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  Apostila: Matemática Básica vol. II – por   Prof. Paulo Cesar Pfaltzgraff Ferreira


                      Apostila de Matemática Básica




Assunto:




                MATEMÁTICA BÁSICA

                  Coleção Fundamental - volume 2/8




Autor:




               Prof. Paulo Cesar Pfaltzgraff Ferreira




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                                                            Continuação ....
        Pela fórmula do termo geral,

                                          (16)
            A =a1 + p − )r
                   (   1



        Considerando agora a progressão

        B ,  , a −1 , a
         n n
                      
                 p termos


        temos pela fórmula de termo geral,

                                          (17)
            an =B +( p − )r
                        1



        Subtraindo (17) de (16) resulta:

        A − an = a1 − B

        o que nos conduz a

                                        (18)        C.Q.D
            A +B =a1 +an




I)      Em uma P.A. limitada cujo número de termos é ímpar, o termo médio é a média aritmética
        dos extremos.
        Neste caso temos:

          a1 , a2 ,  , A , M , B ,  , an −1 , an
           
                                        
        ( p termos  )     p termos
                                             
                            P.A. com n = 2 p +1 termos


        Pelas propriedades I e II temos:

                 A+ B
        M=
                  2
        e

        A + B = a1 + an

        Logo,

                 a1 + an
                                   (19)         C.Q.D.
            M=
                    2




1.7.5   Soma dos n primeiros termos de uma P.A.
            Com relação a P.A.:



                                                                   26
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          a1 , a2 , a ,  , an − 2 , a , a , a , 
        ( 3  n −1  n n +1                 )
                                    
                                n termos


        podemos escrever:

                                                                (20)
            Sn = 1 + 2 + 3 + + n − + n − + n
                a   a   a     a2    a1    a
                            



        ou, invertendo-se a ordem das parcelas,

                                                                (21)
            Sn = n + n − + n − + + 3 + 2 + 1
                a   a1    a2      a   a   a
                                



        Somando (20) e (21) membro a membro obtemos:
         2 S n = ( a1 + an ) + ( a2 + an −1 ) + ( a3 + an − 2 ) +  + ( an − 2 + a3 ) + ( an −1 + a2 ) + ( an + a1 ) , onde

temos n parênteses.

        No entanto, pela propriedade II todos os parênteses são iguais a a1 + a n .

        Logo,
         2 S n = ( a1 + a n )n

        e

                   ( a1 + a n ) n
                                           (22)
            Sn =
                         2




Observações:
1) Se a progressão for crescente, ilimitada, temos S n > N , sendo N um número arbitrariamente
   grande.
   Poremos:
    lim S n = + ∞

    n → +∞
   ou
    S n → + ∞ quando n → + ∞



2) No caso de uma progressão decrescente, ilimitada, teremos as seguintes condições:
    lim S n = − ∞

    n → +∞
   ou


                                                              27
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   S n → − ∞ quando n → + ∞



                                              Exemplo 1.3
        Calcule o 17: termo da P.A. ( 3, 8, 13,  )

                                                Solução:
        Temos que:

        a1 = 3 e r = 5

        Logo,

        a17 = a1 + (17 − 1) r = a1 + 16r = 3 + 16 × 5 = 83



                                              Exemplo 1.4
        Calcule a soma dos doze primeiros números ímpares.



                                                Solução:
        Temos então:

        (1, 3, 5,  )

        Donde,

        a1 = 1 e r = 2 , logo

        a12 = a1 + (12 − 1) r = a1 + 11r = 1 + 11 × 2 = 23



                ( a1 + a12 ) ×12 = (1 + 23) ×12 = 144
        S12 =
                      2                2



                                              Exemplo 1.5
        No depósito de uma firma de informática, costuma-se empilhar as caixas de um determinado
equipamento em filas horizontais superpostas, conforme ilustrado na figura. Quantas dessas filas
seriam necessárias para empilhar 171 dessas caixas?


                                                        28
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                                                         Fig. 1.2

                                                     Solução:
        Temos uma P.A. representada por

        (1, 2, 3,  )

        onde, a1 = 1 e r = 1

        Desejamos saber o n para o qual temos S n = 171 .

        Sabemos que:
                ( a1 + a n ) n [ a1 + a1 + ( n − 1) r ] n [ 2a1 + ( n − 1) × r ] n
        Sn =                  =                          =
                     2                        2                       2
        Substituindo valores,

                [ 2 × 1 + ( n − 1) × 1] n ,
        171 =
                         2
        342 = [ 2 + n − 1] n,
        342 = [1 + n] n,
        342 = n 2 + n,
        n 2 + n − 342 = 0
        que é uma equação do 2º grau para a qual a = 1 , b = 1 e c = −342 .
        Assim sendo,

              − b ± b 2 − 4ac − 1 ± 12 − 4 × 1 × ( − 342 )
        n=                   =                             =
                                        2 ×1
                    2a
            − 1 ± 1369 − 1 ± 37
        =                =       =
                  2          2
        n ' = 18
        nquot; = −19
        Como não existe número de fileiras negativo, só a 1ª raiz tem significado físico.
1.8 Progressão Geométrica (P.G.)


                                                             29
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1.8.1   Definição
         É uma sucessão de termos

           a1 , a2 , a3 , a4 ,  , an , a , a ,  ,
         (  −1 n n +1                     )
                                    
                        n termos


finita ou infinita, sendo que , a partir do 2º termo inclusive, a razão entre um termo qualquer e o seu
antecedente é igual a uma quantidade constante q, denominada razão da progressão, ou seja:
         a2 a3       a    a
           =   =  = n = n +1 = q
         a1 a2      an −1  an

         As seqüências a seguir são exemplos de P.G.:

a) (1 , 4 , 16 , 64 , ) ⇒ a1 = 1 e q = 4

b) (x , xt 2 , xt 4 , xt 6 , ) ⇒ a1 = x e q = t
                                                 2



              11                     1
               , , ) ⇒ a1 = 8 e q =
c) (8 , 2 ,
              28                     4

d) (7 , 7 , 7 , 7 , ) ⇒ a1 = 7 e q = 1

e) ( − 4 , 8 , − 16 , 32 , ) ⇒ a1 = 4 e q = −2


1.8.2   Classificação

a1 > 0 e q > 1 
                  
                   ⇒ P.G. crescente
       ou
a1 < 0 e 0 < q < 1
                  

a1 < 0 e q > 1 
                  
                   ⇒ P.G. decrescente
       ou
a1 > 0 e 0 < q < 1
                  

∀a1 e q < 0 ⇒ P.G. alternante

∀a1 e q = 0 ⇒ P.G. constante ou estacionária



1.8.3   Termo geral
         A partir da definição, podemos escrever os termos da P.G. da seguinte forma:




                                                     30
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         a2
            = q ⇒ a2 = a1q
         a1

         a3
            = q ⇒ a3 = a2 q = ( a1q ) q = a1q 2
         a2

         a4
            = q ⇒ a4 = a3q = ( a1q 2 ) q = a1q 3
         a3

        ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅
          an
               = q ⇒ an = an −1q =  = a1q n −1
         an −1

        Observe que cada termo é obtido multiplicando-se o primeiro por uma potência cuja base é a
razão. Note que o expoente da razão é igual à posição do termo menos uma unidade, ou seja:

         a2 = a1q = a1q 2 −1

         a3 = a1q 2 = a1q 3−1

         a4 = a1q 3 = a1q 4−1

        ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅

         an =  = a1q n −1

        O termo de ordem n da P.G. é dado, portanto, pela fórmula a seguir:

                           (23)
           an = a1q n −1



que pode também ser obtida da seguinte maneira:

                     
           a2
                  = q
           a1
                     
           a3
                  = q
                      Multiplicando membro a membro estas n − 1 igualdades
           a2
                     
           a4          obtemos a expressão do termo de ordem n
                  = q
                     
           a3
                     
          an
                  = q
         a n −1      

         a2 a3 a4   a
           × × × × n = q n −1
         a1 a2 a3  an −1

        Fazendo os cancelamentos, obtemos:




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             an
                = q n −1
             a1

             o que nos leva a

             an = a1q n −1       (23)

conforme há havia sido deduzido anteriormente.


