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EA D Expressões Algébricas 2 1. ObjetivOs • Rever conceitos básicos sobre expressões algébricas, equações polinomiais, fatoração e produtos notáveis. • Identificar e resolver equações e inequações do 1º e 2º grau. 2. COnteúdOs • Expressões algébricas e equações polinomiais. • Produtos notáveis e fatoração. • Equações e inequações do 1º e 2º graus. 3. Orientações para O estudO da unidade Antes de iniciar o estudo desta unidade, é importante que você leia as orientações a seguir: © Matemática Básica I110 1) É fundamental que você tenha sempre disponível o significado dos conceitos básicos referentes às expressões algébricas, produtos notáveis, fatoração, equações e inequações. 2) Para fixar os conteúdos desta unidade, procure revisar os conteúdos já apresentados – a apreensão desses conceitos é fundamental para que outros, mais bem elaborados, sejam compreendidos mais facilmente no decorrer deste curso. 3) Lembre-se de que sua participação pode significar a diferença para transformar conhecimentos em qualidade profissional. Por isso, procure interagir com seus colegas de turma e o tutor. 4. intrOduçÃO À unidade Nesta segunda unidade, revisaremos conceitos básicos de expressões algébricas, produtos notáveis, fatoração, equações e inequações do 1º e 2º graus e sistemas de equações e inequações. Tais conceitos são fundamentais para um bom entendimento de outros conceitos matemáticos mais bem elaborados, os quais estudaremos nas unidades subsequentes. 5. expressões algébriCas São expressões matemáticas que apresentam letras e núme- ros, como, por exemplo, 5 2a b+ e 33 4 x y z− + − . Ao observamos esses exemplos, notaremos que podemos realizar operações por meio delas. No entanto, devemos para resolver as operações de acordo com a seguinte ordem: • Potenciação ou radiciação. • Multiplicação ou divisão. • Adição ou subtração. Claretiano - Centro Universitário 111© U2 – Expressões Algébricas Fique atento quanto à prioridade dessas operações: Antes de cada uma das três operações citadas, deve-se rea- lizar a operação que estiver dentro dos parênteses, colchetes ou chaves. A multiplicação pode ser indicada por (×) ou por um ponto centralizado na altura (·), às vezes ela vem sem sinal, desde que fi- que evidente a intenção de multiplicação da expressão. Aqui, será adotado o ponto como símbolo preferencial, a fim de que não nos confundamos com os demais, mas é importante sabermos da exis- tência de outras formas. Exemplo: considere 3 8A B= + , e tomemos 5B = . Nesse caso, temos: 3 (5) 8 15 8 23A = ⋅ + = + = . Aqui B é a variável independente da expressão; 5, o valor numé- rico da variável B; e 23, o valor numérico da expressão indicada por A. Se alterarmos o valor de B para 8, obtemos um novo valor numérico para a expressão A: 3 (8) 8 24 8 32A = ⋅ + = + = . Outro exemplo: seja 3 2 2 5X A B= − + − , e se alterarmos o valor de A e de B para 2A = e 3B = , obteremos um valor numé- rico de X. Assim, temos: 3 (2) 2 2 (3) 5X = ⋅ − + ⋅ − , o que resulta em 6 2 6 5 5X = − + − = . Podemos concluir que o valor numérico de uma expressão algébrica é o valor obtido na expressão quando substituímos a va- riável por um valor numérico qualquer. 6. eQuações pOlinOMiais Na maioria das situações práticas, os problemas do dia a dia são descritos por meio de equações matemáticas envolvendo uma ou mais variáveis ou incógnitas. Nessas situações, para resolver tais equações é preciso encontrar o valor (ou valores) da incógnita © Matemática Básica I112 que torne verdadeira uma sentença matemática que descreve o problema. Uma classe muito importante de tais equações consiste nas chamadas equações polinomiais, que caracterizaremos a seguir. Expressões formadas por um numeral e uma letra, juntos, indi- cam o produto dos números representados pelo numeral e pela letra. Monômios Se considerarmos, por exemplo, 2x, dizemos que é o produto de 2 por x. O numeral é denominado coeficiente, e a letra, deno- minada variável. É chamada de monômio a expressão da forma nax , em que a é um número real (coeficiente); n, um número natural; e x, um valor desconhecido (variável ou incógnita). Por exemplo, 43x é um monômio, no qual o coeficiente é igual a 3; x, a variável; e 4, o expoente