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HERINELTO DA FONSECA JOSEFA CASIMIRO MATEMÁTICA ELEMENTAR CONJUNTOS, GRÁFICOS DAS FUNÇÕES EQUAÇÕES E INEQUAÇÕES VOL. I BELGOROD-RÚSSIA 2014 “A única maneira de aprender matemática é estudar matemática.” Paul Halmos MATEMÁTICA ELEMENTAR CONJUNTOS, GRÁFICOS DAS FUNÇÕES EQUAÇÕES E INEQUAÇÕES VOL. I Em homenagem a: Maria Cristina Josefa 2014 УДК (UDC) 511.1 (07) ББК (BBC) 22.10Я7 К 14 (C 14) Рецензенты: Г.Л.Окунева, кандидат технических наук, доцент кафедры высшей математики Института экономики и менеджментаБелгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова; В.В. Флоринский,кандидат физико-математических наук, доцент кафедры «Программного обеспечения и вычислительной техники» Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова Revisores: Galina L. Okuneva, candidata a ciências técnicas, docente do departamento de matemática superior do Instituto de economia e gestão da Universidade Estatal Técnica de Belgorod; Vyacheslav V. Flarenkii, candidato a ciências físicas e matemáticas, docente do departamento de Software e equipamento de computação da Universidade Estatal Técnica de Belgorod Herinelto da Fonseca Josefa Casimiro К 14 Matemática Elementar- Conjuntos, Gráficos das funções, Equações e Inequações / Casimiro Herinelto da Fonseca Josefa. Belgorod-Rússia: LitKaravan, 2014. – 215 pág. ISBN 978-5-902113-84-3 Determinado manual «Matemática Elementar - Conjuntos, Gráficos das funções, Equações e Inequações» será muito útil para o desenvolvimento académico dos alunos e estudantes, que se encontram no curso preparatório. No determinado manual estão analisados as principais temáticas da matemática elementar. Está constituído por 8 capítulos, começando com o estudo dos conjuntos e terminando com as noções principais de equações e inequações. Recomenda- se para uso no processo de ensino durante a elaboração de aulas e no trabalho individual dos alunos. Казимиру Эринелту да Фонсека Жозефа Данное пособие «Элементарная Математика- Множества, Графики функций, Уравнения и Неравенства» будет полезно для академического развития школьников и студентов, учащихся на подготовительном курсе. В данном пособии были рассмотрены основные разделы элементарной математики. Оно состоит из 8 глав, начиная с изучения множеств и завершая с основными понятиями уравнений и неравенств. ISBN 978-5-902113-84-3 © Herinelto da Fonseca Josefa Casimiro © LitKaravan 3 ÍNDICE INTRODUÇÃO ......................................................................................... 07 AGRADECIMENTOS ............................................................................. 08 I. TEORIA DOS CONJUNTOS 1.1. Noção de um conjunto ............................................................. 09 1.2. Tipos de conjuntos ................................................................... 10 1.3. Subconjunto de um conjunto .................................................. 11 1.4. Operações com conjuntos ....................................................... 12 II. CONJUNTOS NUMÉRICOS 2.1. Conceito de conjuntos numéricos ........................................... 17 III. NOÇÃO SOBRE OS NÚMEROS 3.1. Tipos de números .................................................................... 20 3.2. Critérios da divisibilidade dos números ................................. 22 3.3. Decomposição dos números em factores simples .................. 23 3.3.1. Máximo divisor comum (m.d.c) .......................................... 23 3.3.2. Mínimo múltiplo comum (m.m.c) ....................................... 24 IV. FRACÇÃO 4.1. Noção de uma fracção ............................................................ 27 4.2. Tipos de fracções .................................................................... 27 4.3. Simplifição de fracções .......................................................... 29 4.4. Comparação de fracções ......................................................... 29 4 4.5. Operações com fracções comuns ............................................ 31 V. POTÊNCIA 5.1. Noção de potência ................................................................... 34 5.2. Principais propriedades de potência ........................................ 34 VI. EXPRESSÕES ALGÉBRICAS 6.1. Definição de expressões algébricas .......................................... 37 6.2. Expressões com variáveis ....................................................... 38 6.2.1. Monómios, Binómios e Polinómios numa variável ............. 40 6.2.1.1. Monómio ........................................................................... 40 6.2.1.2. Binómio ............................................................................. 40 6.2.1.3. Polinómios ......................................................................... 40 6.2.1.3.1. Domínio de um polinómio ............................................. 41 6.2.1.3.2. Grau de um polinómio ................................................... 41 6.2.1.3.3. Polinómios ordenados ................................................... 41 6.2.1.3.4. Operações com polinómio ............................................. 42 6.3. Expressões racionais ................................................................ 47 6.3.1. Definições ............................................................................. 47 6.3.2. Domínio de expressões racionais fraccionárias ................... 47 6.4. Simplifição de fracções algébricas .......................................... 48 6.4.1. Operações com fracções algébricas racionais ..................... 48 VII. FUNÇÃO 7.1. Conceito de função ................................................................... 51 5 7.2. Formas de definição de uma função ........................................ 51 7.3. Monotonia das funções ........................................................... 53 7.4. Raiz de uma função ................................................................ 54 7.5. Intervalo do sinal de uma função ............................................ 55 7.6. Funções pares e ímpares ......................................................... 56 7.7. Funções numéricas ................................................................. 58 7.8. Funções com módulo .............................................................. 85 7.9. Função potência ....................................................................... 105 7.10. Função exponencial ............................................................... 109 7.11. Função inversa ....................................................................... 112 VIII. EQUAÇÕES E INEQUAÇÕES 8.1. Equações .................................................................................. 119 8.1.1. Equações lineares ................................................................ 119 8.1.2. Equações equivalentes ......................................................... 121 8.1.3. Equações quadráticas ........................................................... 123 8.1.4. Sistema de duas equações com duas variáveis ................... 129 8.1.4.1. Métodos de resolução dos sistemas de duas equações com duas variáveis .......................................................................... 131 8.2. Inequações ..............................................................................141 8.2.1. Inequações lineares ............................................................ 142 8.2.2. Inequações quadráticas ...................................................... 144 8.2.3. Inequações fraccionárias ...................................................... 159 6 TESTE E EXERCÍCIOS PROPOSTOS .................................................... 190 I. BLOCO – TESTE .................................................................................. 190 II. BLOCO – EXERCÍCIOS PROPOSTOS .............................................. 196 RESPOSTAS DO TESTE .......................................................................... 