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23 de junho de 201827 de maio de 2020

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046.1 – Matemática, álgebra. Exercícios de produtos notáveis. Quadrado da soma.

Exercícios de produtos notáveis.

Quadrado da soma de dois números

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)${(mp^{3} + nr^{2})}^2$

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20 de junho de 201827 de maio de 2020

044.2 – Matemática, álgebra – Produtos notáveis; Quadrado da soma multiplicado pela diferença.

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

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

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

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

$ 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 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:

$\underbrace {{(2x + y)}^{2}}\cdot\overbrace{(2x – y)} $

${(4x^{2} + 4xy + y^{2})}{(2x – y)} $

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

$ {8x^3 + 4x^{2}y – 2xy^2 – y^3 }$

Vamos exercitar um pouco? Faz bem, não é verdade?!

a) $ {(3x – y)^2}{(3x + y)}= ?$

b) ${(6 – 2z)^2}{(6 + 2z)}= ? $

c) ${(ab – m)^2}{(ab + m)}- ? $

d) ${(5n – 2m)^2}{(5n + m)}= ?$

Curitiba, 20 de junho de 2018

Décio Adams

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20 de junho de 201827 de maio de 2020

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044.3 – Matemática, álgebra – Produtos notáveis; Produto do quadrado da diferença pela soma de dois números.

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

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

O procedimento é semelhante ao anterior.

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

$ a^{3} – a^{2}b – ab^{2} + b^{3}$

$ 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.

$\underbrace {( ma + n)}\cdot\overbrace {(ma – n)^{2}} $

$\underbrace{( ma + n)}\cdot\overbrace{[(ma)^{2} – 2mna + n^{2}]} $

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

Exercícios. Efetuar as multiplicações a seguir.

a)${(ab – c)^2}{(ab + c)} = ?$

b)${ (2m – 3n)^2}{(2m + 3n)}- ? $

c)${(4 – 2x)^2}{(4 + 2x)}= ?$

d)${(rs – tu)^2}{(rs + tu)}= ?$

e)${(2v – 3z)^2}{(2v + 3z)}= ?$

Vamos deixar os demais 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.

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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) ${(5x – 4y)^{3}}=?$

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044.0 – Matemática, álgebra – Produtos notáveis – Cubo da soma de dois números

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 a e b para isso.

$\underbrace{( a + b)^3} $

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

$\underbrace{( a + b)^2}{\overbrace{(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 a e b.

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

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

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

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

$ {a^3} + 3a^{2}b + 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.

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

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

$ {(2x)}^3 $

$ {8 x^3} $

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

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

$ {36 x^{2}y}$

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

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

$ {54xy^{2}} $

O cubo do segundo termo será

${(3y)}^3$

$ {27y^3}$

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

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

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

Aos exercícios. Efetue os cubos das somas a seguir.

a)${(5 + 2xy)^3}= ?$

b)${(3m + 5a)^3}= ?$

c)${(4x + 3y)^3}= ?$

d)${(uv +yz)^3}= ? $

e)${(2 + 3h)^3}= ? $

f)${(5x + 2by)^3}= ?$

g}${(7 + 3x)^{3}}= ?$

h} ${(6n + 3mx)^{3}}= ?$

Curitiba, 21 de junho de 2018

Décio Adams

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043.2 – Matemática, álgebra – Produtos notáveis. Produto da soma de dois números pela sua diferença.

– Produto da soma de dois números pela sua diferença

Sejam os números representados pelas letras a e b. A soma será (a + b) e a diferença será (a – b). Vamos multiplicar o binômio soma pelo binômio diferença.

${\underbrace{(a + b)} }\cdot {\underbrace{(a – b)}} $

${a}{a} + {a}{(-b)} + {b}{a} + {b}{(-b)} $

${ a^2 – ab + ab – b^2}$

$ {a^2 – b^2}$

Admitamos que sejam dados para $a$ e $b$ os valores:

${ a = 7}$

${ b = 3}$

Substituindo na multiplicação, temos:

${\underbrace{(7 + 3)}}\cdot{\underbrace{(7 – 3)}}$

${\underbrace{10 \cdot 4} = 40}$

Substituindo na diferença entre os quadrados:

${a^2 – b^2}$

${7^2 – 3^2}$

${\underbrace{49 – 9} = 40}$

NOTA: Percebemos que o resultado é exatamente igual, não importando se usamos a substituição dos valores das variáveis (letras) na multiplicação e efetuamos ou se usamos a diferença entre os quadrados.

