1Linguagem e expressões algébricas
Propriedade distributiva
a, b e c são números reais. O fator a multiplica cada termo da soma. A propriedade também pode ser lida no sentido inverso, colocando a em evidência.
Distributiva com subtração
a, b e c são reais. Subtrair c significa somar seu oposto; o sinal de cada produto deve ser preservado, inclusive quando a é negativo.
Oposto de soma e diferença
a e b são números reais. O sinal negativo diante do grupo equivale a multiplicar todo o grupo por −1, e não apenas o primeiro termo.
Redução de termos semelhantes
a, b e u são reais. Na aplicação a monômios, a e b são coeficientes e u é exatamente a mesma parte literal, com as mesmas variáveis e expoentes. Não usar para juntar partes literais diferentes.
Produto de monômios em uma variável
a, b e x são reais; m e n são inteiros positivos. Multiplicam-se os coeficientes e somam-se os expoentes dos fatores de mesma base. Os termos constantes são tratados como fatores numéricos.
Quociente de monômios em uma variável
a e b são reais, b ≠ 0 e x ≠ 0; m e n são inteiros positivos com m ≥ n. Se m = n, a potência x⁰ vale 1 no domínio x ≠ 0. A restrição do denominador original permanece após a simplificação.
Condição de um denominador
A e B já devem representar valores reais definidos. Não se divide por zero, mesmo quando A também é zero. Em uma expressão com várias operações, todas as restrições precisam ser satisfeitas simultaneamente.
Condição da raiz quadrada real
A é real. A raiz quadrada indicada é a raiz principal, não negativa; por exemplo, √9 = 3. Quando A < 0, não há raiz quadrada real. Raízes de índice ímpar têm outra condição, tratada na aula de Potências e radicais.
Raiz quadrada no denominador
Trabalha-se nos reais. Exige-se A ≥ 0 para a raiz e √A ≠ 0 para a divisão. Juntas, as condições equivalem a A > 0.
Cancelamento de fator comum
A, B e C são valores reais definidos, com B ≠ 0 e C ≠ 0. Cancela-se um fator de todo o numerador e de todo o denominador, nunca uma parcela de uma soma. Os valores excluídos da expressão original continuam excluídos.
Representação de pares e ímpares
n é inteiro, positivo, negativo ou zero. Essas formas representam todos os inteiros pares e todos os ímpares. Se o contexto exigir contagens ou números positivos, ajustar o conjunto permitido para n.
Número decimal de dois algarismos
a é o algarismo das dezenas, inteiro de 1 a 9, e b é o das unidades, inteiro de 0 a 9. A escrita algébrica ab representa um produto; para o número formado pelos algarismos, usamos 10a + b.
Expressões para um retângulo
a > 0 e b > 0 são comprimentos de lados consecutivos do retângulo na mesma unidade. P é perímetro em unidades de comprimento e S é área na unidade quadrada correspondente.
Palitos em uma fileira de quadrados
n é inteiro e n ≥ 1. São n quadrados em uma única fileira, cada vizinho compartilhando exatamente um lado, sem sobreposição e sem outras ligações. Pₙ conta os palitos distintos; não é uma regra para qualquer desenho de n quadrados.
2Equações e inequações do primeiro grau
Princípio aditivo da igualdade
A, B e c são valores reais definidos. Somar o mesmo valor aos dois membros preserva a igualdade e pode ser desfeito subtraindo esse valor. Para expressões, a equivalência vale no domínio em que todas estão definidas.
Princípio multiplicativo da igualdade
A e B são reais e k é um real não nulo. A multiplicação pode ser desfeita dividindo por k. Com k = 0, a transformação não é equivalente em geral.
Reunir os termos de uma equação linear
a, b, c e d são parâmetros reais fixos; x é a incógnita real. A equivalência vem de subtrair cx e b dos dois membros. Se a = c, é preciso analisar a igualdade constante, sem dividir por zero.
Solução de ax + b = 0
a e b são reais fixos, com a ≠ 0. Essa é uma equação do primeiro grau em x. A solução real é −b/a; em universo U mais restrito, ela só é solução se pertencer a U.
Caso de igualdade sempre verdadeira
U é o universo de valores reais admissíveis e S é o conjunto solução. Todos os valores de U satisfazem essa igualdade. Ela é um caso degenerado da forma linear, e não uma equação de grau um após a redução.
Caso de igualdade impossível
b é real e b ≠ 0. A igualdade exigiria b = 0, portanto não há solução em nenhum universo U contido nos reais. O símbolo ∅ representa o conjunto vazio.
Isolar uma letra em uma fórmula linear
a, b e y são reais definidos e a ≠ 0. Ao isolar x, subtraímos b e dividimos por a. Se a = 0, a condição passa a ser y = b e deve ser analisada separadamente.
Somar em uma desigualdade
u, v e t são reais. Somar ou subtrair o mesmo valor mantém a ordem. A propriedade também vale com ≤, > e ≥, preservando o tipo da relação.
Multiplicar por número positivo
u e v são reais e k > 0. A multiplicação e a divisão por um mesmo número positivo preservam o sentido da desigualdade. O mesmo vale para as relações não estritas.
Multiplicar por número negativo
u e v são reais e k < 0. Multiplicar ou dividir pelo mesmo número negativo inverte o sentido da desigualdade. Uma relação ≤ passa a ≥ e vice-versa.
Inequação linear com coeficiente positivo
a e b são reais fixos, com a > 0. Subtrair b e dividir por a preserva a relação <. Trocando < por ≤ na expressão original, usa-se ≤ na resposta.
Inequação linear com coeficiente negativo
a e b são reais fixos, com a < 0. A divisão por a inverte < para >. Trocando < por ≤ na expressão original, a resposta usa ≥. Quando a = 0, analisar a afirmação constante.
Intervalo aberto
a e b são reais, a < b. Os dois extremos são excluídos; representam-se por círculos vazios na reta. A notação ]a,b[ é uma alternativa usada por algumas fontes.
Intervalo fechado
a e b são reais, a ≤ b. Os extremos são incluídos, com círculos preenchidos na reta. Quando a = b, o intervalo contém um único ponto: {a}.
Intervalos com um extremo incluído
a e b são reais, com a < b. Colchete inclui o extremo e parêntese o exclui. As notações [a,b[ e ]a,b] são alternativas equivalentes.
Intervalos ilimitados na reta real
a é real. Os símbolos −∞ e +∞ indicam ausência de limite finito, não números reais; por isso sempre recebem parênteses. Para ≥, incluir a; para <, excluir a.
Condições simultâneas: interseção
S₁ e S₂ são conjuntos de valores admissíveis para duas condições ligadas por “e”. A solução comum deve satisfazer ambas. A interseção pode ser vazia ou conter um único valor.
Condições alternativas: união
S₁ e S₂ são conjuntos de soluções de condições ligadas por “ou” inclusivo. Basta satisfazer pelo menos uma; quem satisfaz ambas também pertence à união.
Inequação mx ≤ c com parâmetro
m e c são parâmetros reais fixos; a incógnita x tem universo ℝ. A expressão acima trata de m ≠ 0. Se m = 0, verifica-se 0 ≤ c: S = ℝ quando c ≥ 0 e S = ∅ quando c < 0. Em outro universo U, intersectar a resposta com U.
3Sistemas do primeiro grau
Sistema linear de duas equações
a, b, c, d, p e q são reais fixos; x e y são as incógnitas. Cada equação não degenerada tem pelo menos um coeficiente de incógnita não nulo. Casos com ambos nulos exigem analisar a igualdade constante.
Solução comum às equações
S₁ e S₂ são conjuntos de pares ordenados admissíveis que satisfazem cada equação. Uma solução do sistema deve pertencer aos dois conjuntos, na mesma ordem de incógnitas e no universo declarado.
Isolar y para substituir
a, b e p são reais fixos e b ≠ 0. Se b = 0 e a ≠ 0, isolar x. Se a = b = 0, a equação é uma condição constante e não permite isolar uma incógnita.
Comparação de expressões da mesma incógnita
f(x) e g(x) indicam expressões definidas no domínio original. Aqui são expressões lineares. É necessário conservar uma das relações para recuperar y; a igualdade f(x) = g(x), sozinha, não determina o par.
Eliminação preservando uma equação
A e B representam expressões reais definidas nas incógnitas; p, q e k são reais fixos. Conservar A = p permite desfazer a operação subtraindo k vezes essa equação. Não é preciso k ≠ 0 nesta operação de soma.