da variável. Monômios semelhantes Dois monômios podem ser semelhantes quando possuem as mesmas variáveis, com os mesmos expoentes, ou seja, são seme- lhantes quando forem exatamente iguais ou diferirem apenas com relação aos seus coeficientes. Os monômios 22x e 23x− são semelhantes, pois a única dife- rença são os coeficientes (numeral). Os monômios 33x e 22x , por exemplo, não são semelhantes, pois os expoentes são diferentes, o que também ocorre com os monômios 22x e 2x . soma e subtração de monômios Somente podemos somar ou subtrair monômios quando eles forem semelhantes. Se isso não ocorrer, devemos simples- mente repetir o monômio não semelhante. Claretiano - Centro Universitário 113© U2 – Expressões Algébricas Assim, temos: • 2 2 22 3x x x− = − • 2 2 22 3 5 3 5 2a a b b a b+ − + = − • 3 3 34 3 5 7 5x x y x y+ − = − Multiplicação de monômios O produto de monômios, mesmo não sendo eles semelhan- tes, é sempre um monômio. Multiplicamos os coeficientes numé- ricos e somamos os expoentes das variáveis, quando elas forem iguais. Exemplos • 2 2 2 2 2 2 42 3 (2) (3) 6 6x x x x x x+⋅ = ⋅ ⋅ ⋅ = = • 2 2 2 2 2 23 5 ( 3) (5) 15z x z x z x− ⋅ = − ⋅ ⋅ ⋅ = − • 5 2 5 2 5 ( 2) 33 (1) (3) 3 3a a a a a a− − + −⋅ = ⋅ ⋅ ⋅ = = divisão de monômios A divisão de monômios semelhantes é sempre um monô- mio. Dividimos os coeficientes numéricos e subtraímos os expoen- tes das variáveis. Exemplos: • 5 5 2 3 2 3 3 3 2 2 2 x x x x −= = • 3 3 6 3 6 15 15 5 3 3 a a a a − −= = • 5 5 5 0 5 4 4 2 2 2 2 z z z z −− −= = − = − Nesse caso, lembre-se de que todo número elevado a zero resulta em 1, ou seja, 0 1z = . © Matemática Básica I114 polinômios Um polinômio consiste na soma de dois ou mais monômios. As expressões a seguir são polinômios: • 3 22 4 1x x− + • 4 23 2x x x− + • 5 2x x− Operações com polinômios Adição e subtração de polinômios Para determinar a soma de dois ou mais polinômios, basta somar os coeficientes dos termos de mesmo grau, reduzindo-os a um único termo com esse grau. Exemplos: Dados os polinômios 3 2( ) 2 3 5 2P x x x x= − + − e 3 2( ) 6 3Q x x x x= − + + , calcule ( ) ( )P x Q x+ : 2 1 2( )( )ax bx c a x x x x+ + = − − Nesse caso, é preciso ter cuidado com o sinal de menos do polinômio ( )Q x . Lembre-se de que, para subtrair um polinômio de outro, basta somar o polinômio ( )P x como o oposto do poli- nômio ( )Q x , obtendo ( ) ( ( ))P x Q x+ − : ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 3 2 3 2 3 2 3 2 3 3 2 2 3 2 2 3 5 2 6 3 2 3 5 2 6 3 2 6 3 5 2 3 4 2 4 5 P x Q x x x x x x x P x Q x x x x x x x P x Q x x x x x x x P x Q x x x x − = − + − − − + + − = − + − − − + + − = − + − + + − + − − − = − − + − Claretiano - Centro Universitário 115© U2 – Expressões Algébricas Multiplicação de polinômios Dados dois polinômios ( )P x e ( )Q x , é possível multiplicá-los e obter o polinômio ( )M x , isto é, ( ) ( ) ( )M x P x Q x= ⋅ . Para multipli- cá-los, utilizamos a propriedade distributiva da multiplicação. Exemplos: Dados os polinômios 3( ) 2 2P x x= + e 3( ) 6 3Q x x= + , calcu- le ( ) ( )P x Q x⋅ : ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 3 3 3 3 3 2 6 3 2 2 2 6 3 2 6 2 3 2 6 2 3 12 6 12 6 P x Q x x x P x Q x x x x x P x Q x x x x ⋅ = + ⋅ + ⋅ = ⋅ + ⋅ + ⋅ + ⋅ ⋅ = + + + Dado o polinômio 2( ) 2P x x= − e o polinômio ( ) 2Q x x= − calcule ( ) ( )P x Q x⋅ : ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 2 2 2 3 2 3 2 2 2 2 2 2 2 2 2 4 2 2 4 P x Q x x x P x Q x x x x x P x Q x x xx P x Q x x x x ⋅ = − ⋅ − ⋅ = ⋅ + ⋅ − + − ⋅ + − ⋅ − ⋅ = + − + − + ⋅ = − − + equação polinomial A equação polinomial consiste na igualdade de polinômios. Por exemplo, 3 2 22 4 1 1x x x x− + = + − é uma equação polinomial. Considerando que uma equação polinomial exprime a igual- dade entre dois polinômios, podemos sempre reescrevê-la na for- ma reduzida, transpondo os monômios do segundo membro para o primeiro membro (tomando o cuidado de, a cada transposição, efetuar a troca de sinal do referido termo) e, em seguida, agrupan- do os monômios semelhantes, de modo que o segundo membro fique igual a zero. © Matemática Básica I116 Assim, por exemplo: 3 2 2 3 2 22 4 1 1 2 4 1 1 0x x x x x x x x− + = + − ⇔ − + − − + = Agrupando os termos semelhantes no primeiro membro, obtemos a forma reduzida: 3 22 5 2 0x x x− − + = grau da equação polinomial O grau da equação polinomial é dado pelo maior expoente da variável x da equação. Observem os exemplos a seguir: • 3 6 0x + = (equação do 1º grau); • 22 3 2 0x x+ − = (equação do 2º grau); • 3 22 5 2 0x x x− − + = (equação do 3º grau); • 4 25 2 3 0x x x+ − + = (equação do 4º grau). 