Notamos que os dois termos semelhantes, são simétricos e por isso sua soma é igual a zero, isto é, se anulam. O resultado é um binômio diferença entre os quadrados dos dois números.

“O produto da soma de dois números pela sua diferença, é igual à diferença entre seus quadrados”.

Poderíamos também dizer: O produto da soma pela diferença de dois números é igual ao quadrado do primeiro menos o quadrado do segundo termo”.

Vamos exercitar um pouco.

a) $ {\underbrace{(mn + n)}}\cdot{\underbrace{(mn – n)}} $

$ {{(mn)}^2 – n^2 }$

${ m^{2}n^{2} – n^2 }$

b) $\underbrace {(7 – 3x)}\cdot{\underbrace {(7 + 3x)}} $

$ {{7}^2 – {(3x)}^2 }$

${ 49 – 9x^2 }$

c) $\underbrace {(4x + 3z)}\cdot{\underbrace{(4x – 3z)}} $

${(4x)}^2 – {(3z)}^2 $

${ 16x^2 – 9z^2 }$

d) $ \underbrace{( 1 + ab)}\cdot{\underbrace{( 1 – ab)}} $

$ {1^2 -{(ab)}^2 }$

${ 1 – a^{2}b^{2} }$

Resolva os produtos das somas pelas respectivas diferenças entre dois números, aplicando a regra.

a)${(2a + 3b)}{(2a – 3b)}= ?$

b)${(mn – 5)} {(mn + 5)}= ?$

c)${(3ax + 2by)}{(3ax – 2by)}= ?$

d)${(mx + ny)}{(mx – ny)}= ?$

e)${(7 – 5b)}{(7 + 5b)}= ?$

f)${(6az + 3by)}{(6az – 3by)}= ?$

g)${(3bp + 5br)}{(3bp – 5br)}= ?$

h)${(5qp – 7rp)}{(5qp + 7rp)}= ?$

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043.1 – Matemática, Álgebra – Produtos notáveis, quadrado da diferença de dois números

– Quadrado da diferença de dois números

A mesma coisa que acontece no caso da soma, também ocorre com a diferença. Os números são representados por letras, formando no final a multiplicação de dois binômios iguais. Seja o exemplo:

$\underbrace{( a – b)^2} $

A letra $a$ é o primeiro termo e a letra $b$ é o segundo termo da diferença.

$\underbrace{( a – b)}\cdot{\underbrace{(a – b)}} $

Cada termo do primeiro fator é multiplicado por todos os termos do segundo fator. O que resulta em:

$\underbrace{{a}\cdot {a}} + \underbrace{ {a}\cdot {(-b) }} + \underbrace{{(-b)}\cdot {a}} + \underbrace{{-b}\cdot{b}} $

$ a^\underbrace{(1+ 1)} \underbrace{- ab – ba} + b^\underbrace{(1 + 1)} $

${ a^2 – 2ab + b^2} $

Os dois termos (- ab) e (-ba), são semelhantes, pois a ordem dos fatores pode ser alterada sem causar problemas no resultado. Basta aplicar a propriedade comutativa da multiplicação. Assim passamos a ter que:

“O quadrado da diferença entre dois números é igual ao quadrado do primeiro termo, menos o duplo produto (dobro) do primeiro termo pelo segundo, mais o quadrado do segundo termo”.

Bom como lembrete!

Também aqui os expoentes das partes literais seguem a mesma sequência como acontece no quadrado da soma. A única diferença é que os sinais que precedem os termos, são alternadamente +, – e +. Isso facilita a recordação do resultado de um produto notável desse tipo.