1.8.4    Propriedades
I)       Numa P.G. cada termo, a partir do segundo, é a média geométrica entre o termo precedente e
         o termo seguinte.
         Realmente, se

          an −1 , an , an +1 

         são termos consecutivos de uma P.G., então podemos escrever:
          an    a
               = n +1
         an −1   an

         ou seja,

         an = an −1 × an +1
          2



         e

                                       .   (24) C.Q.D. Onde os sinais (+) ou (–) são usados de acordo com as
             an = ± an −1 ×an +1

                                                         características da P.G.
II)      Numa P.G. limitada, o produto de dois termos eqüidistantes dos extremos é igual ao produto
         dos extremos.
        Seja então a P.G. limitada, com n termos, razão q, e A e B os termos eqüidistantes dos
extremos, conforme mostrado logo a seguir:

           a1 , a ,  , A ,  , B ,  , an −1 , an
         (  2
                                )
                                               
                   p termos                   p termos


         Pela fórmula do termo geral,

                            .   (25)
             A = a1q p −1



         Considerando agora a progressão

         B ,  , a −1 , a
          n n
                       
                   p termos


temos pela fórmula do termo geral,


                                                              32
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                           .       (26)
            an = Bq p −1



          Dividindo as igualdades (25) e (26) membros a membro resulta:
          A a1
            =
          an B

o que nos leva a:

                               .     (27)      C.Q.D.
            AB =a1 ×an



III)      Em uma P.G. limitada cujo número de termos é ímpar, o termo médio é a média geométrica
          dos extremos.
          Neste caso temos:

            a1 , a2 ,  , A , M , B ,  , an −1 , an
             
                                          
          ( p termos  )     p termos
                                               
                           P.G. com n = 2 p +1 termos


          Pelas propriedades I e II temos:

          M=        AB
e

          AB = a1 × an

logo,

                                    .     (28)      C.Q.D.
            M = ± a1 ×an



1.8.5     Soma dos n primeiros termos de uma P.G.
           Com relação a P.G.

             a1 , a2 , a3 ,  , an , a , a , a ,  ,
           (  − 2 n −1  n n +1              )
                                  
                                   n termos


podemos escrever:

                                                             .   (29)
            Sn = 1 + 2 + 3 + + n − + n − + n
                a   a   a     a2    a1    a
                            



           Multiplicando ambos os membros por q resulta:

            qS n = a1q + a2 q + a3q +  + an − 2 q + an −1q + an q

o que é equivalente a

                                                                 (30)
            qS n = 2 + 3 + 4 + + n − + n + n +
                  a   a   a     a1    a   a1
                              



           Subtraindo (30) de (29) temos:



                                                                 33
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          S n − qS n = a1 − an +1

ou já que an +1 = a1q ,
                     n



          S n (1 − q) = a1 − a1q n

         e

                      (       )
                    a1 1 − q n
                               , ( q ≠ 1)   (31)
             Sn =
                      1−q




Observações:
1.ª) Se a progressão for crescente, ilimitada, temos S n > N , sendo N um número arbitrariamente
     grande. Poremos,

         lim S n = + ∞

         n → +∞
         ou

          S n → + ∞ quando n → + ∞



2.ª) Na hipótese da progressão decrescente q < 1 ,

                   a1 (1 − q n )       a qn
                                   a
          Sn =                   = 1−1
                      1− q        1− q 1− q

                                                                      a1
se admitirmos que n → +∞ (cresça cada vez mais), a primeira parcela,     , não sofre qualquer
                                                                    1− q
modificação, enquanto que a segunda pode ser tomada tão próxima de zero quanto quisermos.
         Poremos:

             lim                   a1
                          Sn =              (32)
                                  1− q
             n→+∞




                                                   Exemplo 1.6
         Determine o 10º termo da P.G. (1 , 2 , 4 , )




                                                       34
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                                                    Solução:
         a1 = 1 e q = 2

        Logo,

         a10 = a1q10 −1 = a1q 9 = (1) ( 2 ) = 512
                                        9




                                                Exemplo 1.7
        Determine a soma dos vinte primeiros termos da P.G. ( 2−2 , 2−1 , 20 , )



                                                    Solução:
        Temos:

                                 2−1
                       11
                            e q = − 2 = 2−1− ( − 2 ) = 2−1+ 2 = 2
         a1 = 2− 2 =     =
                       22 4      2
        Logo,

                                 (          )
                              1
                  (         )   1 − 220
                a1 1 − q 20   4
         S 20 =             =           =
                   1− q         1− 2

         = 262 143,75

                                                Exemplo 1.8

         Um barco patrulha está distante 65 milhas de um navio carregado de contrabando de armas
pesadas. Sabendo-se que ambas as embarcações estão seguindo o mesmo rumo (movimentos na
mesma direção e mesmo sentido) e que a velocidade do barco patrulha é o dobro da velocidade do
navio, pede-se calcular a distância que o barco deve percorrer para alcançar o navio.




                                                    Solução:

                                                                                                v
                                                                                                    2
                        v

                                                                                                        x
          0
                                                65 mi

                                                     Fig. 1.3


                                                        35
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                                                                                                  65
        Quando o barco patrulha tiver percorrido as 65 milhas iniciais, o navio terá percorrido
                                                                                                   2
milhas, uma vez que sua velocidade é a metade da do barco. Assim o barco terá que percorrer também
65                                                          65                                  65
    milhas. Quando o barco tiver percorrido estas últimas       milhas, o navio terá percorrido
 2                                                           2                                   4
milhas, e assim por diante, de modo que a distância total a ser percorrida pelo barco é:

                            65      65
         x b = 65 mi +         mi +    mi +  .
                             2       4

                                                                                  1
        Temos pois uma P.G. decrescente ilimitada, para qual a a1 = 65 mi e q =     . Logo,
                                                                                  2

                 a1   65 mi
         xb =       =       = 130
                1− q 1− 1         mi.
                         2

        Claro, o estudante deve estar se perguntando: o problema não poderia ter sido pelos métodos
da Cinemática aprendidos na Física do 2º grau?

        Sim, é claro! Senão vejamos:

        As equações horárias dos movimentos são:

        Barco → x b = vt

                         v
        Navio → xn = 65 + t
                         2

        No encontro xb = xn

        e

                  v
         vt = 65 + t ,
                  2

                vt
         vt −      = 65 ,
                2

         vt
            = 65
         2




                                                  36
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         e o tempo de encontro é:

              130
         t=       .
               v

         Voltando à equação do barco, temos então:

                         130
         xb = vt = v ×       = 130 mi
                          v

         e concluímos, mais uma vez, que o barco deve percorrer 130 mi para alcançar o navio.

         Aí cabe uma outra pergunta: Por quê não termos utilizados diretamente o segundo método?

        A resposta é simples: esta foi apenas uma ilustração de soma de parcelas, que são termos de
uma P.G., as quais vão se tornando cada vez menores.




1.9 Coordenadas Cartesianas no Plano

         Este nome é em homenagem ao grande matemático francês René Descartes (Renatus
Cartesius em Latim).