7. FatOraçÃO Fatorar é transformar uma expressão matemática em um produto, utilizando propriedades dos números racionais. Fator comum em evidência Começaremos pelo fator comum em evidência. Para isso, você deve se lembrar da propriedade distributiva da multiplicação em relação à adição e à subtração. Sendo a, b e c números racionais, temos: ( )a b c a b a c⋅ + = ⋅ + ⋅ Nesse sentido, quando escrevemos ( )a b a c a b c⋅ + ⋅ = ⋅ + , dizemos que a expressão a b a c⋅ + ⋅ foi fatorada, obtendo a expressão ( )a b c⋅ + . Podemos dizer que "colocamos" o fator comum a em evi- dência e transformamos uma soma em um produto. Claretiano - Centro Universitário 117© U2 – Expressões Algébricas Podemos fatorar uma expressão, ou seja, colocar o fator co- mum em evidência em expressões que contenham mais de dois termos somados ou subtraídos. Exemplos: • ( )ab ac ad ae a b c d e− + − = ⋅ − + − • ( )abc abe abd ab c e d− + = ⋅ − + • 4 8 3 4 (4 8 3 4) (5) 5x x x x x x x+ − − = ⋅ + − − = ⋅ = Podemos, também, colocar em evidência o fator comum em expressões algébricas que contenham termos que consistem de um numeral seguido de uma ou mais letras, as quais podem ter como expoentes números inteiros positivos. Por exemplo, a expressão 2 3 2 22 6 8x y xy x y− + possui três termos e é possível colocar em evidência o fator comum, se ele for determinado de acordo com as observações a seguir: • Na parte numérica, determinamos o máximo divisor co- mum dos coeficientes numéricos de todas as parcelas (no exemplo anterior, o MDC é o número 2). • Na parte literal, consideramos todas as letras que apa- recem em todas as parcelas com o menor expoente (no exemplo anterior, as letras x e y ambas com expoente 1). • Dividimos cada uma das parcelas pelo fator comum. Na expressão 2 3 2 22 6 8x y xy x y− + , temos que o MDC é 2; as letras que se repetem em todas as parcelas são x e y com expoente 1. Observe que, para obter os termos que irão ficar dentro dos parênteses, temos de dividir cada uma das parcelas da expressão inicial pelo fator comum, ou seja: 2 3 2 2 22 6 8 3 4 2 2 2 x y xy x yx y xy xy xy xy − = = − = © Matemática Básica I118 Após tais procedimentos de fatoração, obtemos: 2 3 2 2 22 6 8 2 ( 3 4 )x y xy x y xy x y xy− + = ⋅ − + Veja outro exemplo: na expressão 2 2 2 3 3 44 6 2a b a b a b− + , o máximo divisor comum dos coeficientes numéricos 4, –6 e 2 é o numeral 2; na parte literal, as letras que aparecem em todos os termos da expressão e que possuem o menor expoente são 2 2a b . Na expressão 2 2 2 3 3 44 6 2a b a b a b− + , temos: 2 2 2 3 3 4 2 2 24 6 2 2 (2 3 )a b a b a b a b b ab− + = − + Observe que, para obtermos os termos que irão ficar dentro dos parênteses, temos de dividir cada um dos termos da expressão inicial pelo fator comum, ou seja: 2 2 2 3 3 4 2 2 2 2 2 2 2 4 6 22 3 2 2 2 a b a b a bb ab a b a b a b − = = − = Fatoração por agrupamento Pode ocorrer de, em uma expressão, não ser possível deter- minar um fator comum a todos os termos para colocar em evidên- cia. Quando isso acontecer, podemos tentar reagrupar ou rearran- jar os termos, para obtermos um fator comum. Observe a expressão ax ay bx by+ + + . A letra a é comum somente às duas primeira parcelas, enquanto a letra b é comum às duas últimas parcelas. Podemos colocar a letra a em evidência para as duas primeiras parcelas e a letra b em evidência para as duas últimas parcelas: ( ) ( )ax ay bx by a x y b x y+ + + = + + + Observe que, na expressão ( ) ( )a x y b x y+ + + , temos um ter- mo comum ( )x y+ e que também pode ser colocado em evidência: ( ) ( ) ( ) ( )a x y b x y x y a b+ + + = + ⋅ + Claretiano - Centro Universitário 119© U2 – Expressões Algébricas Observe que, se aplicarmos a propriedade distributiva na ex- pressão , obteremos a expressão . Exemplos 1) Fatore por agrupamento a expressão . Observe que a letra a é fator comum para as duas pri- meiras parcelas e b para as duas últimas. Assim, temos: . Na expressão anterior, observe que obtemos como fator comum e novamente colocamos esse termo em evidência: Nesse caso, se aplicarmos a propriedade distributiva na expressão , obteremos a expressão origi- nal . 