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1 Caro aluno Ao elaborar o seu material inovador, completo e moderno, o Hexag considerou como principal diferencial sua exclusiva metodologia em pe- ríodo integral, com aulas e Estudo Orientado (E.O.), e seu plantão de dúvidas personalizado. O material didático é composto por 6 cadernos de aula e 107 livros, totalizando uma coleção com 113 exemplares. O conteúdo dos livros é organizado por aulas temáticas. Cada assunto contém uma rica teoria que contempla, de forma objetiva e transversal, as reais necessidades dos alunos, dispensando qualquer tipo de material alternativo complementar. Para melhorar a aprendizagem, as aulas possuem seções específicas com determinadas finalidades. A seguir, apresentamos cada seção: No decorrer das teorias apresentadas, oferecemos uma cuidadosa seleção de conteúdos multimídia para complementar o repertório do aluno, apresentada em boxes para facilitar a compreensão, com indicação de vídeos, sites, filmes, músicas, livros, etc. Tudo isso é en- contrado em subcategorias que facilitam o aprofundamento nos temas estudados – há obras de arte, poemas, imagens, artigos e até sugestões de aplicativos que facilitam os estudos, com conteúdos essenciais para ampliar as habilidades de análise e reflexão crítica, em uma seleção realizada com finos critérios para apurar ainda mais o conhecimento do nosso aluno. multimídia Um dos grandes problemas do conhecimento acadêmico é o seu distanciamento da realidade cotidiana, o que dificulta a compreensão de determinados conceitos e impede o aprofundamento nos temas para além da superficial memorização de fórmulas ou regras. Para evitar bloqueios na aprendizagem dos conteúdos, foi desenvolvida a seção “Vivenciando“. Como o próprio nome já aponta, há uma preocupação em levar aos nossos alunos a clareza das relações entre aquilo que eles aprendem e aquilo com que eles têm contato em seu dia a dia. vivenciando Sabendo que o Enem tem o objetivo de avaliar o desempenho ao fim da escolaridade básica, organizamos essa seção para que o aluno conheça as diversas habilidades e competências abordadas na prova. Os livros da “Coleção Vestibulares de Medicina” contêm, a cada aula, algumas dessas habilidades. No compilado “Áreas de Conhecimento do Enem” há modelos de exercícios que não são apenas resolvidos, mas também analisados de maneira expositiva e descritos passo a passo à luz das habilidades estudadas no dia. Esse recurso constrói para o estudante um roteiro para ajudá-lo a apurar as questões na prática, a identificá-las na prova e a resolvê- -las com tranquilidade. áreas de conhecimento do Enem Cada pessoa tem sua própria forma de aprendizado. Por isso, cria- mos para os nossos alunos o máximo de recursos para orientá-los em suas trajetórias. Um deles é o ”Diagrama de Ideias”, para aque- les que aprendem visualmente os conteúdos e processos por meio de esquemas cognitivos, mapas mentais e fluxogramas. Além disso, esse compilado é um resumo de todo o conteúdo da aula. Por meio dele, pode-se fazer uma rápida consulta aos principais conteúdos ensinados no dia, o que facilita a organiza- ção dos estudos e até a resolução dos exercícios. diagrama de ideias Atento às constantes mudanças dos grandes vestibulares, é ela- borada, a cada aula e sempre que possível, uma seção que trata de interdisciplinaridade. As questões dos vestibulares atuais não exigem mais dos candidatos apenas o puro conhecimento dos conteúdos de cada área, de cada disciplina. Atualmente há muitas perguntas interdisciplinares que abrangem conteúdos de diferentes áreas em uma mesma questão, como Bio- logia e Química, História e Geografia, Biologia e Matemática, entre outras. Nesse espaço, o aluno inicia o contato com essa realidade por meio de explicações que relacionam a aula do dia com aulas de outras disciplinas e conteúdos de outros livros, sempre utilizan- do temas da atualidade. Assim, o aluno consegue entender que cada disciplina não existe de forma isolada, mas faz parte de uma grande engrenagem no mundo em que ele vive. conexão entre disciplinas Herlan Fellini De forma simples, resumida e dinâmica, essa seção foi desenvol- vida para sinalizar os assuntos mais abordados no Enem e nos principais vestibulares voltados para o curso de Medicina em todo o território nacional. incidência do tema nas principais provas Todo o desenvolvimento dos conteúdos teóricos de cada coleção tem como principal objetivo apoiar o aluno na resolução das ques- tões propostas. Os textos dos livros são de fácil compreensão, com- pletos e organizados. Além disso, contam com imagens ilustrativas que complementam as explicações dadas em sala de aula. Qua- dros, mapas e organogramas, em cores nítidas, também são usados e compõem um conjunto abrangente de informações para o aluno que vai se dedicar à rotina intensa de estudos. teoria Essa seção foi desenvolvida com foco nas disciplinas que fazem parte das Ciências da Natureza e da Matemática. Nos compilados, deparamos-nos com modelos de exercícios resolvidos e comenta- dos, fazendo com que aquilo que pareça abstrato e de difícil com- preensão torne-se mais acessível e de bom entendimento aos olhos do aluno. Por meio dessas resoluções, é possível rever, a qualquer momento, as explicações dadas em sala de aula. aplicação do conteúdo 2 © Hexag Sistema de Ensino, 2018 Direitos desta edição: Hexag Sistema de Ensino, São Paulo, 2020 Todos os direitos reservados. Autores Herlan Fellini Pedro Tadeu Batista Vitor Okuhara Diretor-geral Herlan Fellini Diretor editorial Pedro Tadeu Vader Batista Coordenador-geral Raphael de Souza Motta Responsabilidade editorial, programação visual, revisão e pesquisa iconográfica Hexag Sistema de Ensino Editoração eletrônica Arthur Tahan Miguel Torres Matheus Franco da Silveira Raphael de Souza Motta Raphael Campos Silva Projeto gráfico e capa Raphael Campos Silva Imagens Freepik (https://www.freepik.com) Shutterstock (https://www.shutterstock.com) ISBN: 978-65-88825-01-3 Todas as citações de textos contidas neste livro didático estão de acordo com a legislação, tendo por fim único e exclusivo o ensino. Caso exista algum texto a respeito do qual seja necessária a inclusão de informação adicional, ficamos à dis- posição para o contato pertinente. Do mesmo modo, fizemos todos os esforços para identificar e localizar os titulares dos direitos sobre as imagens publicadas e estamos à disposição para suprir eventual omissão de crédito em futuras edições. O material de publicidade e propaganda reproduzido nesta obra é usado apenas para fins didáticos, não repre- sentando qualquer tipo de recomendação de produtos ou empresas por parte do(s) autor(es) e da editora. 2020 Todos os direitos reservados para Hexag Sistema de Ensino. Rua Luís Góis, 853 – Mirandópolis – São Paulo – SP CEP: 04043-300 Telefone: (11) 3259-5005 www.hexag.com.br contato@hexag.com.br 3 SUMÁRIO MATEMÁTICA ÁLGEBRA ARITMÉTICA GEOMETRIA PLANA Aulas 9 e 10: Operações com intervalos 6 Aulas 11 e 12: Inequações do 1º e 2º graus 8 Aulas 13 e 14: Relações, funções e definições 17 Aulas 15 e 16: Funções do 1º grau 25 Aulas 9 e 10: Razão, proporção e grandezas proporcionais 32 Aulas 11 e 12: Teorema fundamental da aritmética, M.M.C e M.D.C 43 Aulas 13 e 14: Porcentagem 52 Aulas 15 e 16: Acréscimos e descontos 55 Aulas 9 e 10: Semelhança de triângulos 62 Aulas 11 e 12: Relações métricas no triângulo retângulo 66 Aulas 13 e 14: Trigonometria num triângulo qualquer 73 Aulas 15 e 16: Áreas dos triângulos 79 4 Competência 1 – Construir significados para os números naturais, inteiros, racionais e reais. H1 Reconhecer, no contexto social, diferentes significados e representações dos números e operações – naturais, inteiros, racionais ou reais. H2 Identificar padrões numéricos ou princípios de contagem. H3 Resolver situação-problema envolvendo conhecimentos numéricos. H4 Avaliar a razoabilidade de um resultado numérico na construção de argumentos sobre afirmaçõesquantitativas. H5 Avaliar propostas de intervenção na realidade utilizando conhecimentos numéricos. Competência 2 – Utilizar o conhecimento geométrico para realizar a leitura e a representação da realidade e agir sobre ela. H6 Interpretar a localização e a movimentação de pessoas/objetos no espaço tridimensional e sua representação no espaço bidimensional. H7 Identificar características de figuras planas ou espaciais. H8 Resolver situação-problema que envolva conhecimentos geométricos de espaço e forma. H9 Utilizar conhecimentos geométricos de espaço e forma na seleção de argumentos propostos como solução de problemas do cotidiano. Competência 3 – Construir noções de grandezas e medidas para a compreensão da realidade e a solução de problemas do cotidiano. H10 Identificar relações entre grandezas e unidades de medida. H11 Utilizar a noção de escalas na leitura de representação de situação do cotidiano. H12 Resolver situação-problema que envolva medidas de grandezas. H13 Avaliar o resultado de uma medição na construção de um argumento consistente. H14 Avaliar proposta de intervenção na realidade utilizando conhecimentos geométricos relacionados a grandezas e medidas. Competência 4 – Construir noções de variação de grandezas para a compreensão da realidade e a solução de problemas do cotidiano. H15 Identificar a relação de dependência entre grandezas. H16 Resolver situação-problema envolvendo a variação de grandezas, direta ou inversamente proporcionais. H17 Analisar informações envolvendo a variação de grandezas como recurso para a construção de argumentação. H18 Avaliar propostas de intervenção na realidade envolvendo