Coeficiente obtido na eliminação geral
Para ax + by = p e cx + dy = q, com coeficientes reais. D ≠ 0 garante uma única solução real. Se D = 0, analisar a compatibilidade; não dividir por D. D será chamado determinante de ordem dois na matéria de Matrizes.
Solução do sistema quando D não é zero
D = ad − bc ≠ 0, para ax + by = p e cx + dy = q, com coeficientes reais. Em um universo mais restrito que ℝ², verificar se o par encontrado é admissível.
Equações proporcionais compatíveis
a e b não são ambos zero, c e d não são ambos zero e k é real não nulo. Esta igualdade entre triplas significa c = ka, d = kb e q = kp: as equações representam a mesma reta, com infinitas soluções reais. Proporcionalidade só dos coeficientes, sem a das constantes, produz retas paralelas distintas.
Descrever todos os pares de uma reta
c é real fixo e o universo é ℝ². Esta é a solução de x + y = c: t é um parâmetro livre, não uma terceira incógnita independente. Restrições adicionais do problema devem ser impostas ao par.
Quantidade total e valor de uma mistura
M > 0 é a massa total; x e y são massas não negativas na mesma unidade; r₁, r₂ e r são preços por unidade de massa. O modelo supõe valor aditivo, sem perdas nem custos extras. Para r₁ ≠ r₂, uma mistura admissível exige r entre os dois preços.
Sistema homogêneo de duas equações
Todos os coeficientes são reais e o universo é ℝ². O par (0,0) é sempre solução. Se D = ad − bc ≠ 0, é a única. Se D = 0, há infinitas soluções reais, inclusive quando aparecem equações 0 = 0.
4Potências e radicais
Potência de expoente inteiro positivo
a é real e n é inteiro positivo. A base é a e o expoente é n. Para n = 1, a¹ = a; para a = 0 e n > 0, 0ⁿ = 0. A definição por fatores repetidos não se aplica diretamente a expoentes zero, negativos ou não inteiros.
Expoente zero e expoente negativo
a é real não nulo e n é inteiro positivo. Expoente negativo indica o recíproco, não o oposto. Nesta aula, 0⁰ e potências de zero com expoente negativo não estão definidas.
Produto de potências de mesma base
Para m e n inteiros positivos, a pode ser qualquer real. Para permitir quaisquer m e n inteiros, exigimos a ≠ 0. A mesma base é essencial; a soma dos expoentes não se aplica a uma soma de potências.
Quociente de potências de mesma base
a é real não nulo e m, n são inteiros. A restrição evita divisão por zero e deve ser mantida mesmo que a expressão simplificada pareça estar definida em a = 0.
Potência de uma potência
a é real não nulo e m, n são inteiros. Com m e n inteiros positivos, a = 0 também é permitido. Não transportar esta regra sem condições para bases negativas e expoentes fracionários.
Potência de produto e de quociente
Para qualquer expoente inteiro n, tomar a e b reais não nulos. Se n for inteiro positivo, o produto permite a ou b zero, e o quociente permite a = 0, mantendo b ≠ 0. Todos os fatores do produto recebem o expoente.
Notação científica normalizada
N é real não nulo, c é real e k é inteiro. O módulo |c| é a distância de c até zero. O sinal de c é o de N. Para N = 0, escrevemos simplesmente 0; não há representação normalizada com 1 ≤ |c| < 10.
Raiz real de índice par
k é inteiro positivo e a ≥ 0. A raiz indicada pelo radical é o único valor real não negativo cujo expoente 2k produz a. Se a < 0, não há raiz real de índice par. O índice 2 costuma ser omitido.
Raiz real de índice ímpar
k é inteiro positivo e a é real. Há um único r real, com o mesmo sinal de a quando a ≠ 0. Por exemplo, a raiz cúbica de um número negativo é negativa. O índice é pelo menos 3.
Raiz de uma potência de mesmo índice
x é real e n é inteiro, n ≥ 2. O módulo |x| vale x se x ≥ 0 e −x se x < 0. Para índice par, a saída do radical precisa ser não negativa, mesmo quando x é negativo.
Soluções reais de uma potência par positiva
k é inteiro positivo e a > 0. A equação tem duas soluções reais opostas. Para a = 0, a única solução é x = 0; para a < 0, não há solução real. O radical isolado representa apenas a raiz não negativa.
Produto de radicais de mesmo índice
n é inteiro, n ≥ 2. Para n par, exigir a ≥ 0 e b ≥ 0; para n ímpar, a e b podem ser quaisquer reais. Não separar um produto sob raiz par em fatores negativos, mesmo se o produto for positivo.
Quociente de radicais de mesmo índice
n é inteiro, n ≥ 2. Para n par, exigir a ≥ 0 e b > 0; para n ímpar, a é real e b ≠ 0. As condições valem para as expressões separadas; um quociente positivo formado por dois negativos não permite separação em raízes pares reais.
Raiz de outra raiz
m e n são inteiros, ambos pelo menos 2. Se a ≥ 0, a igualdade sempre vale. Se a < 0, as expressões reais só existem quando m e n são ambos ímpares; nesse caso a igualdade também vale.
Extrair uma potência perfeita do radical
n é inteiro, n ≥ 2. Para n par, c ≥ 0 e b ≥ 0. Se c for negativo e b ≥ 0, usar |c| no lado direito. Para n ímpar, c e b podem ser quaisquer reais. Exigir que as expressões apresentadas estejam definidas.
Ampliar ou reduzir índice e expoente
a ≥ 0; m e k são inteiros positivos e n é inteiro, n ≥ 2. Para reduzir, o fator k deve dividir o índice e o expoente e o novo índice deve ser pelo menos 2, ou ser interpretado como a própria potência quando for 1. A condição de sinal impede trocas incorretas de raízes pares por ímpares.
Somar radicais semelhantes
u e v são reais, n é inteiro e n ≥ 2, e a raiz é real. Os dois radicais precisam ter o mesmo índice e o mesmo radicando, possivelmente depois de simplificar. A igualdade é uma aplicação da distributiva.
Produto de expressões conjugadas
u e v são reais. Os termos conjugados diferem apenas no sinal entre as parcelas. A distributiva produz os termos −uv e +uv, que se cancelam. Quando u = √a e v = √b, exigir a e b não negativos.
Racionalizar um denominador com raiz quadrada
a > 0. Multiplicamos numerador e denominador por √a, que é não nulo. O mesmo procedimento vale para um numerador real e para fatores racionais não nulos no denominador.
Racionalizar uma raiz de índice n
a > 0 e n é inteiro, n ≥ 2. O fator escolhido completa n fatores de a sob o radical. Casos com a < 0 podem ser tratados para índice ímpar, preservando os sinais e a condição a ≠ 0.
Racionalização pelo conjugado
a ≥ 0, b ≥ 0 e a ≠ b. Essas condições garantem que o denominador original e o fator conjugado sejam não nulos. Se a = b > 0, a fração original existe, mas esta transformação específica não vale: é preciso usar outro procedimento.
Potência racional de base positiva
a > 0, m é inteiro e n é inteiro positivo; para a notação de radical, n ≥ 2, e para n = 1 usamos a potência inteira. Para a = 0 e expoente racional positivo, o valor é 0; para expoente zero ou negativo, zero não é uma base admitida nesta aula.
Leis das potências racionais
a > 0, b > 0 e r, s são racionais. O quociente de potências de base a também satisfaz aʳ/aˢ = aʳ⁻ˢ, e (ab)ʳ = aʳbʳ. Para bases negativas e expoentes não inteiros, não usar estas leis sem verificar a definição e as condições de cada expressão.
Comparar radicandos de raízes reais
n é inteiro, n ≥ 2. Para índice ímpar, a comparação continua válida para quaisquer reais a < b. Para comparar raízes de índices diferentes, não comparar apenas os radicandos: pode-se elevar as duas quantidades não negativas à mesma potência inteira positiva.
5Polinômios
Polinômio em uma variável
Os coeficientes a₀, a₁, …, aₙ são reais fixos e n é inteiro positivo. Os expoentes da variável são inteiros não negativos. A escrita representa uma soma finita; quando n = 1, é apenas a₁x + a₀. Polinômios constantes são escritos P(x) = a₀. O coeficiente do termo constante não é calculado como 0⁰ em x = 0.