2) Fatore a expressão . Observe que a letra x é fator comum para a primeira e terceira parcela, e o número 1, o fator comum para a segunda e última parcela. Assim, temos: Na expressão anterior, observe que obtemos como fator comum e novamente colocamos esse termo em evidência: Nesse caso, se aplicarmos a propriedade distributiva na expressão , obteremos a expressão original . 8. prOdutOs nOtáveis Cálculos que envolvem expressões algébricas são muito frequentes e utilizados na resolução de problemas matemáticos. © Matemática Básica I120 Provavelmente você já conhece alguns desses cálculos: os conhecidos produtos notáveis, que consistem na multiplicação de expressões algébricas. Um exemplo de produto notável é a expressão 2( )a b+ , conhecida como o quadrado da soma de dois números a e b. Para obtermos esse produto, utilizamos a propriedade distributiva: 2 2 2 ( ) ( ) ( ) 2 a b a b a b a a a b a b b b a ab b + = + ⋅ + = = ⋅ + ⋅ + ⋅ + ⋅ = + + Observe que, para resolver a expressão pela propriedade distributiva, o processo é longo e, por consequência, demorado. Para facilitar, memorize a seguinte sequência: • O quadrado da soma de dois números é igual ao quadrado do primeiro termo, mais duas vezes o produto do primeiro termo pelo segundo, mais o quadrado do segundo termo. 2 2 2( ) 2a b a ab b+ = + + O mesmo vale para o quadrado da diferença de dois núme- ros a e b, 2( )a b− , que resulta em: • O quadrado da diferença de dois números é igual ao quadrado do primeiro termo, menos duas vezes o produto do primeiro termo pelo segundo, mais o quadrado do segundo termo. 2 2 2( ) 2a b a ab b− = − + Exemplos: 1) Calcule 2(2 3 )a b+ : 2 2 2 2 2 2 (2 3 ) (2 ) 2 (2 ) (3 ) (3 ) (2 3 ) 4 12 9 a b a a b b a b a ab b + = + ⋅ ⋅ + + = + + 2) Calcule 2( 3)x − : 2 2 2 2 2 2 ( 3) 2 3 3 6 9 ( 3) 6 9 x x x x x x x x − = − ⋅ ⋅ + = − + − = − + Claretiano - Centro Universitário 121© U2 – Expressões Algébricas Outro importante produto notável é a diferença de dois nú- meros quadrados, descrito por 2 2a b− , que é o produto de ( )a b− por ( )a b+ , o que resulta: 2 2 2 2 ( ) ( ) ( ) ( ) a b a b a a ab ab b b a b a b a b a b − ⋅ + = ⋅ + − − ⋅ = − − ⋅ + = − Exemplos: 1) Simplifique ( 3) ( 3)x x− ⋅ + : 2 2 2( 3) ( 3) 3 9x x x x− ⋅ + = − = − 2) Fatore 2 2x b− : 2 2 ( ) ( )x b x b x b− = − ⋅ + 9. eQuações Equação é uma sentença matemática que estabelece uma igualdade entre duas expressões algébricas. Nesse sentido,podemos afirmar que 8 9 7x − = é uma equa- ção, pois estabelece uma igualdade entre 8 9x − e 7, como tam- bém 2 9 0y − = , ao estabelecer uma igualdade entre 2 9y − e 0. Nos exemplos anteriores, as letras são descritas como in- cógnitas, que representam números aos quais se deseja conhecer para que as sentenças matemáticas sejam verdadeiras. Na equação 8 9 7x − = , o que se deseja saber é qual o núme- ro x que multiplicado por 8 e subtraído de 9 resulta em 7. Nesse caso, o valor de x é 2, pois 8 (2) 9 7⋅ − = . Resolver uma equação é determinar todos os valores pos- síveis para a incógnita da equação, valores esses capazes de tornar a igualdade uma sentença matemática verdadeira. © Matemática Básica I122 A seguir, iremos rever alguns tipos de equações e suas res- oluções, já estudados ao frequentarmos o Ensino Fundamental e o Ensino Médio. equações do 1º grau A equação do 1º grau é representada na forma 0ax b+ = , na qual 0a ≠ , ao passo que a e b são os coeficientes (números conhecidos) e x, a variável ou incógnita da equação. A solução de uma equação do 1º grau na forma 0ax b+ = , na qual 0a ≠ , é dada por: bx a − = . Vejamos, a seguir, exemplos de equações do 1º grau com suas soluções: a) 3 9 0x − = Resolução: 3 9 0 3 9 9 3 3 x x x x ⇒ − = ⇒ = ⇒ = ⇒ = b) 10 4 2x x+ = − Resolução: 10 4 2 2 4 10 3 6 6 3 2 x x x x x x x ⇒ + = − ⇒ + = − ⇒ = − − ⇒ = ⇒ = − Claretiano - Centro Universitário 123© U2 – Expressões Algébricas c) 2 4 2 6 3 x + = Resolução: 3 (2 4) 2 6 6 12 12 6 12 12 6 0 0 x x x x x ⇒ ⋅ + = ⋅ ⇒ + = ⇒ = − ⇒ = ⇒ = d) Em uma empresa, estima-se que o custo de fabricação (em reais) de x unidades de um