variação de grandezas. Competência 5 – Modelar e resolver problemas que envolvem variáveis socioeconômicas ou técnico-científicas, usando representações algébricas. H19 Identificar representações algébricas que expressem a relação entre grandezas. H20 Interpretar gráfico cartesiano que represente relações entre grandezas. H21 Resolver situação-problema cuja modelagem envolva conhecimentos algébricos. H22 Utilizar conhecimentos algébricos/geométricos como recurso para a construção de argumentação. H23 Avaliar propostas de intervenção na realidade utilizando conhecimentos algébricos. Competência 6 – Interpretar informações de natureza científica e social obtidas da leitura de gráficos e tabelas, realizando previsão de tendência, extrapolação, interpolação e interpretação. H24 Utilizar informações expressas em gráficos ou tabelas para fazer inferências. H25 Resolver problema com dados apresentados em tabelas ou gráficos. H26 Analisar informações expressas em gráficos ou tabelas como recurso para a construção de argumentos. Competência 7 – Compreender o caráter aleatório e não determinístico dos fenômenos naturais e sociais e utilizar instrumentos ade- quados para medidas, determinação de amostras e cálculos de probabilidade para interpretar informações de variáveis apresentadas em uma distribuição estatística. H27 Calcular medidas de tendência central ou de dispersão de um conjunto de dados expressos em uma tabela de frequências de dados agrupados (não em classes) ou em gráficos. H28 Resolver situação-problema que envolva conhecimentos de estatística e probabilidade. H29 Utilizar conhecimentos de estatística e probabilidade como recurso para a construção de argumentação. H30 Avaliar propostas de intervenção na realidade utilizando conhecimentos de estatística e probabilidade. 5 ÁLGEBRA: Incidência do tema nas principais provas UFMG A VUNESP apresentou inúmeras questões de funções nas suas últimas provas, tanto na primeira quanto na segunda fase. As aulas deste caderno devem ser analisadas e estudadas para a prova da UNIFESP. Por apresentar questões mais elaboradas nas grandes áreas da Matemática, a prova pode exigir do candidato conceitos mais específicos. Operações com intervalos e relações com função são temas importantes para a prova da Unicamp, pois eles podem ser abordados inicialmente na questão para serem aprofun- dados dentro dela. Função de primeiro grau tem alta incidência também. A prova do Albert Einstein apresenta questões com os temas das aulas do caderno 1 como base. Em seu desenvolvimento, o aluno terá que ser eficiente ao saber do domínio e imagem de uma função e como resolver uma raiz de funções do primeiro grau. A FMABC apresenta questões que exigem uma boa interpretação de texto na parte de função de primeiro grau. Intervalos dos reais também será exigido ao final de uma questão de inequações do 1º ou 2º grau. A PUC de Campinas apresenta alta incidência de questões de inequação do 1.º e 2.º grau, mesclando as duas em divisões ou multiplicações. Saber realizar o gráfico de uma função do primeiro grau e ler suas incógnitas também é essencial. A prova da Santa Casa possui questões de elevado grau na matemática. As aulas deste caderno devem ser estudadas com excelência para um bom aproveitamento nessa prova. A prova do Enem tem alta incidência em ques- tões de função de primeiro grau com questões mais medianas ou até mesmo de grau elevado. O texto sempre deve ser analisado para uma boa interpretação da questão. Saber as relações e definições de uma função torna-se básico para essa prova. No vestibular da FUVEST são encontradas questões de inequações, relações de função e função de primeiro grau. Além disso, esses temas são essenciais para a continuação da matéria até chegar em pontos mais avançados, como Polinômios. A UERJ vai aproveitar a operação de intervalos em alguma de suas questões; além disso possui elevada recorrência de questões de função de primeiro grau. A UNIGRANRIO trará uma prova de Matemática diferente da prova do Enem, com questões de pouco texto e mais objetividade. É fundamental saber o domínio e imagem de uma função. A Souza Marques abordará em suas questões as matérias deste caderno junto com outras grandes matérias da Matemática. Operações com intervalos reais e definições de uma função são essenciais para sua prova. A Faculdade de Ciências Médicas apresenta uma prova com poucas questões, porém abor- dando vários temas da matemática dentro delas. O aluno deve estudar detidamente as aulas deste livro para alcançar um resultado satisfatório. A federal do Paraná apresenta uma prova de Matemática muito bem elaborada, e as aulas deste caderno são totalmente necessárias para a resolução das questões. Inequações e função do primeiro grau têm alta incidência em seu vestibular. A prova de Londrina apresenta questões bem elaboradas nas áreas da Aritmética. Exercícios com inequação e função de primeiro grau não faltarão em sua prova. 6 Operações cOm intervalOs CompetênCia: 5 Habilidades: 19, 20, 21 e 22 AULAS 9 e 10 Dados dois números reais a e b, com a < b, define-se como intervalo fechado [a, b] o seguinte conjunto: [a, b] = {x [ R | a ≤ x ≤ b} Nesse caso, os elementos a e b pertencem ao interva- lo, assim como todos os números reais maiores que a e menores que b. Do mesmo modo, define-se como intervalo aberto ]a, b[ o conjunto: ]a, b[ = {x [ R | a < x < b} Perceba que, diferentemente do intervalo fechado, nesse conjunto os elementos a e b não pertencem ao intervalo. Caso o número real a (denominado extremo inferior do intervalo) pertença ao intervalo, e o número b (denomi- nado extremo superior do intervalo) não pertença, denomina-se esse intervalo como fechado à esquerda (ou aberto à direita), definido pelo conjunto: [a, b[ = {x [ R | a ≤ x < b} Da mesma maneira, caso a não pertença ao intervalo, e b pertença, denomina-se esse intervalo como fechado à direita (ou aberto à esquerda), definido por: ]a, b] = {x [ R | a < x ≤ b} Também é possível representar intervalos “infinitos”: [a, +Ü [ = {x [ R | x ≥ a} ]–Ü, a] = {x [ R | x ≤ a} Como intervalos são, por definição, conjuntos, pode-se realizar as operações entre conjuntos, como união, inter- secção e diferença em intervalostambém. 1. RepResentação geométRica de inteRvalos na Reta Real É possível representar intervalos na reta real, o que facilita a realização de operações entre intervalos. Veja o exemplo: a) [–1, 2] b) [1, 4[ c) ]–2, 2[ d) [–3, + Ü [ A notação [a, b] se refere necessariamente a um conjunto de números reais. Assim, o intervalo [1, 2], por exemp- lo, representa o conjunto de todos os números reais maiores ou iguais a 1 e menores ou iguais a 2, possuindo infinitos elementos. 1.1. Operações com intervalos Aplicação do conteúdo § Se A = {x [ R | 2 < x < 5} e B = {x [ R | 3 ≤ x ≤ 8}, determine A > B. Observe: 3 é elemento de A e também de B. 5 é elemento de B e não é elemento de A. Os elementos de 3 até o 5, excluído esse último, pertencem a A e a B simultaneamente. Assim, A > B = {x [ R | 3 ≤ x < 5} 7 § Dados A = {x [ R | –2 ≤ x ≤ 0} e B = {x [ R | 2 ≤ x < 3}, determine A > B. Não há elementos que pertençam aos dois conjuntos ao mesmo tempo. A intersecção é o conjunto vazio: A > B = Ø. § Dados A = {x [ R | –2 ≤ x ≤ 3} e B = {x [ R | 1 < x ≤ 4}, determine A < B. Assim, A < B = {x [ R | –2 ≤ x ≤ 4} § Dados A = {x [ R | –3 < x ≤ 4} e B = {x [ R | 1 < x < 7}, calcule A – B. O conjunto A – B é formado pelos elementos que perten- cem a A e não pertencem a B. Assim, A – B = {x [ R | –3 < x ≤ 1} Aplicação do conteúdo Se –4 < x < –1 e 1 < y < 2, então x _ y e x ∙ y estão no intervalo: a) ] – 8, –1[ b) ] –2, – 1 __ 2 [ c) ] – 2, –1[ d) ] – 8, – 1 __ 2 [ e) ] –1, 1 __ 2 [ Resolução: Analisando os valores possíveis para x _ y e xy nos ex- tremos, tem-se: I) x _ y x = – 4, y= 1⇒ x _ y = –4 x = –1, y = 1 ⇒ x _ y = –1 x = – 4, y = 2⇒ x _ y = –2 x = –1, y = 2 ⇒ x _ y = –1 __ 2 II) xy x = – 4, y = 1⇒ x ∙ y = – 4 x = –1 ⇒ y = 1 ⇒ x ∙ y= –1 x = – 4, y = 2⇒ x ∙ y = – 8 x = –1, y = 2 ⇒x ∙ y = –2 O menor valor encontrado é – 8, e o maior é –1/2. Assim, o intervalo pedido é ]– 8, –1/2[, lembrando que os extremos são abertos, uma vez que os extremos de x e y também são abertos. Alternativa D união pedida 8 1. Inequações Dadas duas funções f(x) e g(x), sendo seus domínios conti- dos no conjunto dos números reais, uma inequação é dada pelas sentenças abertas a seguir: § f(x) > g(x): f(x) é maior que g(x) ou g(x) é menor que f(x); § f(x) > g(x): f(x) é maior ou igual a g(x) ou g(x) é menor ou igual a f(x); § f(x) < g(x): f(x) é menor que g(x) ou g(x) é maior que f(x); § f(x) < g(x): f(x) é menor ou igual a g(x) ou g(x) é maior ou igual a f(x). 