203 RESPOSTAS DOS EXERCÍCIOS PROPOSTOS .................................... 205 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ....................................................... 214 » outros Volumes da séria .................................................................. 215 7 Introdução Matemática é uma das ciências práticas e usada diariamente pelas pessoas, mesmo não sabendo as principais regras e normas. Este manual contribuirá precisamente no desenvolvimento académico dos alunos, visto que o mesmo contém métodos simples e científicos para resolução e percepção de exercícios básicos de matemática. Neste manual estão resumidamente escritas as principais sessões do curso de matemática elementar para os alunos do ensino secundário (I e II ciclos do sistema educacional angolano), concretamente a partir da 7ª classe a 12ª classe e para os estudantes estrangeiros nas faculdades de ciclo preparatório, que têm como língua oficial o português. O Presente trabalho está constituído por 8 capítulos, tendo como primeiro, estudo dos conjuntos e por conclusão noções fundamentais de equações e inequações. O mesmo apresenta exemplos claros e com métodos de explicação a nível de linguagem acessível. O presente trabalho também pode ser útil para os estudantes do ensino superior, que apresentam insuficiências em resolver exercícios básicos. 8 Agradecimentos Em primeiro lugar, gostaria de agradecer ao nosso Senhor todo-poderoso, por me dar forças e decisão de escrever este manual, para ajudar aquelas pessoas necessitadas. Aos meus pais pela força, não se esquecendo pela plena ajuda dos meus orientadoresres científicos russos e angolanos, na correção e análise de certos exercícios,a ajuda oferecida pelos meus amigos e colegas quer financeira como espiritual. Obrigado a todos pelo vosso carinho e amor, porque essa obra não foi só escrita por mim, mas sim por todos nós. 9 I. TEORIA DOS CONJUNTOS 1.1. Noção de um conjunto A noção de um conjunto em matemática é praticamente a mesma que se usa na linguagem comum, isto é: agrupamento, classe, colecção, sistema. Todo objecto que precisamente se encontra na formação de um conjunto é chamado de elemento. 𝐴 = {𝑎, 𝑏, 𝑐, 𝑑} assim: 𝑎, 𝑏, 𝑐, 𝑑 são elementos do conjunto 𝐴. Um conjunto em geral é representado por uma letra maiúscula do alfabeto 𝐴 , 𝐵 , 𝐶 , … e os seus elementos são representados por letras menúsculas, como acima o conjunto representado. Se na representação de um conjunto usarmos um círculo, estaremos assim usando o chamado diagrama de Venn. Fig.1.1. Representação de um conjunto num diagrama de Venn Se na representação de um conjunto, o número dos seus elementos for finito e suficientemente pequeno enumerando explicitamente todos os seus elementos colocados entre chaves e separados por vírgulas, estaremos perante a representação extensiva de um conjunto. Ex.1: 10 𝐴 = { 𝐽𝑎𝑛𝑒𝑖𝑟𝑜,𝑀𝑎𝑟ç𝑜,𝑀𝑎𝑖𝑜, 𝐽𝑢𝑛ℎ𝑜, 𝐴𝑔𝑜𝑠𝑡𝑜, 𝑂𝑢𝑡𝑢𝑏𝑟𝑜, 𝐷𝑒𝑧𝑒𝑚𝑏𝑟𝑜 } ↓ Conjunto dos meses de 31 dias. Ex.2: 𝐵 = { 𝑎, 𝑒, 𝑖, 𝑜, 𝑢 } ↓ Conjunto das vogais. Se na representação de um conjunto é enunciada uma propriedade característica dos seus elementos, isto é, uma propriedade que os seus e só os seus elementos possuam, então, estaremos perante a representação compreensiva de um conjunto. Ex.3: a) 𝐴 = {𝑙𝑒𝑡𝑟𝑎𝑠 𝑑𝑜 𝑎𝑙𝑓𝑎𝑏𝑒𝑡𝑜} b) 𝐵 = {𝑚𝑒𝑠𝑒𝑠 𝑑𝑜 𝑎𝑛𝑜 } Assim, podemos definir um conjunto como agrupamento de elementos que possuem propreidades comuns. 1.2. Tipos de conjuntos 1- Conjunto finito Todo conjunto onde podemos determinar o primeiro e o último elemento. A = {𝟏, 2, 3, 4, 5, 𝟔} Último elemento Primeiro elemento 2- Conjunto infinito Todo conjunto onde é sempre impossível determinar o primeiro e o último elemento. 11 𝐴 = {… − 3,−2,−1, 0, 1, 2, 3 … } 3- Conjunto vazio Todo conjunto que não tem elementos. 𝐴 = {∅} 4- Conjunto idênticos Todo conjunto com elementos iguais. 𝐴 = {1, 2, 3, 4}, 𝐵 = {2, 3, 4, 1} 5- Conjunto unitário Todo aquele conjunto que só possui um elemento. Ex.1: conjunto dos divisores de 1, inteiros e positivos: 𝐴 = {1}. 1.3. Subconjunto de um conjunto Dados conjuntos 𝐴 e 𝐵 , o conjunto 𝐴 é considerado o subconjunto de conjunto 𝐵, somente se os elementos do conjunto 𝐴 pertencem também ao conjunto 𝐵. Fig.1.2. Conjunto 𝐵 e o seu subconjunto 𝐴 A notação 𝐴 ⊆ 𝐵, indica-nos, que o conjunto 𝐴 é o subconjunto de 𝐵 ou 𝐴 está contido em 𝐵. O símbolo ⊆ é denominado como sinal de inclusão, pela definição teremos: 𝐴 ⊆ 𝐵 = {𝑥: 𝑥 ∈ 𝐴 → 𝑥 ∈ 𝐵} 12 Ex.1: 𝐴 = {𝒎, 𝒏, 𝒐, 𝒑 }, 𝐵 = {𝒎, 𝑙, 𝒏, 𝒑, 𝑞, 𝒐 } ↓ 𝐴 ⊆ 𝐵 ↓ {𝒎, 𝒏, 𝒐, 𝒑 } ⊂ {𝒎, 𝑙, 𝒏, 𝒑, 𝑞, 𝒐 } A notação 𝐴 ⊈ 𝐵 indica-nos que o conjunto 𝐴 não está contido no conjunto 𝐵. Ex.2: 𝐴 = {𝑑, 𝑒} , 𝐵 = {𝑎, 𝑏, 𝑐} ↓ 𝐴 ⊈ 𝐵. No caso em que, o conjunto 𝐴 possuir somente um elemento que também possui o conjunto 𝐵, de qualquer modo, indica-nos exclusão → 𝐴 ⊈ 𝐵. Ex.3: 𝐴 = {𝑎, 𝒃, 𝒄} , 𝐵 = {𝒃, 𝒄, 𝑑, 𝑒 } ↓ 𝑎 ∉ {𝒃, 𝒄, 𝑑, 𝑒 } ↓ 𝐴 ⊈ 𝐵. Nota: conjunto vazio considera-se subconjunto de qualquer conjunto. 1.4. Operações com conjuntos 1- Intersecção ∩ Conjunto de elementos comuns, isto é, agrupamento de elementos que possuem ambos conjuntos em que consideram-se comuns. Podemos desenhar a intersecção: 𝐴 ∩ 𝐵 = {𝑥: 𝑥 ∈ 𝐴 ∧ 𝑥 ∈ 𝐵} 13 Fig.1.3 - Intersecção dos conjuntos 𝐴 e 𝐵 Ex.1: 𝐴 = {𝒎, 𝒏, 𝒐, 𝑒 }, 𝐵 = {𝒎, 𝑙, 𝒏, 𝑝, 𝑞, 𝒐 } ↓ 𝐴 ∩ 𝐵 = {𝒎, 𝒏, 𝒐} Ex.2: 𝐴 = {1,2, 𝟑, 𝟒}, 𝐵 = {𝟑, 𝟒, 5,6,7} ↓ 𝐴 ∩ 𝐵 = {𝟑, 𝟒}. 2- União ∪ Conjunto de todos elementos. Podemos desenhar a União: 𝐴 ∪ 𝐵 = {𝑥: 𝑥 ∈ 𝐴 ∨ 𝑥 ∈ 𝐵} Fig.1.4. União dos conjuntos 𝐴 e 𝐵 14 Ex.1: 𝐴 = {𝑚, 𝑛, 𝑜, 𝑒 }, 𝐵 = {𝑚, 𝑙, 𝑛, 𝑝, 𝑞, 𝑜 } ↓ 𝐴 ∪ 𝐵 = {𝑚, 𝑛, 𝑙, 𝑜, 𝑒, 𝑝, 𝑞} Ex.2: 𝐴 = {1,2,3,4}, 𝐵 = {3,4,5,6,7} ↓ 𝐴 ∪ 𝐵 = {1,2,3,4,5,6,7}. 3- Diferença \ Conjunto de elementos que pertencem somente diminuendo. Podemos desenhar a diferença: 𝐴\𝐵 = {𝑥: 𝑥 ∈ 𝐴, 𝑥 ∉ 𝐵} Fig.1.5. Diferença dos conjuntos A e B Ex.1: 𝐴 = {𝒎, 𝒏, 𝒐, 𝑒 }, 𝐵 = {𝒎, 𝑙, 𝒏, 𝑝, 𝑞, 𝒐 } ↓ 𝐴 \ 𝐵 = {𝑒} Ex.2: 𝐴 = {1,2, 𝟑, 𝟒}, 𝐵 = {𝟑, 𝟒, 5,6,7} ↓ 15 𝐴 \ 𝐵 = {1,2}. 4- Diferença simétrica ∆ A deferença simétrica dos conjuntos 𝐴 e 𝐵 chama-se o conjunto 𝐴 𝛥 𝐵 ( diferença ), que é considerado como a união dasdiferenças dos conjuntos 𝐴\𝐵 𝑒 𝐵\𝐴, isto é: 𝐴 𝛥 𝐵 = (𝐴\𝐵) 𝑈 (𝐵\𝐴) Podemos desenhar a Diferença Simétrica: Fig.1.6. Diferença Simétrica dos conjuntos 𝐴 e 𝐵 Ex.1: 𝐴 = {𝒎, 𝒏, 𝒐, 𝑒 }, 𝐵 = {𝒎, 𝑙, 𝒏, 𝑝, 𝑞, 𝒐 } ↓ 𝐴 \ 𝐵 = {𝑒} , 𝐵\ 𝐴 = {𝑙, 𝑝, 𝑞} ↓ 𝐴 𝛥 𝐵 = (𝐴\𝐵) 𝑈 (𝐵\𝐴) ↓ 𝐴 𝛥 𝐵 = {𝑒, 𝑙, 𝑝, 𝑞}. Ex.2: 𝐴 = {1,2, 𝟑, 𝟒}, 𝐵 = {𝟑, 𝟒, 5,6,7} ↓ 𝐴 \ 𝐵 = {1,2} , 𝐵 \ 𝐴 = {5,6,7} 16 ↓ 𝐴 𝛥 𝐵 = (𝐴\𝐵) 𝑈 (𝐵\𝐴) ↓ 𝐴 𝛥 𝐵 = {1,2,5,6,7}. Nas operações sobre os conjuntos são válidas as seguintes propriedades: 1) Propriedade comutativa da união; 𝐴 ∪ 𝐵 = 𝐵 ∪ 𝐴 2) Propriedade comutativa da intersecção, 𝐴 ∩ 𝐵 = 𝐵 ∩ 𝐴 3) Propriedade associativa da união; (𝐴 ∪ 𝐵) ∪ 𝐶 = 𝐴 ∪ (𝐵 ∪ 𝐶) 4) Propriedade associativa da intersecção; (𝐴 ∩ 𝐵) ∩ 𝐶 = 𝐴 ∩ (𝐵 ∩ 𝐶) 5) Propiredade distribuitiva da intersecção em relação à união; 𝐴 ∩ (𝐵 ∪ 𝐶) = (𝐴 ∩ 𝐵) ∪ (𝐴 ∩ 𝐶) 6) Propriedade distribuitiva da união em relação à intersecção; 𝐴 ∪ (𝐵 ∩ 𝐶) = (𝐴 ∪ 𝐵) ∩ (𝐴 ∪ 𝐶) 7) Propriedades das operações – união e intersecção; 𝐴 ∪ (𝐴 ∩ 𝐵) = 𝐴; 𝐴 ∩ (𝐴 ∪ 𝐵) = 𝐴; 𝐴 ∪ 𝐴 = 𝐴; 𝐴 ∩ 𝐴 = 𝐴. 8) Propriedade do conjunto vazio; 𝐴 ∪ Ø = 𝐴; 𝐴 ∩ Ø = Ø. 17 II. CONJUNTOS NUMÉRICOS 2.1. Conceito de conjuntos numéricos Considera-se conjunto numérico todo conjunto constituído por números. Esses conjuntos, por sua vez, podem ser: 1- Conjunto dos números naturais (𝑁) 𝑁 = {1,2,3,4… } Primeiro elemento do conjunto dos números naturais é o número 1 e o último elemento ou número é impossível determinar. Neste conjunto são definidas duas operações fundamentais: adição e multiplicação, que apresentam as seguintes propriedades: a. Associativa da adição (𝑎 + 𝑏) + 𝑐 = 𝑎 + (𝑏 + 𝑐) → para todos a , b, c ∈ 𝑁 b. Comutativa da adição 𝑎 + 𝑏 = 𝑏 + 𝑎 → para todos 𝑎, 𝑏 ∈ 𝑁 c. Elemento neutro da adição 𝑎 + 0 = 𝑎 → para todo 𝑎 ∈ 𝑁 d. Associativa da multiplicação (𝑎𝑏)𝑐 = 𝑎 (𝑏𝑐) → para todos 𝑎, 𝑏, 𝑐 ∈ 𝑁 e. Comutativa da multiplicação 𝑎𝑏 = 𝑏𝑎 → para todos 𝑎, 𝑏 ∈ 𝑁 f. Elemento neutro da multiplicação 𝑎 ∙ 1 = 𝑎 → para todo 𝑎 ∈ 𝑁 g. Elemento obsorvente da multiplicação 18 𝑎 ∙ 0 = 0 → para todo 𝑎 ∈ 𝑁 h. Distribuitiva da multiplicação em relação à adição 𝑎(𝑏 + 𝑐) = 𝑎𝑏 + 𝑎𝑐 → para todos 𝑎, 𝑏, 𝑐 ∈ 𝑁 Veremos que os próximos conjuntos numéricos que serão apresentados são ampliados de 𝑁, isto é, contem 𝑁 e apresentam uma adição e multiplicação com as propriedades formais já apresentadas e outras mais, que constituem justamente o motivo da ampliação. Assim, dado um número natural 𝑎 ≠ 0, o simétrico de 𝑎 não existe em 𝑁, isto é, a subtração não é uma operação em 𝑁. Venceremos esta dificuldade introduzindo um novo conjunto numérico. 