determinado produto é dado pela equação 150 4C x= + , e a receita (também em reais) obtida pela comercialização dessas x unidades é 6R x= . Assim, o lucro obtido pela produção e comer- cialização de x unidades é dado por L R C= − . Qual a produção necessária para gerar um lucro de R$ 250,00? Resolução: Com as informações do problema, substituindo na equação do lucro as expressões correspondentes à receita R e ao custo C, obtemos 6 (150 4 ) 2 150L x x L x= − + ⇒ = − . Impondo a condição de que o lucro esperado é de R$ 250,00, obtemos a equação do 1º grau: 2 150 250 2 400 200x x x− = ⇒ = ⇒ = Portanto, a produção para gerar um lucro de R$ 250,00 deve ser de 200 unidades. equações do 2º grau A equação do 2º grau caracteriza-se por ser escrita na forma 2 0ax bx c+ + = , na qual a, b e c são os coeficientes (números reais conhecidos), com 0a ≠ . O coeficiente a tem de, necessariamente, ser diferente de zero, pois se 0a = , a equação não é do 2º grau. Por exemplo, 20 4 7 0 4 7 0x x x+ − = ⇔ − = não é uma equação do 2º grau e, sim, do 1º grau. © Matemática Básica I124 Exemplos 1) 22 3 2 0x x− − = , com: 2a = ; 3b = − ; 2c = − . (equação completa: 0a ≠ , 0b ≠ , 0c ≠ ); 2) 2 5 3 0x x− + − = , com: 1a = − ; 5b = ; 3c = − (equação completa: 0a ≠ , 0b ≠ , 0c ≠ ); 3) 2 9 0x − = , com: 1a = ; 0b = ; 9c = − (equação incom- pleta, 0b = ); 4) 21 9 0 2 x x− = , com: 1 2 a = ; 9b= − ; 0c= (equação in- completa, 0c = ); 5) 2 2 5x x+ = , com: 1a = ; 2b = ; 5c = − . (Observe que 5c = − , porque, como a forma geral da equação apre- senta segundo membro igual a zero, para identificarmos os coeficientes, temos de escrever a equação em sua for- ma geral, equivalente a: 2 2 5x x+ = ⇔ 2 2 5 0x x+ − = ). Para resolver uma equação do 2º grau na forma geral, utilizamos a fórmula para resolução de equações do 2º grau: 2 bx a − ± ∆ = , na qual: 2 4b ac∆ = − . Algumas observações sobre a fórmula para resolução de equações do 2º grau : • A expressão 2 4b ac∆ = − é chamada discriminante da equação, e a expressão 2 bx a − ± ∆ = só faz sentido se o discriminante for não negativo ( 0∆ ≥ ). Caso contrário, se 0∆ < , não é possível calcular ∆ no conjunto dos números reais (não existem raízes reais). Assim, se 0∆ < , a equação não possui raízes reais; • O sinal ( )± , na expressão das soluções (x), significa que há duas soluções: uma delas calculada com o sinal negativo Claretiano - Centro Universitário 125© U2 – Expressões Algébricas (–); a outra solução, com o sinal positivo (+). Poderíamos separar essas duas soluções escrevendo: ou . A seguir, vejamos alguns exemplos de soluções de equações do 2º grau: Exemplos 1) Determine o conjunto solução para a equação do 2º grau : Resolução: Substituindo pela fórmula para resolução de equações do 2º grau, obtemos: Solução: ou . 2) Determine o conjunto solução para a equação do 2º grau . Resolução: © Matemática Básica I126 Substituindo pela fórmula para resolução de equações do 2º grau, obtemos: ( ) ( ) 1 2 6 0 6 3 2 1 2 6 0 6 3 2 1 2 x x − − − = = = ⋅ − − + = = = ⋅ Solução: 1 2 3x x= = 3) Determine o conjunto solução para a equação do 2º grau 22 3 2 0x x− + = . Resolução: ( )2 2, 3 e 2 3 4 2 2 9 16 7 7 a b c= = − = ∆ = − − ⋅ ⋅ = − = − ⇒ ∆ = − No último caso, é um número negativo, e não existe ∆ no conjunto dos números reais; portanto, a equação não tem solução no conjunto dos números reais quando delta for negativo. 4) O problema a seguir foi estudado pelo matemático Báskara em sua obra Lilavati: • O quadrado da oitava parte de um bando de macacos saltitava no bosque, enquanto os 12 restantes tagare- lavam no alto de um outeiro. Quantos macacos cons- tituíam o bando? Resolução: Introduzindo como variável x o número de macacos do ban- do, escrevemos a equação: 2 12 8 x x + = , que é equivalente a 2 12 64 x x+ = , ou ainda, 2 64 768 0x x− + = . Ao resolver essa equação, sabendo que 1a = ; 64b = − e 768c = , temos: 2( 64) 4 1 768 1024∆ = − − ⋅ ⋅ = . Claretiano - Centro Universitário 127© U2 – Expressões Algébricas Calculando ∆ , temos: 1024 32= . Substituindo pela fórmula para resolução de equações do 2º grau, obtemos: ( )64 32 2 x − − ± = ⇒ 1 16x = ou 2 48x = Portanto, o bando de macacos poderia ser constituído tanto de 16 como de 48 elementos. Resumidamente, na resolução da equação