1.1. Conjunto solução O conjunto solução de uma inequação é dado pelo con- junto S de valores que tornam a inequação verdadeira. Aplicação do conteúdo 1. O conjunto solução da inequação x + 1 > 2 é dado por S = {x [ R | x > 1}. Note que x = 1 não torna a inequação verdadeira: 1 + 1 > 2 2 > 2 (falso) 2. A inequação x > x + 2 não possui valores reais que a tornam verdadeira (x + 2 sempre será maior que x para qualquer valor real de x), logo S = \. Para encontrar o conjunto solução de uma inequação, é preciso simplificá-la de modo a obter uma inequação equivalente (em que o conjunto solução é o mesmo), de maneira semelhante à resolução de equações. Para isso, são utilizadas duas propriedades das inequações: § P1: Dada a inequação a > b, com a [ R e b [ R, pode-se somar um valor c [ R em ambos os lados da inequação e obter uma inequação equivalente: a > b e a + c > b + c possuem o mesmo conjunto solução Aplicação do conteúdo Encontrar o conjunto solução da inequação 2x – 1 < x + 4. Somando –x em ambos os lados da inequação, tem-se: 2x – 1 – x < x + 4 – x x – 1 < 4 Agora, somando 1: x – 1 + 1 < 4 + 1 x < 5 Assim, o conjunto solução é S = {x [ R | x < 5}. § P2: Dada a inequação a > b, com a [ R e b [ R e um valor c [ R, segue que: i) se c > 0, a > b e a ∙ c > b ∙ c são equivalentes; ii) se c <0, a > b e a ∙ c < b · c são equivalentes. Ou seja, pode-se multiplicar ambos os lados de uma in- equação e obter uma inequação equivalente; no entanto, se o valor multiplicado for negativo, o sinal da desigual- dade inverte. Observe a desigualdade a seguir: 2 < 5 (2 é menor que 5) Se ambos os lados forem multiplicados por –3, tem-se: –6 > –15 (Note que –6 é maior que –15) Devido à troca do sentido da desigualdade, ao serem multiplicados ambos os membros por um valor negativo, na inequação: 1 __ x < 1 __ 2 Não é possível multiplicar ambos os membros por x, tran- spondo o termo x para o outro membro, como seria feito na resolução da equação: 1 __ x = 1 __ 2 ⇒ 1 = x __ 2 Isso se deve ao fato de que podem existir valores de x nega- tivos que satisfaçam a inequação, e para x < 0, ao transpor para o outro membro, deve-se inverter o sentido da desi- gualdade. Para resolver essa e outras inequações, é preciso utilizar apenas as propriedades apresentadas, ou seja: Inequações do 1º e 2º graus CompetênCia: 5 Habilidade: 21 AULAS 11 e 12 9 1 __ x < 1 __ 2 1 __ x – 1 __ 2 < 0 Reduzindo a um denominador comum, tem-se: 2 – x ____ 2x < 0 Essa inequação equivalente encontrada é denominada inequação-quociente. Mais adiante será analisado o método para encontrar seu conjunto solução. 2. Inequações do 1.º grau É chamada de inequação do 1º grau na variável x toda desigualdade que pode ser reduzida a uma das formas: ax + b > 0 ax + b > 0 ax + b < 0 ax + b < 0 Por exemplo, a inequação 4(x –1) – x2 > 3x – x(x + 1) pode ser reduzida à forma ax + b > 0, sendo, assim, uma inequação do 1.º grau: 4x – 4 – x2 > 3x – x2 – x 4x – 4 – x2 – 3x + x2 + x > 0 2x – 4 > 0 polinômio do 1° grau Em algumas situações, é necessário obter os valores de x que satisfazem duas ou mais inequações. Duas ou mais inequações consideradas ao mesmo tempo constituem o que é denominado sistemas de inequações. 2x – 1 > 0 x – 5 < 0 SiStema de inequaçõeS do 1º grau. 2.1. Resolução de inequações do 1.º grau Aplicação do conteúdo 1. Resolva a inequação –2x + 4 > 10. –2x > 10 – 4 –2x > 6 Agora, multiplicando ambos os membros da inequação por – 1 __ 2 (o que é equivalente a dividir ambos os membros por –2): ( – 1 __ 2 ) (–2x) < 6 ( – 1 __ 2 ) (Note que o sentido da desigual- dade deve ser trocado.) x < –3 (com a, b [ R e a Þ 0) Assim, o conjunto solução é S = {x [ R I x < –3}. 2. Encontre o conjunto solução da inequação x __ 2 – 1 – x ____ 4 > 5 __ 6 . Reduzindo ambos os membros a um denominador co- mum, tem-se: 6 · x ____ 12 – 3 · (1 – x) ________ 12 > 2 · 5 ____ 12 Multiplicando ambos os membros por 12, simplifica-se a expressão: 6x – 3(1 – x) > 2 · 5 6x – 3 + 3x > 10 9x > 13 x > 13 ___ 9 Assim, o conjunto solução é: S = { x [ R | x > 13 ___ 9 } . 2.2. Sistemas de inequações do 1.º grau O conjunto solução de um sistema de inequações é deter- minado pela intersecção dos conjuntos soluções de cada inequação do sistema. Aplicação do conteúdo 1. Resolver a inequação –1 < 2x – 3 < x. Com efeito, resolver essa inequação simultânea equivale a resolver o sistema: –1 < 2x – 3 (I) 2x – 3 < x (II) (I) –1 < 2x – 3 –2x < – 3 + 1 –2x < – 2 x > 1 x1 (II) 2x – 3 ≤ x 2x – x ≤ 3 x ≤ 3 x3 (i) (ii) 10 Fazendo a intersecção: 1 1 (i) (i) > (ii) (ii) 3 3 S = {x [ R I 1 < x < 3} § Encontre o conjunto solução da inequação 2 < 3x – 1 < 8. Em alguns casos, não é preciso montar um sistema de ine- quações para resolver uma inequação simultânea. Nesse exemplo, é possível somar 1 nos três membros: 2 + 1 < 3x – 1 + 1 < 8 + 1 3 < 3x < 9 Agora, dividindo todos os membros por 3, tem-se: 1 < x < 3 Assim, o conjunto solução é dado por: 1 < x (I) x < 3 (II) Realizando a intersecção dos dois intervalos, tem-se: 1 (i) (i) > (ii) (ii) 3 S = {x [ R I 1 < x < 3} 3. Inequações do 2.º grau É denominada inequação do 2º grau na variável x toda desigualdade que pode ser reduzida a uma das formas: ax2+ bx + c > 0 ax2 + bx + c > 0 ax2 + bx + c < 0 ax2 + bx + c < 0 Exemplos: x2 – 3x + 1 > 0 polinômio do 2º grau polinômio do 2º grau 2x2 – 5x < 0 3.1. Resolvendo inequações do 2.º grau Resolver uma inequação do 2º grau significa determinar os valores reais de x que satisfazem a inequação dada. (com a, b e c [ R e a Þ 0) Um modo simples de encontrar o conjunto solução de uma inequação do segundo grau é simplificar a inequação até se obter uma expressão do tipo f(x) > 0, f(x) > 0, f(x) < 0 ou f(x) < 0, em que f(x) é uma função do segundo grau; e o sinal da função f(x) é analisado por meio de seu gráfico. Aplicação do conteúdo Encontrar o conjunto solução da inequação 2x² + 6x – 1 > x² + 11x – 5. Transpondo todos os fatores para um membro da in- equação, tem-se: 2x² + 6x – 1– x² – 11x + 5 > 0 x² – 5x + 4 > 0 Agora, é preciso simplesmente analisar o sinal da função f(x) = x² – 5x + 4. Para isso, deve-se construir seu gráfico: § Calculando as raízes f(x) = 0 x² – 5x + 4 = 0 x1 = 1 e x2 = 4 § Concavidade da parábola Como a = 1 (positivo), resulta que a parábola possui con- cavidade para cima; portanto, seu gráfico é: y 1 4 f(x) x Pelo gráfico, nota-se que: Para x < 1 ou x > 4 ⇒ f(x) > 0 Para 1 < x < 4 ⇒ f(x) < 0 Agora, são analisados os intervalos em que se tem f(x) > 0: y 1 4 f(x) x Assim, o conjunto solução é S = {x [ R | x < 1 ou x > 4}. 11 3.2. Sistemas de inequações do 2.º grau Alguns sistemas de inequação apresentam uma ou mais inequações do 2.º grau. Para resolver esses sistemas, cada inequação deve ser resolvida separadamente, e, em segui- da, encontra-se a intersecção das soluções. Aplicação do conteúdo 1. Resolver o sistema de inequações: 2x2 + 8 > x2 – 6x (I) x + 5 < 0 (II) Resolvendo (I): 2x2 + 8 > x2 – 6x ⇒ x2 + 6x + 8 > 0 § a = 1 > 0 § x2 + 6x + 8 = 0 D = 4 x = –6 ± 2 ______ 2 x' = - 8 ___ 2 = - 4 x'' = - 4 ___ 2 = - 2 x–4 –2 No dia a dia ocorre uma variação nas medidas de temperatura. Na prática, essa variação é registrada ao se indicar uma temperatura mínima e uma máxima, construindo, assim, a ideia de intervalo. Imagine a cidade de São Paulo em um dia chuvoso, com a temperatura mínima de 18º e a máxima de 24º: a temperatura será representada por T, e os símbolos de maior ou igual (≥) e de menor ou igual (≤) serão utilizados para escrever a frase que expresse essa temperatura: 18º ≤ T ≤ 24º A inequação é mais um recurso da linguagem matemática que permite a organização de problemas, uma vez que as medidas sempre serão variáveis, por mais precisos que sejam os instrumentos de medição. Ao comparar duas quan- tidades, tentando concluir qual delas é maior ou menor, você estará utilizando o princípio da inequação. VIVENCIANDO Resolvendo (II): x + 5 < 0 ⇒ x < –5 x x –5 –5 Fazendo a intersecção entre as soluções de (I) e (II): (i) (i) > (ii) (ii) –4 –2 –5 –5 S = {x [ R | x < – 5} 4. Inequações-produto e Inequações-quocIente 4.1. Inequações-produto Consideradas duas funções f(x) e g(x), uma inequação-pro- duto é uma inequação da forma: 12 f(x) ⋅ g(x) > 0 f(x) ⋅ g(x) > 0 f(x) ⋅ g(x) < 0 f(x) ⋅ g(x) < 0 Deve-se proceder da seguinte maneira para resolver in- equações desse tipo: 1ª Realiza-se o estudo dos sinais de cada função separadamente. 2ª Os resultados são colocados em um quadro de sinais. 3ª O sinal do produto das funções é analisado, levando em conta as regras dos sinais da multiplicação de números reais. Aplicação do conteúdo 1. Resolva a inequação (x – 3)(1 – x) > 0. O sinal de cada função será analisado separadamente: f(x) = x – 3 g(x) = 1 – x f(x) g(x) 3 1 Assim: Para x > 3, f(x) é positiva, e para x < 3, f(x) é negativa. Para x > 1, g(x) é negativa, e para x < 1, g(x) é positiva. O quadro de sinais é elaborado: f(x) g(x) f(x)g(x) 31 A terceira linha do quadro representa o sinal da função f(x)g(x). § Se x < 1, a função f(x) é negativa, e g(x), positiva; por- tanto, o produto entre elas é negativo. § Se 1 < x < 3, ambas as funções, f(x) e g(x), são negati- vas; portanto, seu produto é positivo. § Se x > 3, a função f(x) é positiva, e g(x), negativa; por- tanto, o produto entre elas é negativo. Como se quer (x – 3)(1 – x) > 0, ou seja, não se procuram os valores de x que anulam o produto (x – 3)(1 – x), as raízes 1 e 3 não são incluídas no conjunto solução: S = {x [ R | 1 < x < 3} Note que, ao procurar o conjunto solução de (x – 3)(1 – x) > 0, seria possível também realizar o produto do primeiro mem- bro e obter –x² + 4x – 3 > 0, resolver a inequação do segundo grau e obter o mesmo conjunto solução. 2. Encontre o conjunto solução da inequação (x2 – 2x)(x2 – 5x + 4) < 0. Caso seja efetuada a multiplicação entre x² – 2x e x² – 5x + 4, será encontrado um polinômio de 4.