2- Conjunto dos números inteiros (𝑍) Esq. 2.1. Tipos de números inteiros Assim podemos escrever que: 𝑍 = {…− 4,− 3,−2,−1,0,1,2,3,4 … } Logo, conjunto de números inteiros consideram-se todos números positivos e negativos. Os números positivos 𝑍+ são chamados de naturais 𝑁. No conjunto 𝑍, são definidas as operações de adição e multiplicação, como em 𝑁, mas acrescentando a propriedade de simetria ou oposto para adição. Para todo 𝑎 ∈ 𝑍 , existe −𝑎 ∈ 𝑍 , tal que : 𝑎 + (−𝑎) = 0 . Divido a esta propriedade podemos definir em Z , a operação de subtração, estabelecendo a relação: 𝑎 − 𝑏 = 𝑎 + (−𝑏), para todos, a, b ∈ 𝑍. N ⊆ 𝑍 → Conjunto dos números naturais está incluso no conjunto de números inteiros. Em 𝑍 , o inverso não existe : 1 𝑞 ∄ 𝑍, por isso não podemos definir em 𝑍 a operaração de divisão, porque nem sempre é possivel, dar signifigado na 19 expressão 𝑝 𝑞 . Vamos superar essa dificuldade introduzindo um outro conjunto numérico. 3- Conjunto dos números racionais (𝑄) Conjunto em que, todos os números podem ser representados por uma fracção de dois números inteiros, isto é, a divisão é sempre possível. 𝑄 = { 𝑄+ → 𝑐𝑜𝑛𝑗𝑢𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑛ú𝑚𝑒𝑟𝑜𝑠 𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎𝑖𝑠 𝑝𝑜𝑠𝑖𝑡𝑖𝑣𝑜𝑠 𝑄− → 𝑐𝑜𝑛𝑗𝑢𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑛ú𝑚𝑒𝑟𝑜𝑠 𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎𝑖𝑠 𝑛𝑒𝑔𝑎𝑡𝑖𝑣𝑜𝑠 Esq. 2.2. Tipos de números racionais 𝑍 ⊆ 𝑄 → Conjunto dos números inteiros está incluso no conjunto de números racionais. 4- Conjunto de números irracionais (𝐼) Conjunto formado por números reais que não podem ser obtidos pela divisão de dois números inteiros, ou seja, são números reais, mas não racionais. 5- Conjunto de números reais (𝑅) Conjunto de todos números . Assim podemos escrever: 𝑁 ⊆ 𝑍 ⊆ 𝑄 ⊆ 𝑅; 𝐼 ⊆ 𝑅 ou ainda em forma de diagrama: Fig.2.1. Representação dos conjuntos númericos num diagrama 20 III. NOÇÃO SOBRE NÚMEROS 3.1. Tipos de números 1- Números pares São todos números divisíveis por dois e que resulta um número inteiro, isto é, números que possuem a característica de um número inteiro. Ex.1: {2,4,6,8… } 2 ∙ 𝑛 onde 𝑛 ∈ 𝑁 → fórmula dos números pares (3.1) 2- Números ímpares Ex.1: {1,3,5,7,9… } 2 ∙ 𝑛 − 1 onde 𝑛 ∈ 𝑁 → fórmula dos números ímpares. (3.2) 3- Algarismos ou dígitos São símbolos usados na representação de números Inteiros ou Reais. Ex.1: {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 . . . } 4- Números com vários algarismos Esses números podem ser: Números com vários algarismos { 𝑛ú𝑚𝑒𝑟𝑜𝑠 𝑐𝑜𝑚 𝑑𝑜𝑖𝑠 𝑎𝑙𝑔𝑎𝑟𝑖𝑠𝑚𝑜𝑠: 17; 32; 43; 76… 𝑛ú𝑚𝑒𝑟𝑜𝑠 𝑐𝑜𝑚 𝑡𝑟ê𝑠 𝑎𝑙𝑔𝑎𝑟𝑖𝑠𝑚𝑜𝑠: 144; 256; 314… 𝑛ú𝑚𝑒𝑟𝑜𝑠 𝑐𝑜𝑚 𝑞𝑢𝑎𝑡𝑟𝑜 𝑎𝑙𝑔𝑎𝑟𝑖𝑠𝑚𝑜𝑠: 1024; 6174. .. Esq. 3.1. Tipos de números com vários algarismos 5- Números simples Números naturais que possuem exactamente dois diferentes divisores naturais: 1 e si mesmo. Ex.1: {2, 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19. . . } 21 6- Números compostos Números naturais maiores que 1 e divisíveis por si, por 1 e por outros números. Ex.1: {4, 6, 8, 9, 10, 12, 14, 15, 16, 18, 20, 21, 22, 24. . . } 7- Números opostos Os números opostos também são denominados simétricos, isto é, números que quando representados na recta numérica possuem a mesma distância da origem. -2 0 2 𝑅 Observe que a distância entre os números 2 e – 2 até a origem (zero) é correspondente a uma unidade. A esse facto damos o nome de valor absoluto ou módulo do número. Por exemplo, o módulo dos números 2 e – 2 é representado da seguinte forma: |2| = 2 ; |−2| = 2 Considerando que a distância entre 0 ↔ 2 e 0 ↔ – 2 são as mesmas e que o módulo de – 2 é o mesmo que o de 2, dizemos que esses números são opostos ou simétricos. 8- Números positivos Todos os números que se encontram a direita de zero. 0 +∞ 9- Números negativos Números que se encontram a esquerda de zero. - ∞ 0 22 3.2. Critérios da divisibilidade dos números 1- Divisibilidade por: 1 Por 1 dividem todos números. 2- Divisibilidade por: 2 Por 2 dividem todos números pares. 3- Divisibilidade por: 3 Por 3 dividem todos os números em que a soma dos algarismos seja divisível por 3. Ex. 711 → 7 + 1 + 1 = 9 → é divisível por 3, logo 711→ é divisível por 3. 4- Divisibilidade por: 4 Por 4 dividem todos números em que: ₌₌ Os dois últimos algarismos 00, ₌₌ Números formados por dois últimos algarismos que são divisíveis por 4. Ex. 312 → 12 é divisível por 4, logo 312 é divisível por 4 5- Divisibilidade por: 5 Por 5 divide números em que o último algarismo seja 0 ou 5. 6- Divisibilidade por: 9 Por 9 dividem todos números em que a soma dos algarismos seja divisível por 9. Ex. 774 → 7 + 7 + 4 = 18 → é divisível por 9, logo 774 é divisível por 9. 7- Divisibilidade por: 10 Por 10 todos números em que o último algarismo seja 0. 8- Divisibilidade por: 25 Por 25 dividem todos números em que: ₌₌ Dois últimos algarismos sejam 00, ₌₌ Números compostos de dois últimos algarismos que dividem por 25. 23 Todas provas de critérios da divisibilidade dos números, vocês podem ver no livro “ No mundo dos números1 ”. 3.3. Decomposição dos números em factores simples O teorema fundamental da aritmétrica, afirma que, todo número natural maior que 1 pode ser apresentado por um produto de números simples ( primos ). Ex.1: 12 2 12 = 2 × 2 × 3 × 1 6 2 produto dos factores primos ( simples ) 3 3 1 3.3.1. Máximo divisor comum ( m.d.c ) O máximo divisor comum, significa que entre dois ou mais números inteiros é o maior número inteiro que é o factor ( divisor ) de tais números. Para determinarmos o m.d.c, por exemplo dos números 264 e 488, são válidos os seguintes passos: 1- Decompor os números em factores ou em multiplicadores simples; 2- Escrever o produto dos factores obtidos na forma potencial; 246 = 2 ∙ 2 ∙ 2 ∙ 3 ∙ 11 = 23 ∙ 3 ∙ 11 1 No mundo dos números, livro escrito por Herinelto Casimiro e Tran Quang Vuong. 24 488 = 2 ∙ 2 ∙ 2 ∙ 61 = 23 ∙ 61 3- Pegar somente a potência com menor expoente entre os elementos comuns; 4- Escrever o seu produto. m.d.c (264 , 488) = 23 = 8 3.3.2. Mínimo múltiplo comum (m.m.c) O mínimo múltiplo comum de dois números inteiros ou mais, considera-se o menor número inteiro positivo não nulo que é mútiplo dos ambos números. Para determinarmos o m.m.c, devemos: 1- Decompor os números em factores; 2- Escrever o produto dos factores obtidos na forma potencial; 264 = 2 ∙ 2 ∙ 2 ∙ 3 ∙ 11 = 23 ∙ 3 ∙ 11 488 = 2 ∙ 2 ∙ 2 ∙ 61 = 23 ∙ 61 3- Pegar a potência de maior expoente (elementos comuns) e os não comuns com os expoentes que tiverem; 23 ∙ 3 ∙ 11 ∙ 61 4- Escrever os seus produtos. m.m.c (264, 488) = 2 ∙ 2 ∙ 2 ∙ 3 ∙ 11 ∙ 61 = 16104 Existe uma relação entre o m.d.c e m.m.c de dois ou mais números naturais 𝑎 e 𝑏. A relação em que, o valor do m.d.c multiplicando com o valor do m.m.c é igual a multiplicação dos ambos números, isto é: 25 𝒎.𝒅. 𝒄 (𝑎, 𝑏) × 𝒎.𝒎. 𝒄 (𝑎, 𝑏) = 𝑎 × 𝑏 ↓ (𝒎. 𝒅. 𝒄 (264 𝑒 488) → 8) × (𝒎.𝒎. 𝒄 (264 𝑒 488) → 16104) = 264 × 488 8 × 16104 = 264 × 488 128832 = 128832. Existem ainda outros métodos para determinar o mdc e m.m.c. O m.d.c por exemplo, pode ser determinado com ajuda do método Algoritmo de Euclides. Método que consiste na determinação do resto zero, por intermédio de uma série de divisões. Exemplo: Suponhamos que 𝑎 = 264 e 𝑏 = 488, analisando que 𝑏 > 𝑎, então para determinar o m.d.c, temos que ter em conta o seguinte: a) O 𝑏 será divido por 𝑎, neste caso o importante é o resto: ≫ Se o resto for zero, na primeira operação, então o 𝑎 é mdc; ≫ Se o resto não for zero, então o processo continuará conforme as regras: b÷ a ↔ 488 264 264 1 224 resto ≠ 0 continuaremos: 264 224 224 1 40 resto ≠ 0 continuaremos: 224 40 200 5 24 resto ≠ 0 26 continuaremos: 40 24 24 1 16 resto ≠ 0 continuaremos: 24 16 16 1 8 resto ≠ 0 continuaremos: 16 8 16 2 0 Logo o m.d.c ( 264 𝑒 488 ) = 8 Para determinarmos o m.m.c, com ajuda de um outro método, só temos que multiplicar 264 com 488 e dividir com o valor de m.d.c dos mesmos, isto é: 𝒎.