Grau e coeficiente dominante
P é não nulo e está reduzido em uma variável; k percorre os expoentes de 0 até um limite inteiro finito da escrita. max significa o maior elemento do conjunto. O coeficiente desse maior expoente é o dominante. Constante não nula tem grau 0; nesta aula o polinômio nulo não tem grau definido.
Grau total de um monômio
a é real não nulo; m e n são inteiros não negativos. Para mais variáveis, somam-se todos os expoentes. O grau em relação a x é m e em relação a y é n. Uma constante não nula tem grau total zero. Uma variável com expoente zero não precisa aparecer na escrita.
Valor numérico de um polinômio
c é qualquer real e os coeficientes são reais fixos. A soma tem a mesma organização da definição de P, com n inteiro positivo; constantes são avaliadas como o próprio coeficiente. Substituir x por c em todas as ocorrências e usar parênteses quando c for negativo. Em particular, P(0) = a₀.
Igualdade de polinômios
P e Q estão reduzidos na mesma variável, com coeficientes reais aₖ e bₖ e um limite comum n para os expoentes. Completar coeficientes ausentes com zero. A identidade compara todos os coeficientes; ela implica valores iguais para todo x real. Coincidir apenas em alguns valores não comprova a identidade.
Polinômio identicamente nulo
A forma de P está reduzida, com todos os coeficientes reais identificados. Ser nulo significa que todos os coeficientes se anulam, não apenas que P(c) = 0 em algum c. Um número c com P(c) = 0 é chamado de zero ou raiz de P.
Coeficientes na soma e na diferença
aₖ e bₖ são os coeficientes de x elevado a k em P e Q, completando os ausentes com zero; cₖ é o coeficiente correspondente em P + Q e dₖ em P − Q. k é inteiro não negativo. Somam-se ou subtraem-se somente termos com a mesma parte literal.
Oposto e subtração de polinômios
P e Q são polinômios nas mesmas variáveis, com coeficientes reais. O oposto −Q troca o sinal de cada coeficiente de Q. O sinal de subtração antes de um agrupamento atua em todos os termos desse agrupamento.
Produto de monômios
a e b são reais; m e n são inteiros não negativos. Expoente zero na notação de monômios representa a parte constante, sem exigir o cálculo de 0⁰. Multiplicam-se os coeficientes e somam-se os expoentes da mesma variável; em várias variáveis, fazer isso separadamente para cada uma.
Distributiva para polinômios
P, Q e R são polinômios com coeficientes reais. Cada termo de um fator multiplica cada termo do outro; depois se reduzem os semelhantes. Os resultados permanecem polinômios. A propriedade também vale quando há mais parcelas ou parcelas negativas.
Grau de uma soma
P, Q e P + Q são não nulos. Se os graus dos dois polinômios somados forem distintos, o resultado tem o maior deles. Com graus iguais, o termo dominante pode cancelar e diminuir o grau, ou a soma pode ser nula; no último caso esta fórmula com grau não é usada.
Grau de um produto
P e Q são polinômios não nulos em uma variável com coeficientes reais. O produto dos coeficientes dominantes é não nulo e acompanha o termo de maior expoente. O produto também é não nulo. Se um fator for o polinômio nulo, o produto é nulo e não se usa a fórmula de graus.
Quociente de monômios como expressão
a é real, b é real não nulo e m, n são inteiros não negativos. Como fração numérica, exigir x ≠ 0 se n > 0 e preservar essa exclusão depois de simplificar. Se m ≥ n, o lado direito é um monômio; se m < n e a ≠ 0, o expoente negativo não fornece um polinômio. Divisão euclidiana é uma operação diferente, com quociente e resto.
Identidade da divisão euclidiana
A e B são polinômios em uma variável com coeficientes reais, e B é um polinômio não nulo. Existem únicos polinômios Q e R com esta identidade e com R = 0 ou deg R < deg B. A é o dividendo, B o divisor, Q o quociente e R o resto. B não nulo não significa que B(x) seja diferente de zero em todo x.
Grau do quociente euclidiano
A e B são não nulos, deg A ≥ deg B, e Q é o quociente da divisão euclidiana de A por B nos reais. Nesse caso Q é não nulo. Se A é nulo, Q = R = 0; se A é não nulo de grau menor que B, Q = 0 e R = A, sem atribuir grau ao quociente nulo.
Divisão euclidiana e fração
A = BQ + R é a identidade da divisão euclidiana e a igualdade de frações vale somente nos reais x para os quais B(x) ≠ 0. Se R = 0, a fração coincide com Q no domínio original; os zeros de B continuam excluídos da fração, embora a identidade polinomial seja válida neles.
6Produtos notáveis e fatoração
Quadrado da soma
a e b são reais, ou expressões reais definidas no domínio considerado. O termo central é duas vezes o produto dos dois termos completos. A dedução por áreas exige comprimentos não negativos; a identidade algébrica vale para quaisquer a e b reais.
Quadrado da diferença
a e b são reais. O último termo é não negativo porque (−b)² = b²; ele vale zero se b = 0. O sinal de subtração aparece no termo central −2ab. No desenho por recortes, supor a > b > 0. A identidade algébrica independe dessa restrição geométrica.
Produto de conjugados e diferença de quadrados
a e b são reais. A distributiva cancela os termos −ab e +ab. Lendo da direita para a esquerda, fatoramos uma diferença de quadrados. Para representar uma diferença de áreas por recorte, exigir a > b ≥ 0.
Cubo da soma
a e b são reais. A expansão resulta de multiplicar (a + b) pelo quadrado da soma. Os termos mistos têm coeficientes 3; a³ + b³, isoladamente, é outra expressão.
Cubo da diferença
a e b são reais. Substituir b por −b na identidade do cubo da soma. O termo com b² aparece como +3ab² e o termo com b³ como −b³; esses sinais na escrita não determinam o sinal numérico de cada termo quando a ou b são negativos. A identidade também vale nesses casos.
Quadrado de três termos
a, b e c são reais. Além dos três quadrados, aparecem duas vezes os três produtos entre termos distintos. Uma subtração é tratada incluindo o sinal no termo correspondente.
Cubo de três termos, forma agrupada
a, b e c são reais. O produto final contém os seis termos mistos com uma variável ao quadrado e duas ocorrências de abc; multiplicar por 3 produz os coeficientes mistos 3 e o coeficiente 6 de abc.
Três termos cuja soma é zero
a, b e c são reais e a + b + c = 0. Essa hipótese é suficiente para garantir a conclusão, que é obtida substituindo c = −(a + b) e usando o cubo da soma. Não se pode afirmar a conclusão para quaisquer trios reais sem uma hipótese adequada.
Fator comum em evidência
A, B e C são reais ou polinômios. Esta é a distributiva lida no sentido inverso. Não precisamos dividir por A para justificar a identidade, por isso os valores em que A = 0 continuam permitidos.
Fatoração por agrupamento
A, B, C e D são reais ou polinômios. Primeiro, AB + AC = A(B + C) e DB + DC = D(B + C); depois se evidencia o fator B + C. A identidade não exige que os fatores sejam não nulos.
Trinômio mônico: soma e produto
x, m e n são reais. Para fatorar x² + px + q dessa forma, procurar m + n = p e mn = q. A busca apenas por inteiros pode falhar mesmo quando existem fatores com coeficientes reais.
Comparar dois fatores lineares
u, v, w e z são reais. Para representar Ax² + Bx + C, exigir uw = A, uz + vw = B e vz = C. Quando A ≠ 0, u e w são não nulos. A igualdade resulta dos quatro produtos da distributiva.
Separação do termo central: método AC
A, B e C são reais, A ≠ 0, e escolhemos m e n com m + n = B e mn = AC. A igualdade escrita usa a soma; a condição de produto permite o agrupamento que produz fatores. Não supor que sempre exista um par inteiro, nem dividir por um coeficiente que possa ser zero.
Fatoração de uma soma de cubos
a e b são reais ou polinômios. A expansão cancela os termos mistos. O sinal do termo ab no segundo fator é negativo. Esta é uma fatoração de a³ + b³, que não deve ser confundida com (a + b)³.
Fatoração de uma diferença de cubos
a e b são reais ou polinômios. A expansão cancela os termos mistos. O sinal do termo ab no segundo fator é positivo. É possível que os fatores obtidos ainda admitam decomposição após uma substituição: examinar cada fator.