Expoentes de $a$: $2 > 1 > 0$$\Rightarrow$ ordem decrescente

Expoentes de $b$: $ 0 < 1 < 2$$\Rightarrow$ ordem crescente

Se tivermos para $a$ o valor $7$ e para $b$ o valor $2$ e substituirmos na forma da diferença e na forma de trinômio quadrado, teremos:

${(a – b)}^2$

${(7 – 2)^2} = 5^2 = 25$

$ a^2 – 2ab + b^2 $

$ 7^2 – 2\cdot{7}\cdot{2} + {2}^2$

$ 49 – 28 + 4 = 21 + 4 = 25$

NOTA: Percebemos que o resultado é o mesmo.

Vamos exercitar:

a) $\underbrace{(x – y)^2}$

O primeiro termo é a letra $x$ e o segundo termo é a letra $y$.

$\underbrace{(x – y )}\cdot\underbrace{(x – y)}$

$ {x^2 – 2xy + y^2}$

b) $\underbrace{(3x – 2y)^2}$

O primeiro termo é $3x$ e o segundo termo é $2y$.

$\underbrace{3x – 2y}\cdot{\underbrace{3x – 2y}}$

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

$ {9x^2 – 12xy + 4y^2} $

c) $\underbrace{(ab – bc)^2}$

O primeiro termo é $ab$ e o segundo termo é $bc$.

$\underbrace{(ab – bc)}\cdot\underbrace {(ab – bc)} $

${(ab)}^2 – \underbrace{ 2\cdot{(ab)}{(bc)}} + {(bc)}^2 $

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

d) $\underbrace{(5 – 2a)^2}$

$\underbrace {(5 – 2a)}\cdot{\underbrace{(5 – 2a)}}$

$ {5^2 -\underbrace{ 2\cdot 5\cdot{2a}} + {(2a)}^2}$

${ 25 – 20a + 4a^2 }$

Obs.: Note que tanto o quadrado da soma como da diferença, resulta sempre em um trinômio, onde há dois termos que são quadrados e um termo que representa o produto dos dois termos. Costumeiramente esses trinômios recebem o nome de Trinômio quadrado perfeito. Voltaremos a falar neles em outro momento, ou seja por ocasião da fatoração.

Resolva aplicando a regra acima, os quadrados das diferenças entre dois números da seguinte sequência.

a)${(5ax – 3bx)}^2= ?$

b)${(Axy – Byz)}^2= ?$

c)${(4rp^2 – 3pq)}^2= ?$

d)${(5xy^3 – 3xy^2)}^2= ?$

e)${(mz – my)}^2= ?$

f)${(2aj – 3bj)}^2= ?$

g)${(6gx – 7gy)}^2= ?$

h)${(3my – 4n)}^2= ?$

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043.0 – Matemática, Álgebra – Produtos Notáveis – Quadrado da soma de dois números

O que é algo notável?

Tudo que tem uma característica que chama atenção, tem algo além do comum, pode ser apontado como algo notável. Usamos o adjetivo notável, quando percebemos uma coisa extraordinária em alguma coisa, situação ou fato. Então, a expressão Produtos notáveis tem algo de importante e com aplicações relevantes em algum momento futuro. Vejamos quais são esses casos e o que eles tem de tão diferente.

– Quadrado da soma de dois números.

Você provavelmente irá pensar que é mais fácil efetuar a soma e depois calcular a potência, ou seja elevar ao quadrado. Nisso você tem toda razão. Por que então vamos dedicar tempo especial a esse assunto? Lembre-se que já estudamos álgebra, onde números são substituídos por letras ou mesmo outros símbolos. Se for esse o caso, ou houver letras e números, como fica o resultado? Vamos ver?

$\underbrace{ (a + b)} $

É a adição dos números representados por letras e fica indicada. Vamos elevar ao quadrado:

$\underbrace{( a + b)^2} $

Temos a multiplicação de um binômio por ele mesmo, sendo a o primeiro termo e b o segundo.

$\underbrace{(a + b)}\cdot{\underbrace{(a + b)}} $

Multiplicamos cada um dos termos do primeiro binômio, por cada um dos termos do segundo e ficará:

$\underbrace{ {a}\cdot {a}} +\underbrace{{a}\cdot{b}} +\underbrace {{b}\cdot {a} }+ \underbrace{{b}\cdot{b}}$

${ a^2 + \underbrace{ab + ba} + b^2} $

Há dois termos semelhantes, embora estejam com a ordem das letras invertida, isso não significa nada. Podemos usar a propriedade comutativa da multiplicação e colocar ambos na mesma ordem. Aqui estamos vendo uma aplicação da propriedade vista quando estudamos as quatro operações, está lembrado?. Lá ela não parecia ter importância, mas aqui fica claro que para alguma coisa ela serve.

