044.1 – Matemática, álgebra – Produtos notáveis – Cubo da diferença

– É a vez do Cubo da Diferença de dois números

Para manter a continuidade, vamos considerar os mesmos números (letras) e desenvolver o produto.

$\underbrace{( a – b )^3} $

Novamente desmembramos numa multiplicação de potências de mesma base.

$\underbrace{( a – b )^2} {\overbrace{(a – b)}} $

$\underbrace { (a^2 – 2ab + b^2)}\cdot\overbrace{( a – b )} $

$a^2{a} – 2a^2b + ab^2 + a^2{(-b)} – 2ab{(-b)} + b^2{(-b)}$

$ a^{3} – 2a^{2}b + ab^{2} – a^{2}b +2ab^{2} – b^{3} $

Agrupando os termos semelhantes e somando os coeficientes:

$ a^{3} +\underbrace {- 2a^{2} b – a^{2}b} +\overbrace{ ab^{2} + 2ab^{2}} – b^{3} $

$ a^{3} – 3a^{2}b + 3ab^{2} – b^{3} $

Se compararmos esse polinômio com o que foi obtido no caso do cubo da soma de dois números, veremos que eles são exatamente iguais, exceto dois sinais (-) no segundo e quarto termos. Assim, podemos escrever a regra.

“O cubo da diferença entre dois números é dado pelo cubo do primeiro termo, menos o triplo do produto entre o quadrado do primeiro e o segundo termo, mais o triplo do produto do primeiro termo pelo quadrado do segundo, menos o cubo do segundo termo”.

Para lembrar mais facilmente.

A ordem dos expoentes nas variáveis segue a mesma sequência do cubo da soma, apenas os termos pares (segundo e quarto), tem um sinal (-) negativo.

Para aplicar a regra, vamos a um exemplo.

$ {( ax – by)}^{3} $

O primeiro termo é ax e o segundo termo é by. Vamos agora aplicar a regra

O cubo do primeiro termo é

${(ax)}^{3} $

$ {a^{3}x^{3}} $

O triplo do quadrado do primeiro multiplicado pelo segundo termo é

$ {3{(ax)}^{2}{(by)}}$

$ {3a^{2}bx^{2}y }$

O triplo do primeiro termo multiplicado pelo quadrado do segundo é

$ {3ab^{2}xy{2} }$

O cubo do segundo termo é

$ {(by)} ^{3} $

$b^{3}y^{3} $

Escrevendo na ordem correta e aplicando os sinais teremos

${ a^{3}x^{3} – 3 a^{2}bx^{2}y + 3ab^{2}xy^{2} – b^{3}y^{3} }$

Hora de exercitar. Não podemos esquecer disso.

Desenvolver os cubos das diferenças.

a)$ {(3x – 4y)^{3}}= ?$

b) ${(pq – 2r)^{3}}= ?$

c) ${(uv – 3z)^{3}}= ?$

d) ${(3i – 2j)^{3}}= ?$

e) ${(5x – 7y)^{3}} = ?$

f) ${(2x – 5xy)^{3}}= ?$

g) ${(7m – 3n)^{3}}= ?$

h) ${(5x – 4y)^{3}}=?$

Curitiba, 20 de junho de 2018

Décio Adams

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01.045 – Matemática, Álgebra. Produtos notáveis – Exercícios de fixação.

Exercícios de produtos notáveis.