        Aqui em nosso curso vamos utilizar apenas as coordenadas cartesianas planas (duas
dimensões) e ortogonais, e isto nos leva a um sistema de eixos x e y, perpendiculares, que têm a
mesma origem comum, conforme ilustrado a seguir:




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                                                                 y
                                 2º quadrante                                      1º quadrante
                                                                 (+ )


                                                                                 P ( x, y )
                                                           y            x

                                                                             y
                                                            0
                                                                             x                       x
                                 (− )                                                         (+ )




                                                                                       Plano ( π )


                                                                 (− )             4º quadrante
                                3º quadrante


                                                          Fig. 1.4

            A localização de um ponto P qualquer de uma plano ( π ) genérico, fica então perfeitamente
determinada através de suas coordenadas x (abscissa) e y (ordenada), e a representação genérica é
P( x, y ) . No caso presente o ponto genérico foi representado no 1º quadrante, onde x > 0 e y > 0
mas, de um modo geral temos:

            x > 0 e y > 0 ⇒ 1º quadrante
            x < 0 e y > 0 ⇒ 2º quadrante
           
                                                    Temos também que se
           
            x < 0 e y < 0 ⇒ 3º quadrante
            x > 0 e y < 0 ⇒ 4º quadrante
           

          x = 0 ⇒ ponto situado no eixo y
i)

          y = 0 ⇒ ponto situado no eixo x
ii)

          x = y = 0 ⇒ ponto situado origem
iii)




                                                    Exemplo 9

           Marcar em um diagrama cartesiano as localizações dos pontos a seguir:

           P ( 4,3) ; P2 ( − 2,5) ; P3 ( − 3,−4) ; P4 ( 2,−6) ; P5 ( 5,0 ) ; P6 ( 0,4)
            1




                                                            38
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                                                             Solução:
                                                                    y
                                              P2 ( − 2, 5)
                                                              5

                                                                   P6 ( 0, 4 )
                                                              4
                                                                                                         P ( 4, 3)
                                                              3                                           1




                                                              2

                                                              1
                                                                                                                     P5 ( 5, 0)
                                                                   0
                                                                                                                                  x
                                 −3          −2         −1                 1      2          3       4          5
                                                          −1

                                                             −2

                                                             −3
                                                             −4
                                   P3 ( − 3, − 4 )

                                                             −5

                                                                                      P4 ( 2, − 6)
                                                             −6




                                                                  Fig. 1.5

1.10Equação Reduzida da Reta

         Em Geometria Analítica demonstra-se que toda equação do primeiro grau em x e y
representa, no plano, uma reta, ou seja:

                        (33)
           y=mx +p




onde m = tgα é coeficiente angular da reta, isto é, a tangente do ângulo que a mesma forma com a
direção horizontal (paralela ao eixo x), e p é o coeficiente linear, sendo igual à ordenada do ponto
onde a reta corta o eixo y. Por esta convenção teremos sempre 0 ≤ α < 180º.

         Analisemos então algumas situações mostradas na figura 1.6. São evidentes as seguintes
propriedades:


1ª) Se α é agudo, então m é positivo, pois a tangente de um ângulo é sempre positiva no 1º
    quadrante.

2ª) Se α é obtuso, então m é negativo, pois a tangente de uma ângulo do 2º quadrante é negativa.




                                                                       39
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3ª) Se α é nulo, então m é nulo, pois a tg de 0 é nula e, neste caso, a equação da reta se reduz a
    y = constante , uma vez que ela é paralela ao eixo x.

4ª) Se α é reto, então m não é definido, pois tg 90º = ∃ , e neste caso a equação da reta tem a forma
                                                        /
    x = constante , uma vez que ela é paralela ao eixo y.

                       y                                                y

                                                                                           α é um
                                                                                            ângulo
                                      α                                                     obtuso
                                                                                      ( 90º < α < 180º )
                                                                                 α
                                 α é um
                             ângulo agudo
                             ( 0 < α < 90º )
                                                         x                                             x
                       0                                                0




                       y                                                y


                              α é um                                           α =0
                              ângulo
                                reto
                            ( α = 90º )

                                               α = 90º

                                                         x                                             x
                       0                                                0




                                                         Fig. 1.6




         É também oportuno, baseados no que se viu até então, listarmos algumas situações na figura
1.7, lembrando que, se p = 0, a reta passa pela origem, e sua equação é da forma y = mx.




                                                             40
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                                                     y
                  R4 ( < >
                     m 0 e p 0)
                                  α
                                                                              R1 ( > >
                                                                                 m 0 e p 0)


                                                                     α
                                                                              R2 ( > =
                                                                                 m 0 e p 0)
                  R5 ( < =
                     m 0 e p 0)             p
                                   α                                    α
                                                                              R3 ( > <
                                                                                 m 0 e p 0)


                                                                                              x
                                                0
                  R6 ( < <
                     m 0 e p 0)
                                                                   α
                                      α




                                                    Fig. 1.7


                                         Exemplo 1.10

         Representar graficamente as seguintes retas:

a) R1 : y = 2 x + 1

             x
b) R2 : y = − + 1
             2

c) R3 : y = 2 x

d) R4 : y = 4

e) R5 : x = 5




                                            Solução:

         As representações das retas R4 e R5 são imediatas. Entretanto, para as retas R1 , R2 e R3
vamos construir as tabelas a seguir onde os valores assumidos para x, ao serem substituídos nas
equações conduzem aos valores de y correspondentes. Bastaria um par de pontos para determinar cada
reta, uma vez que, por dois pontos do plano passa tão somente uma reta ou, em outras palavras: dois



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pontos determinam uma reta. No entanto, a fim de que o estudante possa verificar, na prática, que
uma equação do 1.º grau em x e y representa uma reta, optamos por eleger três pontos para cada uma
delas, e concluir que, em cada caso, os três pontos estão alinhados ao longo de uma mesma direção,
ou seja, pertencem a uma mesma reta.


                                                                                                        R3
         R1                                             R2

    X          y                                  x                  y                          x            y

     0         1                                  0                  1                          0            0

                                                                     1
     1         3                                  1                                             1            2
                                                                         2

     2         5                                  2                  0                          2            4



                                        y              R1
                                                                R3


                                    5
                                    4                                                      R4


                                    3
                                                                                      R5
                                    2

                                    1
                            1
                                2

                                                                                                    x
                                    0       1     2                          4
                                                            3                         5

                                                                                 R2




                                                      Fig. 1.8



                                                Exemplo 1.11
         Uma firma de projeto A cobra R$ 1000,00 fixos mais R$ 600,00 por dia de trabalho e uma
firma B cobra R$ 400,00 fixos mais R$ 800,00 por dia.


                                                        42
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a) Representar em um mesmo diagrama cartesiano os custos dos serviços de ambas as empresas.
b) Estabelecer um critério para a escolha da melhor firma pelo usuário, sob o ponto de vista
   financeiro, admitindo que, hipoteticamente, ambas tenham a mesma competência.



                                              Solução:
a) Do enunciado vem que:

   Custo de A: C A = ( R$ 600,00/dia ) d + ( R$ 1000,00 )

   Custo de B: CB = ( R$ 800,00/dia ) d + ( R$ 400,00)

   em que C A e CB representam, respectivamente, os custos dos serviços das empresas e d os dias
   trabalhados.
   Temos então as seguintes correspondências:
    x↔d

    y↔C

   Tratam-se, portanto, das equações de duas retas e a reta A começa em um ponto de ordenada mais
   baixa (pA = 400) e a reta B em um ponto de ordenada mais alta (pB = 1000). No entanto, o
   coeficiente angular de B (mB = 800) é maior do que o coeficiente angular de A (mA = 600). Isto
   significa que tgαB > tgαA , ou seja αB > αA , e as retas vão se interceptar. Determinemos pois as
   coordenadas do ponto de intersecção:

   C A = C B ⇒ ( R$ 600,00/dia ) d + ( R$1000,00 ) = ( R$ 800,00/dia ) d + ( R$ 400,00)∴
                 R$ 1000,00 − R$ 400,00 = ( R$ 800,00/dia ) d − ( R$ 600,00/dia ) d ∴
                 R$ 600,00 = ( R$ 200,00/dia ) d ∴
                 d = 3 dias ⇒ C A = C B = R$ 2800,00

   Lembrando também que para d = 0 temos

   C A = R$ 1000,00

   e

   C B = R$ 400,00

   podemos traçar as retas de custos. Assim sendo:




                                                    43
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                               C A , C B ( custos )
                                                                B
                                                                 A



                R$ 2800,00




                R$ 1000,00

                 R$ 400,00


                                                                             d ( dias )
                              0                       3
                                      1     2



                                                Fig. 1.9


b) Uma rápida análise dos gráficos nos conduzem às seguintes conclusões:

   1.ª) d < 3 dias ⇒ B é mais econômica.