º grau. Assim, o sinal de cada função será analisado separadamente, e o quadro de sinais será construído: f(x) = x² – 2x g(x) = x² – 5x + 4 Encontrando as raízes de cada função e considerando suas concavidades, ambos os gráficos são elaborados: 0 2 1 4 f(x) g(x) x x Construindo o quadro de sinais: f(x) g(x) f(x)g(x) 0 1 2 4 Como são procurados os valores de x que tornam o pro- duto (x² – 2x)(x² – 5x + 4) negativo ou nulo, nota-se que o conjunto solução é: S = {x [ R | 2 < x < 4 ou 0 < x < 1} 3. Resolva a inequação x³ – 2x² < 3x. Transpondo o termo 3x para o outro membro da inequação, tem-se: x³ – 2x² – 3x < 0 Fatorando o primeiro membro: x(x² – 2x – 3) < 0 Tem-se, agora, uma inequação-produto na forma f(x) g(x) < 0, na qual: f(x) = x g(x) = x² – 2x – 3 Novamente, construindo o gráfico de cada uma das funções para realizar a análise de sinal, tem-se: § f(x) = x f(x) = x é uma função de primeiro grau, portanto, seu gráf- ico é uma reta. Sua raiz é dada por: 13 f(x) = 0 x = 0 A função é crescente pois a > 0. § g(x) = x² – 2x – 3 Calculando suas raízes, tem-se: g(x) = 0 x² – 2x – 3 = 0 x1 = –1 e x2 = 3 Sua concavidade é para cima, pois a > 0. f(x) 0 –1 3 g(x) Quadro de sinais: f(x) g(x) f(x)g(x) –1 0 3 Assim, segue que f(x)g(x) é negativo para x < –1 e para x entre 0 e 3; logo: S = { x [ R | x < – 1 ou 0 < x < 3} 4.2. Inequações-quociente Dadas duas funções f(x) e g(x), uma inequação-quociente é uma inequação da forma: f(x) ___ g(x) > 0 f(x) ___ g(x) > 0 f(x) ___ g(x) < 0 f(x) ___ g(x) < 0 A resolução de inequações-quociente é semelhante à res- olução de inequações-produto, isto é, o sinal de cada função é analisado separadamente, e, em seguida, para cada in- tervalo de x em que há mudança no sinal de alguma das funções, verifica-se o sinal do quociente f(x) ___ g(x) , levando em conta a regra de sinais para divisão de dois números reais. A principal diferença na resolução de uma inequação-quo- ciente em relação à inequação-produto é que, agora, há uma condição de existência, pois no quociente f(x) ___ g(x) tem- se que g(x) Þ 0 para não se anular o denominador. A tabela abaixo ilustra os valores normais dos lipídios sanguíneos para um adulto. O perfil lipídico é o resultado de uma série de exames laboratoriais para determinar dosagens dos quatro tipos principais de gordura. Você consegue observar uma inequação na tabela? Indicador Valores Normais CT (colesterol total) Até 200 mg/dL LDL (“bom, colesterol) Até 130 mg/dL HDL (“mau, colesterol) Entre 40 e 60 mg/dL TG (triglicérides) Até 150 mg/dL É possível escrever 40 < HDL < 60 no indicador HDL. Note que a inequação está envolvida quando há a necessidade de se comparar um conjunto de medidas. CONEXÃO ENTRE DISCIPLINAS 14 Aplicação do conteúdo 1. Resolva a inequação 1 __ x ≤ 1 __ 2 dada no item 1.1. Transpondo o termo 1 __ 2 para o outro membro da inequação: 1 __ x – 1 __ 2 ≤ 0 Reduzindo a um denominador comum: 2 – x ____ 2x ≤ 0 Tem-se, agora, uma inequação-quociente na forma f(x) ___ g(x) < 0, em que: f(x) = 2 – x g(x) = 2x Ambas são funções de primeiro grau.f(x) = 2 – x Sua raiz é dada por: f(x) = 0 2 – x = 0 x = 2 Como a = –1, a função é decrescente. g(x) = 2x Sua raiz é dada por: g(x) = 0 2x = 0 x = 0 Como a = 2, a função é crescente. g(x) 2 0 f(x) x x Quadro de sinais: f(x) g(x) 0 2 f(x) g(x) 0 2 2 Atenção ao resolver inequações-quociente, pois elas pos- suem uma condição de existência. Como a inequação é do tipo f(x) ___ g(x) < 0, segue que g(x) Þ 0. Ou seja, não é incluída no conjunto solução a raiz de g(x), pois ela torna o de- nominador nulo. Entretanto, o 2 é incluído, pois ele anula apenas f(x), satisfazendo a inequação. S = {x [ R | x < 0 ou x > 2} 2. Encontrar o conjunto solução da inequação x 2 – x – 7 ________ x + 1 > 1. Novamente, não é possível transpor apenas o denomina- dor x + 1 multiplicando no segundo membro. Procede-se deslocando todos os termos para o mesmo membro e re- duzindo a um mesmo denominador comum: x 2 – x – 7 ________ x + 1 – 1 > 0 x 2 – x – 7 ________ x + 1 – 1(x + 1) _______ x + 1 > 0 x 2 – 2x – 8 _________ x + 1 > 0 Agora, a inequação-quociente é resolvida na forma f(x) ___ g(x) > 0, em que: f(x) = x² – 2x – 8 g(x) = x + 1 Construindo os gráficos das funções, tem-se: f(x) g(x) –2 –14 Número 23 Walter Sparrow (Jim Carrey) é um funcionário do canil municipal que ganhou um livro de pre- sente de sua esposa Agatha, chamado O núme- ro 23. O livro narra a obsessão de um homem com este número, e como isto modifica a sua vida. Ao lê-lo, Walter reconhece várias pas- sagens como sendo situações que ele próprio já viveu. Aos poucos, ele nota a presença do número 23 em seu passado e, também, no seu presente, tornando-se cada vez mais paranoico. fonte: youtube multimídia: vídeo 15 Quadro de sinais: –2 –1 4 f(x) g(x) –2 –1 4 f(x) g(x) Como são procurados os valores de x que satisfazem f(x) ___ g(x) > 0, tem- se os intervalos [–2, –1[ e [4, +`[ que tornam a função maior ou igual a zero. Perceba novamente que –1 não pertence ao conjunto solução, pois é raiz da função g(x). Portanto: S = {x [ R | –2 < x < –1 ou x > 4} multimídia: sites pt.khanacademy.org/math/algebra/one-variable- -linear-inequalities/alg1-one-step-inequalities/v/ inequalities-using-multiplication-and-division ÁREAS DE CONHECIMENTO DO ENEM Habilidade Dentro do terceiro eixo cognitivo do Enem, a habilidade 21 exige do aluno a capacidade de resolver uma situação proposta a partir de conhecimentos algébricos adquiridos. Resolver situação-problema cuja modelagem envolva conhecimentos algébricos.21 Modelo (Enem) Uma padaria vende, em média, 100 pães especiais por dia e arrecada com essas vendas, em média, R$ 300,00. Constatou-se que a quantidade de pães especiais vendidos diariamente aumenta, caso o preço seja reduzido, de acordo com a equação q = 400 – 100 p, na qual q representa a quantidade de pães especiais vendidos diariamente e p, o seu preço em reais. A fim de aumentar o fluxo de clientes, o gerente da padaria decidiu fazer uma promoção. Para tanto, modificará o preço do pão especial de modo que a quantidade a ser vendida diariamente seja a maior possível, sem diminuir a média de arrecadação diária na venda desse produto. O preço p, em reais, do pão especial nessa promoção deverá estar no intervalo: a) R$ 0,50 ≤ p < R$ 1,50 b) R$ 1,50 ≤ p < R$ 2,50 c) R$ 2,50 ≤ p < R$ 3,50 d) R$ 3,50 ≤ p < R$ 4,50 e) R$ 4,50 ≤ p < R$ 5,50 16 Análise expositiva - Habilidade 21: O exercício exige que o aluno seja capaz de interpretar o problema e utilizar seus conhecimentos sobre equação do segundo grau para a sua resolução. A arrecadação é dada pelo preço de cada pão multiplicado pela quantidade de pães vendidos, e essa arre- cadação é de 300. Assim, tem-se: (400 – 100p) · p = 300 p² – 4p + 3 = 0. Resolvendo essa equação do segundo grau, resulta que p = 3 ou p = 1; logo, o pão deverá ter seu preço reduzido para 1 real. Alternativa A A DIAGRAMA DE IDEIAS DESIGUALDADE FUNÇÃO QUADRO DE SINAL ANÁLISE MONTAGEMESTUDO INEQUAÇÕES - PRODUTO f(x) · g (x) < 0 f(x) · g (x) ≤ 0 f(x) · g (x) ≥ 0 f(x) · g (x) > 0 1º GRAU ax + b < 0 ax + b ≤ 0 ax + b ≥ 0 ax + b > 0 2º GRAU ax2 + bx + c < 0 ax2 + bx + c ≤ 0 ax2 + bx + c ≥ 0 ax2 + bx + c > 0 INEQUAÇÕES - QUOCIENTE < MENOR ≤ MENOR OU IGUAL ≥ MAIOR OU IGUAL > MAIOR 17 1. Relações § Produto cartesiano: dados dois conjuntos não va- zios A e B, chama-se de produto cartesiano de A por B (indica-se: A × B) o conjunto constituído pelos pares ordenados, nos quais o primeiro elemento pertence a A, e o segundo pertence a B. A × B = {(x, y) | x [ A e y [ B} § Relação: dados dois conjuntos A e B, denomi- na-se relação R de A em B qualquer subconjunto de A × B. R é relação de A em B à R , A × B. Exemplo: Sejam os conjuntos A = {0, 1, 2, 3} e B = {0, 2, 4, 6, 8, 10} e a relação R de A em B, tal que y = 2x, x [ A e y [ B. Escrever os elementos dessa relação R. Como x [ A: x = 0 ä y = 2 · 0 = 0 par (0, 0) x = 1 ä y = 2 · 1 = 2 par (1, 2) x = 2 ä y = 2 · 2 = 4 par (2, 4) x = 3 ä y = 2 · 3 = 6 par (3, 6) Assim: R = {(0, 0), (1, 2), (2, 4), (3, 6)}. É possível representar essa relação por meio de um dia- grama ou de um sistema cartesiano ortogonal. x Pode-se observar que, numa relação R de A em B, o con- junto R é formado pelos pares (x, y), em que o elemento x [ A é associado ao elemento y [ B mediante uma lei de associação. A função pode ser definida como um tipo de relação: § Sejam A e B dois conjuntos não vazios, e f uma relação de A em B. Essa relação f é uma função de A em B, quando, a cada elemento x do conjunto A, está associado um e apenas um elemento y do conjunto B. A definição acima afirma que, para uma relação f de A em B ser considerada uma função, ela neces- sita satisfazer duas condições: § Todo elemento de A deve estar associado a algum el- emento de B. § A um dado elemento de A deve estar associado um único elemento de B. Exemplos: 1. Dados os conjuntos A = {0, 5, 15} e B = {0, 5, 10, 15, 20, 25}, seja a relação de A em B determinada pela fórmula y = x + 5, com x [ A e y [ B. Observe que: Todos os elementos de A estão associados a elementos de B. A um dado elemento de A está associado um único ele- mento de B. Assim, a relação de A em B expressa pela fórmula y = x + 5 é uma função de A em B. Relações, funções e definições CompetênCias: 3, 4, 5 e 6 Habilidades: 13, 15, 20 e 25 AULAS 13 e 14 18 2. Dados os conjuntos A = {–2, 0, 2, 5} e B = {0, 2, 5, 10, 20}, seja a relação de A em B dada pela fórmula y = x, com x [ A e y [ B. Esse exemplo não expressa uma função de A em B, uma vez que o elemento –2 do conjunto A não está associado a algum elemento de B. 3. Dados os conjuntos A = { –3, –1, 1, 3} e B = {1, 3, 6, 9}, seja a relação de A em B dada pela fórmula y = x2, com x [ A e y [ B. A relação determinada pela fórmula y = x2, nesse caso, re- presenta uma função de A em B, pois: A todos os elementos de A estão associados elementos de B. A um dado elemento de A está associado um único ele- mento de B. 4. Dados os conjuntos A = {16, 81} e B = {–2, 2, 3}, seja a relação de A em B dada pela fórmula y4 = x, com x [ A e y [ B. Esse exemplo não representa uma função de A em B, pois o elemento 16 do conjunto A está associado a dois ele- mentos (–2 e 2) do conjunto B. Quando ocorre uma função de A em B, pode-se represen- tá-la da seguinte forma: f: A é B (função f de A em B) x é y (a cada valor de x [ A associa-se um só valor y [ B) As letras x e y são muito utilizadas para representar as va- riáveis de uma função. A letra f, em geral, dá o nome às funções, mas podemos ter também a função g, h, etc. Por exemplo, escreve-se g: A é B para designar a função g de A em B. Se y = x + 5 é a fórmula de uma relação, pode-se escrevê- -la também como f(x) = x + 5. O símbolo f(x), lê-se f de x, possui o mesmo significado do y e pode simplificar a linguagem. Por exemplo, em vez de se dizer: “Qual o valorde y quando x = 2?”, simplesmente se utiliza: “Qual o valor de f(2)?”