  1. Usando a regra do quadrado da soma de dois números, obtenha os trinômios quadrados perfeitos que resultam das expressões a seguir. a)${(uv + z)}^2 $  b)$ {(5m + r)}^2 $ c)$ {(7 + 2p)}^2$ d)${(a + 6b)}^2$ e)${(10x^{2 }+ y^{2})}^2$ f)${(mp^{3} + nr^{2})}^2$
  2. Faça o mesmo usando a regra do quadrado da diferença entre dois números, com as expressões abaixo. a)${(5a – 2b)}^2$ b)$ {(a^{2}i – b^{3}j)}^2$ c)$ {(2vx – 3uy)}^2$ d)$ {(4 q^{3} – 6p^{2})}^{2} $ e)${(12 – 3 a^{3})}^2$ f)$ {(15 – 3x)}^2$ g)$ {(7x – 8y)}^2 $
  3. Usando a regra do produto da soma de dois números pela sua diferença, obtenha os binômios resultantes das multiplicações abaixo. a)${(7 + 2x)}{(7 – 2x)}$ b)${(5 – 3y)}{(5 + 3y)}$ c)$ {(ab^{2} + b)}{(ab^{2} – b)}$ d)${(xy + xz)}{(xy – xz)}$ e)$ {(4m – 3n)}{(4m + 3n)}$ f)$ {(7x^{3} + 2y^{2})}{(7x^{3} – 2y^{2})}$
  4. Use agora a regra do cubo da soma de dois números para obter os polinômios de quatro termos resultantes das expressões abaixo. a)${2a + 5b)}^3$ b)${(7 +2j)}^3$ c)$ {(x + 3yz)}^3$ d)$ {(4l + 5m)}^3$ e)${(ma + nb)}^3 $ f)${(11 + 4r)}^3 $
  5.  Vamos fazer o mesmo com a regra do cubo da diferença. a)${(4m – 2)}^3$ b)${(3x – 5y)}^3$ c)${(9 – 5a)}^3$  d)${(5 – 4x)}^3 $ e)${(10 – 5c)}^3 $ f)${(3ab – x)}^3$ g)${(pq^{2} – rq)}^3$
  6. Chegou o momento de usar as regras mais avançadas. Multiplique os quadrados das somas pelas diferenças dos mesmos números, usando a regra vista no post anterior. a)${(ax + by)}^{2}\cdot {(ax – by)} $ b)$ {(5 + 3x)}^{2}\cdot{(5 – 3x)} $ c)$ {(4n + m^{2})}^{2}\cdot{(4n – m)} $ d)${(5a + 3b)}^{2}\cdot{(5a – 3b)} $ e)${(7x + 2y)}^{2}\cdot{7x -2y)} $ f)${(10 + 3v)}^{2}\cdot{(10 – 3v)}$ g)${(px + qy)}^{2}\cdot{(px – qy)} $
  7. Agora vamos multiplicar o quadrado das diferenças, pelas somas dos dois números, conforme a regra vista. a)${(3x – 2y)}^{2}\cdot{(3x + 2y)} $ b)${(5a – bx)}^{2}\cdot{(5a + bx)}$ c)${(1 – 5x)}^{2}\cdot{(1 + 5x)}$ d)$ {(6t – 4s)}^{2}\cdot{(6t+ 4s)}$ e)${(8l – z)}^{2}\cdot{(8l +z)} $ f)${(4n – 5m)}^{2}\cdot{(4n +5m)}$ g)${(r – pq)}^{2}\cdot{(r + pq)} $

Para sanar as dúvidas, vamos verificar se esses polinômios estão realmente corretos e isso podemos fazer, substituindo as letras por valores. Se efetuarmos as operações, seguindo os dois caminhos, os resultados devem ser obrigatoriamente iguais, do contrário há algo errado no polinômio, ou então a regra é furada. Vamos tirar essa dúvida.

Escolhendo dois números, que iremos substituir por y, podemos verificar as regras uma por uma. Vamos atribuir o valor 7 à letra  e o  valor 3 à letra y.

Agora vamos tomar os produtos notáveis, na ordem em que os estudamos.

Quadrado da soma:

$$\color{Sepia}{{ (x + y) }^2 }$$

$\color{Blue}{ x^2 + 2xy + y^2 }$

Vamos substituir as letras y, pelos valores 7 e 3, efetuando os cálculos.

${( 7 + 3)}^2$

${(10)}^2 $

Que resulta no número $\color{Red}{100}$.

${(7)^2 + 2\cdot 7\cdot 3 + (3)^2 }$

$ { 49 + 42 + 9}$

$ {91 + 9} $

$$\color{Red}{100}$$

Também resulta no número 100. Isso nos mostra que a regra do quadrado da soma está correta, pois tanto a substituição direta no binômio soma e sua elevação ao quadrado, quanto a substituição no trinômio quadrado perfeito, resultaram no mesmo valor, ou seja 100.