${ a^2 +\underbrace{ ab + ab} + b^2}$

O coeficiente numérico que não é escrito, sempre é igual a unidade (1). Então:

${a^2 +\underbrace{ 1\cdot {ab} + 1\cdot {ab}} + b^2}$

Fazemos a redução dos termos semelhantes (somando seus coeficientes numéricos) e fica:

${a^2 +\underbrace{(1 + 1)}\cdot {ab} + b^2}$

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

O resultado é um trinômio, cujo primeiro termo é o primeiro termo da soma elevado ao quadrado, o segundo termo é o dobro do produto do primeiro pelo segundo termo e o terceiro termo é o quadrado do segundo termo da soma. Isso nos permite estabelecer a regra que pode ser usada em qualquer caso de uma soma de dois números, elevada ao quadrado, pouco importando ser somente de letras ou letras e números.

“O quadrado da soma de dois números é igual ao quadrado do primeiro termo, mais o duplo produto (dobro) do primeiro termo pelo segundo, mais o quadrado do segundo termo”.

Bom para lembrar!

Se observar bem, verá que o primeiro termo da soma (a), aparece primeiro com o expoente 2, depois com o expoente 1 e por último com o expoente 0, o que o torna igual a 1 (unidade). Já o segundo termo tem os expoentes em ordem inversa: 0, 1 e por último 2.

Expoentes do a: 2>1>0

Expoentes do b: 0<1<2

Se a = 9 e b = 5, podemos substituir esses valores nas duas formas e efetuar as operações. Os resultados devem ser iguais. Vejamos:

$\underbrace{(a + b)^2}$

$\underbrace{(9 + 5)^2}$

$ 14^2 = 196 $

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

$ 9^2 +\underbrace{ 2\cdot 9\cdot 5} + 5^2$

$ 81 +90 + 25 = 171 + 25 = 196 $

NOTA: Vemos que na substituição os resultados numéricos são os mesmos, o que valida a regra.

Vamos aplicar isso em alguns exemplos:

a) $\underbrace{(2x + y)^2}$

Primeiro termo é$ 2x$ o segundo termo é$ y$.

${ {(2x)}^2 + \underbrace{2\cdot 2\cdot{x}{y}} + y^2} $

${\underbrace{(2^2)\cdot (x^2)} +\underbrace{2\cdot 2\cdot{x}{y}} + (y^2)}$

$ {4x^2 + 4xy + y^2}$

b) $\underbrace{(3m + 5)^2}$

O primeiro termo é $3m$ e o segundo termo é $5$.

$ \underbrace{(3m)^2} +\underbrace{ 2\cdot 3\cdot {m}\cdot 5} + 5^2$

$ {9m^2 + 30m + 25 }$

c) $\underbrace{( 6 + 4xy)^2}$

O primeiro termo é $6$ e o segundo termo é $4xy$.

$6^2 +\underbrace{ 2\cdot 6\cdot {(4xy)}} +\underbrace {(4xy)^2} $

${36 + 48xy + 16x^{2}y^{2} }$

d) $\underbrace{( p + 3q)^2}$

Primeiro termo é $p$ o segundo termo é $3q$.

$ p^2 + \underbrace{2\cdot {p}\cdot{3q}} + {(3q)}^2 $

$ {p^2 + 6pq + 9q^2}$

Resolva, aplicando a regra vista, os quadrados da soma de dois números na lista a seguir.

a)${(3ax + 2by)}^2= ?$

b)${(7n + 3m)}^2= ?$

c)${(2 + 8mx)}^2= ?$

d)${(5a + 3b)}^2= ?$

e)${(11 + 5mn)}^2= ?$

f)${(4mx + 7n)}^2= ?$

g)${(6xy^2 + 2x^2y)}^2= ?$

h)${(9pq + 13)}^2= ?$

Curitiba, 09 de junho de 2018.