   2.ª) d = 3 dias ⇒ o custo é o mesmo.

   3.ª) d > 3 dias ⇒ A é mais econômica.




1.11Noção de Aplicação

         Dados dois conjuntos A e B, denominamos aplicação de A em B a toda correspondência em
que a cada elemento x ∈ A temos associado um único y ∈ B.




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         Por exemplo: dados os conjuntos A = {5, 6, 7, 8} e B = {g, h, i, j, l} vamos apresentar a
seguir algumas aplicações de A em B:


                                                                                                     5       6         7       8
           5       6         7   8                   5           6          7         8




       g       h        i            l          g            h         i        j         l      g       h        i        j       l


                       (a)                                            (b)                                        (c)


                                                                     Fig. 1.10

        A flecha indica a correspondência entre os elementos de A e B. Na parte (a), a aplicação é o
conjunto de pares ordenados.

           {(5, g), (6, h), (7, i), (8, j)}

           na parte (b)

           {(5, g), (6, i), (7, j), (8, l)}

           e na parte (c)

           {(5, g), (6, g), (7, i), (8, l)}.

        Devemos ressaltar que cada elemento de A é unido pela flecha a um só elemento de B.
Assim sendo, do mesmo elemento x ∈ A não podem partir duas ou mais flechas.

           Deste modo a correspondência


                                                                                          5678
                                               5678                  5678




                                               ghi       l           ghijl            ghijl




                                                                           45
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                                                             Fig. 1.11

não é uma aplicação.

       O conjunto A é denominado domínio da aplicação e o elemento y, correspondente de x, é
denominado imagem de x. No exemplo (a) da figura 1.9 temos.

                                       Elemento de A                 Imagem

                                                 5 → g

                                                 6 → h

                                                 7 → i

                                                 8 → j

         O conjunto das imagens de uma aplicação f de A em B denomina-se imagem da aplicação e
será representado por f(A). Devemos notar que f(A) é uma sucessão, ou seja, um conjunto ordenado.
Para o exemplo (a) da figura 1.9 temos:

                                         ( h , j)
                                            ,g ,i
          f ( A) = ( g , h, i, j ) e não  
                                           ordem incorreta




1.12Exercícios Propostos
1) Calcular as seguintes expressões:
        ( + 5) + ( − 12)
   a)

        ( + 3,7 ) + ( − 0,7 )
   b)

        ( + 1,72) + ( − 0,28)
   c)

        ( + 2) + ( − 7 ) + ( + 4) + ( + 2) + ( − 5) + ( + 3)
   d)

        ( + 9) + ( − 6) + ( − 2) + ( − 1) + ( − 5) + ( + 7 )
   e)

2) Calcular as seguintes expressões:
        ( + 4) − ( + 2)
   a)

        ( + 10) − ( + 4)
   b)

        ( − 9) − ( + 3)
   c)

        ( − 7 ) − ( − 5)
   d)

        ( + 6) − ( − 2)
   e)

3) Calcular as seguintes expressões:


                                                                46
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        ( + 4 ) × ( + 5)
   a)

        ( − 4 ) × ( − 5)
   b)

        ( − 2) × ( + 1)
   c)

        ( − 4) × ( − 1) × ( + 3) × ( − 2) × ( − 5)
   d)

        ( + 2) × ( − 3) × ( − 1) × ( − 4) × ( + 5)
   e)



4) Calcular as seguintes expressões:
        ( + 12) ÷ ( + 3)
   a)

        ( − 15) ÷ ( − 3)
   b)

        ( + 36) ÷ ( − 4)
   c)

        ( − 42) ÷ ( + 6)
   d)

        ( − 81) ÷ ( − 9)
   e)

5) Calcular as seguintes potências:

        ( + 2) 5
   a)

        ( − 3) 3
   b)

        ( − 2) 3
   c)

        ( − 7) 3
   d)

        ( + 10) 4
   e)

6) Calcular os valores algébricos das seguintes raízes:
        4
            625
   a)

        3
            8
   b)

        4
            81
   c)

            − 27
        3
   d)

        5
            32
   e)

7) Efetuar os seguintes produtos notáveis:

        ( 2m y          − 5b3m )
                                   2
                3   4
   a)




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                            2
           2 2 3 5
            a+ x
     b)
           3   4

           (5 − a 2 ) (5 + a 2 )
     c)

8) Resolver as seguintes equações do 1.º grau:
           x
             =5
     a)
           2
           5( z − 3) − 4( z + 2 ) = 3(1 − 2 z ) + 2
     b)

                2y − 5
           6−          =y
     c)
                  5
9) Resolver as seguintes equações do 2.º grau:

           z 2 − 8 z + 15 = 0
     a)

           6 z −2 − 5 z −1 + 1 = 0
     b)

           z ( z − 1)
                      =6
     c)
                7

           z2 − 4z + 4 = 0
     d)

                      1
           z2 + z +     =0
     e)
                      3

10) Calcular a13 na progressão aritmética

     : 1 , 5 , 9 , 

11) Calcular a1 em uma progressão aritmética, sabendo-se que r = 4 e a8 = 31 .

                                                                   7
12) Somar os 15 primeiros termos da progressão aritmética : 3 ,      , 4,
                                                                   2
13) Quantas vezes bate um relógio em 24 horas, admitindo-se que apenas bata as horas?

14) Calcular o 5.º e 8.º termos da progressão geométrica :: 2 , 4, 
15) Em uma progressão geométrica, sabemos que a4 = 128 e q = 4 . Achar a1 .
16) Sendo x e y positivos, calcular os limites das expressões a seguir quando o número de radicais
    cresce indefinidamente.

a)        x x x x

b)        x y x y



                                                      48
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c)    x+ x+ x+ x 



1.13Respostas dos Exercícios Propostos
                            b) + 3,0 ;          c) + 1,44 ;
      a) − 7 ;                                                      d) − 1          e) + 2
1)
                            b) + 6 ;                                                e) + 8
      a) + 2 ;                                  c) − 12 ;           d) − 2
2)
      a) + 20 ;             b) + 20 ;                               d) + 120        e) − 120
                                                c) − 2 ;
3)
                            b) + 5 ;            c) − 9 ;            d) − 7 ;        e) + 9
      a) + 4 ;
4)
      a) + 32 ;             b) − 27 ;           c) − 8 ;            d) − 343 ;      e) + 10.000
5)
      a) ± 5 ;                                  c) ± 3 ;            d) − 3 ;
                            b) + 2 ;                                                e) + 2
6)

      a) 4m 6 y 8 − 20b 3 m 4 y 4 + 25b 6 m 2
7)

           44              9
             a + a 2 x 5 + x 10
      b)
           9              16
      c) 25 − 2a 2

                                                c) y = 5
      a) x = 10 ;           b) z = 4 ;
8)

      a) z1 = 3 ; z 2 = 5
9)

      b) x1 = 3 ; x 2 = 2

      c) y1 = 7 ; y 2 = −6
      d) z = 2
      e) Não admite raízes no conjunto dos números reais. Voltaremos a esse assunto após estudar
                                                                1      3
                                           1        3
                                                       ; z2 = − − j
      a seção 1.14 (suas raízes são: z1 = − + j                          ).
                                            2      6            2     6
10) a13 = 49