do 2º grau, te- mos: 2 0ax bx c+ + = , sendo que 0a ≠ . • Se 0∆ > , a equação possuirá duas raízes reais distintas: 1 2 bx a − − ∆ = e 2 2 bx a − + ∆ = . • Se 0∆ = , a equação possuirá duas raízes reais iguais: 1 2 2 bx x a − = = . • Se 0∆ < , a equação não admitirá raízes reais (não haverá solução no conjunto dos números reais). Fatoração de expressões do tipo ²ax bx c+ + Vimos anteriormente que fatorar uma expressão signifi- ca transformá-la em um produto. Se em uma equação do tipo 2 0ax bx c+ + = , com a, b e c pertencentes ao conjunto dos números reais, 0a ≠ e 2 4 0b ac− ≥ , podemos escrevê-la 1 2( )( )a x x x x− − , na qual 1x e 2x são as raízes da equação do 2º grau. Para 0∆ ≥ , temos: 2 1 2( )( )ax bx c a x x x x+ + = − − . Exemplos 1) Fatorar a expressão 2 5 6x x+ + . Resolução (etapa por etapa): a) Calculamos o valor de delta: © Matemática Básica I128 2 24 5 4 1 6 25 24 1b ac∆ = − ⇒ ∆ = − ⋅ ⋅ ⇒ ∆ = − ⇒ ∆ = b) Utilizamos a fórmula para resolução de equações do 2º grau para determinar as raízes: 1 2 5 1 5 1 2 2 1 2 5 1 4 2 2 2 5 1 6 3 2 2 b a x x − ± ∆ − ± − ± ⇒ = = ⋅ − + − ⇒ = = = − − − − ⇒ = = = − c) Em seguida, substituímos os valores das raízes e o va- lor numérico de a na expressão 1 2( ) ( )a x x x x⋅ − ⋅ − , obtendo: 1 2( ) ( ) 1 ( ( 3)) ( ( 2)) 1 ( 3) ( 2) a x x x x x x x x ⋅ − ⋅ − ⇒ ⋅ − − ⋅ − − ⇒ ⋅ + ⋅ + 2) Fatore a expressão 2 4 4x x− + . Resolução (etapa por etapa): a) Calculamos o valor de delta: 2 24 4 4 1 4 16 16 0b ac∆ = − ⇒ ∆ = − ⋅ ⋅ ⇒ ∆ = − ⇒ ∆ = b) Utilizamos a fórmula para resolução de equações do 2º grau para determinar as raízes: 1 2 ( 4) 0 4 0 2 2 1 2 4 2 2 ba x x − ± ∆ − − ± ± ⇒ = = ⋅ ⇒ = = = c) Em seguida, substituímos os valores das raízes e o va- lor numérico de a na expressão 1 2( ) ( )a x x x x⋅ − ⋅ − , obtendo: 1 2 2 ( ) ( ) 1 ( 2) ( 2) 1 ( 2) ( 2) ( 2) a x x x x x x x x x ⋅ − ⋅ − ⇒ ⋅ − ⋅ − ⇒ ⋅ − ⋅ − = − Claretiano - Centro Universitário 129© U2 – Expressões Algébricas 10. ineQuações Inequação é uma sentença matemática que estabelece uma desigualdade entre duas expressões algébricas. Nesse sentido, podemos afirmar que 8 9 7x − ≥ é uma in- equação, pois estabelece uma desigualdade entre 8 9x − e 7, como também 2 9 0y − > , ao estabelecer uma desigualdade entre 2 9y − e 0. Nos exemplos anteriores, as letras são descritas como incóg- nitas, que representam os intervalos aos quais se deseja conhecer para que as sentenças matemáticas sejam verdadeiras. Na inequação 8 9 7x − ≥ , o que se deseja saber é qual o mínimo valor de x que, multiplicado por 8 e subtraído de 9, resulta em um número maior ou igual a 7. Nesse caso, x deve assumir valores maiores ou iguais a 2, pois se 2x ≥ , a sentença 8 9 7x − ≥ será verdadeira. Resolver uma inequação é determinar todos os valores pos- síveis (intervalo) para a incógnita da inequação, valores estes capaz- es de tornar a desigualdade uma sentença matemática verdadeira. A seguir, iremos rever alguns tipos de inequações e suas res- oluções, já estudados ao frequentarmos o Ensino Fundamental e o Ensino Médio. inequações do 1º grau A inequação do 1º grau pode ser definida como uma relação da forma 0ax b+ > , com 0a ≠ ou qualquer outro dos sinais de desigualdade, como, por exemplo, ( ; ; ; )> < ≥ ≤ , isto é, maior, menor, maior ou igual, menor ou igual, respectivamente. Vamos recordar o que as desigualdades podem representar: • A B> : significa que "A é maior que B". • A B< : significa que "A é menor que B". © Matemática Básica I130 • A B≥ : significa que "A é maior que ou igual a B". • A B≤ : significa que "A é menor que ou igual a B". Para resolver uma inequação do 1º grau, devemos estar aten- tos à seguinte regra envolvendo operações com desigualdades: • Somando-se ou subtraindo-se ambos os membros de uma desigualdade, em uma mesma quantidade, a desigualda- de não se altera. Observem o exemplo em símbolos: A B A C B C> ⇒ + > + e A C B C− > − . Para multiplicar ou dividir uma desigualdade por certa quan- tidade, temos de tomar um pouco mais de cuidado: separar em dois casos, conforme essa quantidade seja positiva ou negativa, de acordo com as regras: • Multiplicando-se ou dividindo-se ambos os membros de uma desigualdade por uma mesma quantidade positiva, a desigualdade não se altera. Vejamos em símbolos: A B> , C 