𝒎. 𝒄 = 𝒂×𝒃 𝒎𝒅𝒄(𝒂;𝒃) ↓ 𝑚.𝑚. 𝑐 = 264 × 488 8 = 16104 Exercícios adicionais ( trabalho individual ): Determine o m.d.c e o m.m.c dos seguintes números: 1) 1268 e 326 2) 225 e 15 3) 64 ; 256 e 96 27 IV. FRACÇÃO 4.1. Noção de uma fracção Fracção considera-se número escrito na forma 𝑎 𝑏 ou 𝑎 𝑏⁄ , ou ainda 𝑎 𝑏⁄ , onde: 𝑎 → numerador, 𝑏 → denominador. 4.2. Tipos de fracções As fracções de modo geral, podem ser classificadas dea seguinte maneira, conforme o esquema (4.1): Esq. 4.1. Classificação das fracções Segundo o esquema (4.1) acima escrito, temos as seguintes difinições sobre os tipos de fracções classificadas: 1- Fracções próprias: fracções em que, o denominador é maior do que o numerador, isto é: 𝑎 𝑏 → 𝑎 < 𝑏. Ex.1: 3 6 ; 1 4 2- Fracções impróprias: fracções em que, o numerador é igual ou maior igual do que denominador, isto é: 𝑎 𝑏 → 𝑎 ≥ 𝑏. Ex.1: 10 7 ; 5 2 28 3- Fracções decimais finitas: são todas fracções correspondidas por números decimais exactos. Números decimais são compostos por uma parte inteira ( números antes da vírgula ) e por uma parte decimal ( números após a vírgula ). Por exemplo: o número 1,22 corresponde a fracção 122/100. 122/100 = 1,22 , onde 1 representa a parte inteira e 22 representa a parte decimal, assim a fracção apresentada pode ser decomposta da seguinte forma: 122/100 = (100 + 22)/100 = 100/100 + 22/100 = 1 + 0,22 = 1,22. 4- Fracções decimais infinitas periódicas: são fracções cujo resultado da divisão do numerador com o denominador é uma dízima periódica. Uma dízima periódica é um número que quando escrito no sistema decimal apresenta uma série infinita de algarismos decimais que, a partir de um certo algarismo, se repetem em grupos de um ou mais algarismos, ordenados sempre na mesma disposição e chamados de período. Se o período aparecer imediatamente após a vírigula, chamam-se infinitas periódicas simples. Se aparecer um ou mais algarismos entre a virgula e o período, que não entram na composição do período, chamam-se infinitas periodicas compostas. Ex.1: 2/3=0,666… Infinita periódica simples Periodo → 6 Ex.2: 5/6= 0,8333 ... Infinita periódica composta Periodo → 3 5- Número misto: é número quepossui uma parte inteira (número inteiro) e uma fracção própria, isto é, fracção da forma: 𝒅 𝒂 𝒃 . 29 Para desfazermos um número misto só temos que multplicar o denominador (𝑏) com a parte inteira (𝑑) e somar com o numerador (𝑎) , mantendo-se o mesmo denominador. Ex. 5 3 4 = (4×5)+3 4 = 23 4 . Para transformar uma fracção imprópria em um número misto, temos que: 1) Dividir o numerador com o denominador , 2) O resultado (quociente) da divisão é a parte inteira , 3) O resto da divisão é o novo numerador, 4) O denominador não mudará. Ex. 22 7 22 7 21 3 Parte inteira (𝑞𝑢𝑜𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒) 1 Resto Assim teremos: 3 1 7 . 4.3. Simplificação de fracções Simplificar uma fracção, significa dividir o numerador e o denominador pelo número que seja divisível com os mesmos, até encontramos uma fracção inredutível ( fracção que não admite mais simplifições ). Ex.1: 𝑎÷𝑑 𝑏÷𝑑 → a é divisível por 𝑑, assim como 𝑏 é divisível por 𝑑 . Ex.2: Simplifica a fracção 25 15 Resolução: 1) Localize um número divisível por 25 e 15 2) Realize facilmente a divisão. 25÷5 15÷5 = 5 3 4.4. Comparação de fracções Para comparar fracções, temos que ter em conta as seguintes condições: 30 a) Se os denominadores forem iguais, a fracção maior será aquela que o numerador for maior; Ex.1: 2 5 e 6 5 logo: 2 5 < 6 5 b) Se os numeradores forem iguais, a fracção maior será aquela que o denominador for menor; Ex.2: 4 3 e 4 7 logo: 4 3 > 4 7 c) Se os numeradores e denominadores forem diferentes, para tal temos que calcular o mínimo múltiplo comum (m.m.c) e teremos a condição 𝑎. Ex.3: 2 3 e 1 2 ; m.m.c de 3 e 2 → 6, teremos as seguintes operações: ≫ 6 ÷ 3 = 𝟐; 6 ÷ 2 = 𝟑; ≫ 2 3 e 1 2 → 4 6 e 3 6 ; logo: 4 6 > 3 6 (2) (3) d) Se os numeradores e denominadores forem diferentes, a comparação pode ser feita com ajuda de um certo número. Ex.4: 4 3 e 6 7 , vamos comparar com ajuda do número 1. Pelo que: 4 3 > 3 3 → 4 3 > 1; 6 7 < 6 6 → 6 7 < 1 Então: 4 3 > 1 > 6 7 , logo 4 3 > 6 7 Ex.5: 5 9 e 6 13 , com ajuda da fracção 1 2 . Pelo que: × 31 5 9 > 5 10 , sabendo que: 5 10 = 1 2 , então 5 9 > 1 2 6 13 < 6 12 , sabendo que: 6 12 = 1 2 , então 6 13 < 1 2 Então: 5 9 > 1 2 > 6 13 , logo 5 9 > 6 13 Exercícios adicionais ( trabalho individual ) Compare as seguintes fracções: a) 3 4 e 7 4 ; 4 7 e 3 7 ; 1 8 e 11 8 . b) 1 4 e 1 2 ; 4 3 e 4 7 ; 10 3 e 10 11 . c) 3 4 e 4 3 → com ajuda de 1 ; 3 5 e 4 9 → com ajuda de 1 2 ; 2 7 e 3 8 → com ajuda de 1 3 . 4.5. Operações com fracções comuns As fracções comuns, em geral são desenvolvidas com as seguintes operações: 1) Adição e subtração Para subtrair ou somar uma fracção com a outra, temos que, em primeiro lugar, verificar se ambas possuem mesmos denominadores, para simplesmente realizar a operação. Se os denominadores forem diferentes, temos que determinar o m.m.c e por fim efectuar a operação e simplificar caso seja possível. Ex.1: calcule: 8 3 − 5 3 ; 2 3 + 1 2 O primeira exercício, como os denominadores são iguais, teremos: 8 − 5 3 = 3 3 = 1 32 Na resolução do segundo exercício, será necessário determinar o m.m.c ( 3 𝑒 2 que é 6 ), teremos: 2 3 + 1 2 = 4+3 6 = 7 6 . 2) Multiplicação Para multipar duas fracções é necessário por e simplesmente, multiplicar o numerador com o numerador e denominador com o denominador e simplificar a fracção caso seja possível. 𝑎 𝑏 × 𝑐 𝑑 = 𝑎 × 𝑐 𝑏 × 𝑑 Ex.2: 3 4 × 5 2 3 4 × 5 2 = 3×5 4×2 = 15 8 Ex.3: 3 8 × 4 3 8 × 4 = 3 × 4 8 = 12 8 = 12 ÷ 4 8 ÷ 4 = 3 2 = 1 1 2 Ex.4: 1 2 5 × 3 1 2 5 × 3 = 7 5 × 3 = 7×3 5 = 21 5 = 4 1 5 . 3) Divisão Como a divisão é uma operação inversa da multiplicação, implica dizer que: para dividir uma fracção na outra, temos que transformar a divisão numa multiplicação, mas mediante uma transformação na segunda fracção, isto é: o numerador tornar-se-á o denominador e o denominador tornar-se-á numerador (o inverso ). 𝑎 𝑏 ÷ 𝑐 𝑑 = 𝑎 𝑏 × 𝑑 𝑐 = 𝑎×𝑑 𝑏×𝑐 . Ex.5: 3 4 ÷ 5 2 33 3 4 ÷ 5 2 = 3 4 × 2 5 = 6 20 simplificando teremos o seguinte: 6÷2 20÷2 = 3 10 . Ex.6: 1 4 ÷ 1 8 1 4 ÷ 1 8 = 1 4 × 8 1 = 8 4 = 8÷4 4÷4 = 2 1 = 2. Ex.7: 20 ÷ 8 7 20 ÷ 8 7 = 20 × 7 8 = 20×7 8 = 140 8 = 140÷4 8÷4 = 35 2 = 17 1 2 . Existe uma série de exercícios em que podemos encontrar todas operacções apresentadas e para resolver, só temos que aplicar todas técnicas já explicadas. Ex.8: ( 2 9 + 3 4 ) × ( 1 3 − 2 6 8 ) Ex.9: [(4 5 12 − 3 13 24 ) × 4 7 + (3 1 13 − 2 7 12 ) × 1 1 11 ] × 2 3 5 . 34 V. POTÊNCIA 5.1. Noção de potência Uma potência de expoente natural é o resultado da multiplicação de um dado número por si mesmo um certo número de vezes, ou seja, é uma forma de representar sucessivas multiplicações de um só factor, repetido um determinado número de vezes. Assim, podemos representar uma Potência de um expoente natural de seguinte forma: 𝐚𝐧 = 𝒂 × 𝒂 × 𝒂 × 𝒂… onde: 𝑎 → base, 𝑛 → expoente 𝑛 – vezes elevação do número « 𝒂 » no expoente « 𝒏 » . 5.2. Principais propriedades de potência Seja 𝑎 base da potência em que 𝑎 ∈ 𝑅 e o seu expoente 𝑛 ∈ 𝑅, são válidas as seguintes propriedades: 1) Toda potência de base 𝑎 positiva e com expoente 𝑛 par ou ímpar também positivos, o resultado depois da operação será um número positivo; 22 = 4 ; 23 = 8 2) Toda potência de base 𝑎 negativa e com expoente 𝑛 par e positivo, o resultado depois da operação será um número positivo; (−2)2 = 4 3) Toda potência de base 𝑎 negativa e de expoente n ímpar, teremos um número negativo; (−2)3 = −8 4) Toda potência de base 𝑎 positiva ou negativa e com expoente 𝑛 zero, será igual a 1; 35 a0 = 1 ; (−𝑎)0 = 1 → 300 = 1 ; 1000 0 = 1. 