11) a1 = 3

             195
12) S15 =
              2
13) 156

14) a5 = 32 ; a8 = 256

15) a1 = 2




                                                       49
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                                                1 + 1 + 4x
                         2   1
16) a) x;           b) x 3 y 3 = 3 x 2 y   c)
                                                    2




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Matemática Básica volume 2

  • 1. www.ResumosConcursos.hpg.com.br Apostila: Matemática Básica vol. II – por Prof. Paulo Cesar Pfaltzgraff Ferreira Apostila de Matemática Básica Assunto: MATEMÁTICA BÁSICA Coleção Fundamental - volume 2/8 Autor: Prof. Paulo Cesar Pfaltzgraff Ferreira 25
  • 2. www.ResumosConcursos.hpg.com.br Apostila: Matemática Básica vol. II – por Prof. Paulo Cesar Pfaltzgraff Ferreira Continuação .... Pela fórmula do termo geral, (16) A =a1 + p − )r ( 1 Considerando agora a progressão B ,  , a −1 , a  n n   p termos temos pela fórmula de termo geral, (17) an =B +( p − )r 1 Subtraindo (17) de (16) resulta: A − an = a1 − B o que nos conduz a (18) C.Q.D A +B =a1 +an I) Em uma P.A. limitada cujo número de termos é ímpar, o termo médio é a média aritmética dos extremos. Neste caso temos: a1 , a2 ,  , A , M , B ,  , an −1 , an         ( p termos  ) p termos    P.A. com n = 2 p +1 termos Pelas propriedades I e II temos: A+ B M= 2 e A + B = a1 + an Logo, a1 + an (19) C.Q.D. M= 2 1.7.5 Soma dos n primeiros termos de uma P.A. Com relação a P.A.: 26
  • 3. www.ResumosConcursos.hpg.com.br Apostila: Matemática Básica vol. II – por Prof. Paulo Cesar Pfaltzgraff Ferreira a1 , a2 , a ,  , an − 2 , a , a , a ,  ( 3  n −1  n n +1 )   n termos podemos escrever: (20) Sn = 1 + 2 + 3 + + n − + n − + n a a a a2 a1 a  ou, invertendo-se a ordem das parcelas, (21) Sn = n + n − + n − + + 3 + 2 + 1 a a1 a2 a a a  Somando (20) e (21) membro a membro obtemos: 2 S n = ( a1 + an ) + ( a2 + an −1 ) + ( a3 + an − 2 ) +  + ( an − 2 + a3 ) + ( an −1 + a2 ) + ( an + a1 ) , onde temos n parênteses. No entanto, pela propriedade II todos os parênteses são iguais a a1 + a n . Logo, 2 S n = ( a1 + a n )n e ( a1 + a n ) n (22) Sn = 2 Observações: 1) Se a progressão for crescente, ilimitada, temos S n > N , sendo N um número arbitrariamente grande. Poremos: lim S n = + ∞ n → +∞ ou S n → + ∞ quando n → + ∞ 2) No caso de uma progressão decrescente, ilimitada, teremos as seguintes condições: lim S n = − ∞ n → +∞ ou 27
  • 4. www.ResumosConcursos.hpg.com.br Apostila: Matemática Básica vol. II – por Prof. Paulo Cesar Pfaltzgraff Ferreira S n → − ∞ quando n → + ∞ Exemplo 1.3 Calcule o 17: termo da P.A. ( 3, 8, 13,  ) Solução: Temos que: a1 = 3 e r = 5 Logo, a17 = a1 + (17 − 1) r = a1 + 16r = 3 + 16 × 5 = 83 Exemplo 1.4 Calcule a soma dos doze primeiros números ímpares. Solução: Temos então: (1, 3, 5,  ) Donde, a1 = 1 e r = 2 , logo a12 = a1 + (12 − 1) r = a1 + 11r = 1 + 11 × 2 = 23 ( a1 + a12 ) ×12 = (1 + 23) ×12 = 144 S12 = 2 2 Exemplo 1.5 No depósito de uma firma de informática, costuma-se empilhar as caixas de um determinado equipamento em filas horizontais superpostas, conforme ilustrado na figura. Quantas dessas filas seriam necessárias para empilhar 171 dessas caixas? 28
  • 5. www.ResumosConcursos.hpg.com.br Apostila: Matemática Básica vol. II – por Prof. Paulo Cesar Pfaltzgraff Ferreira Fig. 1.2 Solução: Temos uma P.A. representada por (1, 2, 3,  ) onde, a1 = 1 e r = 1 Desejamos saber o n para o qual temos S n = 171 . Sabemos que: ( a1 + a n ) n [ a1 + a1 + ( n − 1) r ] n [ 2a1 + ( n − 1) × r ] n Sn = = = 2 2 2 Substituindo valores, [ 2 × 1 + ( n − 1) × 1] n , 171 = 2 342 = [ 2 + n − 1] n, 342 = [1 + n] n, 342 = n 2 + n, n 2 + n − 342 = 0 que é uma equação do 2º grau para a qual a = 1 , b = 1 e c = −342 . Assim sendo, − b ± b 2 − 4ac − 1 ± 12 − 4 × 1 × ( − 342 ) n= = = 2 ×1 2a − 1 ± 1369 − 1 ± 37 = = = 2 2 n ' = 18 nquot; = −19 Como não existe número de fileiras negativo, só a 1ª raiz tem significado físico. 1.8 Progressão Geométrica (P.G.) 29
  • 6. www.ResumosConcursos.hpg.com.br Apostila: Matemática Básica vol. II – por Prof. Paulo Cesar Pfaltzgraff Ferreira 1.8.1 Definição É uma sucessão de termos a1 , a2 , a3 , a4 ,  , an , a , a ,  , (  −1 n n +1 )   n termos finita ou infinita, sendo que , a partir do 2º termo inclusive, a razão entre um termo qualquer e o seu antecedente é igual a uma quantidade constante q, denominada razão da progressão, ou seja: a2 a3 a a = =  = n = n +1 = q a1 a2 an −1 an As seqüências a seguir são exemplos de P.G.: a) (1 , 4 , 16 , 64 , ) ⇒ a1 = 1 e q = 4 b) (x , xt 2 , xt 4 , xt 6 , ) ⇒ a1 = x e q = t 2 11 1 , , ) ⇒ a1 = 8 e q = c) (8 , 2 , 28 4 d) (7 , 7 , 7 , 7 , ) ⇒ a1 = 7 e q = 1 e) ( − 4 , 8 , − 16 , 32 , ) ⇒ a1 = 4 e q = −2 1.8.2 Classificação a1 > 0 e q > 1    ⇒ P.G. crescente ou a1 < 0 e 0 < q < 1  a1 < 0 e q > 1    ⇒ P.G. decrescente ou a1 > 0 e 0 < q < 1  ∀a1 e q < 0 ⇒ P.G. alternante ∀a1 e q = 0 ⇒ P.G. constante ou estacionária 1.8.3 Termo geral A partir da definição, podemos escrever os termos da P.G. da seguinte forma: 30
  • 7. www.ResumosConcursos.hpg.com.br Apostila: Matemática Básica vol. II – por Prof. Paulo Cesar Pfaltzgraff Ferreira a2 = q ⇒ a2 = a1q a1 a3 = q ⇒ a3 = a2 q = ( a1q ) q = a1q 2 a2 a4 = q ⇒ a4 = a3q = ( a1q 2 ) q = a1q 3 a3 ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅ an = q ⇒ an = an −1q =  = a1q n −1 an −1 Observe que cada termo é obtido multiplicando-se o primeiro por uma potência cuja base é a razão. Note que o expoente da razão é igual à posição do termo menos uma unidade, ou seja: a2 = a1q = a1q 2 −1 a3 = a1q 2 = a1q 3−1 a4 = a1q 3 = a1q 4−1 ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅ an =  = a1q n −1 O termo de ordem n da P.G. é dado, portanto, pela fórmula a seguir: (23) an = a1q n −1 que pode também ser obtida da seguinte maneira:  a2 = q a1  a3 = q  Multiplicando membro a membro estas n − 1 igualdades a2  a4 obtemos a expressão do termo de ordem n = q  a3  an = q a n −1  a2 a3 a4 a × × × × n = q n −1 a1 a2 a3 an −1 Fazendo os cancelamentos, obtemos: 31
