟺ |𝑥 − 4 3 | = 5 3 ⟺ 𝑥 − 4 3 = − 5 3 ou 𝑥 − 4 3 = + 5 3 ⟺ 𝑥 = 4 3 − 5 3 = − 1 3 ou 𝑥 = 4 3 + 5 3 = 9 3 = 3 Portanto as raízes de 𝐴(𝑥) são 𝑥 = − 1 3 e 𝑥 = 3 . Interseção com o eixo 𝒚 : Fazendo 𝑥 = 0 temos 𝑦 = 𝐴( 0) = −2 ∙ 02 + 16 3 . 0 + 2 = 2. Logo a interseção com o eixo 𝑦 é: (0 ,2). _____________________________________________________________________________________ (b) Consideremos 𝐵(𝑥) = 𝑥2 − 2 3 𝑥 − 1 3 Usando Baskara para encontrar as raízes de 𝐵(𝑥) : 𝑥2 − 2 3 𝑥 − 1 3 = 0 ⟺ 𝑥 = − (− 2 3 ) ± √(− 2 3 ) 2 − 4 ∙ 1 ∙ (− 1 3 ) 2 ∙ 1 = 2 3 ±√ 4 9 + 4 3 2 = 2 3 ±√ 16 9 2 = 2 3 ± 4 3 2 AD1-Parte 1 – 2020-1 Pré-Cálculo Página 5 de 9 ⟺ 𝑥 = 2 3 − 4 3 2 ou 𝑥 = 2 3 + 4 3 2 ⟺ 𝑥 = − 2 32 ou 𝑥 = 6 3 2 ⟺ 𝑥 = − 1 3 ou 𝑥 = 1 Portanto as raízes de 𝐵(𝑥) são 𝑥 = − 1 3 e 𝑥 = 1 . Vértice Vamos calcular o 𝑥𝑉 do vértice como o ponto médio entre as raízes: 𝑥𝑉 = − 1 3 + 1 2 = −1 + 3 3 2 = 2 3 2 = 1 3 Substituindo 𝑥𝑉 = 1 3 em 𝐵(𝑥) = 𝑥2 − 2 3 𝑥 − 1 3 , obtemos 𝑦𝑉 : 𝑦𝑉 = ( 1 3 ) 2 − 2 3 ∙ 1 3 − 1 3 = 1 9 − 2 9 − 1 3 = 1 − 2 − 3 9 = − 4 9 Logo, 𝑉(𝑥𝑉, 𝑦𝑉) = ( 1 3 , − 4 9 ). Concavidade Como o coeficiente do termo 𝑥2 é 𝑎 = 1 > 0, a parábola tem concavidade voltada para cima. Interseção com o eixo 𝒚 : Fazendo 𝑥 = 0 em 𝐵(𝑥) = 𝑥2 − 2 3 𝑥 − 1 3 temos 𝐵(𝑥) = 02 + − 2 3 . 0 − 1 3 = − 1 3 . Logo a interseção com o eixo 𝑦 é: (0 ,− 1 3 ). (c) AD1-Parte 1 – 2020-1 Pré-Cálculo Página 6 de 9 (d) Determinando os pontos em que as parábolas se cortam. Temos que resolver a equação −2𝑥2 + 16 3 𝑥 + 2 = 𝑥2 − 2 3 𝑥 − 1 3 . −2𝑥2 + 16 3 𝑥 + 2 = 𝑥2 − 2 3 𝑥 − 1 3 ⟺ 2𝑥2 + 𝑥2 − 2 3 𝑥 − 16 3 𝑥 − 1 3 − 2 = 0 ⟺ 3𝑥2 − 18 3 𝑥 − 7 3 = 0 ⟺ 3𝑥2 − 6𝑥 − 7 3 = 0 Usando Baskaha para encontrar as raízes do trinômio 𝐸(𝑥) = 3𝑥2 − 6𝑥 − 7 3 : 3𝑥2 − 6𝑥 − 7 3 = 0 ⟺ 𝑥 = −(−6) ± √(−6)2 − 4 ∙ 3 ∙ (− 7 3 ) 2 ∙ 3 = 6± √36+ 28 6 = 6± √64 6 = 6± 8 6 ⟺ 𝑥 = 6−8 6 ou 𝑥 = 6+8 6 ⟺ 𝑥 = − 2 6 = − 1 3 ou 𝑥 = 14 6 = 7 3 . Substituindo 𝑥 = − 1 3 em 𝐵(𝑥) = 𝑥2 − 2 3 𝑥 − 1 3 temos: 𝐵 (− 1 3 ) = (− 1 3 ) 2 − 2 3 ∙ (− 1 3 ) − 1 3 = 1 9 + 2 9 − 1 3 = 1 + 2 − 3 9 = 0 9 = 0 Logo, um