0 A C B C> ⇒ ⋅ > ⋅ e A C B C÷ > ÷ . • Multiplicando-se ou dividindo-se ambos os membros de uma desigualdade por uma mesma quantidade negativa, a desigualdade muda de sentido. Vejamos em símbolos: A B> , C 0 A C B C< ⇒ ⋅ < ⋅ e A C B C÷ < ÷ . Exemplos numéricos: Na desigualdade 2 5− ≤ , multiplicando ambos os membros por 5, sendo 5 0> , obtemos: 2 5 5 5 10 25− ⋅ ≤ ⋅ ⇒ − ≤ , manten- do o sentido da desigualdade e a sentença verdadeira. Na desigualdade 2 5− ≤ , multiplicando ambos os membros por –5, sendo 5 0− < , obtemos: 2 ( 5) 5 ( 5) 10 25− ⋅ − ≤ ⋅ − ⇒ ≤ − . Observe que, nesse caso, 10 não é menor que –25 e, sim, maior que –25. Quando isso acontecer, é preciso inverter o sinal da desigual- dade para que a sentença seja verdadeira. Assim, obtemos: 10 25≥ − . Claretiano - Centro Universitário 131© U2 – Expressões Algébricas solução da inequação do 1º grau Para resolver a inequação do 1º grau 0ax b+ ≥ ; 0a ≠ , devemos separá-la em dois casos: • Caso 1: 0a > . Solução: 0 ax b+ ≥ ⇒ ax b≥ − ⇒ bx a − ≥ • Caso 2: 0a < . Solução: 0 ax b+ ≥ ⇒ ax b≥ − ⇒ bx a − ≤ Vamos analisar outros exemplos? Observe as inequações do 1º grau e acompanhe a resolução dos exemplos a seguir: 1) Resolva a inequação 3 5 7x − ≤ no conjunto dos R. Resolução: 3 5 7 3 7 5 123 12 3 4 x x x x x ⇒ − ≤ ⇒ ≤ + ⇒ ≤ ⇒ ≤ ⇒ ≤ Qualquer número real menor ou igual a 4 é solução dessa inequação. Na linguagem de "intervalos da reta", essa solução pode ser escrita: ( , 4]x∈ −∞ ou ] , 4]x∈ −∞ 2) Resolva a inequação 0,1 0,4x− < no conjunto dos R. Resolução: a) Multiplicando por –1 a inequação 0,1 0,4x− < , obtemos: 0,1 0,4 0,4 4 0,1 x x x ⇒ > − − ⇒ > ⇒ > − Qualquer número real maior que –4 é solução para a inequação 0,1 0,4x− < . Em linguagem de "intervalos da reta", temos: ( )4,x∈ − ∞ ou ] 4, [x∈ − ∞ . © Matemática Básica I132 3) Resolva a inequação 2 4 2 5 3 x x− + ≥ no conjunto R. Resolução: ( ) ( )2 4 2 3 2 5 4 2 5 3 6 3 20 10 3 20 10 6 23 4 23 4 4 23 x x x x x x x x x x x − + ⇒ ≥ ⇒ − ≥ + ⇒ − ≥ + ⇒ − − ≥ − ⇒ − ≥ ⇒ ≤ − − ⇒ ≤ Qualquer número real menor ou igual a 4 23 − é solução para a inequação 2 4 2 5 3 x x− + ≥ . Em linguagem de "intervalos da reta", temos: 4] , ] 23 x∈ −∞ − inequações do 2º grau A inequação do 2º grau pode ser definida como uma relação da forma 2 0ax bx c+ + > , com 0a ≠ ou qualquer outro dos sinais de desigualdade, como, por exemplo, ( ; ; ; )> < ≥ ≤ , isto é, maior, menor, maior ou igual, menor ou igual, respectivamente. Vamos recordar o que as desigualdades podem representar: • A B> : significa que "A é maior que B". • A B< : significa que "A é menor que B". • A B≥ : significa que "A é maior que ou igual a B". • A B≤ : significa que "A é menor que ou igual a B". Para resolver uma inequação do 2º grau devemos estar aten- tos à regra envolvendo operações com desigualdades, como estu- damos nas inequações do 1º grau. Claretiano - Centro Universitário 133© U2 – Expressões Algébricas solução da inequação do 2º grau Para resolver a inequação do 2º grau 2 0ax bx c+ + > ; 0a ≠ , devemos primeiro determinar as raízes dessa inequação utilizando- -se o cálculo do delta ∆ e a fórmula para resolução de equações do 2º grau 2 b a − ± ∆ ⋅ estudados anteriormente. Nesse caso, devemos lembrar que temos duas possibilidades: 1) Se 0∆ > e 0a > , temos duas raízes reais distintas, e a inequação assume valores negativos entre as raízes 1x e 2x e positivos para valores maiores que 2x e menores que 1x , conforme na Figura 1: Figura 1 Esquema de solução da inequação do 2º grau para a 0> . Vejamos um exemplo: dada a inequação 2 5 6 0x x− + > , determine o conjunto solução. Resolução: Observe na inequação que 0a > , ou seja, 1a = e, portanto, entre as raízes a inequação assume valores negativos e, para valores maiores que a maior raiz e menores que a menor raiz, a inequação assume valores positivos. Observe também que 5b = − e 6c = , portanto, 2 24 ( 5) 4 1 6b ac∆ = − ⇒ ∆ = − − ⋅ ⋅ , o que resulta em 1∆ = . Com os valores do delta e dos coeficientes a, b e c determinados, calculamos as raízes da inequação do 2º grau utilizando a fórmula para resolução de equações do 2º grau : © Matemática Básica I134 1 2 ( 5) 1 5 1 2 2 1 2 5 1 6 3 2 2 5 1 4 2 2 2 b a x x − ± ∆ − − ± ± = = ⇒ ⋅ ⋅ + ⇒ = = = − ⇒ = = = Observe, na Figura 2 que, para valores