  • 8. www.ResumosConcursos.hpg.com.br Apostila: Matemática Básica vol. II – por Prof. Paulo Cesar Pfaltzgraff Ferreira an = q n −1 a1 o que nos leva a an = a1q n −1 (23) conforme há havia sido deduzido anteriormente. 1.8.4 Propriedades I) Numa P.G. cada termo, a partir do segundo, é a média geométrica entre o termo precedente e o termo seguinte. Realmente, se  an −1 , an , an +1  são termos consecutivos de uma P.G., então podemos escrever: an a = n +1 an −1 an ou seja, an = an −1 × an +1 2 e . (24) C.Q.D. Onde os sinais (+) ou (–) são usados de acordo com as an = ± an −1 ×an +1 características da P.G. II) Numa P.G. limitada, o produto de dois termos eqüidistantes dos extremos é igual ao produto dos extremos. Seja então a P.G. limitada, com n termos, razão q, e A e B os termos eqüidistantes dos extremos, conforme mostrado logo a seguir: a1 , a ,  , A ,  , B ,  , an −1 , an (  2     )   p termos p termos Pela fórmula do termo geral, . (25) A = a1q p −1 Considerando agora a progressão B ,  , a −1 , a  n n   p termos temos pela fórmula do termo geral, 32
  • 9. www.ResumosConcursos.hpg.com.br Apostila: Matemática Básica vol. II – por Prof. Paulo Cesar Pfaltzgraff Ferreira . (26) an = Bq p −1 Dividindo as igualdades (25) e (26) membros a membro resulta: A a1 = an B o que nos leva a: . (27) C.Q.D. AB =a1 ×an III) Em uma P.G. limitada cujo número de termos é ímpar, o termo médio é a média geométrica dos extremos. Neste caso temos: a1 , a2 ,  , A , M , B ,  , an −1 , an         ( p termos  ) p termos    P.G. com n = 2 p +1 termos Pelas propriedades I e II temos: M= AB e AB = a1 × an logo, . (28) C.Q.D. M = ± a1 ×an 1.8.5 Soma dos n primeiros termos de uma P.G. Com relação a P.G. a1 , a2 , a3 ,  , an , a , a , a ,  , (  − 2 n −1  n n +1 )    n termos podemos escrever: . (29) Sn = 1 + 2 + 3 + + n − + n − + n a a a a2 a1 a  Multiplicando ambos os membros por q resulta: qS n = a1q + a2 q + a3q +  + an − 2 q + an −1q + an q o que é equivalente a (30) qS n = 2 + 3 + 4 + + n − + n + n + a a a a1 a a1  Subtraindo (30) de (29) temos: 33
  • 10. www.ResumosConcursos.hpg.com.br Apostila: Matemática Básica vol. II – por Prof. Paulo Cesar Pfaltzgraff Ferreira S n − qS n = a1 − an +1 ou já que an +1 = a1q , n S n (1 − q) = a1 − a1q n e ( ) a1 1 − q n , ( q ≠ 1) (31) Sn = 1−q Observações: 1.ª) Se a progressão for crescente, ilimitada, temos S n > N , sendo N um número arbitrariamente grande. Poremos, lim S n = + ∞ n → +∞ ou S n → + ∞ quando n → + ∞ 2.ª) Na hipótese da progressão decrescente q < 1 , a1 (1 − q n ) a qn a Sn = = 1−1 1− q 1− q 1− q a1 se admitirmos que n → +∞ (cresça cada vez mais), a primeira parcela, , não sofre qualquer 1− q modificação, enquanto que a segunda pode ser tomada tão próxima de zero quanto quisermos. Poremos: lim a1 Sn = (32) 1− q n→+∞ Exemplo 1.6 Determine o 10º termo da P.G. (1 , 2 , 4 , ) 34
  • 11. www.ResumosConcursos.hpg.com.br Apostila: Matemática Básica vol. II – por Prof. Paulo Cesar Pfaltzgraff Ferreira Solução: a1 = 1 e q = 2 Logo, a10 = a1q10 −1 = a1q 9 = (1) ( 2 ) = 512 9 Exemplo 1.7 Determine a soma dos vinte primeiros termos da P.G. ( 2−2 , 2−1 , 20 , ) Solução: Temos: 2−1 11 e q = − 2 = 2−1− ( − 2 ) = 2−1+ 2 = 2 a1 = 2− 2 = = 22 4 2 Logo, ( ) 1 ( ) 1 − 220 a1 1 − q 20 4 S 20 = = = 1− q 1− 2 = 262 143,75 Exemplo 1.8 Um barco patrulha está distante 65 milhas de um navio carregado de contrabando de armas pesadas. Sabendo-se que ambas as embarcações estão seguindo o mesmo rumo (movimentos na mesma direção e mesmo sentido) e que a velocidade do barco patrulha é o dobro da velocidade do navio, pede-se calcular a distância que o barco deve percorrer para alcançar o navio. Solução: v 2 v x 0 65 mi Fig. 1.3 35
  • 12. www.ResumosConcursos.hpg.com.br Apostila: Matemática Básica vol. II – por Prof. Paulo Cesar Pfaltzgraff Ferreira 65 Quando o barco patrulha tiver percorrido as 65 milhas iniciais, o navio terá percorrido 2 milhas, uma vez que sua velocidade é a metade da do barco. Assim o barco terá que percorrer também 65 65 65 milhas. Quando o barco tiver percorrido estas últimas milhas, o navio terá percorrido 2 2 4 milhas, e assim por diante, de modo que a distância total a ser percorrida pelo barco é: 65 65 x b = 65 mi + mi + mi +  . 2 4 1 Temos pois uma P.G. decrescente ilimitada, para qual a a1 = 65 mi e q = . Logo, 2 a1 65 mi xb = = = 130 1− q 1− 1 mi. 2 Claro, o estudante deve estar se perguntando: o problema não poderia ter sido pelos métodos da Cinemática aprendidos na Física do 2º grau? Sim, é claro! Senão vejamos: As equações horárias dos movimentos são: Barco → x b = vt v Navio → xn = 65 + t 2 No encontro xb = xn e v vt = 65 + t , 2 vt vt − = 65 , 2 vt = 65 2 36
  • 13. www.ResumosConcursos.hpg.com.br Apostila: Matemática Básica vol. II – por Prof. Paulo Cesar Pfaltzgraff Ferreira e o tempo de encontro é: 130 t= . v Voltando à equação do barco, temos então: 130 xb = vt = v × = 130 mi v e concluímos, mais uma vez, que o barco deve percorrer 130 mi para alcançar o navio. Aí cabe uma outra pergunta: Por quê não termos utilizados diretamente o segundo método? A resposta é simples: esta foi apenas uma ilustração de soma de parcelas, que são termos de uma P.G., as quais vão se tornando cada vez menores. 1.9 Coordenadas Cartesianas no Plano Este nome é em homenagem ao grande matemático francês René Descartes (Renatus Cartesius em Latim). Aqui em nosso curso vamos utilizar apenas as coordenadas cartesianas planas (duas dimensões) e ortogonais, e isto nos leva a um sistema de eixos x e y, perpendiculares, que têm a mesma origem comum, conforme ilustrado a seguir: 37