5) Divisão de duas potências de bases iguais e de expoentes diferentes, mantem-se uma só base e subtrair-se os expoentes; 𝑎𝑛 𝑎𝑚 = 𝑎𝑛−𝑚 → 37/34 = 37−4= 33 = 27. 6) Multiplicação de duas potências de bases iguais, mantem-se uma só base e soma-se os expoentes; 𝑎𝑛 × 𝑎𝑚 = 𝑎𝑛+𝑚 → 23 × 22= 23+2= 25= 32. 7) Potência de expoente 𝑛, em caso da existência de um outro expoente m que se encontra ao lado do expoente n, mas fora de parenteses da expressão exponencial, multiplica-se ambos expoentes; (𝑎𝑛)𝑚 = 𝑎𝑛×𝑚 → (23)2 = 23×2= 26 = 64. 8) Toda potência de base 𝑎 e com expoente 𝑛 par ou ímpar negativos, neste caso escreve-se o inverso de 𝑎 e o 𝑛 torna-se-á positivo; 𝑎−𝑛 = 1 𝑎𝑛 → 3−2 = 1 32 ; ( 𝑎 𝑏 ) −𝑛 = ( 𝑏 𝑎 ) 𝑛 → ( 2 3 ) −2 = ( 3 2 ) 2 9) Multiplicação de duas potências de bases 𝑎 e 𝑏 diferentes e expoentes𝑛 iguais, multiplica-se as bases mantendo um só expoente; 𝑎𝑛 ∙ 𝑏𝑛 = (𝑎 ∙ 𝑏)𝑛 → 23 ∙ 53 = (2 ∙ 5)3 = 103. Nota: veremos na segunda edição do manual a propriedade √𝑎𝑛 𝑚 , depois de estudarmos os radicais detalhadamente. Ex.1: Resolve a expressão: 1410 26×79 × 136×84 268 Para resolvermos esse tipo de exercício, temos os seguntes passos: ≫ Igualar as bases, isto é, decompor em factores ( as bases ); 36 210×710 26 ×79 × 136×212 138 ×28 ≫ Aplicar as propriedades. 210×710 26 ×79 × 136×212 138 ×28 = 2(10−6) ∙ 7(10−9) ∙ 13(6−8) ∙ 2(12−8) = = 24 ∙ 71 ∙ 13−2 ∙ 24=2(4+4) ∙ 7 ∙ 13−2 = 28.7 132 = 1792 169 = 10 102 169 Exercícios adicionais ( trabalho individual ) Resolve: a) 37×56 34×58 × 63×29 65×24 ; b) 9 3+ 1 2 34 ÷ 8 7− 1 3 274 . 37 VI. EXPRESSÕES ALGÉBRICAS 6.1. Definição de expressões algébricas Chama-se expressões algébricas todas as expressões constituídas por números em que não incidem outras operações além de: adições, multiplicações, divisões e extracções de raizes ( com um número finito de dados ). Ex.1: 4 + (6 ÷ 2) × 3 ; 3(4 × 5) × (4 ÷ 2). As expressões algébricas classificam-se em racionais e irracionais, esquematicamente teremos: Esq. 6.1. Classificação de expressões algébricas Expressões algébricas racionais são todas aquelas expressões que não indicam nenhuma extracção de raiz em que o radicando contenha variável. Ex.2: (𝑥 − 2) × 2 ; 𝑥2 + 𝑥 − 2 Expressões algébricas irracionais são todas as expressões que não são racionais. Ex.3: √𝑥 3 ; 2𝑥+2 √𝑥2+1 Expressões algébricas racionais inteiras são aquelas que não indicam nenhuma divisão em que a variável figura no divisor. Expressões algébricas racionais fraccionárias são todas expressões que não forem inteiras, isto é, indicam uma divisão em que a variável figura no divisor. 38 Ex.4: 2 𝑥+4 ; 3𝑥−2 𝑥2 6.2. Expressões com variáveis Expressões com variáveis consideram-se todas aquelas expressões constituídos por números, operações ( divisão, multiplicação, adição e subtração ), parênteses, potências e variáveis. Ex.1: 1 𝑥+1 ; (3𝑥 − 2)/𝑥 Todas expressões com variáveis possuem domínio de números admissíveis ou conjunto de solução ou ainda domínio da expressão ( números que podemos escrever no lugar das variáveis ). Para determinar o domínio de uma expressão com variável, temos a seguinte tabela (6.1) de apoio: Tabela 6.1 Tabala de apoio para determinar o domínio de uma expressão com variável Nomeclatura Desenho Descrição Intervalo numérico - ∞ + ∞ (−∞ ;+∞) Segmento ou interseção - Intervalo fechado [ ] a b [𝐚 ; 𝐛] Intervalo - Intervalo aberto ( ) a b (𝐚 ; 𝐛) Intervalo misto - Semi-aberto à esquerda - Semi-aberto à direita ( ] a b [ ) a b (𝐚 ; 𝐛] [𝐚 ; 𝐛) 39 Continuação da tabela 6.1 Intervalo que tende ao infinito: - Aberto tendendo ao +∞ - Fechado tendendo ao +∞ - Aberto tendendo ao −∞ - Fechado tendendo ao −∞ ( a [ a ) a ] a (𝒂 ; +∞) [𝒂 ; +∞) (−∞ ; 𝒂) (−∞ ; 𝒂] Assim, o exercício: 1 𝑥+1 , para determinarmos os números que são admissíveis para a variável x, temos que diferenciar em primeiro lugar o denominador a zero, assim teremos: 1 𝑥+1 → 𝑥 + 1 ≠ 0 ⇒ 𝑥 ≠ −1 Assim, o domínio dos números admissiveis será : 𝐷 = (−∞;− 1) ∪ (−1;+∞) ou 𝐷𝑜𝑚𝑖𝑛𝑖𝑜 = {𝑥 ∈ 𝑅: 𝑥 ≠ −1}, isto é, a variável 𝑥 admite qualquer número real, excepto −1. Ex.2: Determine os números admissíveis da expressão: 𝑥2 Resolução: 𝑥 ∈ 𝑅 𝑅 𝐷 = (−∞;+∞) Pela representação apresentada acima, resume-se que, a variável 𝑥 admite qualquer número real. 40 OBS: O domínio de uma expressão racional fraccionária é o conjunto de números reais que não anulam nenhum dos denomoinadores. A tabela acima apresentada, nos será útel mais a diante, quando trataremos de inequações e inequações quadráticas. 6.2.1. Mоnómios, Binómios e Polinómios numa variável 6.2.1.1. Monómio Definição: Chama-se monómio, uma constante ou uma expressão racional, pelo qual estão indicadas por multiplicação. Ex.1: 20 7 𝑥2 ; 4 ; 7𝑥 O grau de um monómio, considera-se o expoente da variável. Ex.2: 20 7 𝑥2 → monómio de grau 2 OBS: Quando o monómio for uma constante ( número ), o grau desse monómio será igual a zero. Ex.3: 4 → monómio de grau 0, pelo que: 4 = 4𝑥0. 6.2.1.2. Binómio Definição: Chama-se binómio, duas expressões inteiras não semelhantes em que estão indicadas por adição ou subtração. Ex.1: 4𝑥 + 8𝑥𝑦 ; 𝑥 − 4𝑦𝑧. 6.2.1.3. Polinómios Como é do nosso conhecimento que, entre as expressões racionais inteiras contam-se os polinómios, isso permite-nos apresentar a seguinte definição de polinómios. Definição: 41 No universo 𝑅 , considera-se polinómio na variável real 𝑥, toda expressão do tipo: 𝑎0𝑥 𝑛 + 𝑎1𝑥 𝑛−1 + 𝑎2𝑥 𝑛−2 +⋯ 𝑎𝑛−1 𝑥 + 𝑎𝑛 Onde: 𝑎0 ; 𝑎1 ; 𝑎2…𝑎𝑛−1 , 𝑎𝑛 → são considerados números Reais e 𝑛 → designação dos elementos em 𝑁0 ( conjunto de números naturais incluindo o zero ), assim: 𝑎0𝑥 𝑛 ; 𝑎1𝑥 𝑛−1 … 𝑎𝑛 ( monómios ), são chamados de termos do polinómios e os números 𝑎0 ; 𝑎1 ; 𝑎2 … 𝑎𝑛 , são chamados de coificientes. Ao termo 𝑎𝑛 , dá-se o nome de termo independente . Ex.1: 4𝑥5 + 2𝑥4 + 6𝑥3 − 3 2 𝑥2 + 4 ; Polinómio que possui 5 termos, entre os quais: 4 ; 2 ; 6 ;− 3 2 → são os coeficientes e 4 → termo independente. 6.2.1.3.1. Domínio de um polinómio Visto que as operações de adição, subtração e divisão são possíveis em 𝑅 e todas estas operações são precisamente indicadas nos polinómios. Conclui-se que o domínio de um polinómio é em 𝑅. 6.2.1.3.2. Grau de um polinómio No caso em que o polinómio não se reduz, o grau do polinómio considera-se maior dos graus dos seus termos ( monómios ) não nulos. Ex.1: 8𝑥4 + 2𝑥 + 3 → polinómio de grau 4. 6.2.1.3.3. Polinómios ordenados Dado polinómio: 𝑥2 + 2 + 4𝑥3 + 𝑥 ; temos como termos: 𝑥2 → cujo grau 2; 2 → cujo grau 0 ; 4𝑥3 → cujo grau 3 ; 𝑥 → cujo grau 1. Podemos deste modo organizar ou ordenar segundo as potências crescentes de 𝑥, assim teremos: 42 4𝑥3 + 𝑥2 + 𝑥 + 2 Logo, diz-se que o polinómio está ordenado segundo as potências crescentes de variável 𝑥. O polinómio acima representado tem como grau 3. E como todos os termos de grau inferior ao terceiro nãosão nulos, o polinómio diz-se completo. 6.2.1.3.4. Operações com polinómio 1) Adição Ex.1: Consideremos dados polinómios: 𝑥4 + 2𝑥 + 3 𝑥2 + 4 − 𝑥 Considerando que o primeiro polinómio seja igual 𝑓(𝑥) e o segundo polinómio 𝑔(𝑥), teremos: 𝑓(𝑥) = 𝑥4 + 2𝑥 + 3 e 𝑔(𝑥) = 𝑥2 + 4 − 𝑥 Para calcular a soma 𝑓(𝑥) + 𝑔(𝑥), temos que em primeiro lugar ordenar os termos dos polinómios, por formas que fiquem em coluna de termos semelhantes ordenados. Assim, teremos: 𝑓(𝑥) = 𝑥4 + 2𝑥 + 3 𝑔(𝑥) = 𝑥2 − 𝑥 + 4 𝑓(𝑥) + 𝑔(𝑥) } = 𝑥4 + 𝑥2 + 𝑥 + 7 Na adição dos polinómios são válidas as seguintes propriedades: a) 𝑓(𝑥) + 𝑔(𝑥) = 𝑔(𝑥) + 𝑓(𝑥) ⇒ propriedade comutativa; b) (𝑓(𝑥) + 𝑔(𝑥)) + ℎ(𝑥) = 𝑓(𝑥) + (𝑔(𝑥) + ℎ(𝑥)) ⇒ propriedade associativa; c) 𝑓(𝑥) + 0 = 𝑓(𝑥) ⇒ propriedade do elemento neutro da adição. 