Completar um quadrado
x, p e q são reais. Somamos e subtraímos (p/2)² sem mudar a expressão. A identidade permite reconhecer uma diferença de quadrados ou mostrar positividade. A resolução geral das equações quadráticas será desenvolvida na aula própria.
Criar uma diferença de quadrados
a e b são reais. Escrever a⁴ + 4b⁴ = (a² + 2b²)² − (2ab)² demonstra a fatoração. A técnica mostra que uma soma de quadrados pode admitir fatores; não se deve generalizar a impossibilidade de fatorar x² + 1 para toda soma de quadrados.
Princípio do produto nulo
U e V são reais. Se U ≠ 0, dividir UV = 0 por U força V = 0; a volta é imediata. Em equações com vários fatores reais, pelo menos um deles deve zerar. Não vale substituir zero por outro número e aplicar a mesma regra.
Cancelar fatores mantendo o domínio
A, B e C são expressões reais. Para a fração original existir, exigir A ≠ 0 e C ≠ 0. As exclusões de A continuam no domínio mesmo que esse fator desapareça da escrita simplificada. Cancelar fatores de um produto é diferente de eliminar parcelas de uma soma.
Obter soma de quadrados e soma de cubos
a e b são reais. A primeira expressão vem do quadrado da soma. Na segunda, 3a²b + 3ab² = 3ab(a + b). Conhecer a soma e o produto pode bastar para calcular essas expressões sem determinar a e b.
7Frações algébricas e equações fracionárias
Fração algébrica e domínio
P e Q são polinômios reais em uma variável, e Q não é o polinômio nulo. O domínio 𝒟 reúne os valores reais em que o denominador é não nulo. Em várias variáveis, exigir todas as condições correspondentes. Um numerador zero é permitido quando o denominador não zera.
Construir frações equivalentes
A, B e k são valores de expressões reais no domínio considerado; B ≠ 0 e k ≠ 0. Multiplicamos por k/k = 1. Se k depender da variável, seus zeros não podem ser acrescentados ao domínio da nova fração; a equivalência é afirmada apenas onde ambas existem.
Igualdade de duas frações
B ≠ 0 e D ≠ 0, com todas as expressões reais definidas. Multiplicar a igualdade por BD, não nulo, é reversível nesse domínio. A equação AD = BC, isoladamente, pode aceitar valores excluídos pelas frações originais.
Simplificar fatores comuns
K ≠ 0 e B ≠ 0 no domínio original. O fator K precisa multiplicar todo o numerador e todo o denominador. Seus zeros continuam excluídos mesmo que desapareça da escrita simplificada. Cancelamento não se aplica a parcelas isoladas de somas.
Sinais e denominadores opostos
A e B são expressões reais definidas e B ≠ 0. Um único sinal negativo pode ser colocado no numerador, no denominador ou fora da fração; dois sinais negativos se anulam. Em particular, a − x = −(x − a).
Somar ou subtrair com mesmo denominador
B ≠ 0 e as expressões são reais definidas. O denominador comum é mantido; apenas os numeradores são somados ou subtraídos. Na subtração de um numerador com várias parcelas, o sinal atua no agrupamento inteiro.
Somar com denominadores diferentes
B ≠ 0 e D ≠ 0. Multiplicar por D/D e B/B dá um denominador comum BD; ele é válido, mas pode ter fatores repetidos desnecessários. Para subtrair, trocar o sinal entre AD e BC. Conservar todas as exclusões originais.
Reescrever usando um denominador comum
M é um múltiplo polinomial de B e E é o fator complementar, com BE = M. A igualdade de frações vale onde B ≠ 0 e E ≠ 0. Ao escolher um denominador comum, declarar seu domínio; nos exemplos, os fatores escolhidos não introduzem zeros além dos já excluídos.
Multiplicar frações algébricas
B ≠ 0 e D ≠ 0, com as expressões reais definidas. Os numeradores podem ser zero. Fatorar antes da multiplicação pode facilitar o cancelamento, mas as restrições dos dois denominadores originais permanecem.
Recíproco de uma fração não nula
A ≠ 0 e B ≠ 0. B precisa ser não nulo para a fração original existir; A precisa ser não nulo para que ela tenha recíproco. O produto da fração por seu recíproco é 1 nesse domínio.
Dividir frações algébricas
B ≠ 0, D ≠ 0 e C ≠ 0. As duas frações devem existir e a fração divisora C/D deve ser não nula. A pode ser zero. Inverter a segunda fração não autoriza esquecer que D já era um denominador original.
Fração sobre fração
B ≠ 0, D ≠ 0 e C ≠ 0. A barra principal indica divisão da fração superior pela inferior. Se houver somas dentro do numerador ou do denominador principal, simplificá-las com seus agrupamentos antes de aplicar esta forma.
Potência inteira positiva de uma fração
n é inteiro positivo, B ≠ 0 e A é real. A regra vem de repetir o produto n vezes. Ela permite numerador zero e mantém as restrições de todas as expressões originais.
Potência inteira negativa de uma fração
n é inteiro positivo e A ≠ 0, B ≠ 0. A fração original precisa existir e ser não nula. Aplicar o recíproco antes da potência positiva; a restrição B ≠ 0 permanece mesmo se B passar ao numerador.
Quando uma fração vale zero
B ≠ 0 e todas as expressões estão definidas no domínio original. Os zeros do numerador que também anulam o denominador não são soluções da equação fracionária. 0 dividido por um número não nulo é zero; 0/0 não é definido.
Multiplicar uma equação por expressão não nula
U e V estão definidos no domínio comum 𝒟 e M(x) ≠ 0 em todo x de 𝒟. A volta exige dividir por M, por isso a condição é essencial. Para eliminar denominadores, multiplicar todos os termos dos dois membros pelo mesmo M, conservando 𝒟.
Conferir candidatos no domínio
Se uma equação fracionária foi reduzida, de modo equivalente em seu domínio 𝒟, a N(x) = 0, seu conjunto solução S contém apenas os zeros de N que pertencem a 𝒟. Candidatos excluídos pelo domínio não se tornam soluções por satisfazerem a equação polinomial.
Separar parcelas do numerador
B ≠ 0 e as expressões são reais definidas. A barra atua sobre todo o numerador agrupado. Esta propriedade não permite separar um denominador somado: em geral A/(B + C) é diferente de A/B + A/C.
Trabalho conjunto com taxas constantes
t₁ e t₂ são tempos positivos para completar separadamente a mesma tarefa inteira. As taxas são constantes, os trabalhos se somam e não há interferência. T é o tempo conjunto, na mesma unidade. Somam-se taxas de trabalho, não os tempos individuais.
Tempo, distância e velocidade constante
d > 0 é a distância, v > 0 é a velocidade constante e t > 0 é o tempo. Usar unidades compatíveis, como km e km/h para obter horas. Em etapas sucessivas, somar os tempos de cada etapa; o domínio físico pode restringir mais que os denominadores algébricos.
8Equações do segundo grau
Forma padrão do segundo grau
a, b e c são constantes reais e a ≠ 0. A forma é obtida após desenvolver e reduzir os dois membros. b e c podem ser zero. Nesta aula, a incógnita e as soluções procuradas são reais; restrições da equação original permanecem.
Produto nulo nos reais
U e V são expressões reais definidas no domínio considerado. Se U ≠ 0, dividir por U obriga V = 0; se U = 0, o produto já é zero. Para usar a propriedade, é preciso ter produto igual a zero, não uma soma igual a zero.
Caso com termo constante nulo
a ≠ 0 e b real. Fatorar x(ax + b) evita perder a solução zero. Se b = 0, as duas expressões indicam o mesmo valor: há somente uma solução distinta, zero.
Caso sem termo linear
Esta é a redução de ax² + c = 0, com a ≠ 0. Se −c/a > 0, existem duas soluções opostas; se −c/a = 0, somente zero; se −c/a < 0, não existe solução real. Não extrair raiz real de um número negativo.
Resolver um quadrado isolado
h e k são reais, com k ≥ 0. Para k > 0, os sinais dão duas soluções; para k = 0, um único valor h. Se k < 0, o conjunto solução real é vazio. A raiz √k é a principal, não negativa; o símbolo ± considera os dois valores possíveis do termo elevado ao quadrado.