maiores que 3, a ine- quação assume valores positivos e, para valores menores do que 2, também, portanto, a solução para a inequação 2 5 6 0x x− + > é: 2 3 Figura 2 Esquema de solução da inequação 2 5 6 0x x− + > . V { / 2 e 3} ] ; 2[ ]3; [x R x x= ∈ < > = − ∞ ∪ +∞ 1) Se 0∆ > e 0a < , temos duas raízes reais distintas, e a inequação assume valores positivos entre as raízes 1x e 2x e negativos para valores maiores que 2x e menores que 1x . Observe o esquema na Figura 3 a seguir: Figura 3 Esquema de solução da inequação do 2º grau para 0a < . Exemplo: Dada a inequação 2 7 12 0x x− + + − > , determine o con- junto solução. Resolução: Observe na inequação que 0a < , ou seja, 1a = − e, portanto, entre as raízes a inequaçãoassume valores positivos e, para valores maiores e menores que as raízes, a inequação assume valores negativos. Claretiano - Centro Universitário 135© U2 – Expressões Algébricas Observe também que 7b = e 12c = − , portanto, 2 24 (7) 4 ( 1) ( 12)b ac∆ = − ⇒ ∆ = − ⋅ − ⋅ − , o que resulta 1∆ = . Com os valores do delta e dos coeficientes a, b e c determinados, calculamos as raízes da inequação do 2º grau utilizando a fórmula para resolução de equações do 2º grau: 1 2 (7) 1 7 1 2 2 ( 1) 2 7 1 6 3 2 2 7 1 8 4 2 2 b a x x − ± ∆ − ± − ± = = ⇒ ⋅ ⋅ − − − + − ⇒ = = = − − − − − ⇒ = = = − − Observe, na Figura 4 que, para valores maiores que 3 e me- nores que 4 a inequação assume valores positivos e, portanto a solução para a inequação 2 7 12 0x x− + − > é: Figura 4 Esquema de solução da inequação 2 7 12 0x x− + + − > . V { / 3 4} ]3; 4[x R x= ∈ < < = 11. Questões autOavaliativas Confira, a seguir, as questões propostas para verificar seu de- sempenho no estudo desta unidade: 1) Dados os polinômios 3 2( ) 5 3 2 12P x x x x= − + − − e 3 2( ) 2 4 2 8Q x x x x= − + − , calcule ( ) ( )P x Q x− . 2) Fatore a expressão 22 8 6x x− + . 3) Sabe-se que o custo de fabricação (em reais) de x unidades de um determina- do produto é dado pela equação 45 2C x= + , e a receita (também em reais) obtida pela comercialização dessas x unidades é 4R x= . Sabe-se ainda que o lucro obtido pela produção e pela comercialização de x unidades é dado por L R C= − . Qual a produção necessária para gerar um lucro de R$ 235,00? © Matemática Básica I136 4) Em uma sala de um curso vestibular há 40 alunos, sendo que o dobro do nú- mero de meninos é igual ao triplo do número de meninas menos 10. Quan- tos meninos e quantas meninas há nessa sala? 5) Determine as raízes da equação 22 5 1 0x x+ + = . 6) Há dois números cujo dobro do quadrado é igual a 16 vezes eles mesmos. Quais são esses números? 7) Determine a equação do 2º grau, cujas raízes são (1 3)− e (1 3)+ . 8) Determine o conjunto solução para a inequação 2 5 6 0x x− + ≤ . gabarito Confira, a seguir, as respostas corretas para as questões au- toavaliativas propostas: 1) 3 2( ) ( ) 7 7 4 4P x Q x x x x− = − + − − 2) 2( 1) ( 3)x x− ⋅ − 3) 140 unidades. 4) 22 meninos e 18 meninas. 5) 5 17 4 − ± 6) São eles: 0 e 8. 7) 2 2 2 0x x− − = 8) V { / 2 3}x R x= ∈ ≤ ≤ 12. COnsiderações Nesta unidade, você teve a oportunidade de revisar concei- tos e conteúdos relacionados ao estudo das expressões algébricas, produtos notáveis, fatoração, equações e inequações do 1º e 2º graus. Na Unidade 3, estudaremos conceitos matemáticos referen- tes aos conteúdos de razão e proporção, regra de três simples e Claretiano - Centro Universitário 137© U2 – Expressões Algébricas composta, relações trigonométricas no triângulo retângulo, plano cartesiano e algumas funções. 13. E-REFERÊNCIA PEREIRA, R. M. M.; SODRÉ, U. Ensino Médio: teoria dos conjuntos. Disponível em: <http:// pessoal.sercomtel.com.br/matematica/medio/conjuntos/conjunto.htm>. Acesso em: 4 abr. 2013. 14. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS AGUIAR, A. F. A. et al. Cálculo para ciências médicas e biológicas. São Paulo: Harbra, 1988. DANTE, L. R. Matemática: contexto & aplicações. 2. ed. São Paulo: Ática, 2007. MORETTIN, P. A. et al. Cálculo: funções de uma e várias variáveis. São Paulo: Saraiva, 2003. SILVA, S. M. et al. Matemática para os cursos de Economia, Administração e Ciências Contábeis. São Paulo: Atlas, 1999. Claretiano - Centro Universitário
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