2) Subtração 43 Considera-se diferença de dois polinómios 𝑓(𝑥) e 𝑔(𝑥), que representa-se por 𝑓(𝑥) – 𝑔(𝑥), o polinómio que se obtém somando o polinómio 𝑓(𝑥) com o simétrico de 𝑔(𝑥), isto é: 𝑓(𝑥) – 𝑔(𝑥) = 𝑓(𝑥) + (−𝑔(𝑥)) Ex.2: 𝑓(𝑥) = 4𝑥2 − 𝑥 + 2 e g(𝑥) = 3𝑥2 + 4𝑥 Pelo que: −𝑔(𝑥) = −3𝑥2 − 4𝑥 𝑓(𝑥) − 𝑔(𝑥) = 4𝑥2 − 𝑥 + 2 + (−3𝑥2 − 4𝑥) = 4𝑥2 − x + 2 − 3𝑥2 − 4𝑥 = 𝑥2 − 5x + 2 3) Multiplicação Para multiplicar dois polinómios é necessário: a) Multiplicar cada monómio do primeiro polinómio com cada monómio do segundo polinómio; b) Agrupar os termos semelhantes e simplificar os termos simétricos. Ex.3: (𝑥 − 2) × (𝑥 − 3) = 𝒙𝟐 − 3𝑥 − 2𝑥 + 𝟔 = 𝑥2 − 5𝑥 + 6 4) Divisão Dividir um polinómio 𝑓(𝑥) por um outro 𝑔(𝑥) , significa encontrar os polinómios 𝑚(𝑥) → quociente e 𝑟(𝑥) → o resto, que satisfazem as seguintes exigências ( condições ): a) 𝑔(𝑥) × 𝑚(𝑥) + 𝑟(𝑥) = 𝑓(𝑥); b) O expoente do polinómio 𝑟(𝑥) é menor que o expoente do polinómio 𝑔(𝑥). Ex.4: Divide os seguintes polinómios: (16𝑥3 + 8𝑥2 − 5𝑥 + 2) ÷ (4𝑥2 − 𝑥 + 2); Orientações metodológica: 44 ≫ Dividir o monómio 16𝑥2 por primeiro monómio do divisor; 16𝑥3 4𝑥2 = 4𝑥 ≫ Multiplicar a expressão obtida com o divisor; 4𝑥 × (4𝑥2 − 𝑥 + 2) = 16𝑥3 − 4𝑥2 + 8𝑥 ≫ Meter o resultado da multiplicação por baixo do dividendo em correspondência com os expoentes; ≫ O sinal menos (−) multiplicará com o polinónomio 16𝑥3 − 4𝑥2 + 8𝑥; −(16𝑥3 − 4𝑥2 + 8𝑥)= −16𝑥3 + 4𝑥2 − 8𝑥 ≫ Realize facilmente as operações de adição e subtração e assim sucessivamente até encontrarmos uma expressão 𝑟(𝑥) de expoente menor que 𝑔(𝑥). ≫ Verificar o resultado, isto e multiplicando o valor do quociente com o valor do divisor e somar com o resto e tem que ser igual ao valor do dividendo. A divisão pode ser feito da seguinte forma: 16𝑥3 + 8𝑥2 − 5𝑥 + 2 4𝑥2 − 𝑥 + 2 -(16𝑥3 − 4𝑥2 + 8𝑥) 4𝑥 + 3 12𝑥2 − 13𝑥 + 2 -(12𝑥2 − 3𝑥 + 6) −10𝑥 − 4 Verificando o resultado: ((4𝑥2 − 𝑥 + 2) ∗ (4𝑥 + 3)) + (−10𝑥 − 4) = 16𝑥3 + 8𝑥2 − 5𝑥 + 2 Existe uma outra maneira para verificar o resultado obtido na divisão de dois polinómios, só temos que meter qualquer número no lugar da variável 𝑥, o valor do membro esquerdo e direito devem ser iguais. 45 Na prática pegaremos: 𝑥 = 0 ou 𝑥 = 1 Quando 𝑥 = 0, obteremos: Membro esquerdo ↓ ((4𝑥2 − 𝑥 + 2) ∗ (4𝑥 + 3)) + (−10𝑥 − 4) ↓ ((4. 02 − 0 + 2) ∗ (4.0 + 3)) + (−10.0 − 4) ↓ 2 ∗ 3 − 4 = 2 Membro direito ↓ 16𝑥3 + 8𝑥2 − 5𝑥 + 2 → 16. 03 + 8. 02 − 5.0 + 2 = 2 Quando 𝑥 = 1, obteremos: Membro esquerdo ↓ ((4𝑥2 − 𝑥 + 2) ∙ (4𝑥 + 3)) + (−10𝑥 − 4) ↓ ((4. 12 − 1 + 2) ∙ (4.1 + 3)) + (−10.1 − 4) ↓ 5 ∙ 7 − 14 = 35 − 14 = 21. Membro direito ↓ 16𝑥3 + 8𝑥2 − 5𝑥 + 2 → 16. 13 + 8. 12 − 5.1 + 2 = 16 + 8 − 5 + 2 = 21. Analisando que o valor do membro direito igual a membro esquerdo, podemos concluir que a divisão foi bem realizada. 4) Factorização de um polinómio 46 Sabendo que um polinómio é uma soma de monómios não semelhantes, mas num dado polinómio pode-se encontrar o chamado factor comum. Chama-se factor comum dum polinómio ao número divisível por todos os números que constituem o polinómio e que no qual podem ou não possuir a mesma parte literal (variável). Ex.1: 6𝑎𝑥 − 3𝑎2𝑥2 + 9𝑎3𝑥 = 𝟑𝒂𝒙 (2 − 𝑎𝑥 + 3𝑎2) Factor comum 5) Fórmulas de simplificação da multiplicação de expressões a) Diferença de quadrados 𝑥2 − 𝑎2 = (𝑥 − 𝑎)(𝑥 + 𝑎) b) Quadrado perfeito da soma O quadrado perfeito da soma é quadrado do primeiro termo, mais o dobro do produto do primeiro pelo segundo, mais quadrado do segundo termo. (𝑥 + 𝑎)2 = 𝑥2 + 2𝑎𝑥 + 𝑎2 c) Soma de cubos (𝑥3 + 𝑎3) = (𝑥 + 𝑎)(𝑥2 − 𝑎𝑥 + 𝑎2) d) Cubo perfeito da soma (𝑥 + 𝑎)3 = 𝑥3 + 3𝑥2𝑎 + 3𝑥𝑎2 + 𝑎3 e) Cubo perfeito da diferença (𝑥 − 𝑎)3 = 𝑥3 − 3𝑥2𝑎 + 3𝑥𝑎2 − 𝑎3 f) Diferença de cubos (𝑥3 − 𝑎3) = (𝑥 − 𝑎)(𝑥2 + 𝑎𝑥 + 𝑎2) g) Quadrado de 3 membros (𝑥 + 𝑦 + 𝑎)2 = 𝑥2 + 𝑦2 + 𝑎2 + 2𝑥𝑦 + 2𝑎𝑥 + 2𝑎𝑦 h) Quadrado perfeito da diferença 47 (𝑥 − 𝑎)2 = 𝑥2 − 2𝑎𝑥 + 𝑎2 Exercícios de aplicação: 1) (𝑥 + 3)2 − 16 = (𝑥 + 3)2 − 42 = (𝑥 + 3 − 4)(𝑥 + 3 + 4) = = (𝑥 − 1)(𝑥 + 7) Diferença de quadrado 2) 4𝑥3 − 4𝑦3 = 4(𝑥3 − 𝑦3) = 4(𝑥 − 𝑦)(𝑥2 + 𝑥𝑦 + 𝑦2) Diferença de cubos 3) 6𝑥2 + 24𝑥𝑦 + 24𝑦2 = 6(𝑥2 + 4𝑥𝑦 + 4𝑦2) = 6(𝑥 + 2𝑦)2 Quadrado perfeito da soma 6.3. Expressões racionais 6.3.1. Definições Chama-se fracção algébrica toda 𝑎 expressão da forma 𝑎 𝑏 , em que 𝑎 e 𝑏 são considerados termos da fracção, no qual 𝑎 → numerador e 𝑏 → denominador. Ex.1: 𝑥+2 (𝑥+1)2 ; 𝑥+4 (𝑥+3)(𝑥+1) ; 2 𝑥+1 Toda fracção, em que o numerador e o denominador são polinómios, como nos exemplos acima, toma o nome de fracção racional (denominador não nulo). 6.3.2. Domínio de expressões racionais fraccionárias No domínio em 𝑅, a divisão só é possível se o divisor for diferente de zero. Assim, o domínio de uma expressão racional fraccionária é um conjunto de números que não anulam nenhum dos denominadores. E com ajuda da tabela (5.1), apresentada nas expressões com variáveis, permite-nos determinar o domínio de uma determinada expressão racional fraccionária dada. 48 Ex.2: Determine o domínio da fracção raccional: 1 𝑥 + 3 + 2 𝑥 + 1 Para determinarmos o domínio dessa fracção, temos que: ≫ Diferenciar os numeradores a zero, caso tiverem variáveis; 𝑥 + 3 ≠ 0 ⇒ 𝑥 ≠ −3 ; 𝑥 + 1 ≠ 0 ⇒ 𝑥 ≠ −1 ; assim o domínio será: Domínio = { 𝑥 ∈ 𝑅: 𝑥 ≠ −3 ; 𝑥 ≠ −1} ou D = (−∞ , −3) ∪ (−3,−1) ∪ (−1 ,+ ∞). 6.4. Simplifição de fracções algébricas Dada expressão fraccionária algébrica, 𝑥+2 𝑥2+3𝑥+2 , para simplificar é necessário: 1) Decompor em factores o numerador e o denominador, caso seja possível; 𝑥+2 (𝑥+2)(𝑥+1) 2) Simplificar os termos semelhantes. 𝑥+2 (𝑥+2)(𝑥+1) = 1 𝑥+1 Exercícios adicionais ( trabalho individual ) Simplifique as expressões: a) 𝑥+1 𝑥2+𝑥 ; b) 𝑥3+𝑥2+𝑥 𝑥 6.4.1. Operações com fracções algébricas racionais1) Adição e subtração Para efectuar uma adição ou uma subtração de duas fracções racionais, é necessário: 49 a) Diferenciar os denominadores a zero, caso tenham variáveis; b) Determinar o denominador comum; c) Reduzir o numerador,isso é, agrupando os termos semelhantes e efectuando a subtração ou adição; d) Decompor a fracção e simplificá-la, caso for possível. Ex.1: 𝑥 𝑥+2 + 4 𝑥2+3𝑥+2 ; 𝑥 + 2 ≠ 0 ⇒ 𝑥 ≠ −2 𝑥2 + 3𝑥 + 2 ≠ 0⇔(𝑥 + 2)(𝑥 + 1) ≠ 0 ⇨ { 𝑥 + 2 ≠ 0 𝑥 + 1 ≠ 0 ⇔ { 𝑥 ≠ −2 𝑥 ≠ −1 𝑥 𝑥+2 + 4 (𝑥+2)(𝑥+1) = 𝑥(𝑥+1)+4 (𝑥+2)(𝑥+1) = 𝑥2+𝑥+4 (𝑥+2)(𝑥+1) (𝑥 + 1) (1) 2) Multiplicação Para multiplicar duas fracções algébricas, temos que ter em conta o seguinte: a) Numerador é o produto dos numeradores; b) Denominador é o produto dos denominadores; c) Diferenciar o denominador a zero, caso tenha variável; d) Simplificar a fracção, caso seja possível. Ex.2: 𝑥 𝑥+1 × 𝑥2−1 𝑥2+2𝑥 = 𝑥 𝑥+1 × (𝑥−1)(𝑥+1) 𝑥(𝑥+2) = 𝑥−1 𝑥+2 3) Divisão Como a divisão é a operação inversa da multiplicação,isso quer dizer que, perante uma divisão de duas expressões algébricas temos que aplicar essa inversabilidade, cujo segundo termo escreveremos o seu recíproco. Deste modo ,teremos o seguinte: 50 Ex.3: 4𝑥 𝑥+2 ÷ 𝑥2 𝑥3+8 Resolução: Transformando a divisão em multiplicação, teremos: 4𝑥 𝑥+2 ÷ 𝑥2 𝑥3+8 = 4𝑥 𝑥+2 × 𝑥3+8 𝑥2 = 4𝑥 𝑥+2 × 𝑥3+23 𝑥.𝑥 = = 4𝑥 𝑥+2 × (𝑥+2)(𝑥2−2𝑥+4) 𝑥.𝑥 = 𝟒 (𝑥2−2𝑥+4) 𝒙 = 4𝑥2−8𝑥+16 𝒙 = 4𝑥 − 8 + 16 𝑥 . 51 VII. FUNÇÃO 7.1. Conceito de função Função considera-se a dependência da variável 𝑦 na variável 𝑥, mediante a qual, para cada elemento da variável 𝑥 corresponde a um único elemento da variável 𝑦. Uma função representa-se da seguinte maneira: 𝑓(𝑥) → 𝑦 ou ainda 𝑓(𝑥) = 𝑦, lê-se função 𝑓 de 𝑥. Para resolver uma função, temos que ter em conta o seguinte: 1) 𝐷(𝑥): domínio da função (constituído por elementos da variável x); 2) 𝐸(𝑥): conjunto imagem (constituído por todos elementos da variável y); 3) 𝑥: variável independente; 4) 𝑦: variável dependente; 5) (X0Y): eixos; 6) 𝑓(𝑥0): valor da função no ponto 𝑥0. 