E o quadrado da diferença?

$$\color{Sepia}{ (x – y)}^2$$

$\color{Blue}{x^2 – 2xy + y^2}$

Substituindo as letras pelos seus respectivos valores teremos:

${(7 – 3)}^2$

$ {4}^2 $

$\color{Red}{ 16} $

${(7)^2 – 2\cdot 7\cdot 3 + (3)^2} $

$ {49 – 42 + 9} $

${ 7 + 9} $

$\color{Red}{ 16} $

Novamente, os resultados deram iguais. O que nos demonstra que a regra do quadrado da soma também é válida.

Produto da soma, pela diferença.

$$\color{Sepia}{{(x + y )}{( x- y)}}$$

$\color{Blue}{ x^2 – y^2} $

Fazendo a substituição teremos:

${ (7 + 3)} {(7 – 3)} $

$\color{Red}{{10 \cdot 4} = {40}}$

${7^2 – 3^2} $

${49 – 9}$

$\color{Red}{40}$

Mas não é que deu igual! A regra do produto da soma pela diferença, também está verificada. Interessante não é?! A matemática é uma maravilha e não morde. Basta prestar atenção e começar a entender desde a base. O resto é mera consequência.

Mas ainda falta verificar mais coisas. Como fica o cubo da soma?

$$\color{Sepia}{{(x + y)}^3}$$

$\color{Blue}{x^3 +3 x^{2}y + 3xy^{2}+ y^3} $

${(7 +3)}^3 $

${(10)}^3$

$\color{Red}{ 1000} $

${7^3 + 3\cdot{7}^2\cdot 3 + 3\cdot 7\cdot {3}^2 + 3^3} $

$ {343 + 3\cdot 49\cdot 3 + 3\cdot 7\cdot {3}^2 + 3^3}$

${343 + 441 + 189 + 27 } $

$\color{Red}{1000} $

Maravilha. O cubo da soma também está corretíssimo. Isso é bom, não acha?

O cubo da diferença, parece que nem precisa verificar, mas vamos tirar a prova assim mesmo.

$$\color{Sepia}{{(x – y )}^3}$$

$\color{Blue} {x^3 – 3x^{2}y + 3xy^{2} – y^3}$

Substituindo as letras pelos números, temos;

${( 7 – 3)}^3 $

$ {4}^3 $

$\color{Reed} {64}$

${7^3 – 3\cdot {7}^2\cdot 3 + 3\cdot 7\cdot{3}^2 – 3^3 }$

${343 – 3\cdot 49\cdot 3 + 3\cdot 7\cdot 9 – 27}$

${ 343 – 441 + 189 – 27} $

${532 – 468} $

$\color{Red}{64}$

Uau! Também deu certo. Não vejo a hora de verificar o resto.

Produto do quadrado da soma, pela diferença.

$$\color{Sepia}{{(x + y)}^2\cdot{(x – y)}}$$

$\color{Blue}{x^3 +x^{2}y – xy^{2} – y^3} $

Vamos substituir os números agora.

${( 7 + 3)}^2\cdot {(7 -3)} $

${(10)}^{2}\cdot 4 $

$ {100\cdot 4}$

$\color{Red}{ 400} $

${(7^3 + 7^2\cdot 3 – 7\cdot 3^2 – 3^3} $

$ {343 + 49\cdot 3 – 7\cdot 9 – 27}$

${ 343 + 147 – 63 – 27} $

$ {490 – 90} $

$\color{Red}{400} $

Não resta dúvida. Deu certo mais uma vez.

Produto do quadrado da diferença, pela soma dos dois números.

$$\color{Sepia}{{(x – y)}^{2}\cdot{(x + y)}}$$

$\cpçpr{Blue}{x^3 – x^{2} y – xy^{2} + y^3 } $

Na substituição ficamos com:

${( 7 – 3)}^2\cdot{(7 + 3)} $

$ {4}^2\cdot {(10)} $

$ 16\cdot 10 $

$\color{Red}{160} $

${7^3 – 7^{2}\cdot 3 – 7\cdot{3}^2 + 3^3} $

${ 343 – 147 – 63 + 27}$

$ {370 – 210} $

$\color{Red}{160}$

Fechou de vez. Todas as regras vistas estão corretas e podem ser usadas sem problema. Não resta a menor dúvida.