Décio Adams

11 de janeiro de 20184 de julho de 2020

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01.066 – Matemática, Álgebra. Inequações 2º Grau – Exercícios

Hora de treinar a cuca!

Vamos determinar o conjunto verdade de algumas inequações do segundo grau, fazendo o estudo de sua variação de sinais em relação às raízes.

a) $\color{navy}{ -5x^2 + 25x + 70 \lt 0 }$

Vamos começar por identificar os coeficientes numéricos, comparando com a forma geral. Temos que $ a = -5 $, $ b = 25 $ e $ c = 70 $.

Para facilitar os cálculos, iremos dividir todos os termos por $-5$, simplificando e teremos \[\frac{-5x^2}{-5} + \frac{25x}{-5} + \frac{70}{-5} \lt 0\] \[x^2 – 5x – 14 \lt 0\] Agora os coeficientes passam a ser $ a = 1$, $b = -5$ e $c = -14$. É o momento de determinar o discriminante \[\bbox[grey,5px,border:2px solid brown]{\color{maroon}{\Delta = b^2 – 4\cdot a \cdot c}} \] \[\Delta = {(-5)^2 – 4\cdot 1\cdot (-14)}\] \[\Delta = 25 + 56 \] \[\Delta = 81\] O discriminante é positivo e portanto teremos duas raízes reais e diferentes que tornarão a expressão igual a zero. Calculando as raízes \[\bbox[grey,5px,border:2px solid red]{\color{maroon}{ x = {{-b\pm\sqrt \Delta}\over{2a}}}} \] \[ x = {{-(-5)\pm\sqrt{81}}\over {2\cdot 1}} \] \[x= {{5\pm 9}\over 2}\] \[x’ = {{5 + 9}\over 2} = {14\over 2} = 7\] \[ x” = {{5 – 9}\over 2} = {-4\over 2} = -2\]

Temos pois para valores que anulam a expressão em $x$ os números $-2 $ e $7$. Vejamos como fica o comportamento na Reta Real.

\[\underbrace{\color{navy}{-\infty\leftarrow =========}}{-2}\circ\underbrace{————-}{7}\circ\underbrace{\color{navy}{============\rightarrow\infty}}\]

Vimos que para valores externos das raízes, isto é, nesse caso para $x \lt -2$ ou $x \gt 7$ a expressão terá o mesmo sinal do coeficiente $a$ na inequação em sua forma original, sem simplificação. Vimos acima que $a = -5$ ou seja $ a \lt 0$, o que nos leva à conclusão de que o sinal será negativo para esses valores. Já para os valores compreendidos entre $ -2 $ e $7$, a expressão terá o sinal contrário de $a$, portanto positivo. Assim deduzimos que o conjunto verdade dessa inequação é dado por: \[\bbox[silver, 5px,border:2px solid brown]{\color{navy}{ V = \{ x \in R | x \lt -2 \vee x \gt 7\}}} \]

b)$\color{navy}{ 3x^2 + 15x -72 \ge 0}$

Identificamos os coeficientes $ a = 3$, $b = 15$ e $c = -72$. Observando esses valores, percebemos que é possível simplificar a expressão, dividindo todos os termos por $3$, o que nos dá \[\frac{3x^2}{3} +\frac{15x}{3} – \frac{-72}{3} \] \[ x^2 + 5x – 24 \ge 0\] Temos agora os novos coeficientes $ a= 1$, $b = 5 $ e $c = -24$. Vamos determinar o discriminante. \[\bbox[yellow,5px,border:2px solid brown]{\color{maroon}{\Delta = b^2 – 4\cdot a \cdot c}} \] \[ \Delta = 5^2 – 4\cdot 1\cdot {-24} \] \[\Delta = 25 + 96 \] \[\Delta = 121\] Temos novamente $\Delta \gt 0$ e em consequência duas raízes reais e diferentes.