. Assim, f(2) indica o valor de y quando x é 2. 1.1. Domínio, contradomínio e imagem de uma função Já foi visto que, numa função, o domínio é constituído por todos os valores que podem ser atribuídos à variável inde- pendente. A imagem da função, por sua vez, é formada por todos os valores correspondentes da variável dependente. Uma função f com domínio A e imagem B será denotada por: f : A é B (função que relaciona valores do conjunto A a valores do conjunto B) x é y = f(x) (a cada elemento x [ A corresponde um único y [ B) O conjunto A é denominado domínio da função, que será indicado por D. O domínio da função, também chama- do campo de definição ou campo de existência da função, serve para definir em qual conjunto se está tra- balhando, ou seja, os valores possíveis para a variável x. O conjunto B é denominado contradomínio da- função, que será indicado por CD. É no contradomínio que estão os elementos que podem corresponder aos elementos do domínio. Cada elemento x do domínio tem um correspondente y no contradomínio. Esse valor de y é chamado de imagem de x pela função f. O conjunto de todos os valores de y que são im- agens de valores de x forma o conjunto imagem da função, que será indicado por Im. Observe que o conjunto imagem da função é um subconjunto do contradomínio da mesma. f: A é B x é y = f(x) D = A, CD = B, Im = {y [ CD | y é correspondente de algum valor de x} 19 Aplicação do conteúdo 1. Dados os conjuntos A = {–3, –1, 0, 2} e B = {–1, 0, 1, 2, 3, 4}, determinar o con- junto imagem da função f: A é B definida por f(x) = x + 2. f(–3) = (–3) + 2 = –1 f(–1) = (–1) + 2 = 1 f(0) = 0 + 2 = 2 f(2) = 2 + 2 = 4 Observando o diagrama: Im = {–1, 1, 2, 4} 2. Seja a função f: R é R definida por f(x) = x2 – 10x + 8. Calcular os valores reais de x para que se tenha f(x) = –1, isto é, imagem –1 pela função f dada. f(x) = –1 ä x2 – 10x + 8 = –1 x2 – 10x + 9 = 0 D = b2 – 4ac = 100 – 36 = 64 x = 10 ± 8 ______ 2 x = 9 ou x = 1 3. Dada a função f: R é R definida por f(x) = ax + b, com a, b [ R, calcular a e b, sabendo que f(1) = 4 e f(–1) = –2. A lei de formação da função é f(x) = ax + b ou y = ax + b. f(1) = 4 ä x = 1 e y = 4 ä 4 = a · 1 + b (I) f(–1) = –2 ä x = –1 e y = –2 ä ä –2 = a · (–1) + b (II) De (I) e (II), tem-se: a + b = 4 –a + b = –2 Resolvendo o sistema: a = 3 e b = 1 Pelo que foi visto, uma função fica bem definida quando se sabe qual o seu domínio, o seu contradomínio e a regra de associação. Essa regra de associação (também denomina- da lei de formação ou lei de associação) geralmente é dada por uma fórmula matemática. Nem sempre é possível perceber, mas as funções estão presentes a todo momento no cotidiano. Ao ler um jornal ou ao assistir a um noticiário, é comum a ocorrência de um gráfico, que nada mais é do que uma relação de comparação entre grandezas. Um exemplo prático de função é o valor no final do mês da conta de água ou energia das residên- cias, pois ele depende do quanto se gasta de m³ de água e de quantos KW de energia foram consumidos durante o mês. Outros exemplos podem ser citados, como o tempo de duração de uma viagem, que depende da velocidade média de um automóvel, e o imposto de renda a ser pago, que depende do valor do salário recebido. VIVENCIANDO multimídia: sites pt.khanacademy.org/math/algebra/algebra- functions 20 2. O dOmíniO de uma funçãO É importante conhecer o domínio de uma função, pois é ele que vai determinar os valores possíveis para a variável independente. Em muitas funções, o domínio vem explicitado: § A função f: R é R, dada por f(x) = 3x2 – 1, possui domínio D = R. § A função g: Z é R, dada por g(x) = – x __ 2 + 5, possui domínio D = Z. § Na função h(x) = 2x + 3, com –2 ≤ x < 5, deve-se tomar os valores reais de x no intervalo considerado, isto é, D = {x [ R | –2 ≤ x < 5}. Entretanto, em muitos casos, o domínio e o contradomínio da função não vêm explicitados. Deve-se, então, considerar como domínio o conjunto de todos os números reais que podem ser colocados no lugar de x na fórmula da função, obtendo, depois dos cálculos, um número real. O contrado- mínio será o conjunto R. Numa função f, sendo dada por f(x) = x3 – 2x2 + 7, x pode ser qualquer número real, isto é, D = R e CD = R. Ao considerar o domínio de uma função, é preciso tomar certo cuidado, pois existe o risco de atribuir certos valores para a variável x que não possuem imagem real e, portan- to, descaracterizam a função. Em geral, é necessário observar com atenção as funções que possuem variáveis no denominador ou no radicando de raiz com índice par, no momento de definir seu domínio. Aplicação do conteúdo 1. Determinar o domínio da função f dada por f(x) = 2x – 1 __________ x² – 9 . O valor numérico de 2x – 1 _____ x2 – 9 só existe em R, se x2 – 9 ≠ 0. x2 – 9 ≠ 0 ä x2 ≠ 9 ä x ≠ 3 e x ≠ –3 Ou seja, x = –3 e x = 3 não podem estar no domínio da função. D = {x [ R | x ≠ 3 e x ≠ –3} ou D = R – {3, –3} 2. Determinar o domínio da função f(x) = dXXXXX x – 4 + 1 _____ dXXXXX x – 2 . dXXXXX x – 4 só é possível se x – 4 ≥ 0 ä x ≥ 4 (I) dXXXXX x – 2 só é possível se x – 2 > 0 ä x > 2 (II) Observe que a raiz está nO denOminadOr; assim, além de nãO pOder ser negativO (cOndiçãO da raiz), também nãO pOde ser nulO (cOndiçãO dO denOminadOr). Representando as condições (I) e (II) na reta e determinan- do a intersecção dos respectivos intervalos, tem-se: D = {x [ R | x ≥ 4} 3. funçãO injetORa Considere os diagramas: Os diagramas (I) e (II) são os únicos que representam funções injetoras ou injetivas. Definição: uma função f de A em B é injetora se,a todo x1 ≠ x2 do domínio (D) ocorrer f(x1) ≠ f(x2) no contradomínio (CD). multimídia: sites O GeoGebra é um programa de matemática que permite realizar construções geométricas com a utilização de pontos, retas, segmentos de reta, polígonos, etc., assim como permite inserir funções e alterar todos esses objetos dinamicamente depois de a construção estar finalizada. Equações e coordenadas também podem ser diretamente inseridas. 21 Resumindo: não pode haver duas flechas convergindo para uma mesma imagem (cada x do domínio tem seu y no contradomínio). Nota: Entenda-se por imagem o elemento que “recebe” a flecha. Considere os gráficos: § Os gráficos (I) e (II) são os únicos que representam uma função injetora ou injetiva. § Para identificar graficamente uma função injetora, são traçadas retas horizontais. Se as retas tocarem em um único ponto em toda a extensão do domínio ou sim- plesmente não tocá-lo, tem-se uma função injetora. Conclusão: se existir reta horizontal que intercepta o grá- fico em mais de um ponto, a função não será injetora. 3.1. Exemplos de identificação pela lei de formação 1. Mostrar que a função, cuja lei de formação é f(x) = 2x, é injetora. Solução: x1 ≠ x2 ä 2x1 ≠ 2x2 ä f(x1) ≠ f(x2), assim, f é injetora. 2. Mostrar que f(x) = 1 __ x é injetora. Solução: x1 ≠ x2 ä 1 __ x1 ≠ 1 __ x2 ä f(x1) ≠ f(x2), assim, f é injetora. 3. Mostrar que f(x) = x2 não é injetora. Solução: basta ver que se x1 = 2 e x2 = –2, então: Ou seja, existem x1 e x2, tais que f(x1) = f(x2) e f não é injetora. 4. funçãO sObRejetORa Considere os diagramas: Os diagramas (I) e (III) são os únicos que representam fun- ções sobrejetoras ou sobrejetivas. Definição: uma função f de A em B é sobrejetora se o contradomínio (CD) for igual ao conjunto imagem (Im). Resumindo: não podem “sobrar” elementos no contra- domínio (CD). Considere os gráficos: Analisando apenas o gráfico de uma função, não é possível caracterizá-la como sobrejetora, pois, como já foi visto, o gráfico não indica o contradomínio de uma função, mas seu domínio e sua imagem. Dessa forma, para qualificar uma função como sobrejetora, é preciso que seja fornecido o contradomínio de todas as 3 funçõesdadas. Se os contradomínios forem considerados como o conjunto dos reais (R), então apenas o gráfico (II) é uma função sobrejetora. Se o contradomínio da função (I) for considerado o intervalo [a, +Ü], o contradomínio da função (II) for considerado R e o contradomínio da função (III) for considerado R – {a}, então todos os gráficos representarão funções sobrejetoras. Lembre-se! Toda função pode ser sobrejetora, basta que seja es- colhido um contradomínio conveniente. Para identificar graficamente uma função sobrejetora, traça-se uma reta horizontal em cada elemento do contra- domínio. Se cada uma das retas cortar o gráfico da função em um ou mais pontos, a função será sobrejetora. 22 5. funçãO bijetORa Considere os diagramas: O diagrama (I) é o único que representa função bijetora. Definição: uma função f de A em B é bijetora se for in- jetora e sobrejetora ao mesmo tempo. Resumindo: 1. cada x do domínio tem seu y no contradomínio. 2. não “sobra” ninguém no contradomínio (CD = Im). Importante O diagrama (II) é de uma função que não é injetora (pois b e c possuem a mesma imagem) e nem so- brejetora (pois “sobram” os elementos i e j no CD). O diagrama (III) não representa função por duas razões: 1. Está sobrando o elemento V no domínio. 