x nome-
1.2.3. Usando identidades de multiplicação abreviadas
Exemplo. Fator x 4 16.
x 4 16x 2 2 42 x 2 4x 2 4x 2x 2x 2 4 .
1.2.4. Fatorando um polinômio usando suas raízes
Teorema. Seja o polinômio P x uma raiz x 1 . Então esse polinômio pode ser fatorado da seguinte forma: P x x x 1 S x , onde S x é algum polinômio cujo grau é um a menos que
valores alternadamente na expressão para P x. Obtemos isso para x 2 você-
a expressão se transformará em 0, ou seja, P 2 0, o que significa que x 2 é a raiz do multi-
membro. Divida o polinômio P x por x 2 .
X 3 3x 2 10x 24 | ||
x 32 x 2 | 24 10x | x2 x12 |
12x2412x24
P x x 2 x 2 x 12 x 2 x 2 3 x 4 x 12 x 2 x x 3 4 x 3
x 2 x 3 x 4
1.3. Seleção quadrada completa
O método de seleção de quadrados completos é baseado nas fórmulas: a 2 2ab b 2 a b 2 ,a 2 2ab b 2 a b 2 .
A seleção do quadrado completo é uma transformação idêntica na qual o trinômio dado é representado como a b 2 a soma ou diferença do quadrado do binômio e alguma expressão numérica ou literal.
Um trinômio quadrado em relação a uma variável é uma expressão da forma
ax 2 bx c , onde a , b e c são números dados e a 0 . | |||||||||||||
Transformamos o trinômio quadrado ax 2 bx c como segue. | x2: |
||||||||||||
coeficiente | |||||||||||||
Então representamos a expressão b x como 2b x (produto duplo
x): x | ||||||||||||||||
À expressão entre parênteses, some e subtraia dela o número
que é o quadrado de um número | Como resultado, obtemos: | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Agora notando que | Obter | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
4a 2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Exemplo. Selecione um quadrado completo. | 2 x 12 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
2x2 4x5 2x2 2x5 | 2x2 2x1 15 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
2 x 12 7.
4 a 2,
1.4. Polinômios em várias variáveis
Polinômios em várias variáveis, como polinômios em uma variável, podem ser somados, multiplicados e elevados a uma potência natural.
Uma importante transformação de identidade de um polinômio em diversas variáveis é a fatoração. Aqui, tais técnicas de fatoração são usadas como tirar o fator comum dos colchetes, agrupar, usar identidades de multiplicação abreviadas, destacar o quadrado inteiro, introduzir variáveis auxiliares.
1. Fatorize o polinômio P x ,y 2x 5 128x 2 y 3 .
2 x 5128 x 2y 32 x 2x 364 y 32 x 2x 4 y x 24 xy 16 y 2.
2. Fatorize P x ,y ,z 20x 2 3yz 15xy 4xz . Aplicar o método de agrupamento
20 x2 3 yz15 xy4 xz20 x2 15 xy4 xz3 yz5 x4 x3 y z4 x3 y
4x3 y5xz.
3. Fatorize P x,y x 4 4y 4 . Vamos selecionar um quadrado completo:
x 4y 4x 44 x 2y 24 y 24 x 2y 2x 22 y 2 2 4 x 2y 2
x2 2 y2 2 xy x2 2 y2 2 xy.
1.5. Propriedades de grau com qualquer expoente racional
Um grau com qualquer expoente racional tem as seguintes propriedades:
1. a r 1a r 2a r 1r 2,
a r 1a r 2a r 1r 2, |
||||||
3. a r 1r 2 a r 1r 2, |
||||||
4. abr 1 ar 1 br 1, |
||||||
a r 1 | ar 1 |
|||||
br 1 |
onde a 0;b 0;r 1 ;r 2 são números racionais arbitrários.
1. Multiplique 8 | x3 12 x 7. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
24x23. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
8 x 3 12 x 7 x 8 x 12 x 8 12 x 24 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
2. Fatorar | a2x3 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1.6. Exercícios para auto-realização
1. Execute ações usando fórmulas de multiplicação abreviadas. 1) a 52;
2) 3 a 72;
3) um nb n2.