  • 14. www.ResumosConcursos.hpg.com.br Apostila: Matemática Básica vol. II – por Prof. Paulo Cesar Pfaltzgraff Ferreira y 2º quadrante 1º quadrante (+ ) P ( x, y ) y x y 0 x x (− ) (+ ) Plano ( π ) (− ) 4º quadrante 3º quadrante Fig. 1.4 A localização de um ponto P qualquer de uma plano ( π ) genérico, fica então perfeitamente determinada através de suas coordenadas x (abscissa) e y (ordenada), e a representação genérica é P( x, y ) . No caso presente o ponto genérico foi representado no 1º quadrante, onde x > 0 e y > 0 mas, de um modo geral temos:  x > 0 e y > 0 ⇒ 1º quadrante  x < 0 e y > 0 ⇒ 2º quadrante  Temos também que se   x < 0 e y < 0 ⇒ 3º quadrante  x > 0 e y < 0 ⇒ 4º quadrante  x = 0 ⇒ ponto situado no eixo y i) y = 0 ⇒ ponto situado no eixo x ii) x = y = 0 ⇒ ponto situado origem iii) Exemplo 9 Marcar em um diagrama cartesiano as localizações dos pontos a seguir: P ( 4,3) ; P2 ( − 2,5) ; P3 ( − 3,−4) ; P4 ( 2,−6) ; P5 ( 5,0 ) ; P6 ( 0,4) 1 38
  • 15. www.ResumosConcursos.hpg.com.br Apostila: Matemática Básica vol. II – por Prof. Paulo Cesar Pfaltzgraff Ferreira Solução: y P2 ( − 2, 5) 5 P6 ( 0, 4 ) 4 P ( 4, 3) 3 1 2 1 P5 ( 5, 0) 0 x −3 −2 −1 1 2 3 4 5 −1 −2 −3 −4 P3 ( − 3, − 4 ) −5 P4 ( 2, − 6) −6 Fig. 1.5 1.10Equação Reduzida da Reta Em Geometria Analítica demonstra-se que toda equação do primeiro grau em x e y representa, no plano, uma reta, ou seja: (33) y=mx +p onde m = tgα é coeficiente angular da reta, isto é, a tangente do ângulo que a mesma forma com a direção horizontal (paralela ao eixo x), e p é o coeficiente linear, sendo igual à ordenada do ponto onde a reta corta o eixo y. Por esta convenção teremos sempre 0 ≤ α < 180º. Analisemos então algumas situações mostradas na figura 1.6. São evidentes as seguintes propriedades: 1ª) Se α é agudo, então m é positivo, pois a tangente de um ângulo é sempre positiva no 1º quadrante. 2ª) Se α é obtuso, então m é negativo, pois a tangente de uma ângulo do 2º quadrante é negativa. 39
  • 16. www.ResumosConcursos.hpg.com.br Apostila: Matemática Básica vol. II – por Prof. Paulo Cesar Pfaltzgraff Ferreira 3ª) Se α é nulo, então m é nulo, pois a tg de 0 é nula e, neste caso, a equação da reta se reduz a y = constante , uma vez que ela é paralela ao eixo x. 4ª) Se α é reto, então m não é definido, pois tg 90º = ∃ , e neste caso a equação da reta tem a forma / x = constante , uma vez que ela é paralela ao eixo y. y y α é um ângulo α obtuso ( 90º < α < 180º ) α α é um ângulo agudo ( 0 < α < 90º ) x x 0 0 y y α é um α =0 ângulo reto ( α = 90º ) α = 90º x x 0 0 Fig. 1.6 É também oportuno, baseados no que se viu até então, listarmos algumas situações na figura 1.7, lembrando que, se p = 0, a reta passa pela origem, e sua equação é da forma y = mx. 40
  • 17. www.ResumosConcursos.hpg.com.br Apostila: Matemática Básica vol. II – por Prof. Paulo Cesar Pfaltzgraff Ferreira y R4 ( < > m 0 e p 0) α R1 ( > > m 0 e p 0) α R2 ( > = m 0 e p 0) R5 ( < = m 0 e p 0) p α α R3 ( > < m 0 e p 0) x 0 R6 ( < < m 0 e p 0) α α Fig. 1.7 Exemplo 1.10 Representar graficamente as seguintes retas: a) R1 : y = 2 x + 1 x b) R2 : y = − + 1 2 c) R3 : y = 2 x d) R4 : y = 4 e) R5 : x = 5 Solução: As representações das retas R4 e R5 são imediatas. Entretanto, para as retas R1 , R2 e R3 vamos construir as tabelas a seguir onde os valores assumidos para x, ao serem substituídos nas equações conduzem aos valores de y correspondentes. Bastaria um par de pontos para determinar cada reta, uma vez que, por dois pontos do plano passa tão somente uma reta ou, em outras palavras: dois 41
  • 18. www.ResumosConcursos.hpg.com.br Apostila: Matemática Básica vol. II – por Prof. Paulo Cesar Pfaltzgraff Ferreira pontos determinam uma reta. No entanto, a fim de que o estudante possa verificar, na prática, que uma equação do 1.º grau em x e y representa uma reta, optamos por eleger três pontos para cada uma delas, e concluir que, em cada caso, os três pontos estão alinhados ao longo de uma mesma direção, ou seja, pertencem a uma mesma reta. R3 R1 R2 X y x y x y 0 1 0 1 0 0 1 1 3 1 1 2 2 2 5 2 0 2 4 y R1 R3 5 4 R4 3 R5 2 1 1 2 x 0 1 2 4 3 5 R2 Fig. 1.8 Exemplo 1.11 Uma firma de projeto A cobra R$ 1000,00 fixos mais R$ 600,00 por dia de trabalho e uma firma B cobra R$ 400,00 fixos mais R$ 800,00 por dia. 42
  • 19. www.ResumosConcursos.hpg.com.br Apostila: Matemática Básica vol. II – por Prof. Paulo Cesar Pfaltzgraff Ferreira a) Representar em um mesmo diagrama cartesiano os custos dos serviços de ambas as empresas. b) Estabelecer um critério para a escolha da melhor firma pelo usuário, sob o ponto de vista financeiro, admitindo que, hipoteticamente, ambas tenham a mesma competência. Solução: a) Do enunciado vem que: Custo de A: C A = ( R$ 600,00/dia ) d + ( R$ 1000,00 ) Custo de B: CB = ( R$ 800,00/dia ) d + ( R$ 400,00) em que C A e CB representam, respectivamente, os custos dos serviços das empresas e d os dias trabalhados. Temos então as seguintes correspondências: x↔d y↔C Tratam-se, portanto, das equações de duas retas e a reta A começa em um ponto de ordenada mais baixa (pA = 400) e a reta B em um ponto de ordenada mais alta (pB = 1000). No entanto, o coeficiente angular de B (mB = 800) é maior do que o coeficiente angular de A (mA = 600). Isto significa que tgαB > tgαA , ou seja αB > αA , e as retas vão se interceptar. Determinemos pois as coordenadas do ponto de intersecção: C A = C B ⇒ ( R$ 600,00/dia ) d + ( R$1000,00 ) = ( R$ 800,00/dia ) d + ( R$ 400,00)∴ R$ 1000,00 − R$ 400,00 = ( R$ 800,00/dia ) d − ( R$ 600,00/dia ) d ∴ R$ 600,00 = ( R$ 200,00/dia ) d ∴ d = 3 dias ⇒ C A = C B = R$ 2800,00 Lembrando também que para d = 0 temos C A = R$ 1000,00 e C B = R$ 400,00 podemos traçar as retas de custos. Assim sendo: 43