2. O elemento x possui duas imagens: k e m. Aplicação do conteúdo 1. Qual o domínio da função real dada por f(x) =√ _______ x 2 _______ –x2 + 4x ? Resolução: A condição inicial para a função é que o radicando seja não negativo, e o denominador seja diferente de zero. Analisando cada parte separadamente, tem-se: I) No numerador: x2. Será zero se x = 0. 0+ + + + + + + +x2 II) Denominador: –x2 + 4x = x(–x + 4). Será nulo se x = 0 ou x = 4. - - - - + + + +x 0 + + +- x + 4 + + + + + + - -4 + + + - -4-x2 + 4x - - - - 0 Unindo as informações: + + + +x2 0 + + +-x2 + 4x + - -4 + + + - -4x2 -x2 + 4x - - - - 0 + + + + - - - - 0 - Assim: D(f) = ]0,4 [ ou, D(f) = {x ∈ ℝ | 0 < x < 4} 2. A figura a seguir representa o gráfico de uma função real a valores reais, y = f(x). Sabendo-se que g(x) = f(x – 3), encontre o valor de g(1) + g(4) + g(7). -2 -1 2 3 5 4 y x O plano cartesiano é muito utilizado na construção de gráficos de funções, em que os valores relacionados a x constituem o domínio, e os valores de y, a imagem da função. Pode-se associar o plano cartesiano à localização de lugares e/ou fenômenos que ocorrem sobre a superfície terrestre, a trabalhos relacionados à cartografia, a pontos estratégicos de bases militares e a localizações no espaço aéreo, terrestre e marítimo. CONEXÃO ENTRE DISCIPLINAS 23 Pela lei de formação da função g(x), tem-se: g(1) = f(1 – 3) = f(–2) = 0 g(4) = f(4 – 3) = f(1) = –1 g(7) = f(7 – 3) = f(4) = 2 Assim: g(1) + g(4) + g(7) = 0 – 1 + 2 = 1 Habilidade ÁREAS DE CONHECIMENTO DO ENEM A habilidade 25 exige do aluno a capacidade de resolver uma situação proposta a partir da análise de gráficos e tabelas. Modelo (Enem 2017) Os congestionamentos de trânsito constituem um problema que aflige, todos os dias, milhares de motor- istas brasileiros. O gráfico ilustra a situação, representando, ao longo de um intervalo definido de tempo, a variação da velocidade de um veículo durante um congestionamento. Quantos minutos o veículo permaneceu imóvel ao longo do intervalo de tempo total analisado? a) 4. b) 3. c) 2. d) 1. e) 0. Análise expositiva - Habilidade 25: A questão exige que o aluno seja capaz de interpretar os dados fornecidos pelo gráfico. Nos instantes em que tem velocidade igual a zero, o móvel está em repouso. Analisando o gráfico, percebe-se que a velocidade atinge valor igual a zero entre os minutos 6 e 8. Assim, o carro permaneceu imóvel por 2 minutos. Alternativa C C Resolver problema com dados apresentados em tabelas ou gráficos.25 3. Seja f(x) = x + 1 _____ –x + 1 a) Calcule f(2) f(2) = 2 + 1 _____ –2 + 1 = 3 __ –1 = –3 b) Qual o valor de f(f(2))? f ( f(2) ) = f(–3) = –3 + 1 ________ –(–3) + 1 = –2 __ 4 = –1 __ 2 24 DIAGRAMA DE IDEIAS FUNÇÃO (D) f: A ⟶ B x ⟶ y = f(x) (Im) DOMÍNIO TIPO DE RELAÇÃO (CD) CONTRADOMÍNIO IMAGEM INJETORA SOBREJETORA BIJETORA 25 Como foi visto em aulas anteriores, a função é do 1.º grau quando a sua representação matemática é um polinômio de grau 1. De um modo geral, é possível representar a função polino- mial de 1.º grau na forma f(x) = ax + b com a e b sendo os números reais e a ≠ 0 (caso a = 0, tem-se f(x) = b, que representa uma função constante). Os números represen- tados por a e b são denominados coeficientes, enquanto x é a variável independente. Portanto, são funções polinomiais do 1.º grau: f(x) = 2x – 1 é coeficientes: a = 2 e b = –1 f(x) = –3x + 4 é coeficientes: a = –3 e b = 4 f(x) = 5 __ 3 – x é coeficientes: a = –1 e b = 5 __ 3 Em geral, o domínio da função polinomial do 1.º grau é R. Entretanto, quando a função está relacionada ao cotidiano, é preciso verificar o que representa a variável independente (x) para determinar seu domínio. Chama-se função do 1 º grau toda função definida de R em R por f(x) = ax + b, onde a e b [ R e a ≠ 0. a é denominado de coeficiente angular. b é denominado de coeficiente linear. O gráfico de uma função do 1.º grau é uma reta, que corta o eixo x no ponto ( –b ___ a , 0 ) e o eixo y no ponto (0, b). Uma função do 1.º grau é crescente se a > 0 e decrescente se a < 0; assim, tem-se que: 1. Função linear Considere a função polinomial do 1 º grau f(x) = ax + b. No caso de b = 0, tem-se f(x) = ax, e ela recebe o nome especial de função linear. Uma característica da função linear é que, se for atribuído para x o número zero, sua imagem f(0) também será 0, pois se x = 0, então f(0) = a · 0 = 0. Utiliza-se, ainda, um nome especial para a função lin- ear f(x) = ax, em que a = 1. Essa função, dada por f(x) = x (ou y = x), é denominada função identidade. O gráfico da função linear y = ax (sendo a ≠ 0) é sempre uma reta que passa pela origem do sistema cartesiano. O gráfico da função polinomial do 1.º grau y = ax + b (sen- do a ≠ 0) intercepta o eixo das ordenadas no ponto (0, b). 2. Variantes da Função do 1.º grau 1. Se a = 0 e b ≠ 0 ä y = b (função constante) 2. Se a ≠ 0 e b = 0 ä y = ax (função linear) 3. Se a = 1 e b = 0 ä y = x (função identidade – bissetriz dos quadrantes ímpares) 4. Se a = –1 e b = 0 ä y = –x (bissetriz dos quadrantes pares) Funções do 1º grau CompetênCias: 3, 4, 5 e 6 Habilidades: 13, 15, 19, 20 e 25 AULAS 15 e 16 26 3. ProPorção na Função do 1.º grau tg a = y2 – y1 _____ x2 – x1 = y3 – y2 _____ x3 – x2 proporção (igualdade de frações) Nota: a = tg a (coeficiente angular) b = coeficiente linear Aplicação do conteúdo 1. Construa o gráfico da função do primeiro grau f(x) = 2x – 6. Como o gráfico de uma função do primeiro grau é uma reta, são necessários apenas dois pontos para a construção do gráfico. Para isso, é preciso encontrar os pontos de inter- secção da reta com os eixos coordenados. Como o coeficiente linear é –6, já se sabe que a reta passa pelo ponto –6 no eixo y: Em qualquer ponto no eixo x, o valor da ordenada é zero; portanto: f(x) = 0: 2x – 6 = 0 x = 3 Assim, o ponto (3, 0) pertence à reta. Como já existem dois pontos pelos quais passa a reta da função f(x), é possível construir o gráfico: Um dos mais importantes da Matemática e das ciências em geral, o conceito de função é utilizado na representa- ção cotidiana de situações que envolvem grandezas variáveis, sempre colocando um valor em função do outro. Ao abastecer o automóvel no posto de combustível, por exemplo, o preço a ser pago depende da quantidade de litros de combustível colocada no tanque. Outro exemplo prático que se pode destacar é uma simples corrida de táxi. Considere a seguinte situação: Um motorista de táxi cobra R$ 4,50 de bandeirada mais R$ 2,75 por quilômetro rodado. Sabe-se que o preço a pagar é dado emfunção do número de quilômetros rodados. Qual o preço a ser pago se a distância percorrida for de 16 quilômetros? A função que define o valor a ser cobrado por uma corrida de x quilômetros é: ƒ(x) = 2,75x + 4,50 Assim: ƒ(16) = 2,75 ∙ 16 + 4,50 ƒ(16) = 48,50 VIVENCIANDO 27 2. Dado o gráfico a seguir de uma função polinomial do 1.º grau, encontre sua lei de formação. Como a função é de primeiro grau, sabe-se que sua forma é do tipo y = ax + b. Em primeiro lugar, deve-se encontrar o coeficiente angular a: a = y2 – y1 _____ x2 – x1 = 5 – 4 ____ 3 – 1 = 1 __ 2 Substituindo na função, tem-se: y = 1 __ 2 x + b Agora é possível substituir qualquer um dos dois pontos dados, (1, 4) ou (3, 5), na função a fim de encontrar o coe- ficiente linear b. Substituindo o ponto (1, 4): y = 1 __ 2 x + b 4 = 1 __ 2 1 + b 4 – 1 __ 2 = b é b = 7 __ 2 Assim, a função pedida é y = 1 __ 2 x + 7 __ 2 . 4. estudo do sinal da Função Polinomial do 1.º grau Estudar o sinal de uma função y = f(x) significa analisar para quais valores de x do domínio da função a imagem será positiva, negativa ou nula. Ou seja, realizar o estudo de sinal significa determinar para quais valores de x temos f(x) > 0, f(x) < 0 ou f(x) = 0. É possível realizar o estudo de sinal facilmente ao construir o gráfico da função. Exemplo: Faça o estudo do sinal da função f(x) = 10 – 5x. Construindo o gráfico da função, tem-se: A importância do estudo das funções não se restringe aos interesses da Matemática. O estudo das funções também é colocado em prática em áreas como a Física, Química e Economia. No estudo da cinemática, por exemplo, que é a parte da Física que estuda os movimentos, relacionando-os por meio dos conceitos de posição, velocidade e acelera- ção, o uso de funções de 1.º grau é muito comum. Um dos exemplos mais famosos é o que relaciona a posição (S) de um móvel em movimento uniforme com o tempo (t). O modelo matemático que define essa função é: S= S0 + v ∙ t Em que: S0 → é o espaço inicial do móvel (lugar que ele ocupa no instante t = 0) v → é sua velocidade escalar. Observe uma comparação entre a expressão acima e a expressão que define uma função afim: S = S0 + v ∙ t y = b + a ∙ x A comparação entre as expressões deixa bem claro que a fórmula definida como espaço em função do tempo é uma função do 1.º grau. CONEXÃO ENTRE DISCIPLINAS 28 Do gráfico, segue que: § Para todo x > 2, a função possui valores de f(x) negativos. § Para todo x < 2, a função possui valores de f(x) positivos. § Para x = 2, a função f(x) é nula, sendo x = 2, portanto, uma raiz da função. 5. Zero de uma Função Polinomial do 1.º grau Agora será estudado o que significa “zero” ou “raiz” de uma função f(x) = ax + b, com a ≠ 0. Observe o problema: § Dada a função f(x) = x – 2, calcule o valor de x para que f(x) = 0. O número 2, para o qual f(x) = 0, é denominado zero ou raiz dessa função. Denomina-se zero ou raiz da função f(x) = ax + b o valor de x que anula a função, ou seja, torna f(x) = 0. Geometricamente, o zero da função polinomial do 1.