4) 1 x 3;
3 e 3 ; | |||||
7) 8a 2 8a 2 ;
8) a nb ka kb na nb ka kb n.
9) a 2 b a2 2 ab4 b2 ;
10) a 3a 2 3a 9 ;
11) a 2b 2a 4a 2b 2b 4. 3
2. Calcule usando as identidades de multiplicação abreviadas:
1) 53 2 432 ;
2) 22,4 2 22,32 ;
4) 30 2 2 ;
5) 51 2 ;
6) 99 2 ;
7) 17 2 2 17 23 232 ;
8) 85 2 2 85 15 152 .
3. Prove as identidades:
1). x 2 13 3x 2 x 12 6x x 1 11x 3 32 2;
2) a 2b 2 2 2 ab 2 a 2b 2 2 ;
3) a 2 b2 x2 y2 ax por 2 bx ay2.
4. Fatore os seguintes polinômios:
1) 3 x a2 a2;
2) ac 7 bc3 a21 b;
3) 63 m 4n 327 m 3n 445 m 5n 7;
4) 5 b2 c3 2 bc2 k2 k2;
5) 2 x3 y2 3 yz2 2 x2 yz3 z3 ;
6) 24ax38bx12a19b;
7) 25 a 21 b 2q 2;
8) 9 5 a 4b 2 64a 2 ;
9) 121 n 2 3n 2t 2 ;
10) 4 t 2 20 tn 25n 2 36;
11) p 4 6 p2 k9 k2 ;
12) 16 p 3 q 8 72p 4 q 7 81p 5 q 6 ;
13) 6x3 36x 2 72x 48;
14) 15ax 3 45ax 2 45ax 15a;
15) 9 a 3 n 1 4,5a 2 n 1;
16) 5p2nqn15p5nq2n;
17) 4 a 7b 232 a 4b 5;
18) 7 x 24 y 2 2 3 x 28 y 2 2;
19) 1000 t 3 27t 6 .
5. Calcule da maneira mais simples:
1) 59 3 413 ;
2) 67 3 523 67 52. 119
6. Encontre o quociente e o resto da divisão de um polinômio P x pelo polinômio Q x : 1)P x 2x 4 x 3 5;Q x x 3 9x ;
2) P x 2 x 2; Q x x3 2 x 2 x; 3) P x x6 1; Qxx4 4x2 .
7. Prove que o polinômio x 2 2x 2 não tem raízes reais.
8. Encontre as raízes de um polinômio:
1) x 3 4 x;
2) x 3 3 x 2 5 x 15.
9. Fatorar:
1) 6 a 2 a 5 5a 3;
2) x 2 x 3 2x 32 4x 3 3x 2 ;
3) x 3 6 x 2 11 x 6.
10. Resolva equações selecionando um quadrado completo:
1) x 2 2 x 3 0;
2) x 2 13 x 30 0 .
11. Encontre valores de expressão:
4 3 85 | ||||
16 6 | ||||
2 520 9 519 | ||||
1254
3) 5 3 25 7 ;
4) 0,01 2 ;
5) 06 .
