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MATEMÁTICA E SUAS TECNOLOGIAS Ensino Médio, 3º ano Polinômios: Operações multiplicação e divisão Matemática, 3º ano, Polinômios: Operações multiplicação e divisão (UFSM/2010) Leia o trecho da música "Goiabada Cascão", de Wilson Moreira/Nei Lopes, interpretada por Dudu Nobre. Ouvindo esse samba, um pequeno proprietário rural decide aproveitar a farta produção de goiabas de seu pomar e produzir goiabada cascão que será vendida em barras (paralelepípedos retangulares) de 800 cm³ cada. Para tanto, construirá uma forma a partir de uma folha metálica retangular medindo 28 cm por 18 cm, cortando um pequeno quadrado de cada canto. Essa folha, devidamente dobrada, conforme ilustra a figura a seguir, servirá de molde para as barras de goiabada. Sendo x cm a medida dos lados do quadrado cortado da folha inicial, a incógnita (variável) x, para que o volume da barra obtida desse molde tenha os 800 cm3 desejados, deve satisfazer a que equação polinomial? POLINÔMIOS Matemática, 3º ano, Polinômios: Operações multiplicação e divisão Vamos calcular o volume da caixa. x 28 – 2x 18 – 2x V = AB . h V = (28 – 2x).(18 – 2x).x V = (504 – 56x – 36x + 4x2).x V = (504 – 92x + 4x2).x V = 800 4x3 – 92x2 + 504x = 800 4x3 – 92x2 + 504x – 800 = 0 (: 4) x3 – 23x2 + 126x – 200 = 0 18 cm 28 cm x x x x x x x x V = 504x – 92x2 + 4x3 Matemática, 3º ano, Polinômios: Operações multiplicação e divisão A multiplicação é obtida multiplicando-se cada termo aixi de A(x) por cada termo bjxj de B(x), ou seja, aplicando a propriedade distributiva da multiplicação. Por fim, reduzem-se os termos semelhantes (de mesmo grau). MULTIPLICAÇÃO DE POLINÔMIOS Sendo: Matemática, 3º ano, Polinômios: Operações multiplicação e divisão 4 A(x) . B(x) = (x3 + 2x2 – 3) . (x2 + x + 1) x5 + x4 + x3 + 2x4 + 2x3 + 2x2 – 3x2 – 3x – 3 x5 + 3x4 + 3x3 – x2 – 3x – 3 Sendo A(x) = x3 + 2x2 3 e B(x) = x2 + x + 1, determine A(x) . B(x). EXEMPLO Um produto de potências de mesma base pode ser escrito na forma de uma única potência: conservamos a base e adicionamos os expoentes. am.an = am+n http://zonadaponte.com.sapo.pt/gifs/chamas/lampadas/lamp011.gif Matemática, 3º ano, Polinômios: Operações multiplicação e divisão 5 DIVISÃO DE POLINÔMIOS Dividir um polinômio P(x) pelo polinômio D(x) é obter dois polinômios Q(x) e R(x), obedecendo às seguintes condições: P(x) ≡ D(x).Q(x) + R(x); P(x) é o dividendo, D(x) o divisor, Q(x) o quociente e R(x) o resto da divisão; É importante observar que o grau do quociente é a diferença entre os graus do dividendo e do divisor; Em geral, se na divisão de P(x) por D(x) o resto é o polinômio nulo, dizemos que P(x) é divisível por D(x). Grau de R(x) < grau de D(x) ou R(x) ≡ 0; Matemática, 3º ano, Polinômios: Operações multiplicação e divisão Esse método, também conhecido como método dos coeficientes a determinar, é aplicado da seguinte forma: Determina-se os graus do quociente: Q(x), e do resto: r(x); Constroem-se os polinômios Q(x) e r(x), deixando incógnitos os seus coeficientes (usam-se letras); Determinam-se os coeficientes impondo a igualdade Q(x).D(x) + r(x) = P(x). ALGORITMO DA DIVISÃO (MÉTODO DE DESCARTES) Matemática, 3º ano, Polinômios: Operações multiplicação e divisão Dividir P(x) = 3x4 – 2x3 + 7x + 2 por D(x) = 3x3 - 2x2 + 4x -1. EXEMPLO Aplicando a relação fundamental da divisão: Matemática, 3º ano, Polinômios: Operações multiplicação e divisão Logo: Q(x) = ax + b Q(x) = x r(x) = cx2 + dx + e r(x) = -4x2 + 8x + 2 Matemática, 3º ano, Polinômios: Operações multiplicação e divisão Para efetuar a divisão usando o método da chave, convém seguir os seguintes passos: Escrever os polinômios (dividendo e divisor) em ordem decrescente dos seus expoentes e completá-los quando necessário, com termos de coeficiente zero; Dividir o termo de maior grau do dividendo pelo de maior grau do divisor, o resultado será um termo do quociente; Multiplicar esse termo obtido no passo 2 pelo divisor e subtrair esse produto do dividendo; Se o grau da diferença for menor do que o grau do divisor, a diferença será o resto da divisão e a divisão termina aqui; Caso contrário, retoma-se o passo 2, considerando a diferença como um novo dividendo. MÉTODO DA CHAVE Matemática, 3º ano, Polinômios: Operações multiplicação e divisão EXEMPLO 1 Efetuar a divisão de A(x) = 2x4 – 3x3 + x – 1 por B(x) = x2 – 2x + 3. + 11 –10x + 12 – 8x 4x2 – 1 – 2x – 4x2 – 3x + 2x2 – x3 – 1 + x – 6x2 x3 2x2 x2 – 2x + 3 + x – 4 – 6x2 + 4x3 –2x4 2x4 – 3x3 + 0x2 + x – 1 Matemática, 3º ano, Polinômios: Operações multiplicação e divisão EXEMPLO 2 Dividir A(x) = x2 – 5x + 6 por B(x) = x – 2. 0 – 6 + 3x + 6 – 3x x x – 2 – 3 + 2x –x2 x2 – 5x + 6 Nesse caso, o resto é polinômio nulo, R(x) ≡ 0. Dizemos, por isso, que A(x) é divisível por B(x). Matemática, 3º ano, Polinômios: Operações multiplicação e divisão EXEMPLO 3 Sabe-se que p(x) = x3 – x2 + ax + b é divisível por b(x) = x2 + x – 2. Calcular a e b. (a+4)x + 2x 2x2 + (a+2)x – 2x2 x x2 + x – 2 – 2 – x2 –x3 x3 – x2 + ax + b + 2x + b – 4 + b – 4 a + 4 = 0 b – 4 = 0 ⇒ a = – 4 ⇒ b = 4 Matemática, 3º ano, Polinômios: Operações multiplicação e divisão Trataremos daqui por diante de divisões em que o dividendo é um polinômio P(x), em que gr(P) 1, e o divisor é um polinômio do 1º grau (de grau 1), a princípio de coeficiente dominante (do termo de grau 1) igual a 1. Para começar vamos determinar o seguinte, se o divisor é de grau 1, então resto será de grau zero, e portanto, independente de x (o resto será um número real). Vamos estudar: DIVISÃO POR BINÔMIOS DO 1º GRAU Teorema do Resto Teorema de D’Alembert Algoritmo de Briot-Ruffini Divisão pelo binômio (ax + b) Divisão pelo produto (x – a).(x – b) Divisões Sucessivas Matemática, 3º ano, Polinômios: Operações multiplicação e divisão Na divisão de um polinômio P(x) por um polinômio do tipo (x – a), observamos que o resto, se não for nulo, será sempre um número real. Então: TEOREMA DO RESTO Observe que Q(x) é o quociente dessa divisão. Matemática, 3º ano, Polinômios: Operações multiplicação e divisão 15 Verificamos assim que o resto da divisão de P(x) por (x - a) é r = P(a). Logo: Calculando o valor numérico de P(x) para x = a, temos: Matemática, 3º ano, Polinômios: Operações multiplicação e divisão Calcular o resto da divisão de P(x) = x4 + 2x3 + 3x2 – 6 por x + 2. EXEMPLO 1 Matemática, 3º ano, Polinômios: Operações multiplicação e divisão EXEMPLO 2 O resto da divisão de p(x) = x4 – 4x3 – kx – 75 por (x – 5) é 10. Calcular o valor de k. O divisor é de 1º grau. Sua raiz é 5. R = p(5) = 54 – 4.53 – k.5 – 75 = 10 ⇒ 54 – 4.53 – k.5 – 75 = 10 ⇒ 53 – 4.52 – k – 15 = 2 (: 5) ⇒ 125 – 100 – k – 15 = 2 ⇒ 10 – k = 2 ⇒ k = 8 ⇒ – k = 2 – 10 ⇒ R = p(5) = 10 Matemática, 3º ano, Polinômios: Operações multiplicação e divisão Para que