Completar o quadrado
p e x reais. A igualdade vem da expansão do quadrado da soma. Ao acrescentar (p/2)² a um membro de uma equação, acrescentar o mesmo ao outro. Se o coeficiente de x² não for 1, dividir primeiro por esse coeficiente não nulo.
Identidade que leva à fórmula geral
a ≠ 0, a, b, c e x reais e Δ = b² − 4ac. Multiplicar a primeira equação por 4a e completar o quadrado é reversível. Esta equivalência justifica a classificação pelo discriminante sem supor a positivo.
Discriminante
a, b e c são os coeficientes reais da forma padrão, com a ≠ 0. Δ > 0 significa duas raízes reais distintas; Δ = 0 significa uma raiz real dupla; Δ < 0 significa ausência de raízes reais. O sinal de Δ não determina sozinho os sinais das raízes.
Fórmula geral de resolução
a ≠ 0 e Δ = b² − 4ac ≥ 0 para soluções reais. Calcular separadamente os dois sinais; ambos os termos do numerador são divididos por 2a. Se Δ = 0, os sinais produzem o mesmo valor. A fórmula também é válida para a negativo.
Raiz dupla
a ≠ 0 e coeficientes reais. Nesse caso ax² + bx + c = a(x − r)². O valor r tem multiplicidade dois na fatoração, mas o conjunto solução contém um único elemento.
Fórmula quando b é o dobro de um número
a ≠ 0, b = 2k e k² − ac ≥ 0 para raízes reais. Substituir b = 2k na fórmula geral, usar √(4(k² − ac)) = 2√(k² − ac) e simplificar por 2. k pode ser qualquer real; em cálculos com b inteiro par, reduz a aritmética.
Soma das raízes
a ≠ 0 e Δ ≥ 0 para raízes reais r₁ e r₂. Se Δ = 0, considerar a raiz duas vezes nesta soma. S aqui representa a soma; o conjunto solução será chamado 𝒮 nos trechos que usam os dois conceitos.
Produto das raízes
a ≠ 0 e Δ ≥ 0 para raízes reais, contando duas vezes a raiz dupla. Produto positivo exige raízes de mesmo sinal; produto negativo exige sinais opostos; produto zero significa ao menos uma raiz zero. Verificar a existência real antes de interpretar sinais.
Forma fatorada pelas raízes reais
a ≠ 0, coeficientes reais e Δ ≥ 0. Os valores r₁ e r₂ são as raízes, repetidas se Δ = 0. Expandir o produto e usar soma e produto justifica a identidade. Com Δ < 0, não há fatoração em dois fatores lineares reais.
Construir uma equação a partir das raízes
Para duas raízes reais dadas r₁ e r₂, S = r₁ + r₂ e P = r₁r₂. Esta é a equação mônica que as tem como raízes, contando repetição. Multiplicar seus dois membros por constante não nula gera outras equações com o mesmo conjunto solução.
Soma dos quadrados das raízes
r₁ e r₂ são raízes reais, S = r₁ + r₂ e P = r₁r₂. Expandir S² = r₁² + 2r₁r₂ + r₂². A relação evita resolver individualmente as raízes quando só se pede essa combinação.
Soma dos recíprocos das raízes
As raízes são reais e ambas não nulas: P ≠ 0, equivalentemente c ≠ 0 para a ≠ 0. A soma usa denominador comum r₁r₂. Não dividir por P antes de conferir essa condição.
Ponto médio das raízes reais
a ≠ 0 e Δ ≥ 0. m é o ponto médio na reta real; com raiz dupla, coincide com ela. Esta afirmação não pressupõe uma ordem entre as duas expressões obtidas pelos sinais da fórmula geral.
Distância entre as raízes
a ≠ 0 e Δ ≥ 0 para raízes reais. A distância é não negativa; o módulo de a é indispensável se a < 0. A distância de cada raiz ao ponto médio é √Δ/(2|a|).
Substituição em uma equação biquadrada
a ≠ 0 e coeficientes reais. Para cada solução t > 0, retornar a x = ±√t; para t = 0, retornar somente x = 0; para t < 0, não há x real correspondente. A equação original é de quarto grau, quadrática apenas na nova incógnita t.
Uma substituição com recíprocos
x real e x ≠ 0. Se t = x + 1/x, cada candidato t deve permitir soluções reais de x² − tx + 1 = 0; isso exige t² − 4 ≥ 0. Substituir não autoriza aceitar automaticamente todo t real obtido.
Soluções após uma redução equivalente no domínio
𝒟 é o domínio da equação original, incluindo as restrições do enunciado. A redução a ax² + bx + c = 0 deve ser equivalente em 𝒟, com a ≠ 0. Resolver a quadrática em ℝ fornece candidatos, que só permanecem se pertencem a 𝒟 e conferem na original.
9Inequações e estudo de sinais
Somar a mesma expressão preserva a ordem
U, V e W são expressões reais definidas no domínio considerado. Somar a mesma quantidade aos dois membros preserva a relação, mesmo se W for negativa. A regra vale também para >, ≤ e ≥. Todas as expressões originais precisam continuar definidas.
O sinal do multiplicador decide a orientação
M, U e V são reais definidos em cada entrada do domínio. Para M > 0, preservar a orientação; para M < 0, inverter. Dividir por M segue a mesma regra quando M ≠ 0. Se M puder mudar de sinal, separar casos; se M = 0, a multiplicação não é uma equivalência. As versões não estritas seguem o mesmo princípio.
Intervalo com extremos de tipos diferentes
a e b são reais, com a < b. Parêntese exclui o extremo; colchete inclui. Infinito e menos infinito não são números reais incluídos: os lados correspondentes de intervalos infinitos usam parênteses.
Fatorar uma expressão linear pelo seu zero
a e b reais, a ≠ 0. À esquerda de r, x − r é negativo; à direita, positivo; em r, zero. Multiplicar pelo sinal de a determina o sinal de ax + b. Se a = 0, a expressão é a constante b e precisa de análise própria.
Quando um produto é positivo
U e V são valores reais definidos. Produto positivo exige fatores de mesmo sinal e não nulos. Produto negativo exige sinais opostos. Um produto de vários fatores não nulos é negativo se a quantidade de fatores negativos é ímpar, e positivo se é par.
Quando um produto vale zero
U e V reais definidos no domínio original. Um fator zero torna o produto zero apenas se todos os outros fatores estiverem definidos. Na relação ≥ ou ≤, zeros permitidos podem ser incluídos; nas relações > ou <, não.
Potência par fora e no zero
r e x reais e n inteiro positivo. A potência par é positiva dos dois lados de r, portanto não troca o sinal ao atravessar r. Se estiver no denominador, r é sempre excluído; no numerador, pode ser um zero permitido.
Potência ímpar e mudança de sinal
x e r reais e n inteiro não negativo. Uma potência ímpar tem o mesmo sinal de sua base. Na fatoração de um polinômio, a quantidade de cópias do fator x − r é a multiplicidade do zero; multiplicidade ímpar troca o sinal e par o preserva, se o restante for não nulo nesse ponto.
Quadrática com duas raízes reais distintas
Q(x) = ax² + bx + c, com a ≠ 0 e Δ = b² − 4ac > 0. As raízes são ordenadas como r₁ < r₂. O produto dos fatores é positivo fora do intervalo entre elas, negativo dentro e zero nos extremos. Para obter o sinal de Q, considerar também o sinal de a.
Sinal da quadrática dividido pelo coeficiente principal
a ≠ 0, Δ > 0 e r₁ < r₂ são as raízes reais de Q. Q é zero em r₁ e r₂. Se a > 0, Q tem os sinais indicados; se a < 0, os sinais de Q são os opostos. Acrescentar os zeros permitidos nas desigualdades não estritas.
Sinal de uma quadrática com raiz dupla
Q(x) = ax² + bx + c, a ≠ 0 e Δ = 0; r = −b/(2a). Fora de r, Q tem o sinal de a; em r, é zero. Portanto não há troca de sinal em r. Algumas inequações dão somente {r}, outras excluem r, aceitam todos os reais ou não têm solução.
Quadrática sem raízes reais
a ≠ 0 e Δ < 0, com coeficientes reais. O termo entre colchetes é estritamente positivo para todo x real, pois o quadrado é não negativo e −Δ/(4a²) é positivo. Logo Q tem sempre o sinal de a e nunca zera.