Eu estou imaginando que alguém, neste momento, depois de ver a resolução de todas as regras, irá dizer: Mas por que vou usar tantos cálculos, se a forma direta é muito mais rápida e simples?

Sou levado a concordar com você. Realmente o cálculo feito com os números, sem todas as potências, sinais, multiplicações e tudo mais é bem mais curto e igualmente correto. Mas, no futuro, continuando os estudos, surgirão momentos, como por exemplo na fatoração, quando estas regras se tornarão extremamente úteis. Posso garantir, sem a menor dúvida, que você irá me agradecer, se conseguir lembrar ou encontrar um lugar qualquer em que isso esteja anotado para poder usar e facilitar sua vida, especialmente quem for continuar seus estudos em alguma área que utiliza matemática como ferramenta constante. Se você não for continuar nesse sentido, não fique triste, pois o conhecimento não ocupa espaço, o raciocínio se desenvolve e é aplicável em inúmeras situações, até mesmo onde você menos espera. Ao aprender estas coisas não estará gastando seu cérebro, que é como os músculos. Quanto mais usa, melhor eles funcionam. Sua memória e mesmo seu cérebro irão lhe agradecer muito pelos exercícios aos quais você os submete, pois isso os mantém ágeis e funcionando à perfeição. A memória é uma coisa natural de nosso cérebro. Ele registra e armazena tudo que vivemos em cada momento, do nascimento até o momento da morte. Pouco lhe importa se você quer ou não lembrar dos fatos. Eles ficam registrados. Por isso, quanto mais você a usar para armazenar coisas úteis, melhor para você mesmo, para sua saúde física e mental. Tudo isso pode até ajudar a retardar o eventual aparecimento de doenças como Alzheimer, Parkinson. Não que isso seja um remédio para evitar esses males, mas que ajuda e muito, disso não resta dúvida.

Curitiba, 16 de abril de 2016. Republicado em 17 de dezembro de 2017.

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01.044 – Matemática, Álgebra, Produtos notáveis (continuação)

Agora o bicho vai pegar

Vamos avançar mais um pouco com os produtos notáveis. Nem todos os livros apresentam esses tópicos, mas vale a pena conhecer, se você deseja ir um pouco mais longe, desenvolver mais suas aptidões.

– Vamos ver o Cubo da Soma de dois números

Os dois números, serão novamente representados por duas letras. Para manter a sequência adotada nos primeiros três casos, vamos usar novamente as letras $\color{Red}a$ e $\color{Red}b$ para isso.

$$\color{Brown}{{( a + b)}^3}$$

Podemos separar a potência de expoente 3 em um produto de potências de mesma base, com uma com expoente 2 e outra com expoente 1. Assim:

$$\color{Sepia}{{{( a + b)}^2}{(a + b)}}$$

Como já sabemos o resultado do quadrado da soma, podemos agora fazer a multiplicação do trinômio quadrado perfeito resultante, pela soma dos números $\color{Red}a$ e $\color{Red}b$

$\color{Brown}{{(a^2 + 2ab + b^2)}{(a + b)}}$

${(a^2)}{a} + {(2ab)}{a} +{(b^2)}{a} + {(a^2)}{b} + {(2ab)}{b} + {(b^2)}{b}$

$a^3 + 2a^2b + b^2a + a^2b + 2ab^2+ b^3$

Temos agora um polinômio com seis termos, onde existem dois pares de termos semelhantes. Vamos agrupar estes termos e depois efetuar a adição de seus coeficientes numéricos.