um polinômio P(x) seja divisível por um polinômio do tipo (x – a), é preciso que o resto seja igual a zero, ou seja, P(a) = 0. TEOREMA DE D’ALEMBERT P(x) é divisível por (x – a) P(a) = 0 Matemática, 3º ano, Polinômios: Operações multiplicação e divisão Se P(x) é divisível por (x + 3), então devemos ter: Determine k para que o polinômio P(x) = kx3 + 2x2 + 4x – 2 seja divisível por (x + 3). EXEMPLO 1 Matemática, 3º ano, Polinômios: Operações multiplicação e divisão EXEMPLO 2 Determinar o valor de m, sabendo-se que o polinômio p(x) = 9x2 + mx – m + 3 é divisível por 3x – 1. O divisor é de 1º grau. Sua raiz é 1/3. Segundo o teorema de D’Alembert, devemos ter p(1/3) = 0. 9.(1/3)2 + m.(1/3) – m + 3 = 0 ⇒ 9.(1/9) + m/3 – m + 3 = 0 ⇒ 1 + m/3 – m + 3 = 0 ⇒ m/3 – m = – 4 (x 3) ⇒ m – 3m = –12 ⇒ – 2m = –12⇒ m = 6 Matemática, 3º ano, Polinômios: Operações multiplicação e divisão DISPOSITIVO PRÁTICO DE BRIOT-RUFFINI O Dispositivo de Briot-Ruffini nos permite encontrar o quociente e o r resto de uma divisão de um polinômio P(x) de grau n (n≥1) por um binômio x – a, sendo (n – 1) o grau do quociente. a2 Resto a0 -b/a a4 a3 a1 a0 + + + + x x x x p(x) = a0x4 + a1x3 + a2x2 +a3x + a4 (Dividendo) s(x) = ax+ b (Divisor) Dados Coeficientes do Dividendo Raiz do Divisor Matemática, 3º ano, Polinômios: Operações multiplicação e divisão EXEMPLO 1 Efetuar a divisão de p(x) = 3x4 – 4x3 – 5x2 + 4x + 9 por x – 2, utilizando o dispositivo de Briot-Ruffini. Os cálculos a serem efetuados tem como ponto de partida, a raiz do divisor, no caso, a raiz é 2. – 1 – 5 13 = Resto 2 2 3 2 9 4 – 4 3 + + + + x x x x q(x) = 3x3 + 2x2 – x + 2 e R(x) = 13 Matemática, 3º ano, Polinômios: Operações multiplicação e divisão EXEMPLO 2 Na divisão de p(x) = x4 + 2x3 – x2 + k por x + 1, o resto é 4. Calcular k e o quociente da divisão. Dividindo p(x) por x + 1, pelo dispositivo de Briot-Ruffini. –2 – 1 k – 2 2 1 1 –1 k 0 2 1 + + + + x x x x q(x) = x3 + x2 – 2x + 2 e R = k – 2 = 4 ⇒ k = 6 Matemática, 3º ano, Polinômios: Operações multiplicação e divisão EXEMPLO 3 Na equação x3 – 3x2 + x – 3 = 0, uma de suas raízes é 3. Obter as outras duas raízes. Suponhamos p(x) = x3 – 3x2 + x – 3. Se 3 é raiz de p(x), p(3) = 0 e p(x) é divisível por x – 3. 1 1 0 0 1 3 – 3 – 3 1 q(x) = x2 + 1 ⇒ x2 + 1 = 0 ⇒ x2 = – 1 ⇒ x = i ou x = – i Logo, as raízes da equação são 3, i e –i. Matemática, 3º ano, Polinômios: Operações multiplicação e divisão Se um polinômio P(x) é divisível separadamente por (x − a) e (x−b), com a ≠ b, então P(x) é divisível por (x − a)(x − b). Consequência: Dividindo-se P(x) por (x − a), e depois dividindo-se os quocientes que forem sendo obtidos por (x − a), ao fim de r divisões sucessivas, se todos os restos forem nulos, P(x) será divisível por (x − a)'. DIVISÃO PELO PRODUTO (X – A).(X – B) Matemática, 3º ano, Polinômios: Operações multiplicação e divisão EXEMPLO 1 Provar pelo dispositivo de Briot-Ruffini que p(x) = x3 – 7x + 6 é divisível por (x + 2).(x – 3). Primeiro vamos dividir p(x) por x + 2. Depois, o quociente obtido q(x) por x – 3. –3 – 7 0 –2 1 –2 6 0 1 Nos dois casos, obtivemos resto R = 0. Concluímos que p(x) é divisível por (x + 2).(x – 3). 