Quadrática não negativa em todos os reais
Q(x) = ax² + bx + c é quadrática real, com a ≠ 0. Com Δ = 0, há um único zero; com Δ < 0, Q é sempre positiva. Para exigir Q > 0 em todos os reais, é necessário e suficiente a > 0 e Δ < 0. Os casos a = 0 são lineares ou constantes e ficam fora desta equivalência.
Zero de uma fração e domínio
N e D reais definidos e D ≠ 0. Zeros do denominador não são zeros do quociente. Um zero comum ao numerador e ao denominador permanece excluído, inclusive em relações ≥ ou ≤.
Transformar um quociente em produto pelo quadrado do denominador
N e D reais definidos, com D ≠ 0. Multiplicar a inequação por D², estritamente positivo nesse domínio, preserva a orientação e transforma N/D em ND. A mesma equivalência vale com >, < ou ≤ no lugar de ≥, sempre mantendo D ≠ 0.
Reunir a comparação em uma única fração
A, B, C e D são expressões reais definidas, B ≠ 0 e D ≠ 0. Para comparar A/B com C/D, subtrair o segundo membro dos dois lados e estudar o sinal desta diferença. Não multiplicar por BD sem saber seu sinal ou separar casos.
Cancelar fatores conservando o domínio
K, A e B reais definidos no domínio original, K ≠ 0 e B ≠ 0. O cancelamento preserva os valores nesse domínio; os zeros do fator cancelado continuam proibidos. No quadro de sinais da forma simplificada, marcar esses pontos excluídos separadamente.
Aplicar o domínio à seleção de sinais
𝒟 é o domínio da escrita original, incluindo as condições do contexto; T reúne os intervalos e pontos escolhidos na análise equivalente dos sinais. A solução 𝒮 aceita apenas os elementos comuns. Extremo onde um denominador original zera nunca é incluído.
Condições simultâneas: interseção
A e B são os conjuntos que resolvem separadamente as duas condições no mesmo universo e respeitando todos os domínios originais. A interseção contém os valores que atendem às duas: a ligação é “e”. Uma cadeia de desigualdades também pede interseção.
Condições alternativas: união
A e B são conjuntos de soluções no universo declarado. A união aceita os valores que atendem a pelo menos uma condição: a ligação é “ou” inclusivo. Se o enunciado impõe um domínio comum adicional, ele ainda deve ser respeitado.
Intervalo entre duas raízes que podem mudar de ordem
m e r são reais fixos; min indica o menor e max o maior. Se m = r, a solução é somente {r}; se forem diferentes, é o intervalo fechado entre eles. Para a relação estrita < 0, o intervalo é aberto quando m ≠ r e vazio quando m = r.
Uma cadeia representa duas condições
α e β são reais fixos, com α < β, e F está definida no domínio considerado. Resolver as duas inequações e tomar a interseção; não a união. A inclusão de cada extremo depende da relação correspondente e do domínio.
10Equações com radicais e módulo
Raiz principal de índice par
n é inteiro positivo, e A e B são expressões reais definidas no domínio considerado. A raiz par existe nos reais somente para A ≥ 0 e seu valor é não negativo. Na equivalência, A = B²ⁿ já garante A ≥ 0. Restrições de outras expressões originais continuam válidas.
Raiz de índice ímpar e potência reversível
n é inteiro positivo; A e B são reais definidos. Raízes de índice ímpar aceitam radicando e resultado negativos. A potência ímpar é injetiva nos reais: números diferentes não produzem a mesma potência ímpar, permitindo a equivalência sem exigir B ≥ 0.
Radical par no denominador
n é inteiro positivo e A é real definido. A ≥ 0 faz a raiz par existir; A ≠ 0 evita denominador zero. As duas condições juntas exigem A > 0. Outras restrições da escrita original também devem ser aplicadas.
O que se conserva ao elevar ao quadrado
u e v reais. A identidade u² − v² = (u − v)(u + v) justifica os dois casos. De u = v segue u² = v², mas a volta isolada pode aceitar o caso de sinais opostos. Se ambos os membros forem não negativos, u² = v² equivale a u = v.
Uma raiz quadrada isolada
A e B reais definidos no domínio original. A condição B ≥ 0 é essencial porque √A é a raiz principal. Se apenas elevar ao quadrado sem registrar o sinal, os resultados serão candidatos que precisam ser conferidos na original. A = B² implica A ≥ 0, mas não remove outras exclusões.
Igualdade entre duas raízes quadradas
A ≥ 0 e B ≥ 0, com todas as expressões definidas no domínio comum. Ambos os membros são não negativos, então elevar ao quadrado é reversível. Não usar a igualdade A = B para aceitar entradas em que as raízes originais não existam.
Quadrado de uma soma de radicais
A e B reais não negativos. O termo misto 2√A√B não pode ser omitido. A regra √A√B = √(AB) usa as duas condições A ≥ 0 e B ≥ 0; AB ≥ 0 isoladamente não faz duas raízes reais negativas existirem.
Substituir a raiz quadrada
x real não negativo. Cada candidato da equação em t precisa respeitar t ≥ 0 antes de voltar a x. No retorno, x = t²; a condição t ≥ 0 impede aceitar um valor negativo como saída da raiz principal.
Raiz quadrada com limite superior
A e B são expressões reais definidas. Para a versão estrita √A < B, exigir A ≥ 0, B > 0 e A < B². O caso B < 0 não tem solução em nenhuma das duas versões; para B = 0, somente a versão não estrita pode aceitar A = 0.
Raiz quadrada com limite inferior
A e B são expressões reais definidas. Quando B < 0, qualquer raiz principal definida já é maior que B. Quando B ≥ 0, ambos os membros são não negativos e a comparação equivale à dos quadrados. Na versão ≥, o caso B ≤ 0 aceita todo A ≥ 0; para B > 0, exigir A ≥ B².
Definição de módulo
u real. O módulo é a distância de u até zero, sempre não negativa. A escrita −u não é necessariamente negativa: no segundo caso, u é negativo e −u é positivo. |u| = 0 ocorre exatamente quando u = 0.
Raiz de um quadrado
u real. A raiz principal precisa ser não negativa. O resultado é u se u ≥ 0 e −u se u < 0; substituir por u sem examinar seu sinal pode alterar a equação ou criar uma identidade falsa.
Módulo de produto e de quociente
u e v reais; a igualdade do produto permite zeros, e a do quociente exige v ≠ 0. Além disso, |−u| = |u| e |u|² = u². As propriedades são justificadas pelos sinais e pelos quadrados; não afirmar que |u + v| = |u| + |v| para quaisquer reais.
Desigualdade triangular nos reais
u e v reais. A soma de dois deslocamentos tem módulo no máximo igual à soma dos módulos. Somar −|u| ≤ u ≤ |u| e −|v| ≤ v ≤ |v| e usar a definição de módulo demonstra a desigualdade. Não transformar essa desigualdade em igualdade sem uma condição adicional.
Distância entre dois reais
x e a reais na mesma escala. A distância é não negativa e não depende da ordem: |x − a| = |a − x|. Na reta, |x − a| = r, com r > 0, corresponde aos dois pontos a − r e a + r; para r = 0, apenas a.
Equação modular com valor constante
A é real definido e c é constante real não negativa. Para c > 0, os dois valores possíveis de A são distintos; para c = 0, ambos indicam A = 0. Se c < 0, o conjunto solução é vazio, e não se aplica a separação de casos como se o módulo pudesse ser negativo.
Equação modular com segundo membro variável
A e B são expressões reais definidas. Resolver cada ramo e manter apenas os valores que também satisfazem B ≥ 0 e o domínio original. Elevar ao quadrado sem verificar B ≥ 0 pode aceitar candidatos de sinal incompatível.
Igualdade de dois módulos
A e B reais definidos no domínio comum. Os dois membros são não negativos; a igualdade equivale a A² = B², que se fatora em (A − B)(A + B) = 0. Nenhuma hipótese de que A ou B seja positivo é necessária.
Módulo limitado por cima
A e B são expressões reais definidas. As cadeias representam duas condições simultâneas: usar interseção. Se B < 0, ambas são impossíveis; se B = 0, a primeira exige A = 0 e a segunda é impossível. Para limite constante positivo, representam a região interna entre os extremos.
Módulo limitado por baixo
A e B reais definidos. Cada linha é uma união de dois ramos. As equivalências valem inclusive para B negativo: nesse caso a união aceita todo o domínio. Para B = 0, > exige A ≠ 0, enquanto ≥ aceita todo o domínio. Para B > 0, as regiões são externas aos extremos −B e B.