7.2. Formas de definição de uma função Formas de definição de uma função { Analítica: 𝑐𝑜𝑚 𝑎𝑗𝑢𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑢𝑚𝑎 𝑓ó𝑟𝑚𝑢𝑙𝑎 Tabular: 𝑐𝑜𝑚 𝑎𝑗𝑢𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑢𝑚𝑎 𝑡𝑎𝑏𝑒𝑙𝑎 Gráfica: com ajuda de um gráfico Esq. 7.1. Formas de definição de uma determinada função em 𝑅 Ex.1: Resolve: 𝑦 = 2𝑥 + 1 52 Para resolver teremos de ter em conta o seguinte: 1) Construir uma tabela de valores; 2) Atribuir quaisquer elementos na variável 𝑥 ( dois, três elementos ou mais) e substitui-los na fórmula, por formas a determinar os valores da variável 𝑦; 3) Construir o gráfico. Resolvendo, teremos a seguinte tabela e gráfico: 𝑥 −2 −1 0 1 2 𝑦 = 𝑓(𝑥) −3 −1 1 3 5 𝑥 = −2 → 𝑓(−2) = 2. (−2) + 1 = −3; 𝑥 = −1 → 𝑓(−1) = 2(−1) + 1 = −1; 𝑥 = 0 → 𝑓(0) = 2 ∙ 0 + 1 = 1; 𝑥 = 1 → 𝑓(1) = 2 ∙ 1 + 1 = 3 𝑥 = 2 → 𝑓(2) = 2 ∙ 2 + 1 = 5 Gráf. 7.1. Representação gráfica da função 𝑦 = 2𝑥 + 1 53 7.3. Monotonia das funções Quanto a monotonia, as funções podem ser: 1- Função crescente Consideramos a 𝑓(𝑥) = 2𝑥 + 1, pelo que : 𝑥 ∈ 𝑅 . Pela representação gráfica (𝑔𝑟𝑎𝑓. 1 ), vimos que é visível uma recta. Para melhor análise da monotonia da função pegaremos os pontos: A(𝑥1; 𝑦1) e B(𝑥2; 𝑦2) → 𝐴(−2;−3) e 𝐵(1; 3), { 𝑥1 = −2 𝑥2 = 1 e { 𝑦1 = −3 𝑦2 = 3 Comparando dadas coordenadas: 𝑥1 < 𝒙𝟐 e 𝑦1 < 𝒚𝟐 , vê-se que, o maior valor da abcissa (eixo horizontal) corresponde o maior valor da ordenada (eixo vertical), isto é, os valores de x aumentam e os valores de y também aumentam. Definição: uma função chama-se crescente no intervalo numérico de 𝑥, se o maior valor da abcissa corresponde precisamente o maior valor da ordenada. 2- Função decrescente Dada função : 𝑓(𝑥) = −2𝑥 + 1, apresentando graficamente: 𝑥 −2 −1 0 1 2 𝑦 = 𝑓(𝑥) 5 3 1 −1 −3 𝑥 = −2 → 𝑓(−2) = −2 ∙ (−2) + 1 = 5; 𝑥 = −1 → 𝑓(−1) = −2(−1) + 1 = 3; 𝑥 = 0 → 𝑓(0) = −2 ∙ 0 + 1 = 1; 𝑥 = 1 → 𝑓(1) = −2 ∙ 1 + 1 = −1 𝑥 = 2 → 𝑓(2) = −2 ∙ 2 + 1 = −3 54 Gráf.7.2. Representação gráfica da função 𝑦 = −2𝑥 + 1 A(𝑥1; 𝑦1) e B(𝑥2; 𝑦2) → 𝐴(−2; 5) e 𝐵(1;−1), { 𝑥1 = −2 𝑥2 = 1 e { 𝑦1 = 5 𝑦2 = −1 Veremos que: 𝑥1 < 𝒙𝟐 𝑒 𝒚𝟏 > 𝑦2 , em que, o maior valor da abcissa (eixo horizontal) corresponde o menor valor da ordenada (eixo vertical ), isto é, valores de 𝑥 aumentam e os valores de 𝑦 diminuem. Definição: uma função chama-se decrescente, aquela que decresce no intervalo numérico de 𝒙, se o maior valor da abcissa corresponde precisamente o menor valor da ordenada. 7.4. Raiz de uma função Considera-se raiz de uma função a intercepção do gráfico de uma função na recta 0𝑋. Em outras palavras mais simples, a raiz de uma funções qualquer, aparece nas condições, quando o valor da variável dependente 𝑦 for igual a zero, pois no momento em que a recta intersecta o eixo 0𝑋, 𝑦 = 0. 55 Gráf. 7.3. Demonstração gráfica das raízes da função 𝑦 = 𝑥3 + 2𝑥2 − 5𝑥 − 6 7.5. Intervalo do sinal de uma função Intervalo do sinal de uma função, considera-se os intervalos onde a função conserva o seu sinal. Por exemplo a função: 𝑦 = 𝑥3 + 2𝑥2 − 5𝑥 − 6 Conforme o 𝑔𝑟𝑎𝑓. 7.3, podemos notar que uma parte do gráfico encontra-se abaixo do eixo 0𝑋, então a função conserva sinal menos ( − ) nos intervalos: 𝑥 ∈ (−∞;−3) ∪ (−1; 2) Conforme o 𝑔𝑟𝑎𝑓. 7.3, podemos notar ainda que uma parte do gráfico encontra-se acima do eixo 0𝑋, então a função conserva sinal mais ( + ) nos intervalos: 𝑥 ∈ (−3;−1) ∪ (2;+∞) Nos pontos 𝐴(−3; 0), 𝐵(−1; 0), 𝐶(2; 0), gráfico interseta o eixo 0𝑋. Então podemos concluir que: 𝑥 = {−3,−1,2} , são as raízes da equação: 56 𝑥3 + 2𝑥2 − 5𝑥 − 6 = 0 Graficamente teremos: Gráf. 7. 4. Representação gráfica dos sinais da função 𝑦 = 𝑥3 + 2𝑥2 − 5𝑥 − 6 7.6. Funções pares e ímpares Definição: Chamam-se Funções pares todas funções em que cumpri-se a seguinte condição: 𝑓(−𝑥) = 𝑓(𝑥) (7.1) O gráfico da função par é simétrico na recta 0𝑌. Exemplo. Dada função, 𝑓(𝑥) = 𝑥2, verificaremos a condição acima apresentada, 𝑓(𝑥) = 𝑦 = 𝑥2, substituindo na condição 3 obteremos: 𝑓(− 𝑥)2 = (−𝑥)2 = 𝑥2 = 𝑓(𝑥) Vimos que, a condição da função par e aceitável, então dada função considera-se par. Agora veremos o seu gráfico: 𝑥 −2 −1 0 1 2 𝑦 = 𝑓(𝑥) 4 1 0 1 4 x y 57 𝑥 = −2 → 𝑓(−2) = (−2)2 = 4; 𝑥 = −1 → 𝑓(−1) = (−1)2 = 1; 𝑥 = 0 → 𝑓(0) = (0)2 = 0. 𝑥 = 1 → 𝑓(1) = (1)2 = 1; 𝑥 = 2 → 𝑓(2) = (2)2 = 4; Gráf. 7.5. Representação gráfica da função 𝑦 = 𝑥2 Definição: Consideram-se funções ímpares todas funções em que cumpri-se a condição: 𝑓(−𝑥) = −𝑓(𝑥) (7.2) O grafico da função ímpar é relativamente simétrico no começo das coordenadas (0,0). Exemplo: Dada função, 𝑓(𝑥)3 , verficando a condição, teremos: 𝑓(−𝑥) = (−𝑥)3 = −𝑥3 = −𝑓(𝑥), a condição é aceitável e teremos o seguinte gráfico: 58 𝑥 = −2 → 𝑓(−2) = (−2)3 = −8; 𝑥= −1 → 𝑓(−1) = (−1)3 = −1; 𝑥 = 0 → 𝑓(0) = (0)3 = 0; 𝑥 = 1 → 𝑓(1) = (1)3 = 1; 𝑥 = 2 → 𝑓(2) = (2)3 = 8. Gráf. 7.6. Representação gráfica da função 𝑦 = 𝑥3 7.7. Funções numéricas Consideram-se Funções numéricas, todas as funções em que são aplicadas as seguintes condições: 𝐷(𝑓) ⊂ 𝑅 e 𝐸(𝑓) ⊂ 𝑅 Assim, as funções numéricas podem ser: 1- Função linear Função dada pela fórmula: 𝑥 −1 −2 0 1 2 𝑦 −8 −1 0 1 8 59 𝑎1𝑥 + 𝑎2𝑦 + 𝑎3 = 0 (7.3) Onde: 𝑎1, 𝑎2, 𝑎3 ∈ 𝑅 Com ajuda da fórmula acima escrita, obteremos: 𝑎2𝑦 = −𝑎1𝑥 − 𝑎3 Sabendo que 𝑎2 ≠ 0 , as duas partes serão dividas por 𝑎2, obteremos: 𝑦 = − 𝑎1 𝑎2 𝑥 − 𝑎3 𝑎2 Vamos designar: { 𝑎 = − 𝑎1 𝑎2 𝑏 = − 𝑎3 𝑎2 , (7.4) Então obteremos equação da recta na forma canónica: 𝑦 = 𝑎𝑥 + 𝑏 (7.5) Onde 𝑥 e 𝑦 consideram-se variáveis, 𝑎 e 𝑏 números reais, em que 𝑎 coeficiente do ângulo. Gráfico será uma recta e para construção necessita-se de dois importantes pontos: ≫ Primeiro ponto 𝐴(𝑥0; 0) → ponto de intersecção do gráfico no eixo 0𝑋. Analisando que 𝐴(𝑥0; 0) ∈ gráfico 𝑦 = 𝑎𝑥 + 𝑏, então: 0 = 𝑎 ∙ 𝑥0 + 𝑏 → 𝑥0 = −𝑏/𝑎 ≫ Segundo ponto 𝐵(0; 𝑦0) → ponto de intersecção do gráfico no eixo 0𝑌. Analisando que 𝐵(0; 𝑦0) ∈ o gráfico 𝑦 = 𝑎𝑥 + 𝑏, então: 𝑦0 = 𝑎 ∙ 0 + 𝑏 → 𝑦0 = 𝑏 Conclusão: 60 { 𝐴(𝑥0; 0) 𝐵(0; 𝑦0) = { 𝐴 (− 𝑏 𝑎 ; 0) 𝐵(0; 𝑏) Ex.1: 2𝑥 + 3𝑦 + 6 = 0 Essa determinada equação encontra-se na forma geral, agora vamos transformá-la na forma canónica: 2𝑥 + 3𝑦 + 6 = 0 3𝑦 = −2𝑥 – 6 𝑦 = − 2 3 𝑥 − 2 Com ajuda desses dois pontos traça-se a recta. O primeiro ponto 𝐴 (𝑥0, 0 ) ∈ y = − 2 3 𝑥 − 2 → ponto de intersecção do gráfico no eixo 0𝑋: 0 = − 2 3 𝑥0 − 2 𝑥0 = −3 O segundo ponto 𝐵(0,𝑦0) ∈ y = − 2 3 𝑥 − 2 → ponto de intersecção do gráfico no 0𝑌. 𝑦0 = 2 3 ∙ 0 − 2 𝑦0 = −2 Gráfico da determinada função passa nos dois pontos 𝐴(−3; 0) e 𝐵(0;−2), logo teremos a seguinte tabela e representação gráfica: 𝑥 −3 0 𝑦 0 −2 61 Gráf. 7.7. Representação gráfica da função y = − 2 3 𝑥 − 2 Notamos que a direcção do gráfico da função depende do coeficiente do ângulo 𝑎: a) Se 𝑎 > 0, gráfico da função terá uma direcção positiva no eixo 0𝑋 (função crescente) formando um ângulo menor de 90 graus (agudo). Ex.2: 2𝑥 − 𝑦 + 1 = 0 Essa determinada equacação encontra-se na forma geral, agora vamos transformá-la na forma canónica: 2𝑥 − 𝑦 + 1 = 0 −𝑦 = −2𝑥 − 1 𝑦 = 2𝑥 + 1 Primeiro ponto 𝐴(𝑥0, 0): 0 = 2 ∙ 𝑥0 + 1 𝑥 −1 2⁄ 0 𝑦 0 1 62 𝑥0 = −1/2 Segundo ponto 𝐵(0, 𝑦0): 𝑦0 = 2 ∙ 0 + 1 𝑦0 = 1 b) Se 𝑎 < 0, gráfico da função terá uma direcção positiva no eixo O𝑥 ( função descrecente), formando um ângulo obtuso, maior de 90 graus. Ex.3: 2𝑥 + 𝑦 − 1 = 0 Esta determinada equação encontra-se na forma geral, agora vamos trnsformá-la na forma canónica: 2𝑥 + 𝑦 − 1 = 0 𝑦 = −2𝑥 + 1 Primeiro ponto 𝐴(𝑥0, 0): 0 = −2 ∙ 𝑥0 + 1 𝑥0 = 1/2 Segundo ponto 𝐵(0, 𝑦0): 𝑦0 = −2 ∙ 0 + 1 𝑦0 = 1. A recta da determinada função 𝑦 = −2𝑥 + 1 passa nos dois pontos principais - 𝐴(1/2; 0) 𝑒 𝐵(0; 1) e a recta da função 𝑦 = 2𝑥 + 1 passa nos dois pontos principais - 𝐴(−1/2; 0) 𝑒 𝐵(0; 1) , logo teremos as seguintes representações gráficas: 𝑥 1/2 0 𝑦 0 1 63 Gráf. 7.8. Representação gráfica da função 𝑦 = 2𝑥 + 1 linear crescente com 𝑎 = 2 Gráf. 7. 9. Representação gráfica da função 𝑦= −2𝑥 + 1 linear descrescente com 𝑎 = −2 Casos especiais: Analisaremos mais uma vez equação da recta na forma geral: 𝑎1𝑥 + 𝑎2𝑦 + 𝑎3 = 0 64 São possíveis 3 casos especiais: 1) Quando 𝑎3 = 0 ; a partir da expressão (7.4) que possui 𝑏 = − 𝑎3 𝑎2 , daí obteremos 𝑏 = 0, então a função (7.5) terá a seguinte forma: 𝑦 = 𝑎𝑥 Gráfico será uma recta e para construção necessita-se de dois importantes pontos: ≫ Quando 𝑥 = 0 , 𝑦 = 𝑎 ∙ 0 = 0, a recta da função sempre passa no ponto (0,0); ≫ Quando 𝑥 = 1 , 𝑦 = 𝑎 ∙ 1 = 𝑎, a recta da função sempre passa no ponto (1, 𝑎). Ex.4: −3𝑥 + 2𝑦 = 0 Segundo a comparação da determinada funcão do exemplo acima com a equação canónica da recta: 𝑎1𝑥 + 𝑎2𝑦 + 𝑎3 = 0 Notaremos que: 𝑎1 = −3 , 𝑎2 = 2 , 𝑎3 = 0 , a partir da expressão (7.4), obteremos: { 𝑎 = − 𝑎1 𝑎2 = − −3 2 = 3 2 𝑏 = − 𝑎3 𝑎2 = − 0 2 = 0 Então a equacão (7.5) terá a forma: 𝑦 = 3 2 x (*) Na prática podemos fazer de seguinte maneira: – 3𝑥 + 2𝑦 = 0 2𝑦 = 3𝑥 65 𝑦 = 3 2 x Gráf. 7.10. Representação gráfica da função y = 3 2 x 2) Quando 𝑎2 = 0 ; a partir da equação (7.3), obteremos: 𝑎1𝑥 + 𝑎3 = 0 𝑎1𝑥 = −𝑎3 𝑥 = − 𝑎3 𝑎1 Ex.5: 2𝑥 − 5 = 0 2𝑥 − 5 = 0 2𝑥 = 5 𝑥 = 5 2 𝑥 0 1 𝑦 0 3 2⁄ 66 Gráf. 7.11. Representação gráfica da função x = 5 2 3) Quando 𝑎1 = 0 ; a partir da equação (7.3), obteremos: 𝑎2𝑦 + 𝑎3 = 0 𝑎2𝑦 = −𝑎3 𝑦 = − 𝑎3 𝑎2 Ex.6: 2𝑦 − 5 = 0 2𝑦 − 5 = 0 2𝑦 = 5 𝑦 = 5 2 . 