0 1 1 3 Matemática, 3º ano, Polinômios: Operações multiplicação e divisão Calcule a e b para que P(x) = x3 + 2x2 + ax - b seja divisível por (x -1) e por (x - 2). Nesse caso devemos ter P(1) = 0 e P(2) = 0. EXEMPLO 2 Matemática, 3º ano, Polinômios: Operações multiplicação e divisão Agora, vamos resolver o sistema obtido. Matemática, 3º ano, Polinômios: Operações multiplicação e divisão Se um polinômio P(x) dividido por (x - 1) deixa resto 2 e dividido por (x - 2) deixa resto 1, qual é o resto da divisão de P(x) pelo produto (x - 1).(x - 2)? Observe que: 1) A partir da leitura do enunciado podemos concluir que P(1) = 2 e P(2) = 1. 2) O resto da divisão de P(x) por (x - 1).(x - 2) é um polinômio do tipo R(x) = ax + b, pois se o divisor tem grau 2, o resto, no máximo, terá grau 1. EXEMPLO 3 Matemática, 3º ano, Polinômios: Operações multiplicação e divisão Então: A partir da informação de que P(1) = 2 e P(2) = 1, obtemos: Matemática, 3º ano, Polinômios: Operações multiplicação e divisão Resolvendo o sistema: Encontramos: Assim: Matemática, 3º ano, Polinômios: Operações multiplicação e divisão Como P(x) é divisível por (x – 1) e o quociente nesta divisão é divisível por (x – 2), concluímos que P(x) é divisível por (x – 1) · (x – 2). No caso particular, se b = a, as divisões sucessivas permitem verificar se P(x) é divisível por (x – a)2, (x – a)3, etc. DIVISÕES SUCESSIVAS Matemática, 3º ano, Polinômios: Operações multiplicação e divisão Calcular a e b para que P(x) = x4 + x2 + ax + b seja divisível por (x – 1)2. EXEMPLO 1 Os restos das duas divisões devem ser nulos. Então, Matemática, 3º ano, Polinômios: Operações multiplicação e divisão Para que o polinômio P(x) = x3 - 8x + mx - n seja divisível por (x + 1)(x - 2), o produto m.n deve ser igual a: Se P(x) é divisível por (x + 1)(x - 2), então, P(x) é divisível por (x + 1), e também é divisível por (x - 2), e isto significa dizer que, EXEMPLO 1 Matemática, 3º ano, Polinômios: Operações multiplicação e divisão Resolvendo o sistema: Obtemos, Agora, podemos responder a proposição inicial do problema, Matemática, 3º ano, Polinômios: Operações multiplicação e divisão Um polinômio P(x) dividido por (x + 1) dá resto 3 e por (x - 2) dá resto 6. O resto da divisão de P(x) pelo produto (x + 1)(x - 2) é da forma ax + b. Obter o valor numérico da expressão a + b. Se P(x) dividido por (x + 1) dá resto 3 e por (x - 2) dá resto 6, então, EXEMPLO 2 Matemática, 3º ano, Polinômios: Operações multiplicação e divisão Sabemos ainda que o resto da divisão de P(x) pelo produto (x + 1)(x - 2) é da forma ax + b, então, daí, Matemática, 3º ano, Polinômios: Operações multiplicação e divisão EXTRAS GEOGEBRA Utilizar o software geogebra para trabalhar as operações de multiplicação e divisão de polinômios. Este programa é de uso livre e pode ser obtido no endereço: http://www.baixaki.com.br/download/geogebra.htm. Matemática, 3º ano, Polinômios: Operações multiplicação e divisão REFERÊNCIAS Sites: http://www.objetivo.br/ConteudoOnline/mp/Conteudo.aspx?codigo=812&token=5%2F2Yd2%2Bzzv%2F29umTApxi0Q%3D%3D http://www.uff.br/webmat/Calc1_LivroOnLine/Apoios/apoio03c_prof-Regina.html http://www.colegioweb.com.br/polinomios/divisao-de-polinomios.html Livros: I. Silva, Cláudio Xavier da. II. Filho, Benigno Barreto. Matemática aula por aula, 3: ensino médio – São Paulo : FTD, 2009. Dante, Luiz Roberto. Matemática : volume único - Ática. São Paulo : Ática, 2005. I. Iezzi,Gelson. II. Dolce, Osvaldo. III. Degenszajn, David. IV. Périgo, Roberto. Matemática : volume único – São Paulo : Atual, 2002. Matemática, 3º ano, Polinômios: Operações multiplicação e divisão