º grau f(x) = ax + b, a ≠ 0 é a abscissa do ponto em que a reta corta o eixo x. Aplicação do conteúdo 1. Dois líquidos diferentes encontram-se em recipientes idênticos e têm taxas de evaporação constantes. O líquido I encontra-se inicialmente em um nível de 100 mm e eva- pora-se completamente no quadragésimo dia. O líquido II, inicialmente com nível de 80 mm, evapora-se completa- mente no quadragésimo oitavo dia. Antes da evaporação completa de ambos, ao final de qual dia os líquidos terão o mesmo nível (em mm) nesses mesmos recipientes? Resolução: De acordo com as informações, tem-se: I) Líquido I: f(0) = 100 e f(40) = 0 II) Líquido II: g(0) = 80 e g(48) = 0 O mesmo nível será encontrado com o ponto comum a ambas as retas, f(x) = g(x). I) { f(0) = a(0) + b f(40) = a (40) + b ⇒ { b = 100 40 a + b = 0 ⇒ ⇒ 40 a + 100 = 0 ⇒ a = –100 ___ 40 = – 5 __ 2 ⇒ ⇒ f(x) = – 5 __ 2 x + 100 II) { g(0) = a(0) + b g(48) = a (48) + b ⇒ { b = 80 48 a + b = 0 ⇒ ⇒ 48 a + 80 = 0 ⇒ a = –80 ___ 48 = – 5 __ 3 ⇒ ⇒ g(x) = – 5 __ 3 x + 80 III) f(x) = g(x) ⇒- 5 __ 2 x + 100 = – 5 __ 3 x + 80 ⇒ ⇒ - 5 __ 2 x + 5 __ 3 x = –100 + 80 ⇒ ⇒ –15x + 10x _________ 6 = –20 ⇒ –5x = –120 ⇒ ⇒ x = –120 ____ –5 = 24 2. O valor de um carro novo é de R$ 9.000,00 e, com 4 anos de uso, é de R$ 4.000,00. Supondo que o preço caia com o tempo, segundo uma linha reta, calcule o valor de um carro com 1 ano de uso. Resolução: O gráfico passa por (0, 9000) e (4, 4000). Encontrando a lei da função e a imagem para t = 1, tem-se: I) 9000 = a · (0) + b ⇒ b = 9000 4000 = a · (4) + b ⇒ 4a + 9000 = 4000 ⇒ ⇒ a = 4000 – 9000 ___________ 4 = –5000 _____ 4 = – 1250 II) f(t) = –1250t + 9000 ⇒ f(1) = –1250 ∙ (1) + 9000 = –1250 + 9000 = 7750 O Homem que Calculava - Malba Tahan As proezas matemáticas do calculista persa Beremiz Samir – o homem que calculava – tornaram-se lendárias na antiga Arábia, encantando reis, poe- tas, xeques e sábios. Nesse livro, Mal- ba Tahan relata as incríveis aventuras desse homem singular e suas soluções fantásticas para problemas aparente- mente insolúveis. multimídia: livros 29 ÁREAS DE CONHECIMENTO DO ENEM Habilidade A habilidade 25 exige do aluno a capacidade de resolver uma situação proposta a partir da análise de gráficos e tabelas. Modelo (Enem) Um dos grandes desafios do Brasil é o gerenciamento dos seus recursos naturais, sobretudo os recursos hídri- cos. Existe uma demanda crescente por água e o risco de racionamento não pode ser descartado. O nível de água de um reservatório foi monitorado por um período, sendo o resultado mostrado no gráfico. Suponha que essa tendência linear observada no monitoramento se prolongue pelos próximos meses. Nas condições dadas, qual o tempo mínimo, após o sexto mês, para que o reservatório atinja o nível zero de sua capacidade? a) 2 meses e meio. b) 3 meses e meio. c) 1 mês e meio. d) 4 meses. e) 1 mês. Análise expositiva - Habilidade 25: A questão exige que o aluno seja capaz de interpretar os dados forneci- dos pelo gráfico para que, a partir deles, possa encontrar a resposta correta da questão. Do gráfico é possível perceber que ocorre uma variação de 20% (30% - 10%) no percentual da capacidade máxima do reservatório em 6 – 1 = 5 meses. Assim, para que haja uma redução de 10% do nível de capa- cidade, deve-se passar (5/20). 10 = 2,5 meses. Alternativa A A Resolver problema com dados apresentados em tabelas ou gráficos.25 30 DIAGRAMA DE IDEIAS FUNÇÃO DO 1º GRAU y = ax + b ↳↲ coeficiente linearcoeficiente angular PONTO EM QUE A RETA CORTA O EIXO y Δx Δy α α y2 .y1 x1 x2 ↓ a > 0 → crescente a < 0 → decrescente a = 0 → constante a = tg α = = y2 - y1 x2 - y1 Δy Δx y x 31 ARITMÉTICA: Incidência do tema nas principais provas UFMG A UNESP, tanto na primeira fase como na sua segunda fase, irá apresentar questões com porcentagens. A incidência de questões sobre proporcionalidade é grande. Na UNIFESP não faltará uma questão sobre porcentagem, seja na parte de Matemática, da Física ou da Química. Questões com problemas de grandezas diretamente ou inversamente proporcionais também devem aparecer nesse vestibular. A Comissão para o Vestibular da Unicamp trará questões com proporcionalidade tanto na parte da aritmética como na geometria plana. Cálculo de porcentagens também são de grande importância para essa prova. A prova da Albert Einstein tem uma boa incidência de questões sobre porcentagens, com problemas de médio e elevado grau de dificuldade. A FMABC apresenta questões com baixo índice de grandezas proporcionais, M.M.C e M.D.C.; no entanto, as aulas de porcentagem deste caderno são fundamentais. Comisso diversos problemas das exatas serão resolvidos. A PUC de Campinas tem um bom índice de questões sobre grandezas proporcionais e porcentagens. Na segunda fase, os itens de aumento e desconto são fortemente apresen- tados em problemas de elevado grau. A Santa Casa apresenta uma baixa incidência em questões sobre os teoremas fundamentais da aritmética e grandezas proporcionais. Em contrapartida, saber definir uma porcentagem e resolver questões dessa matéria é essencial para essa prova. No Enem não faltará uma questão de porcen- tagem, também aparecendo cálculos sobre aumento ou decréscimo de um valor. Calcular um M.M.C. e um M.D.C. é essencial para esse vestibular, junto com uma boa interpretação da questão. Os temas das aulas deste livro são essenciais para a prova da FUVEST e de grande impor- tância para Química e Física. Saber realizar uma porcentagem e um cálculo de M.M.C e M.D.C. é de grande vantagem para resolver as questões dessa prova. A UERJ apresenta uma boa incidência de questões de grandezas proporcionais e os teoremas da aritmética. As aulas sobre por- centagem deste livro são as mais importantes para esse vestibular. A UNIGRANRIO apresenta uma prova objetiva com poucas informações e mais desenvolvi- mento. Questões sobre grandeza proporcional e porcentagem são de alta incidência em seu vestibular. A faculdade Souza Marques apresenta ques- tões objetivas na sua prova de matemática. As aulas de porcentagem são as mais importante deste livro para esse vestibular. Para a Faculdade de Ciências Médicas é essencial calcular porcentagem com excelên- cia. Já questões de grandezas proporcionais e os teoremas da aritmética são de baixa incidência. Na UFPR não faltará uma questão de porcen- tagem, também aparecendo cálculos sobre porcentagem em todos os seus aspectos. Calcular um M.M.C. e um M.D.C. é essencial para esse vestibular junto com uma boa interpretação da questão. A prova da UEL apresenta, junto a uma análise de texto, os conceitos da porcentagem de uma forma diferenciada. As questões são elaboradas de modo a exigir a máxima atenção do candidato. 32 1. Razão A razão entre duas grandezas é o quociente entre elas. Considere a situação em que 20 homens e 30 mulheres compareceram a uma festa. Nesse sentido, afirma-se que: I. A razão entre o número de homens e o de mulheres na festa é: n° Homens _________ n°Mulheres = 20 ___ 30 = 2 __ 3 Isso significa que, para cada 2 homens, existem 3 mulheres. II. A razão entre o número de mulheres e o total de pessoas na festa é: n° Mulheres ______________ n°Total de Pessoas = 30 _______ 20 + 30 = 30 ___ 50 = 3 __ 5 Isso significa que, para cada 5 pessoas na festa, 3 são mulheres. As grandezas envolvidas em uma razão podem ser de es- pécies diferentes. Por exemplo, se, na festa citada, as mu- lheres consumiram 120 salgadinhos, e os homens consu- miram 100, afirma-se que: III. A razão entre o número consumido pelos homens e o número de homens foi de: 5 salgados ________ homem Isto significa que, em média, cada homem consumiu 5 salgados. IV. A razão entre o número de salgados consumidos e o número de pessoas foi de: n° de salgados ___________ n° de pessoas = (120 + 100) salgados ________________ (30 + 20) pessoas = 4,4 salgados __________ pessoa Ou seja, em média, cada pessoa consumiu 4,4 salgados. Em geral, dados dois números reais a e b, com b ≠ 0, usa-se a __ b ou a : b para indicar a razão entre a e b, respectivamente. Na razão (lê-se: a para b), o número a é denominado an- tecedente, e o número b, consequente. Razão entre a e b = a __ b 2. PRoPoRção Proporção é uma igualdade entre duas razões. Quando se diz que os números reais a, b, c e d, não nulos, formam, nessa ordem, uma proporção, significa que se tem a se- guinte igualdade: a __ b = c __ d ou a · d = c · b (lê-se: a está para b, assim como c está para d) Note, na última igualdade acima, que os termos a e d ficar- am nas extremidades (a e d são chamados de extremos da proporção), já os termos b e c ficaram no meio (b e c são chamados de meios da proporção). 