  • 20. www.ResumosConcursos.hpg.com.br Apostila: Matemática Básica vol. II – por Prof. Paulo Cesar Pfaltzgraff Ferreira C A , C B ( custos ) B A R$ 2800,00 R$ 1000,00 R$ 400,00 d ( dias ) 0 3 1 2 Fig. 1.9 b) Uma rápida análise dos gráficos nos conduzem às seguintes conclusões: 1.ª) d < 3 dias ⇒ B é mais econômica. 2.ª) d = 3 dias ⇒ o custo é o mesmo. 3.ª) d > 3 dias ⇒ A é mais econômica. 1.11Noção de Aplicação Dados dois conjuntos A e B, denominamos aplicação de A em B a toda correspondência em que a cada elemento x ∈ A temos associado um único y ∈ B. 44
  • 21. www.ResumosConcursos.hpg.com.br Apostila: Matemática Básica vol. II – por Prof. Paulo Cesar Pfaltzgraff Ferreira Por exemplo: dados os conjuntos A = {5, 6, 7, 8} e B = {g, h, i, j, l} vamos apresentar a seguir algumas aplicações de A em B: 5 6 7 8 5 6 7 8 5 6 7 8 g h i l g h i j l g h i j l (a) (b) (c) Fig. 1.10 A flecha indica a correspondência entre os elementos de A e B. Na parte (a), a aplicação é o conjunto de pares ordenados. {(5, g), (6, h), (7, i), (8, j)} na parte (b) {(5, g), (6, i), (7, j), (8, l)} e na parte (c) {(5, g), (6, g), (7, i), (8, l)}. Devemos ressaltar que cada elemento de A é unido pela flecha a um só elemento de B. Assim sendo, do mesmo elemento x ∈ A não podem partir duas ou mais flechas. Deste modo a correspondência 5678 5678 5678 ghi l ghijl ghijl 45
  • 22. www.ResumosConcursos.hpg.com.br Apostila: Matemática Básica vol. II – por Prof. Paulo Cesar Pfaltzgraff Ferreira Fig. 1.11 não é uma aplicação. O conjunto A é denominado domínio da aplicação e o elemento y, correspondente de x, é denominado imagem de x. No exemplo (a) da figura 1.9 temos. Elemento de A Imagem 5 → g 6 → h 7 → i 8 → j O conjunto das imagens de uma aplicação f de A em B denomina-se imagem da aplicação e será representado por f(A). Devemos notar que f(A) é uma sucessão, ou seja, um conjunto ordenado. Para o exemplo (a) da figura 1.9 temos: ( h , j) ,g ,i f ( A) = ( g , h, i, j ) e não   ordem incorreta 1.12Exercícios Propostos 1) Calcular as seguintes expressões: ( + 5) + ( − 12) a) ( + 3,7 ) + ( − 0,7 ) b) ( + 1,72) + ( − 0,28) c) ( + 2) + ( − 7 ) + ( + 4) + ( + 2) + ( − 5) + ( + 3) d) ( + 9) + ( − 6) + ( − 2) + ( − 1) + ( − 5) + ( + 7 ) e) 2) Calcular as seguintes expressões: ( + 4) − ( + 2) a) ( + 10) − ( + 4) b) ( − 9) − ( + 3) c) ( − 7 ) − ( − 5) d) ( + 6) − ( − 2) e) 3) Calcular as seguintes expressões: 46
  • 23. www.ResumosConcursos.hpg.com.br Apostila: Matemática Básica vol. II – por Prof. Paulo Cesar Pfaltzgraff Ferreira ( + 4 ) × ( + 5) a) ( − 4 ) × ( − 5) b) ( − 2) × ( + 1) c) ( − 4) × ( − 1) × ( + 3) × ( − 2) × ( − 5) d) ( + 2) × ( − 3) × ( − 1) × ( − 4) × ( + 5) e) 4) Calcular as seguintes expressões: ( + 12) ÷ ( + 3) a) ( − 15) ÷ ( − 3) b) ( + 36) ÷ ( − 4) c) ( − 42) ÷ ( + 6) d) ( − 81) ÷ ( − 9) e) 5) Calcular as seguintes potências: ( + 2) 5 a) ( − 3) 3 b) ( − 2) 3 c) ( − 7) 3 d) ( + 10) 4 e) 6) Calcular os valores algébricos das seguintes raízes: 4 625 a) 3 8 b) 4 81 c) − 27 3 d) 5 32 e) 7) Efetuar os seguintes produtos notáveis: ( 2m y − 5b3m ) 2 3 4 a) 47
  • 24. www.ResumosConcursos.hpg.com.br Apostila: Matemática Básica vol. II – por Prof. Paulo Cesar Pfaltzgraff Ferreira 2 2 2 3 5  a+ x b) 3 4 (5 − a 2 ) (5 + a 2 ) c) 8) Resolver as seguintes equações do 1.º grau: x =5 a) 2 5( z − 3) − 4( z + 2 ) = 3(1 − 2 z ) + 2 b) 2y − 5 6− =y c) 5 9) Resolver as seguintes equações do 2.º grau: z 2 − 8 z + 15 = 0 a) 6 z −2 − 5 z −1 + 1 = 0 b) z ( z − 1) =6 c) 7 z2 − 4z + 4 = 0 d) 1 z2 + z + =0 e) 3 10) Calcular a13 na progressão aritmética : 1 , 5 , 9 ,  11) Calcular a1 em uma progressão aritmética, sabendo-se que r = 4 e a8 = 31 . 7 12) Somar os 15 primeiros termos da progressão aritmética : 3 , , 4, 2 13) Quantas vezes bate um relógio em 24 horas, admitindo-se que apenas bata as horas? 14) Calcular o 5.º e 8.º termos da progressão geométrica :: 2 , 4,  15) Em uma progressão geométrica, sabemos que a4 = 128 e q = 4 . Achar a1 . 16) Sendo x e y positivos, calcular os limites das expressões a seguir quando o número de radicais cresce indefinidamente. a) x x x x b) x y x y 48
  • 25. www.ResumosConcursos.hpg.com.br Apostila: Matemática Básica vol. II – por Prof. Paulo Cesar Pfaltzgraff Ferreira c) x+ x+ x+ x  1.13Respostas dos Exercícios Propostos b) + 3,0 ; c) + 1,44 ; a) − 7 ; d) − 1 e) + 2 1) b) + 6 ; e) + 8 a) + 2 ; c) − 12 ; d) − 2 2) a) + 20 ; b) + 20 ; d) + 120 e) − 120 c) − 2 ; 3) b) + 5 ; c) − 9 ; d) − 7 ; e) + 9 a) + 4 ; 4) a) + 32 ; b) − 27 ; c) − 8 ; d) − 343 ; e) + 10.000 5) a) ± 5 ; c) ± 3 ; d) − 3 ; b) + 2 ; e) + 2 6) a) 4m 6 y 8 − 20b 3 m 4 y 4 + 25b 6 m 2 7) 44 9 a + a 2 x 5 + x 10 b) 9 16 c) 25 − 2a 2 c) y = 5 a) x = 10 ; b) z = 4 ; 8) a) z1 = 3 ; z 2 = 5 9) b) x1 = 3 ; x 2 = 2 c) y1 = 7 ; y 2 = −6 d) z = 2 e) Não admite raízes no conjunto dos números reais. Voltaremos a esse assunto após estudar 1 3 1 3 ; z2 = − − j a seção 1.14 (suas raízes são: z1 = − + j ). 2 6 2 6 10) a13 = 49 11) a1 = 3 195 12) S15 = 2 13) 156 14) a5 = 32 ; a8 = 256 15) a1 = 2 49
  • 26. www.ResumosConcursos.hpg.com.br Apostila: Matemática Básica vol. II – por Prof. Paulo Cesar Pfaltzgraff Ferreira 1 + 1 + 4x 2 1 16) a) x; b) x 3 y 3 = 3 x 2 y c) 2 50