67 Gráf. 7.12. Representação gráfica da função y = 5 2 2- Função quadrática Funcão quadrática na forma canónica, possui a forma: 𝑦 = 𝑎𝑥2 + 𝑏𝑥 + 𝑐 Para melhor compreensão e interpretação por parte dos leitores, vamos analisar muito detalhadamente os três principais e essencias casos que frequentemente aparecem nos estudos das funções quadráticas. Deste modo, temos: ≫ Primeiro caso, quando 𝑏 = 𝑐 = 0, função quadrática apresenta-se na forma simples: 𝑦 = 𝑎𝑥2 (7.6) Notamos que função (7.6) é par, porque: 𝑦(−𝑥) = 𝑎(−𝑥)2 = 𝑎𝑥2 = 𝑦(𝑥). Quando 𝑎 > 0, gráfico será do tipo: 68 Quando 𝑎 < 0, gráfico será do tipo: Vimos que gráfico da função sempre passa no ponto inicial (0; 0) e relativamente simétrico ao eixo 0𝑌. Para a contrução do gráfico da função 𝑦 = 𝑎𝑥2 são necessários no mínimo 5 pontos simétricos: (−2; −1; 0; 1; 2) Ex.1: 𝑦 = 3 2 𝑥2 𝑥 −2 −1 0 1 2 𝑦 6 3 2⁄ 0 3 2⁄ 6 Parábola Vértice da parábola Parábola Vértice da parábola 69 Gráf. 7.13. Representação gráfica da função 𝑦 = 3 2 𝑥2 ≫ Segundo caso, quando b = 0, função quadrática apresenta-se na forma simples: 𝑦 = 𝑎𝑥2 + 𝑐 𝑦 − 𝑐 = 𝑎𝑥2 Substituindo: { 𝑋 = x 𝑌 = 𝑦 − 𝑐 Obteremos: 𝑌 = 𝑎 ∙ 𝑋2 (7.7) Quando: { 𝑋 = 0 𝑌 = 0 → { 0 = x 0 = 𝑦 − 𝑐 ↔ { 𝑥 = 0 𝑦 = 𝑐 O gráfico da função (7.7), constrói-se igualmente como o gráfico da função (7.6) e relativamente simétrico ao eixo 0𝑌. A diferença entre ambos é que o gráfico da função (7.6) possui vértice no ponto (0;0), e gráfico da função (7.7) possui vértice no ponto 𝐴(0; 𝑐 ). 70 Agora mostraremos no gráfico a movimentação (transferência) paralela dos eixos: 𝑂(0; 0)→ 𝐴(0; 𝑐) Gráf. 7.14. Demonstração da movimentação paralela dos eixos Para a contrução do gráfico da função 𝑦 = 𝑎𝑥2 + 𝑐 são necessários no mínimo 5 pontos simétricos relativamente ao ponto 𝟎: (−2; −1; 𝟎; 1; 2) Ex.2: 𝑦 = 2𝑥2 − 3 𝑦 = 2𝑥2 − 3 𝑦 + 3 = 2𝑥2 Substituindo: { 𝑋 = 𝑥 𝑌 = 𝑦 + 3 Obteremos: 𝑌 = 2 ∙ 𝑋2 71 Quando: { 𝑋 = 0 𝑌 = 0 → { 0 = x 0 = 𝑦 + 3 ↔ { 𝑥 = 0 𝑦 = −3 Para a contrução do gráfico da função 𝑦 = 2𝑥2 − 3 são necessários no mínimo 5 pontos simétricos relativamente ao ponto 0: (−2;−1; 𝟎; 1; 2) x -2 -1 0 1 2 y 5 -1 -3 -1 5 𝑦 = 2𝑥2 − 3 𝑥 = −2 → 𝑓(−2) = 2(−2)2 − 3 = 5; 𝑥 = −1 → 𝑓(−1) = 2(−1)2 − 3 = −1; 𝑥 = 0 → 𝑓(0) = 2(0)2 − 3 = −3; 𝑥 = 1 → 𝑓(1) = 2(1)2 − 3 = −1; 𝑥 = 2 → 𝑓(2) = 2(2)2 − 3 = 5. Gráf. 7.15. Representação gráfica da função 𝑦 = 2𝑥2 − 3 72 Na prática faz-se de uma forma mais simples e simplificada: Ex.3: 𝑦 = 2𝑥2 − 3 Determinar as coordenadas do vértice 𝐴(0; 𝑐) → 𝐴(0;−3) Para a contrução do gráfico da função 𝑦 = 2𝑥2 − 3, são necessários no mínimo 5 pontos simétricos relativamente ao ponto 0: (−2;−1; 𝟎; 1; 2) 𝑥 −2 −1 𝟎 1 2 𝑦 5 −1 −3 −1 5 O gráfico constrói-se igualmente como construímos acima. ≫ Terceiro caso, analisaremos a função quadrática completa: 𝑦 = 𝑎𝑥2 + 𝑏𝑥 + 𝑐 (7.8) onde: 𝑎, 𝑏, 𝑐 consideram-se constante em 𝑅, pelo que 𝑎 ≠ 0. Para construir gráfico da função (7.8), utilizaremos a forma canónica da própria função (7.8), de seguinte modo: 𝑦 = 𝑎𝑥2 + 𝑏𝑥 + 𝑐 𝑦 = 𝑎(𝑥2 + 2 𝑏 2𝑎 𝑥 + 𝑏2 4𝑎2 ) − 𝑏2 4𝑎 + c 𝑦 = 𝑎(𝑥 + 𝑏 2𝑎 ) 2 + 𝑐 − 𝑏2 4𝑎 𝑦 = 𝑎(x + 𝑏 2𝑎 ) 2 + 4𝑎𝑐− 𝑏2 4𝑎 𝑦 − 4𝑎𝑐− 𝑏2 4𝑎 = 𝑎(𝑥 + 𝑏 2𝑎 ) 2 Substituindo: { 𝑋 = 𝑥 + 𝑏 2𝑎 𝑌 = 𝑦 − 4𝑎𝑐− 𝑏2 4𝑎 73 Obteremos: 𝑌 = 𝑎 ∙ 𝑋2 (7.9) Quando: { 𝑋 = 0 𝑌 = 0 → { 0 = 𝑥 + 𝑏 2𝑎 0 = 𝑦 − 4𝑎𝑐− 𝑏2 4𝑎 ↔ { 𝑥 = − 𝑏 2𝑎 𝑦 = 4𝑎𝑐− 𝑏2 4𝑎 Gráfico da função (7.9), constrói-se igualmente como o gráfico da função (7.6). A diferença entre ambos é que o gráfico da função (7.6) possui vértice no ponto (0,0) e relativamennte simétrico ao eixo 0𝑌, e gráfico da função (7.8) possui vértice no ponto 𝐴 (− 𝑏 2𝑎 ; 4𝑎𝑐− 𝑏2 4𝑎 ) e relativamennte simétrico a recta 𝑥 = − 𝑏 2𝑎 . Agora mostraremos no gráfico a movimentação (transferência) paralela dos eixos: 𝑂(0; 0) → 𝐴(− 𝑏 2𝑎 ; 4𝑎𝑐− 𝑏2 4𝑎 ) Gráf. 7.16. Demonstração da movimentação paralela dos eixos 74 Para construir gráfico da determinada função 𝑦 = 𝑎𝑥2 + 𝑏𝑥 + 𝑐 , construiremos da função 𝑌 = 𝑎 ∙ 𝑋2 , com o começo da coordenada no ponto 𝐴 (− 𝑏 2𝑎 ; 4𝑎𝑐− 𝑏2 4𝑎 ). O gráfico dessa função é relativamente simétrico a recta 𝑥 = − 𝑏 2𝑎 . O gráfico será construído com ajuda de 5 pontos simétricos relativamente a recta − 𝑏 2𝑎 . (− 𝑏 2𝑎 − 2;− 𝑏 2𝑎 − 1;− 𝒃 𝟐𝒂 ; − 𝑏 2𝑎 + 1;− 𝑏 2𝑎 + 2). Ex.4: 𝑦 = 𝑥2 − 2𝑥 − 3 𝑦 = 𝑥2 − 2𝑥 − 3 𝑦 = (𝑥2 − 2𝑥 + 1) − 4 𝑦 = (𝑥 − 1)2 − 4 𝑦 + 4 = (𝑥 − 1)2 Substituindo: { 𝑋 = 𝑥 − 1 𝑌 = 𝑦 + 4 Obteremos: 𝑌 = 𝑋2 Quando: { 𝑋 = 0 𝑌 = 0 → { 0 = x − 1 0 = 𝑦 + 4 ↓ { 𝑥 = 1 𝑦 = −4 75 Para construir o gráfico da determinada função 𝑦 = 𝑥2 − 2𝑥 − 3 , construiremos da função 𝑌 = 𝑋2, com o começo da coordenada no ponto 𝐴(1,−4). O gráfico dessa função é relativamente simétrico a recta 𝑥 = 1. O gráfico será construído com ajuda de 5 pontos simetricos relativamente simétricos a 1: (1 − 2; 1 − 1; 𝟏; 1 + 1; 1 + 2) ↔ (−1; 0; 𝟏; 2; 3) x -1 0 1 2 3 y 0 -3 -4 -3 0 Gráf. 7.17. Representação gráfica da função 𝑦 = 𝑥2 − 2𝑥 − 3 Ex.5: 𝑦 = − 2 3 𝑥2 − 2 3 𝑥 + 4 𝑦 = − 2 3 𝑥2 − 2 3 𝑥 + 4 𝑦 = − 2 3 (𝑥2 + 2 ∙ 1 2 𝑥 + 1 4 ) + 25 6 76 𝑦 = − 2 3 (𝑥 + 1 2 ) 2 + 25 6 𝑦 − 25 6 = − 2 3 (𝑥 + 1 2 ) 2 Substituindo: { 𝑋 = 𝑥 + 1 2 𝑌 = 𝑦 − 25 6 Obteremos: Y = − 2 3 𝑋2 Quando: { 𝑋 = 0 𝑌 = 0 → { 0 = 𝑥 + 1 2 0 = 𝑦 − 25 6 ↓ { 𝑥 = − 1 2 𝑦 = 25 6 Para construir gráfico da determinada função 𝑦 = − 2 3 𝑥2 − 2 3 𝑥 + 4 , construiremos gráfico da função 𝑌 = 𝑋2, com o começo da coordenada no ponto 𝐴 (− 1 2 ; 25 6 ). O gráfico dessa função é relativamente simétrico a recta 𝑥 = − 1 2 . O gráfico será construído com ajuda de 5 pontos simétricos relativamente simétricos a recta − 𝟏 𝟐 : 77 (− 1 2 -2;− 1 2 -1;− 𝟏 𝟐 ;− 1 2 +1;− 1 2 +2) ↔ (− 5 2 ; − 3 2 ; − 𝟏 𝟐 ; 1 2 ; 3 2 ) 𝑥 −5 2⁄ −3 2⁄ −1 2⁄ 1/2 3/2 𝑦 3/2 7/2 25 6⁄ 7/2 3/2 Gráf. 7.18. Representação gráfica da função 𝑦 = − 2 3 𝑥2 − 2 3 𝑥 + 4 Na prática podemos analisar a função quadrática completa, de seguinte maneira: Ex.6: 𝑦 = 𝑥2 − 2𝑥 − 3 ≫ Utilizaremos a fórmula 𝐴 (− 𝑏 2𝑎 ; 4𝑎𝑐− 𝑏2 4𝑎 ), para encontramos as coordenadas do vértice: 𝐴(− −2 2 ∙ 1 ; 4 ∙ 1 ∙ (−3) − (−2)2 4 ∙ 1 ) ↓ 𝐴(1;−4 ) ≫ Escolher o conjunto de 5 pontos relativemente simétricos a recta − 𝑏 2𝑎 =− −2 2∙1 = 𝟏; 78 ≫ Utilizaremos a fórmula: (− 𝑏 2𝑎 − 2; − 𝑏 2𝑎 − 1; − 𝒃 𝟐𝒂 ; − 𝑏 2𝑎 + 1; − 𝑏 2𝑎 + 2) ↓ (1 − 2; 1 − 1; 𝟏 ; 1 + 1; 1 + 2) ↓ (−1; 0; 𝟏; 2; 3) Agora é só construir a tabela e o gráfico, como fizemos acima! O gráfico da função quadrática depende do coeficiente 𝑎 e como se não bastasse, a função quadrática apresenta algumas especialidades, tabela (7.1): Tabela 7.1 Especialidades da função quadrática Coeficiente e direcção Especialidades nas raizes Coeficiente a pode ser: Direcção dos ramos da parábola ∆> 0 → 𝑥1 ≠ 𝑥2 a função tem duas raízes ∆= 0 → 𝑥1 = 𝑥2 a função tem uma só raiz ∆< 0 → ∄ 𝑥, a função não tem raízes 𝒂 > 0 Os ramos da parábola estarão direccionados para cima 𝒂 < 0 Os ramos da parábola estarão direccionados para baixo 79 3- Funções inversamente proporcionais 𝑦 = 𝑘 𝑥−𝑎 + 𝑏 (7.10) Em casos simples quando 𝑎 = 𝑏 = 0 , obteremos a função inversamente proporcional dada pela forma: 𝑦 = 𝑘 𝑥 (7.11) Onde: 𝑥 , 𝑦 consideram-se variáveis e 𝑘 coeficiente da inversabilidade da variável 𝑥 da proporcionalidade, em que: 𝐷(𝑓) = (−∞; 0) ∪ (0;+∞), isso é: 𝑓(𝑥) = (−∞;0) ∪ (0;+∞) O gráfico dessas funções não podem intersectar o eixo das coordenadas 𝑥 e 𝑦, isso é, o gráfico será uma hipérbole, para construção, necessita-se de 10 pontos simétricos: (−3; −2; −1; − 1 2 ; − 1 4 ; 1 4 ; 1 2 ; 1; 2; 3). Tudo isso porque, a hipérbole é constituída
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