2.1. Propriedades da proporção Se a __ b = c __ d , com a, b, c e d, reais não nulos, tem-se a __ b = c __ d = k, em que k é denominado constante de proporcionalidade. Essa constante k é o número de vezes que cada anteceden- te é maior que seu respectivo consequente. Observe: a __ b = c __ d = k ä { a = k · b c = k · d Assim, tem-se as seguintes propriedades: P1: a __ b = c __ d ä ad = bc (propriedade fundamental) “Numa proporção, o produto dos mei- os é igual ao produto dos extremos.” Veja: { a · d = (kb) · d = kbd b · c = b · (kd) = kbd ä a · d = b · c P2: a __ b = c __ d ä a __ b = c __ d = a + c _____ b + d Veja: a + c _____ b + d = kb + kd ______ b + d ä ä a + c _____ b + d = k(b + d) _______ b + d ä ä a + c _____ b + d = k = a __ b = c __ d Razão, PRoPoRção e gRandezas PRoPoRcionais CompetênCias: 3 e 4 Habilidades: 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 e 18 AULAS 9 e 10 33 P3: a __ b = c __ d ä a _____ a + b = c ____ c + d Veja: a _____ a + b = c ____ c + d ä bk _____ bk + b = dk _____ dk + d ä Aplicação do conteúdo 1. Duas jarras idênticas contêm poupa de fruta e água nas proporções: 3:7 na primeira e 3:5 na segunda. Jul- gando o suco da primeira “muito fraco” e o da segunda “muito forte”, Dona Benta resolveu juntar os conteúdos das duas jarras numa vasilha maior, obtendo, a seu ver, um suco na proporção ideal de poupa de fruta e água. Considerando J o volume de uma jarra, é possível desco- brir essa proporção ideal utilizando as propriedades das proporções. Observe: I. Na primeira jarra: poupa _____ água = 3 __ 7 ä poupa ____________ (poupa + água) = 3 _____ 3 + 7 ä ä poupa = 3 ___ 10 · J e água = 7 ___ 10 · J Note: poupa + água = J (volume da jarra) No seu futuro cotidiano como estudante de medicina, aluno Hexag, você terá de lidar com dosagens de medicamen- tos para seus pacientes. Observe um exemplo prático na seguinte questão: 1. A heparina é um medicamento de ação anticoagulante prescrito em diversas patologias. De acordo com a indicação médica, um paciente de 72 kg deverá receber 100 unidades de heparina por quilograma por hora (via intravenosa). No rótulo da solução de heparina a ser ministrada consta a informação 10.000 unidades/50 mL. a) Calcule a quantidade de heparina, em mL, que esse paciente deverá receber por hora. b) Sabendo que 20 gotas equivalem a 1 mL, esse paciente deverá receber 1 gota a cada x segundos. Calcule x. Resolução: a) O paciente deverá receber 7.200 unidades de heparina em uma hora. Sabendo que exis- tem 10.000 unidades de heparina a cada 50 mL da solução, pode-se escrever: 7200 · 50 ________ 10000 = 36 mL Esse paciente deverá receber 36 mL de heparina por hora. b) Transformando mililitros em gotas, pode-se escrever: 36∙20 = 720 gotas Sabendo que uma hora corresponde a 3.600 segundos, pode-se escrever: 720 ____ 3600 = 1 gota _________ 5 segundos Ou seja, esse paciente deverá receber uma gota a cada 5 segundos. VIVENCIANDO II. Na segunda jarra: poupa _____ água = 3 __ 5 ä poupa ____________ (poupa + água) = 3 _____ 3 + 5 ä poupa = 3 __ 8 · J e água = 5 __ 8 · J III. Juntando-se as duas jarras, obtém-se: poupa _____ água = 3 ___ 10 · J + 3 __ 8 · J __________ 7 ___ 10 · J + 5 __ 8 · J ä ä 12J + 15J ________ 40 ________ 28J + 25J ______ 40 = 27 ___ 53 = 27:53 A proporção ideal consiste em 27 partes de poupade fruta para 53 partes de água. ä bk _______ b(k + 1) = dk _______ d(k + 1) (verdade). 34 2. Um bar vende suco e refresco de tangerina. Ambos são fabricados diluindo em água um concentrado des- sa fruta. As proporções são de uma parte de concen- trado para três de água, no caso do suco, e de uma parte de concentrado para seis de água, no caso do refresco. Faltando refresco e sobrando suco, o chefe de cozinha do bar poderá transformar o suco em refres- co. Mas, para isso, ele deverá saber quantas partes de suco (x partes) ele deverá diluir em Y partes de água. A relação entre X poderá ser obtida através das pro- porções. Observe: I. Para o suco: concentrado __________ água = 1 __ 3 concentrado ________________ (concentrado + água) = 1 _____ 1 + 3 Concentrado = 1 __ 4 do suco e água = 3 __ 4 do suco Note: concentrado + água = suco (todo) II. Para o refresco, obtido a partir do suco: concentrado __________ água = 1 __ 6 ä 1 __ 4 x _____ y + 3 __ 4 x = 1 __ 6 ä 6 __ 4 x = y + 3 __ 4 x ä 3 __ 4 x = y ä 3x = 4y ä x _ y = 4 __ 3 Observe que, ao adicionar x copos de suco, tem-se 1 __ 3 x de concentrado, e de água se tem os 3 __ 4 x do suco mais y copos de água. Assim, conhecendo a quantidade de copos de suco dispo- níveis, o chefe saberá quantos copos de água deverá acres- centar para obter o refresco. Por exemplo, se sobrarem 8 copos de suco (x = 8), deverão ser adicionados 6 copos de água (y = 6), pois 8 __ 6 = 4 __ 3 . 3. Um carpinteiro fabrica portas retangulares maciças, feitas de um mesmo material. Por ter recebido de seus clientes pedidos de portas mais altas, aumentou sua altura em 1 __ 8 , preservando suas espessuras. A fim de manter o custo com o material de cada porta, precisou reduzir a largura. Qual a razão entre a largura da nova porta e a largura da porta anterior? Resolução: Sejam x, y e z, respectivamente, a altura, a espessura e a largura da porta original. Assim, segue que o volume da porta original é igual a x · y · z. Aumentando-se em 1 __ 8 a altura da porta e preservando sua espessura, deve-se ter, a fim de manter o custo com o ma- terial, 9x __ 8 ∙ y · z1 = x ∙ y ∙ z ⇔ z1 = 8z __ 9 , sendo a largura da nova porta. Assim, a razão pedida é z1 __ z = 8 __ 9 4. Por um terminal de ônibus passam dez linhas dife- rentes. A mais movimentada delas é a linha 1: quatro em cada sete usuários do terminal viajam nessa linha. Cada uma das demais linhas transporta cerca de 1.300 usuários do terminal por dia. Considerando que cada passageiro utiliza uma única linha, a linha 1 transpor- ta, por dia, cerca de a) 5.200 usuários do terminal. b) 9.100 usuários do terminal. c) 13.000 usuários do terminal. d) 15.600 usuários do terminal. e) 18.200 usuários do terminal. Resolução: Seja T o total de usuários do terminal. Sabendo que 9 linhas transportam 1.300 usuários por dia, e que 4 __ 7 dos usuários do terminal utilizam a linha 1, tem-se 3 __ 7 ∙ 3 __ 7 T = 9 ∙ 1.300 ⇒ T = 5 ∙ 7 ∙ 1.300 Assim, o resultado pedido é 4 __ 7 ∙ T = 4 __ 7 ∙ 3 ∙ 7 · 1.300 ⇒ T = 15.600 Alternativa D 5. Uma empresa fabricante de suco que envasava o pro- duto em frascos de vidro passou a fazer o envasamento em um novo vasilhame plástico com 2 __ 3 da capacidade do frasco anterior. A lanchonete revendedora enche de suco um copo com capacidade de 1 __ 5 do frasco de vidro. A quantidade de copos de suco (inteiro + fração) que a lanchonete obtém com um frasco do novo vasilhame é igual a: a) 1 copo e 2/3 b) 2 copos e 1/3 c) 2 copos e 2/3 d) 3 copos e 1/3 e) 3 copos e 2/3 Resolução: Volume do frasco de vidro: v Volume do frasco de plástico: 2v __ 3 Volume do copo: v __ 5 Número de copos: 2v __ 3 ___ v __ 5 = 2v __ 3 ∙ 5 __ v = 10 ___ 3 35 Ou seja, 3 copos e 1 __ 3 Alternativa D 6. As dimensões de um paralelepípedo retângulo são proporcionais aos números 1, 2 e 3, e sua área total é igual a 198 cm2. Sobre esse paralelepípedo, assinale o que for correto. a) Seu volume vale 162 cm3. b) As suas dimensões formam uma progressão aritmética. c) A soma das medidas de todas as suas arestas é 72 cm. d) Sua diagonal é maior que 11 cm. Resolução: Sejam a, b e c as dimensões do paralelepípedo retângulo. Tem-se que: a __ 1 = b __ 2 = c __ 3 = k ⇔ { a = k b = 2k c = 3k Com k sendo um número real positivo. Dado que a área total é igual a 198 cm2, tem-se: 2(ab + ac + bc) = 198 ⇔ k ∙ 2k + k ∙ 3k + 2k ∙ 3k = 99 ⇔ k2 = 9 ⇒ k = 3 Assim, a = 3 cm, b = 6 cm e c = 9 cm a) Correto. O volume do paralelepípedo vale a · b · c = 3 · 6 · 9 = 162 cm3 b) Correto. As dimensões formam uma progressão arit- mética com primeiro termo igual a 3 e razão igual a 3. c) Correto. A soma das medidas de todas arestas é igual a 4(a + b + c) = 4(3 + 6 + 9) = 72 cm d) Correto. A diagonal do paralelepípedo mede d = √ _________ a2 + b2 + c2 = √ __________ 32 + 62 + 92 = √ ____ 126 cm Assim, tem-se √ ____ 126 cm > √ ____ 121 cm = 11 cm. 3. NúmeRos diRetameNte PRoPoRcioNais Considere as seguintes sequências numéricas: 1.ª sequência: (2, 6, 4, 10). 2.ª sequência: (6, 18, 12, 30). Observe que as sequências crescem ou decrescem na mesma razão inversa, ou seja, se um dado elemento de uma delas triplica, o correspondente desse elemento na outra sequência também triplica. Em outras palavras, os elementos correspon- dentes nas duas sequências estão na mesma razão. Em geral, é possível dizer que os números da sucessão numérica (a1, a2, a3,..., an) são diretamente proporcionais (ou simplesmente proporcionais) aos números da sucessão (b1, b2, b3, ..., bn) quando as razões entre seus respectivos correspondentes forem iguais, isto é: Essa razão constante k é denominada fator de proporcio- nalidade e indica quantas vezes cada antecedente é maior que o respectivo consequente. Aplicação do conteúdo 1. Se (a, b, 20) e ( 3, 2 __ 3 , 5 ) são proporcionais, determine o coeficiente de proporcionalidade e os valores de a e b. a __ 3 = b __ 2 __ 3 = 20 ___ 5 ä a __ 3 = 3b ___ 2 = 4 Coeficiente de proporcionalidade: 2. Os irmãos João Victor, Gabriela e Matheus têm 16 anos, 14 anos e 10 anos, respectivamente. Se o pai deles dis- tribuir R$ 240,00 reais entre eles, em partes diretamente proporcionais às idades, quanto receberá cada um? Sendo k a constante de proporcionalidade, a parte de cada um será k vezes a respectiva idade, ou seja, as partes serão 16 k (João Victor), 14 k (Gabriela) e 10 k (Matheus). João Victor, Gabriela e Matheus receberam, respectivamen- te, R$ 96,00, R$84,00 e R$60,00. Nota: O mais velho recebe mais, pois as partes são diretamen- te proporcionais às idades. Quanto mais velho, mais recebe. 4. NúmeRos iNveRsameNte PRoPoRcioNais Considere as seguintes sequências numéricas: 1.ª sequência: ( 1 __ 2 ; 1 __ 6 ; 1 __ 4 ; 1 ___ 10 ) formada pelos respectivos inversos de (2, 6, 4, 10). 36 2.ª sequência: (6, 18, 12, 30). Observe que as sequências crescem ou decrescem na razão inversa, ou seja, se dado elemento de uma delas triplica, o correspondente desse elemento na outra sequência re- duz-se a sua terça parte. Observe que os inversos dos números da 1.ª sequên- cia são diretamente proporcionais aos números da 2.ª sequência. 4.1. Inversos da 1.ª sequência (2, 6, 4, 10) Em geral, diz-se que os números da sequência (a1, a2, a3, ..., an) são inversamente proporcionais aos números da se- quência (b1, b2, b3, ..., bn) quando os números de uma delas forem, respectivamente, diretamente proporcionais aos in- versos da outra, isto é: a1 __ 1 __ b1 = a2 __ 1 __ b2 = a3 __ 1 __ b3
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