12. Calcule:
16 0,25 | 16 0,25 | |||||||||||||||||||||||
Definição Expressões como 2 x 2 + 3 x + 5 são chamadas de trinômio quadrado. No caso geral, um trinômio quadrado é uma expressão da forma a x 2 + b x + c, onde a, b, c a, b, c são números arbitrários e a ≠ 0. Considere o trinômio quadrado x 2 - 4 x + 5 . Vamos escrever desta forma: x 2 - 2 2 x + 5. Vamos adicionar 2 2 a esta expressão e subtrair 2 2 , obtemos: x 2 - 2 2 x + 2 2 - 2 2 + 5. Observe que x 2 - 2 2 x + 2 2 = (x - 2) 2, então x 2 - 4 x + 5 = (x - 2) 2 - 4 + 5 = (x - 2) 2 + 1 . A transformação que fizemos é chamada "seleção de um quadrado completo de um trinômio quadrado". Selecione o quadrado perfeito do trinômio quadrado 9 x 2 + 3 x + 1 . Observe que 9 x 2 = (3 x) 2 , `3x=2*1/2*3x`. Então `9x^2+3x+1=(3x)^2+2*1/2*3x+1`. Adicione e subtraia à expressão resultante `(1/2)^2`, obtemos `((3x)^2+2*1/2*3x+(1/2)^2)+1-(1/2)^2=(3x+1/2)^2+3/4`. Vamos mostrar como o método de extrair um quadrado completo de um trinômio quadrado é usado para fatorar um trinômio quadrado. Fatore o trinômio quadrado 4 x 2 - 12 x + 5 . Selecionamos o quadrado completo do trinômio quadrado: 2 x 2 - 2 2 x 3 + 3 2 - 3 2 + 5 = 2 x - 3 2 - 4 = (2 x - 3) 2 - 2 2 . Agora aplique a fórmula a 2 - b 2 = (a - b) (a + b) , obtemos: (2 x - 3 - 2) (2 x - 3 + 2) = (2 x - 5) (2 x -1). Fatore o trinômio quadrado - 9 x 2 + 12 x + 5 . 9 x 2 + 12 x + 5 = - 9 x 2 - 12 x + 5 . Agora observe que 9 x 2 = 3 x 2 , - 12 x = - 2 3 x 2 . Adicionamos o termo 2 2 à expressão 9 x 2 - 12 x, obtemos: 3 x 2 - 2 3 x 2 + 2 2 - 2 2 + 5 = - 3 x - 2 2 - 4 + 5 = 3 x - 2 2 + 4 + 5 = - 3 x - 2 2 + 9 = 3 2 - 3 x - 2 2 . Aplicamos a fórmula da diferença de quadrados, temos: 9 x 2 + 12 x + 5 = 3 - 3 x - 2 3 + (3 x - 2) = (5 - 3 x) (3 x + 1) . Fatore o trinômio quadrado 3 x 2 - 14 x - 5 . Não podemos representar a expressão 3 x 2 como o quadrado de alguma expressão porque ainda não aprendemos isso na escola. Você passará por isso mais tarde, e já na Tarefa nº 4 estudaremos raízes quadradas. Vamos mostrar como podemos fatorar um dado trinômio quadrado: `3x^2-14x-5=3(x^2-14/3 x-5/3)=3(x^2-2*7/3 x+(7/3)^2-(7/3) ^2-5/3)=` `=3((x-7/3)^2-49/9-5/3)=3((x-7/3)^2-64/9)=3((x-7/3)^ 2-8/3)^2)=` `=3(x-7/3-8/3)(x-7/3+8/3)=3(x-5)(x+1/3)=(x-5)(3x+1) `. Mostraremos como o método do quadrado completo é usado para encontrar os maiores ou menores valores de um trinômio quadrado. `(x)^2-2*x*1/2+(1/2)^2-(1/2)^2+3=(x-1/2)^2+11/4`. Observe que quando `x=1/2` o valor do trinômio quadrado é `11/4`, e quando `x!=1/2` um número positivo é adicionado ao valor de `11/4`, então nós obter um número maior que '11/4'. Assim, o menor valor do trinômio quadrado é `11/4` e é obtido com `x=1/2`. Encontre o maior valor do trinômio quadrado - 16 2 + 8 x + 6 . Selecionamos o quadrado completo do trinômio quadrado: - 16 x 2 + 8 x + 6 = - 4 x 2 - 2 4 x 1 + 1 - 1 + 6 = - 4 x - 1 2 - 1 + 6 = - 4 x - 1 2 + 7 . Com `x=1/4` o valor do trinômio quadrado é 7 , e com `x!=1/4` um número positivo é subtraído do número 7, ou seja, obtemos um número menor que 7 . Assim, o número 7 é o maior valor do trinômio quadrado, e é obtido com `x=1/4`. Fatore o numerador e o denominador de `(x^2+2x-15)/(x^2-6x+9)` e cancele a fração. Observe que o denominador da fração x 2 - 6 x + 9 = x - 3 2 . Decompomos o numerador da fração em fatores usando o método de extrair o quadrado completo do trinômio quadrado. x 2 + 2 x - 15 = x 2 + 2 x 1 + 1 - 1 - 15 = x + 1 2 - 16 = x + 1 2 - 4 2 = = (x + 1 + 4) (x + 1 - 4 ) = (x + 5) (x - 3) . Esta fração foi reduzida para a forma `((x+5)(x-3))/(x-3)^2` após a redução por (x - 3) obtemos `(x+5)/(x-3 )`. Fatore o polinômio x 4 - 13 x 2 + 36. Vamos aplicar o método do quadrado completo a este polinômio. `x^4-13x^2+36=(x^2)^2-2*x^2*13/2+(13/2)^2-(13/2)^2+36=(x^ 2-13/2)^2-169/4+36=(x^2-13/2)^2-25/4=` Como já observei, no cálculo integral não existe uma fórmula conveniente para integrar uma fração. E, portanto, há uma tendência triste: quanto mais “fantasia” a fração, mais difícil é encontrar a integral dela. A este respeito, é preciso recorrer a vários truques, que discutirei agora. Leitores preparados podem usar imediatamente índice:
Método de Transformação Artificial do NumeradorExemplo 1 A propósito, a integral considerada também pode ser resolvida pelo método de mudança de variável, denotando , mas a solução será muito mais longa. Exemplo 2 Encontre a integral indefinida. Execute uma verificação. Este é um exemplo de faça você mesmo. Deve-se notar que aqui o método de substituição de variável não funcionará mais. Atenção importante! Os exemplos nº 1, 2 são típicos e comuns. Em particular, essas integrais geralmente surgem no decorrer da resolução de outras integrais, em particular, ao integrar funções irracionais (raízes). O método acima também funciona no caso se a maior potência do numerador for maior que a maior potência do denominador. Exemplo 3 Encontre a integral indefinida. Execute uma verificação. Vamos começar com o numerador. O algoritmo de seleção do numerador é algo assim: 1) No numerador eu preciso organizar , mas lá . O que fazer? Coloco entre colchetes e multiplico por: . 2) Agora eu tento abrir esses colchetes, o que acontece? . Hmm... já está melhor, mas não há empate com inicialmente no numerador. O que fazer? Você precisa multiplicar por: 3) Abrindo novamente os suportes: . E aqui está o primeiro sucesso! Necessário acabou! Mas o problema é que apareceu um termo extra. O que fazer? Para que a expressão não mude, devo adicionar o mesmo à minha construção: 4) Você pode. Nós tentamos: 5) Novamente, para verificação, abro os colchetes no segundo mandato: Se tudo for feito corretamente, ao abrir todos os colchetes, devemos obter o numerador original do integrando. Verificamos: Por isso: Preparar. No último período, apliquei o método de trazer a função sob o diferencial. Se encontrarmos a derivada da resposta e levarmos a expressão a um denominador comum, obteremos exatamente o integrando original. O método considerado de expansão em uma soma nada mais é do que a ação inversa para trazer a expressão a um denominador comum. O algoritmo de seleção do numerador nesses exemplos é melhor executado em um rascunho. Com algumas habilidades, também funcionará mentalmente. Lembro-me de um tempo recorde em que fiz uma seleção pela 11ª potência, e a expansão do numerador levou quase duas linhas de Werd. Exemplo 4 Encontre a integral indefinida. Execute uma verificação. Este é um exemplo de faça você mesmo. O método de subsunção sob o sinal do diferencial para frações simplesVamos passar para o próximo tipo de frações. De fato, alguns casos com arco-seno e arco-tangente já escorregaram na lição Método de mudança de variável em integral indefinida. Tais exemplos são resolvidos colocando a função sob o sinal do diferencial e depois integrando usando a tabela. Aqui estão alguns exemplos mais típicos com um logaritmo longo e alto: Exemplo 5 Exemplo 6 Aqui é aconselhável pegar uma tabela de integrais e seguir quais fórmulas e como transformação ocorre. Observação, como e por quê quadrados são destacados nestes exemplos. Em particular, no Exemplo 6, primeiro precisamos representar o denominador como Mas o que observar, tente resolver os exemplos nº 7,8 por conta própria, especialmente porque eles são bastante curtos: Exemplo 7 Exemplo 8 Encontre a integral indefinida: Se você também puder verificar esses exemplos, então grande respeito é suas habilidades de diferenciação no seu melhor. Método de seleção de quadrado completoIntegrais da forma , Na verdade, essas integrais se reduzem a uma das quatro integrais de tabela que acabamos de considerar. E isso é conseguido usando as conhecidas fórmulas de multiplicação abreviadas: As fórmulas são aplicadas nesse sentido, ou seja, a ideia do método é organizar artificialmente as expressões no denominador ou , e depois convertê-las, respectivamente, para ou . Exemplo 9 Encontre a integral indefinida Este é o exemplo mais simples onde com o termo - coeficiente unitário(e não algum número ou menos). Nós olhamos para o denominador, aqui a coisa toda é claramente reduzida ao caso. Vamos começar convertendo o denominador: Obviamente, você precisa adicionar 4. E para que a expressão não mude - os mesmos quatro e subtraia: Agora você pode aplicar a fórmula: Depois que a conversão for concluída SEMPREé desejável realizar um movimento inverso: está tudo bem, não há erros. O design limpo do exemplo em questão deve ser algo assim: Preparar. Trazendo uma função complexa "livre" sob o sinal diferencial: , em princípio, poderia ser desprezado Exemplo 10 Encontre a integral indefinida: Este é um exemplo de auto-resolução, a resposta está no final da lição. Exemplo 11 Encontre a integral indefinida: O que fazer quando há um sinal de menos na frente? Nesse caso, você precisa tirar o menos dos colchetes e organizar os termos na ordem em que precisamos:. Constante("duplo" neste caso) Não toque! Agora adicionamos um entre parênteses. Analisando a expressão, chegamos à conclusão de que precisamos de um atrás do colchete - adicione: Aqui está a fórmula, aplique: SEMPRE realizamos uma verificação no rascunho: O design limpo do exemplo se parece com isto: Nós complicamos a tarefa Exemplo 12 Encontre a integral indefinida: Aqui, com o termo, não é mais um coeficiente único, mas um “cinco”. (1) Se uma constante for encontrada em, então a retiramos imediatamente dos colchetes. (2) Em geral, é sempre melhor tirar essa constante da integral, para que ela não atrapalhe. (3) É óbvio que tudo será reduzido à fórmula . É necessário entender o termo, ou seja, obter um "dois" (4) Sim, . Então, adicionamos à expressão e subtraímos a mesma fração. (5) Agora selecione um quadrado completo. No caso geral, também é necessário calcular , mas aqui temos uma longa fórmula logarítmica (6) Na verdade, podemos aplicar a fórmula (7) Na resposta abaixo da raiz, é desejável abrir todos os colchetes de volta: Complicado? Este não é o mais difícil no cálculo integral. Embora, os exemplos em consideração não sejam tão complicados, pois exigem uma boa técnica de cálculo. Exemplo 13 Encontre a integral indefinida: Este é um exemplo de faça você mesmo. Responda no final da aula. Existem integrais com raízes no denominador, que, com a ajuda de uma substituição, são reduzidas a integrais do tipo considerado, você pode ler sobre elas no artigo Integrais complexos, mas é projetado para alunos altamente preparados. Colocando o numerador sob o sinal do diferencialEsta é a parte final da lição, no entanto, integrais desse tipo são bastante comuns! Se a fadiga se acumulou, talvez seja melhor ler amanhã? ;) As integrais que consideraremos são semelhantes às integrais do parágrafo anterior, elas têm a forma: ou Ou seja, temos uma função linear no numerador. Como resolver essas integrais? Calculadora on-line. Este programa de matemática extrai o quadrado do binômio do trinômio quadrado, ou seja faz uma transformação da forma: |