$a^3 + 2a^2b + a^2b + 2ab^2 + ab^2 + b^3 $

$$\color{NavyBlue}{a^3 + 3a^2b + 3ab^2 + b^3}$$

O resultado é um polinômio de quatro termos e podemos enunciar a regra para sua obtenção da seguinte maneira:

“O cubo da soma de dois números é igual ao cubo do primeiro termo, mais o triplo do produto entre o quadrado do primeiro termo e o segundo termo, mais o triplo do produto do primeiro termo, pelo quadrado do segundo, mais o cubo do segundo termo”.

Para lembrar mais facilmente.

Na parte literal a variável do primeiro termo tem o expoente 3 no primeiro termo, expoente 2 no segundo termo, expoente 1 no terceiro termo e expoente 0 no quarto termo. A variável do segundo termo segue o inverso, isto é, seus expoentes estão em ordem crescente.

Vejamos um outro exemplo para resolver, aplicando essa regra.

$$\color{Sepia}{{( 2x + 3y)}^3}$$

Para facilitar, vamos por partes. O primeiro termo é 2x  e o seu cubo é

$$\color{Red}{{(2x)}^3}$$

$$\color{Red}{8 x^3}$$

O triplo do quadrado do primeiro, multiplicado pelo segundo termo será:

$ {3\cdot{(2^2x^2) (3y)}}$

$\color{Brown}{36 x^2y}$

O triplo do primeiro termo, multiplicado pelo quadrado do segundo será:

$ {3\cdot{2x}\cdot{(3^{2}y^{2})}}$

$\color{Brown}{54xy^{2}} $

O cubo do segundo termo será

${(3y)}^3$

$\color{Red}{27y^3}$

Falta apenas escrever os termos na ordem correta, para terminar:

$$\color{NavyBlue}{ 8x^3 + 36 x^{2}y + 54xy^{2} + 27y^3 }$$

Podemos dizer que esse polinômio de quatro termos é um cubo perfeito.

É a vez do Cubo da Diferença de dois números

Para manter a continuidade, vamos considerar os mesmos números (letras) e desenvolver o produto.

$$\color{Brown}{{( a – b )}^3}$$

Novamente desmembramos numa multiplicação de potências de mesma base.

$\color{Sepia}{{( a – b )}^{2} {(a – b)}}$

$ {(a^2 – 2ab + b^2)}{( a – b )} $

$ a^{2}{a} – 2a{a}b + a{b^{2}} + a^{2}{(-b)} – 2ab{(-b)} + b^{2}{(-b)} $

$ a^{3} – 2a^{2}b + ab^{2} – a^{2}b +2ab^{2} – b^{3} $

Agrupando os termos semelhantes e somando os coeficientes:

$ a^{3} – 2a^{2} b – a^{2}b + ab^{2} + 2ab^{2} – b^{3} $

$$\color{NavyBlue}{ a^{3} – 3a^{2}b + 3ab^{2} – b^{3}} $$

Se compararmos esse polinômio com o que foi obtido no caso do cubo da soma de dois números, veremos que eles são exatamente iguais, exceto dois sinais (-) no segundo e quarto termos. Assim, podemos escrever a regra.

“O cubo da diferença entre dois números é dado pela cubo do primeiro termo, menos o triplo do produto entre o quadrado do primeiro e o segundo termo, mais o triplo do produto do primeiro termo pelo quadrado do segundo, menos o cubo do segundo termo”.

Para lembrar mais facilmente.

A ordem dos expoentes nas variáveis segue a mesma sequência do cubo da soma, apenas os termos pares (segundo e quarto), tem um sinal (-) negativo.

Para aplicar a regra, vamos a um exemplo.

$$\color{Brown}{{( ax – by)}^{3}}$$

O primeiro termo é ax e o segundo termo é by. Vamos agora aplicar a regra.

O cubo do primeiro termo é

${(ax)}^{3} $

$\color{Sepia} {a^{3}x^{3}} $

O triplo do quadrado do primeiro multiplicado pelo segundo termo é

$ {3{(ax)}^{2}{(by)}}$

$\color{Sepia}{{3a^{2}bx^{2}y }}$

O triplo do primeiro termo multiplicado pelo quadrado do segundo é

$ {3ab^{2}xy{2} }$

O cubo do segundo termo é

$ {(by)} ^{3} $

$b^{3}y^{3} $

Escrevendo na ordem correta e aplicando os sinais teremos

$$\color{NavyBlue}{{ a^{3}x^{3} – 3 a^{2}bx^{2}y + 3ab^{2}xy^{2} – b^{3}y^{3} }}$$

Produto do quadrado da soma, pela diferença de dois números.

$$\color{Brown}{{( a + b)}^{2}\times {(a – b)}}$$

Já sabemos que o quadrado da soma é um trinômio quadrado perfeito (trinômio soma). Podemos usar o resultado imediatamente.