\[\bbox[lime,5px,border:2px solid brown]{\color{maroon}{ x = {{-b\pm\sqrt \Delta}\over{2a}}}} \] \[x = {{- 5\pm\sqrt{121}}\over{2\cdot 1}}\] \[x= {{-5\pm{11}}\over 2}\] \[x’ = {{-5 + 11}\over 2} = {6\over 2} = 3 \] \[x” = {{-5 – 11}\over 2} ={-16\over 2} = -8\] Lançando esses valores na Reta Real, fica:

\[\underbrace{\color{lime}{-\infty\leftarrow ============(-8)\bullet}}\underbrace{———-}\underbrace{\color{lime}{3\bullet============\rightarrow\infty}}\]

As raízes $-8$ e $ 3$ anulam a expressão, enquanto os valores externos tornam a expressão positiva, por ter no mesmo sinal de $a$. Os valores internos tornarão a expressão negativa, que é o sinal contrário de $a$. Como a inequação é $\ge 0$, o conjunto verdade será também dado por:

\[\bbox[silver,5px,border: 2px solid blue]{\color{navy}{V=\{ x \in R| x\le -8 \vee x \ge 3\}}} \]

c)$\color{blue} {x^2 -13x + 42 \le 0}$

Os coeficientes numéricos são $a=1$, $b= -13$ e $c = 42$. Notamos que agora não há simplificação a ser feita, pois o coeficiente $a =1$ e a expressão está na sua forma mais simples. Vejamos o discriminante:\[\bbox[yellow,5px,border:2px red solid]{\color{maroon}{\Delta = b^2 – 4\cdot a \cdot c}} \] \[\Delta=(-13)^2 – 4\cdot 1\cdot 42 = 169 – 168 = 1\] Temos então que $\Delta \gt 0$ e novamente as raízes são reais e diferentes. \[\bbox[lime,5px,border:2px solid red]{\color{maroon}{ x = {{-b\pm\sqrt \Delta}\over{2a}}}} \] \[x={{-(-13\pm\sqrt{1}}\over{2\cdot 1}}\] \[x = {{13\pm 1}\over 2}\] \[x’= {{13 + 1}\over2} = {14\over 2} = 7\] \[x”={{13 – 1}\over 2} = {12\over 2} = 6 \] Lançando os valores $6$ e $7$ na Reta Real, teremos:

\[\underbrace{-\infty\leftarrow —————-}\underbrace{\color{lime}{6\bullet========7\bullet}}\underbrace{———————-\rightarrow\infty}\]

Para valores de $x$ a esquerda de $6$ ou a direita de $7$, a expressão será positiva, isto é, o mesmo sinal de $a$, que é positivo. Para valores internos do intervalo $6$ e $7$, a expressão será negativa, o sinal contrário de $a$. Assim sendo, a desigualdade da inequação é $\le$, o conjunto verdade será formado pelos números entre $6$ e $7$, inclusive.

\[\bbox[silver, 5px, border:2px solid blue]{\color{navy}{V = \{x \in R| 6 \le x \le 7\}}}\]

d)$\color{blue}{ 3x^2 – 18x + 72 \gt 0} $

Notamos que é possível simplificar a expressão, pois todos os coeficientes são múltiplos de $3$. Então \[\frac{3x^2}{3} – \frac{18x}{3} + \frac{72}{3} \] \[ x^2 – 6x + 24 \gt 0\]

Agora os nossos coeficientes são $a = 1$, $b = -6$ e $c = 24$. Vamos ao discriminante.

\[\bbox[yellow,5px,border:2px red solid]{\color{maroon}{\Delta = b^2 – 4\cdot a \cdot c}} \] \[ \Delta = {(-6)^2}\cdot 1\cdot {24} = 36 – 96 = -60\] Consequentemente constatamos que $\Delta \lt 0$, o que nos leva a conclusão de que nenhum número real tornará a expressão igual a zero. Como fica a inequação? Não temos ponto de referência para dizer que a expressão será positiva ou negativa para esse ou aquele valor. Vamos escolher três valores, sendo um negativo, o próprio zero e um positivo, substituindo e verificando o resultado. Sejam esses números $-3$, $0$ e $5$.

Para $x = -3$, teremos \[3x^2 -18x + 72 \gt 0\] \[ 3\cdot (-3)^2 – 18\cdot{(-3)} + 72 \gt 0\] \[{3\cdot 9} + 54 + 72 \gt 0 \] \[ 27 + 54 + 72 \gt 0\] \[ 153 \gt 0\] Esta sentença é verdadeira.