ponto de interseção das duas parábolas é (− 1 3 , 0). Substituindo 𝑥 = 7 3 em 𝐵(𝑥) = 𝑥2 − 2 3 𝑥 − 1 3 temos: AD1-Parte 1 – 2020-1 Pré-Cálculo Página 7 de 9 𝐵 ( 7 3 ) = ( 7 3 ) 2 − 2 3 ∙ ( 7 3 ) − 1 3 = 49 9 − 14 9 − 1 3 = 49 − 14 − 3 9 = 32 9 Logo, o outro ponto de interseção das duas parábolas é ( 7 3 , 32 9 ). Observe que já marcamos esses pontos no gráfico do item (c). Observando os gráficos, vemos que o gráfico de 𝐴(𝑥) ) está situado abaixo do gráfico de 𝐵(𝑥) em (−∞,− 1 3 ) ∪ ( 7 3 ,∞) _____________________________________________________________________________________ Questão 4[1,4 ponto] Considere 𝑥 ∈ ℝ e o polinômio 𝑝(𝑥) = 12𝑥4 − 16𝑥3 − 17𝑥2 + 𝑥 + 2. (a) Este polinômio tem uma raiz inteira. Encontre essa raiz inteira. (b) Encontre todas as raízes reais de 𝑝(𝑥). (c) Fatore o polinômio 𝑝(𝑥) . (d) Usando a fatoração de 𝑝(𝑥), analise o seu sinal. RESOLUÇÃO: (a) As possíveis raízes inteiras são os divisores de 2 (o termo independente), que são 1;−1; 2; −2. Para testar qual é a raiz, vamos considerar qual 𝑥 é um desses valores, devemos substituir em 𝑝(𝑥) e verificar se 𝑝(𝑥) = 0. Se 𝑥 = 1: 𝑝(1) = 12 ∙ 14 − 16 ∙ 13 − 17 ∙ 12 + 1 + 2 = 12 − 16 − 17 + 1 + 2 = = 15 − 33 = −18 ≠ 0. Logo 1 não é raiz de 𝑝(𝑥). Se 𝑥 = −1: 𝑝(−1) = 12 ∙ (−1)4 − 16 ∙ (−1)3 − 17 ∙ (−1)2 − 1 + 2 = 12 + 16 − 17 − 1 + 2 = 30 − 18 = 12 ≠ 0. Logo −1 não é raiz de 𝑝(𝑥). Se 𝑥 = 2: 𝑝(2) = 12 ∙ 24 − 16 ∙ 23 − 17 ∙ 22 + 2 + 2 = 12 ∙ 16 − 16 ∙ 8 − 17 ∙ 4 + 2 + 2 = 192 − 128 − 68 + 2 + 2 = 196 − 196 = 0 Logo 𝑥 = 2 é uma raiz inteira de 𝑝(𝑥). Vamos verificar se 𝑥 = −2 é outra raiz inteira de 𝑝(𝑥) . Vamos calcular 𝑝(−2): 𝑝(−2) = 12 ∙ (−2)4 − 16 ∙ (−2)3 − 17 ∙ (−2)2 − 2 + 2 = 12 ∙ 16 + 16 ∙ 8 − 17 ∙ 4 − 2 + 2 = 192 + 128 − 68 = 252 Logo 𝑥 = −2 não é uma raiz inteira de 𝑝(𝑥). ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ (b) As possíveis raízes racionais não inteiras são os divisores de 2 (termo independente) divididos pelos divisores de 12 (coeficiente do termo de maior grau, que é 4). AD1-Parte 1 – 2020-1 Pré-Cálculo Página 8 de 9 Começando a verificar pelos mais simples, Se 𝑥 = 1 2 : 𝑝 ( 1 2 ) = 12 ∙ ( 1 2 ) 4 − 16 ∙ ( 1 2 ) 3 − 17 ∙ ( 1 2 ) 2 + 1 2 + 2 = 12 16 − 16 8 − 17 4 + 1 2 + 2 = = 3 4 − 2 − 17 4 + 1 2 + 2 = 3−8−17+2+8 4 = 13 −25 4 = −12 4 ≠ 0. Logo 1 2 não é raiz racional não inteira de 𝑝(𝑥). Se 𝑥 = − 1 2 : 𝑝 (− 1 2 ) = 12 ∙ (− 1 2 ) 4 − 16 ∙ (− 1 2 ) 3 − 17 ∙ (− 1 2 ) 2 − 1 2 + 2 = 12 16 + 16 8 − 17 4 − 1 2 + 2 = = 3 4 + 2 − 17 4 − 1 2 + 2 = 3+8−17−2+8 4 = 19−19 4 = 0 4 = 0. Logo − 1 2 é uma raiz racional não inteira de 𝑝(𝑥). ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ (c) Sabemos que se 𝑥 = 2 e 𝑥 = − 1 2 são raízes de 𝑝(𝑥) então 𝑝(𝑥) é divisível por (𝑥 − 2) e por (𝑥 + 1 2 ). Vamos usar Briot-Ruffini para dividir por (𝑥 − 2) e em seguida por (𝑥 + 1 2 ). 12 −16 −17 1 2 2 12 12 ∙ 2 − 16 = 8 8 ∙ 2 − 17 = −1 −1 ∙ 2 + 1 = −1 −1 ∙ 2 + 2 = 0 − 1 2 12 12 ∙ (− 1 2 ) + 8 = 2 2 ∙ (− 1 2 ) − 1 = −2 −2 ∙ (− 1 2 ) − 1 = 0 Logo, 𝑝(𝑥) = 12𝑥4 − 16𝑥3 − 17𝑥2 + 𝑥 + 2 = (𝑥 − 2) (𝑥 + 1 2 ) (12𝑥2 + 2𝑥 − 2). Encontrando as raízes do trinômio 𝑞(𝑥) = 12𝑥2 + 2𝑥 − 2, que também serão raízes de 𝑝(𝑥), 12𝑥2 + 2𝑥 − 2 = 0 ⟺ 6𝑥2 + 𝑥 − 1 = 0 ⟺ 𝑥 = −1±√12−4∙6∙(−1) 12 = −1±5 12 = { −6 12 = − 1 2 4 12 = 1 3 Portanto, as raízes reais de 𝑝(𝑥) são: 𝑥1 = 2; 𝑥2 = 𝑥3 = − 1 2 (raiz dupla) e 𝑥4 = 1 3 . Portanto, 𝑝(𝑥) = 12 (𝑥 + 1 2 ) (𝑥 + 1 2 ) (𝑥 − 1 3 ) (𝑥 − 2) = 12 (𝑥 + 1 2 ) 2 (𝑥 − 1 3 ) (𝑥 − 2) = = 3(2𝑥 + 1)(2𝑥 + 1) (𝑥 − 1 3 ) (𝑥 − 2) = (2𝑥 + 1)(2𝑥 + 1)(3𝑥 − 1)(𝑥 − 2) = = (2𝑥 + 1)2(3𝑥 − 1)(𝑥 − 2) = ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ (d) Vamos usar tabela para auxiliar na análise de sinal de 𝑝(𝑥). (−∞,− 1 2 ) − 1 2 (− 1 2 , 1 3 ) 1 3 ( 1 3 , 2) 2 (2,∞) (2𝑥 + 1)2 + 0 + + + + + AD1-Parte 1 – 2020-1 Pré-Cálculo Página 9 de 9 3𝑥 − 1 − − − 0 + + + 𝑥 − 2 − − − − − 0 + 𝑝(𝑥) + 0 + 0 − 0 + Concluindo a análise de sinal de 𝑝(𝑥): 𝑝(𝑥) = 0 se e só se 𝑥 = − 1 2 ou 𝑥 = 1 3 ou 𝑥 = 2. 𝑝(𝑥) > 0 se e só se 𝑥 < − 1 2 ou − 1 2 < 𝑥 < 1 3 ou x > 2 𝑝(𝑥) < 0 se e só se 1 3 < 𝑥 < 2
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