Comparar módulos pelos quadrados
A e B reais definidos. Ambos os módulos são não negativos e a potência quadrada preserva a ordem nessa faixa. A mesma equivalência vale com <, > ou ≥. Não substituir os módulos por A e B sem conhecer seus sinais.
Soma de distâncias a dois pontos
a, b e x reais, com a < b. A desigualdade triangular fornece o limite inferior b − a. A igualdade ocorre em todo o intervalo fechado entre os dois pontos, não apenas no ponto médio. Fora dele, a soma cresce linearmente ao se afastar dos pontos.
Dois módulos: resolver de fora para dentro
A real definido, c ≥ 0 e m ≥ 0 constantes. Depois de retirar o módulo externo, cada segundo membro de um ramo interno precisa ser não negativo. Se m < 0, a equação original é impossível. Quando os ramos coincidirem, não repetir elementos no conjunto solução.
11Números complexos
Unidade imaginária
i é a unidade imaginária, um número não real. Seu oposto −i também tem quadrado −1. A identidade define as contas com i; não significa que um quadrado real possa ser negativo.
Forma algébrica e componentes
Cada complexo tem uma única escrita a + bi com a e b reais. A parte imaginária é o coeficiente b, não o termo bi. Identificamos o real a com a + 0i, de modo que ℝ está contido em ℂ.
Igualdade de números complexos
a, b, c e d reais. As duas igualdades precisam valer simultaneamente. Em particular, a + bi = 0 se e somente se a = 0 e b = 0.
Real e imaginário puro
z = a + bi com a, b reais. Nesta aula, imaginário puro exclui zero. O número zero é real e tem ambas as componentes nulas. Um complexo não real exige b ≠ 0; ele pode ter parte real não nula.
Ciclo das potências de i
k é qualquer inteiro. Como i ≠ 0 e i⁴ = 1, o ciclo vale também para expoentes inteiros negativos. Para reduzir um expoente n, escreva n = 4k + r com r em {0, 1, 2, 3}.
Convenção para a raiz de um real negativo
r real não negativo. Aqui o radical de −r denota o valor principal indicado; a equação z² = −r tem soluções ±i√r, que coincidem em zero se r = 0. As regras de produto de raízes reais não se estendem automaticamente a radicandos complexos.
Adição e subtração
z = a + bi e w = c + di, com componentes reais. Soma-se ou subtrai-se cada componente correspondente. O oposto de z é −a − bi; o zero é 0 + 0i.
Multiplicação na forma algébrica
a, b, c e d reais. Aplicar a distributiva e substituir i² por −1. As propriedades associativa, comutativa e distributiva continuam válidas em ℂ.
Conjugado e dupla conjugação
z = a + bi, com a e b reais. A conjugação preserva a parte real e troca o sinal da parte imaginária. No plano, reflete o ponto no eixo real. z = conjugado de z se e somente se z é real.
Soma, diferença e produto com o conjugado
z = a + bi, a e b reais. O produto é real não negativo, e só é zero quando z = 0. Soma e diferença permitem recuperar as componentes.
Recuperar as partes real e imaginária
z é qualquer complexo. As duas expressões resultam em números reais. Na segunda, dividir por 2i remove a unidade imaginária do termo 2bi.
Conjugação e operações
z e w complexos; a igualdade do quociente exige w ≠ 0. A regra da subtração também vale. Para expoentes inteiros n ≥ 1, o conjugado de zⁿ é (conjugado de z)ⁿ, inclusive se z = 0. Para n ≤ 0, exigimos z ≠ 0, mantendo 0⁰ sem valor nesta aula.
Divisão por um complexo não nulo
a, b, c e d reais, com c + di ≠ 0, equivalente a c² + d² > 0. Basta que pelo menos um de c ou d seja não nulo. Multiplicar numerador e denominador por c − di preserva o quociente.
Inverso multiplicativo
z = a + bi ≠ 0, a e b reais. O denominador é estritamente positivo. O inverso é o único complexo que, multiplicado por z, produz 1. Em particular, 1/i = −i.
Módulo e produto pelo conjugado
z = a + bi, com a e b reais. O módulo é a distância do ponto (a, b) à origem: real não negativo, e zero somente em z = 0. Se b = 0, a fórmula se reduz ao módulo real |a|, não necessariamente a.
Módulo de produto, quociente e conjugado
z e w complexos; o quociente exige w ≠ 0. Para inteiro n ≥ 1, |zⁿ| = |z|ⁿ; para n ≤ 0, essa regra exige z ≠ 0, usando z⁰ = 1. As igualdades se justificam por z vezes seu conjugado e pela raiz real não negativa.
Distância entre dois afixos
z = a + bi e w = c + di, com componentes reais na mesma escala nos dois eixos. A distância é simétrica, não negativa e só é zero se z = w.
Desigualdades do módulo
z e w são quaisquer complexos. As comparações são entre módulos reais. A primeira é a desigualdade triangular; a segunda é sua forma reversa, obtida aplicando a primeira a (z − w) + w e depois trocando z e w.
Multiplicação por i no plano
a e b reais. O ponto (a, b) passa a (−b, a): giro de 90° no sentido anti-horário em torno da origem. O módulo é preservado. Multiplicar por −1 corresponde a um giro de 180°.
Equação linear complexa
A e B complexos fixos, com A ≠ 0. Há uma única solução em ℂ. Se A = 0 e B = 0, todos os complexos resolvem; se A = 0 e B ≠ 0, não há solução. Em equações com conjugados, z e seu conjugado estão vinculados: não são duas incógnitas independentes.
Quadrática real com discriminante negativo
a, b e c reais, a ≠ 0. Há duas raízes não reais distintas e conjugadas. Como √(−Δ) é uma raiz real positiva, a expressão está definida. O conjunto das duas raízes independe do sinal de a.
Raízes quadradas por componentes
a, b, u e v reais. A última igualdade decorre de (u² + v²)² = a² + b² e u² + v² ≥ 0. Para um número não nulo, há duas raízes quadradas opostas; para zero, só zero. Não confundir a lista das raízes com a escolha de um radical principal.
Construção das raízes de um complexo não real
a e b reais, com b ≠ 0; procuramos w² = a + bi. Então ρ > |a|, garantindo u > 0 e divisão por 2u válida. O sinal de v é o de b. Se b = 0, tratar separadamente: a > 0 dá ±√a, a < 0 dá ±i√(−a) e a = 0 dá zero.
Equação quadrática com coeficientes complexos
A, B e C complexos, A ≠ 0. Escolha uma raiz quadrada w de Δ; o sinal ± cobre ambas as raízes da equação. Se Δ = 0, há um único valor, raiz dupla. Se Δ ≠ 0, há dois valores distintos. Não se compara Δ complexo com zero por < ou >.
Soma, produto e fatoração da quadrática
A, B e C complexos com A ≠ 0; z₁ e z₂ são as raízes, contando duas vezes uma raiz dupla. A expansão dos fatores justifica as relações. Para coeficientes reais, raízes não reais formam um par conjugado; com coeficientes complexos gerais, isso não é obrigatório.
Módulo e circunferência no plano
z = a + bi e z₀ = h + ki, com a, b, h, k reais, e r ≥ 0. Para r > 0, descreve a circunferência de centro (h, k) e raio r; para r = 0, apenas o centro. Substituir = por ≤ descreve o disco fechado; < descreve o disco aberto. Raio negativo não serve.
12Equações polinomiais
Equação polinomial e grau
n é inteiro positivo; os coeficientes são complexos fixos, ou reais quando indicado. O grau é n depois da redução. O universo das soluções deve ser declarado. Constante não nula não tem raiz; o polinômio identicamente nulo se anula em todo o universo e não recebe grau nesta aula.
Raiz e substituição
r pertence ao universo considerado e P é um polinômio. Ser raiz exige substituição com resultado exatamente zero, não apenas pequeno. Uma aproximação decimal deve ser identificada como aproximação.
Identidade da divisão euclidiana
P e D são polinômios em uma variável com coeficientes complexos; D é não nulo. Q e R são únicos. Para divisor linear, R é constante, inclusive zero. A identidade é polinomial; a fração P(x)/D(x) continua exigindo D(x) ≠ 0.