Para $x = 0$, teremos \[3\cdot 0 – 18\cdot 0 + 72 \gt 0\] \[ 0 + 0 + 72 \gt 0\] \[ 72 \gt 0\] Esta sentença é verdadeira.

Para $x = 5$, teremos \[3\cdot 5^2 – 18\cdot 5 + 72 \gt 0\] \[ 3\cdot 25 – 90 + 72 \gt 0\] \[75 – 90 + 72 \gt 0\] \[147 – 90 \gt 0\] \[ 57 \gt 0\] Sentença verdadeira.

Vamos escolher mais um número negativo e dois positivos, para sanar qualquer dúvida. $-5$, $2$ e $7$.

Para $x=-5$, teremos \[3\cdot (-5)^2 – 18\cdot(- 5) + 72 \gt 0\] \[3\cdot 25 + 90 + 72 \gt 0\] \[75 +90 + 72 \gt 0\] \[ 237 \gt 0\] Sentença verdadeira.

Para $x = 2$, teremos \[3\cdot 2^2 – 18\cdot 2 + 72 \gt 0 \] \[3\cdot 4 – 54 + 72 \gt 0\] \[ 12 – 54 + 72 \gt 0\] \[30 \gt 0\] Sentença verdadeira.

Para $x = 7$, teremos \[3\cdot 7^2 – 18\cdot 7 + 72 \gt 0\] \[3\cdot 49 – 126 + 72 \gt 0\] \[147 – 126 + 72 \gt 0 \] \[93 \gt 0\] Sentença verdadeira.

Fica evidenciado que para qualquer número real colocado no lugar de $x$ nessa inequação, o resultado é uma sentença verdadeira. Podemos concluir que o conjunto verdade é então o próprio conjunto dos números reais.

\[\bbox[silver,5px,border:2px solid blue]{\color{navy}{ V = R}}\]

Se a mesma inequação tivesse o sinal de desigualdade $\lt $ no lugar de $\gt$, essas sentenças todas seriam falsas e portanto o conjunto verdade da inequação seria um conjunto vazio. Assim

\[3x^2 – 18x + 72 \lt 0\] \[\bbox[silver,5px,border:2px solid blue]{\color{navy}{ V = \emptyset}}\] O mesmo aconteceria se tivéssemos os sinais de desigualdade $\ge$ ou $\le$, uma vez que teríamos a conjunção alternativa $\vee$, que tornaria as sentenças igualmente verdadeiras. É interessante notar que nestes casos o sinal da expressão é sempre igual ao sinal de $a$. Se $a\lt 0$, a expressão será sempre negativa, para qualquer número $x \in R$. Se $a \gt 0$, a expressão será positiva para qualquer valor de $x \in R$.

Agora é a sua vez de praticar. Analise os sinais das inequações e determine o conjunto verdade em cada caso.

a) $\color{navy}{x^2 – 17x + 70 \le 0}$

b) $\color{navy}{2x^2 + 4x – 48 \ge 0}$

c) $\color{navy}{ x^2 – 5x – 36 \gt 0} $

d)$\color{navy}{ 3x^2 – 108 \lt 0}$

e) $\color{navy}{5x^2 – 35x \lt 0}$

f)$\color{navy}{ 4x^2 – 12x + 44 \gt 0}$

g) $\color{navy}{5x^2 + 110 \ge 3x^2 + 14x} $

h)$\color{navy}{ 6x^2 + 54 \le 0} $

i) $\color{navy}{4x -9 \gt x^2 }$

j) $\color{navy}{x^2 – 19x + 88 \lt 0}$

l) $\color{navy}{ 7x^2 + 28x \gt 0}$

m) $\color{navy}{{\frac{2}{3}}x^2 -\frac{3}{5} \le 0} $

Obs.: Se tiver dúvida sobre a resolução de algum desses exercícios, faça contato comigo. Estes eu não vou resolver logo em seguida. Legal? Procure se virar nos trinta, meu!

Curitiba, 10 de junho de 2016

Revisado e republicado em 11 de janeiro de 2017.

Décio Adams