${( a^{2} + 2ab + b^{2})} {(a – b)} $

$ {a}{a^{2}} + {a}{(2ab)} + {a}{b^{2}} +{(-b)}{a^{2}} + {(-b)}{(2ab)} + {(-b)}{b^{2}} $

$ a^{3} + 2a^{2}b + ab^{2} – a^{2}b – 2ab^{2} – b^{3} $

$ a^{3} + 2a^{2}b – a^{2}b + ab^{2} – 2ab^{2} – b^{3} $

$$\color{NavyBlue}{a^{3} + a^{2}b -ab^{2} – b^{3}} $$

Podemos enunciar a regra para obter o produto do quadrado de dois números pela sua diferença, como segue.

“O produto do quadrado da soma de dois números, pela sua diferença é dado pelo cubo do primeiro termo, mais o quadrado do primeiro multiplicado pelo segundo, menos o primeiro multiplicado pelo quadrado do segundo, menos o cubo do segundo termo”.

Vamos tentar por em prática? Seja:

$$\color{Sepia}{{(2x + y)}^{2}\cdot{(2x – y)}}$$

${(4x^{2} + 4xy + y^{2})}{(2x – y)} $

$ {(2x)}^{3} + {(2x)}^{2}{y} – 2x{y^{2}} – {y^{3}} $

$$\color{Orchid}{ {8x^3 + 4x^{2}y – 2xy^2 – y^3 }}$$

Produto do quadrado da diferença entre dois números pela sua soma.

$$\color{Brown}{{( a – b )}^{2}\cdot{(a + b)}}$$

O procedimento é semelhante ao anterior.

${( a^{2} – 2ab + b^{2})} {(a + b)} $

$ a^{2}a + {(- 2ab)}{(a)} + ab^{2} + a^{2}b + {(- 2ab)}{(b)} + {(b^{2})}{b} $

$ a^{3} – 2a^{2}b + ab^{2} + a^{2}b – 2ab^{2} + b^{3} $

$ a^{3} -2a^{2}b + a^{2}b + ab^{2} -2ab^{2} + b^{3} $

$ a^{3} – a^{2}b – ab^{2} + b^{3}$

$$\color{Indigo}{ a^{3} – a^{2}b – ab^{2} + b^{3} }$$

“O produto entre o quadrado da diferença entre dois números e a sua soma, é igual ao cubo do primeiro termo, menos o produto entre o quadrado do primeiro e o segundo termo, menos o produto entre o primeiro termo e o quadrado do segundo, mais o cubo do segundo termo”.

Obs.: Para memorizar, fica bastante fácil. Basta observar que os termos são obtidos de mesmo modo, apenas há a diferença entre os sinais dos termos. Se conseguir criar um mecanismo que permita recordar essas sequências, terá meio caminho andado para lembrar dos enunciados. 

Vamos por em prática.

$ {( ma + n)} {(ma – n)}^{2} $

${( ma + n)}{[(ma)^{2} – 2mna + n^{2}]} $

$\color{Orchid}{ m^{3}a^{3} – m^{2}na^{2} – mn^{2}a + n^{3}}$$

Vamos deixar os exercícios para um momento próximo. Esses são trabalhosos, mas em momentos de aplicação, ajudam a economizar um bocado de tempo no desenvolvimento de expressões maiores. Sem esquecer de um assunto que vem pouco à frente, que é a fatoração, onde fazemos o processo inverso do que fazemos aqui.

Curitiba, 15 de abril de 2016. Republicado em 17 de dezembro de 2017. Atualizado em 07 de junho de 2018.

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