Teorema do resto
c é complexo e P tem coeficientes complexos. O resultado vem de substituir x = c na identidade da divisão. Para x + c, substituir −c. O valor c não precisa ser raiz de P para que a divisão seja feita.
Teorema do fator, ou de D’Alembert
P é um polinômio com coeficientes complexos e c é complexo. O resto da divisão por x − c é zero exatamente quando c é raiz. Se P é não nulo de grau n ≥ 1, Q tem grau n − 1. A escrita de fator não é uma divisão por x − c na equação original.
Recorrência de Briot–Ruffini
P(x) = aₙxⁿ + … + a₁x + a₀, com n ≥ 1, e divisor x − c. Listar todos os coeficientes, inclusive os nulos. Q(x) tem coeficientes bₙ, bₙ₋₁, …, b₁, nessa ordem, nos graus n − 1 até 0; b₀ é o resto. Os símbolos b são novos valores calculados, não os coeficientes originais.
Avaliação por multiplicações sucessivas
a, b, c e d são complexos fixos. A identidade segue da distributiva. Na avaliação em r, multiplicar por r e somar o coeficiente seguinte reproduz a linha final de Ruffini; seu último número é P(r). A forma se generaliza a qualquer grau finito.
Divisor linear com coeficiente diferente de um
a e b complexos, a ≠ 0. Ruffini com c produz H para o divisor x − c. Para o divisor original ax + b, dividir H por a; o resto permanece R = P(c). Não dividir também o resto por a.
Redução do grau sem perder a raiz conhecida
P é não nulo e r é uma raiz confirmada. O produto nulo vale em ℝ e em ℂ. Dividir a equação por x − r só é permitido para x ≠ r e pode perder a solução r; mantenha o ramo separado. Restrições do problema original continuam valendo.
Multiplicidade exata de uma raiz
P é não nulo de grau n ≥ 1; m é inteiro com 1 ≤ m ≤ n. A condição S(r) ≠ 0 torna a multiplicidade exatamente m, e não apenas pelo menos m. Dividir repetidamente por x − r até obter quociente não nulo em r determina m.
Limite de raízes distintas
P é não nulo de grau n ≥ 0, em ℂ ou em qualquer subconjunto de ℂ. Cada raiz distinta retira um fator linear e diminui o grau em um. O símbolo # conta elementos distintos. A afirmação não vale para o polinômio identicamente nulo.
Valores que determinam uma identidade
n é inteiro não negativo e c₀, …, cₙ são n + 1 números complexos distintos. P e Q são nulos ou têm grau no máximo n. Se P − Q fosse não nulo, teria grau no máximo n e não poderia ter n + 1 raízes distintas. Menos pontos não garantem a conclusão em geral.
Teorema fundamental da Álgebra
P tem coeficientes complexos e coeficiente dominante não nulo. O enunciado garante ao menos uma raiz complexa, que pode ser real. A demonstração geral não é feita nesta aula. Com o teorema do fator, ele implica exatamente n raízes em ℂ contando multiplicidades, sem prometer uma fórmula prática para encontrá-las.
Fatoração completa em ℂ
P é não nulo de grau n ≥ 1; aₙ ≠ 0; r₁, …, rₛ são as raízes complexas distintas; cada mⱼ é inteiro positivo e sua soma é n. O produto reúne todos os fatores. Listando cada raiz repetidamente, são n fatores lineares, e aₙ preserva o coeficiente dominante.
Raízes conjugadas com coeficientes reais
P tem coeficientes reais e z é complexo. Se z é raiz, seu conjugado também é raiz, com a mesma multiplicidade. Raízes não reais vêm em pares; raízes reais são seus próprios conjugados. A conclusão não é obrigatória para coeficientes complexos não reais.
Um par conjugado forma um fator real
a e b são reais e b ≠ 0. O quadrático tem coeficientes reais, discriminante −4b² < 0 e não possui raiz real. Todo polinômio real não nulo se decompõe, em ℝ, em constante não nula, fatores lineares reais e quadráticos desse tipo, com suas multiplicidades.
Teorema das raízes racionais
P tem coeficientes inteiros, grau n ≥ 1, aₙ ≠ 0 e a₀ ≠ 0. p e q são inteiros coprimos, q > 0, e p/q está reduzida. O símbolo | indica divisibilidade. As condições geram candidatos, não garantem raízes. Se a₀ = 0, retire primeiro a potência de x correspondente à raiz zero. Para coeficientes racionais, elimine denominadores antes.
Relações gerais de Girard
P tem grau n ≥ 1 e coeficiente dominante aₙ ≠ 0; r₁, …, rₙ são suas raízes complexas listadas com multiplicidade. k é inteiro de 1 a n. sₖ soma todos os produtos de k posições distintas da lista, uma vez cada; valores iguais ainda podem ocupar posições distintas. A fórmula vem da expansão dos n fatores.
Girard para uma cúbica
P(x) = ax³ + bx² + cx + d, com a ≠ 0 e coeficientes complexos. As três raízes são contadas com multiplicidade. Os sinais alternam; a soma dos produtos em pares não é a soma dos quadrados das raízes.
Girard para grau quatro
P(x) = ax⁴ + bx³ + cx² + dx + e, a ≠ 0. s₁ é a soma das quatro raízes; s₂ soma os seis produtos em pares; s₃ soma os quatro produtos em trios; s₄ é o produto das quatro raízes. Contar multiplicidades.
Soma dos quadrados das raízes
P tem grau n ≥ 2 e raízes listadas com multiplicidade. s₁ e s₂ são a soma das raízes e dos produtos em pares. A identidade é algébrica e também vale para raízes complexas; quadrados complexos não são módulos ao quadrado.
Soma dos recíprocos das raízes
P(x) = aₙxⁿ + … + a₁x + a₀ tem grau n ≥ 1, aₙ ≠ 0 e a₀ ≠ 0. Assim nenhuma raiz é zero. Dividir a soma dos produtos de n − 1 raízes pelo produto total produz a soma dos recíprocos; para n = 1, o numerador desse quociente é 1. Contar multiplicidades.
Polinômio das raízes recíprocas
P tem grau n ≥ 1, aₙ ≠ 0 e a₀ ≠ 0. A expressão é inicialmente escrita para y ≠ 0 e, ao expandir, define um polinômio de grau n com coeficientes em ordem invertida. Suas raízes são os recíprocos das raízes de P, com as mesmas multiplicidades. O termo constante de Q é aₙ ≠ 0, então y = 0 não é raiz.
Redução a uma expressão mais simples
m é inteiro com m ≥ 2. Resolva Q(t) = 0 e depois cada xᵐ = t. Em ℝ, m par exige t ≥ 0 e dá dois retornos para t > 0, um para t = 0 e nenhum para t < 0; m ímpar dá um retorno real. Em ℂ, a existência e contagem seguem o TFA; os casos aqui usam quadrados e fatoração.
Resto por divisor de grau dois
D tem grau dois e duas raízes distintas α e β. O resto tem grau no máximo um, incluindo o nulo; u e v são determinados pelo sistema. Se α = β, as duas avaliações repetem a mesma condição e não bastam para determinar u e v; use divisão ou expansão em potências de x − α.
Regra de sinais de Descartes
P é real não nulo. V conta trocas de sinal na lista de coeficientes não nulos em ordem decrescente dos graus; coeficientes zero são ignorados. N₊ e N₋ contam raízes reais positivas e negativas com multiplicidade. k e ℓ são inteiros não negativos e os resultados não podem ser negativos. Zero é contado separadamente. A regra fornece possibilidades e não obriga cada combinação possível a ocorrer.
Localização de uma raiz real
P é polinômio de coeficientes reais. O resultado usa a continuidade dos polinômios, um caso do teorema do valor intermediário. Garante ao menos uma raiz entre os pontos, sem provar unicidade. Sinais iguais não provam ausência de raízes; se um extremo já zera P, ele é raiz e deve ser registrado.
Comprimento do intervalo na bissecção
P é real e os extremos iniciais a < b têm valores de sinais opostos. Em cada passo, avaliar o ponto médio e manter uma metade cujos extremos conservem sinais opostos; se o ponto médio for raiz, parar. k é inteiro não negativo. Enquanto o processo continuar, o intervalo contém uma raiz e tem comprimento Lₖ; o erro do ponto médio como aproximação de uma raiz desse intervalo é no máximo Lₖ/2.