1 U. E. PROFª HELENA CARVALHO Obrigado pela preferência de nossa ESCOLA! Prof. Ranildo Lopes Pegue o material no http://uehelenacarvalho.wordpress.com ESTUDANDO A POTENCIAÇÃO E SUAS PROPRIEDADES POTENCIAÇÃO Para indicar multiplicação com fatores iguais, o homem criou a potenciação. Considere: a : um b : um número int eiro número natural O símbolo an significa maior que 1 o produto de n fatores iguais a a : n a a . a . a . a . ... . a n : nº de fatores I) Temos: 4 = 4 . 4 . 4 = 64 O fator repetido (no caso, o 4 ) chama-se base. O número de fatores repetidos(no caso, o 3) chama-se expoente. O resultado da operação (no caso, 43 ou 64) chama-se potência. Assim por exemplo: a) 34 = 3 . 3 . 3 . 3 = 81 b) (- 2)5 = (- 2) . (- 2) . (- 2) . (- 2) . (- 2) = - 32 3 1 1 1 1 1 c) . . 216 6 6 6 6 e) 101 = 10 d) (- 1,4)2 = (- 1,4) . (- 1,4) = + 1,96 f) (-0,4)0 = 1 g) (-4,3)1 = - 4,3 1 (a 0) n a 1 1 Exemplos:a) 5-3 = 3 = 5 125 II) a-n = b) (-4)-1 = 1 4 3º Exemplo: Representar os números abaixo em potências de base 10. a) 0,01 b) 0,0001 Resolução: a) 0,01 = 1 1 1 1 = = 10-2 b) 0,0001 = = = 10-4 2 100 10 10000 10 4 c) 0,01 = 10-2 d)0,0001 = 10-4 Exercícios 1 - Considere a igualdade 25 = Como se chama o número 2 ?= Como se chama o número 5 ?= Como se chama a expressão 25 ?= 2 - Calcule : a) 82 = c) - 351 = 24560 = 3 - Determine : 2 1 a) = 2 e) 75 = 0 4 c) = 7 b) (-2)-3 = 1 d) 4 b) (-4)2 = 2 d) - (-2)3 = f) 2 PROPRIEDADES DAS POTÊCIAS COM EXPOENTE INTEIRO 1º O produto de potências de mesma base. Para multiplicar potências de mesma base, deve-se conservar a base e adicionar os expoentes. a m . a n a m n ( a Rm e n Exemplos: a) 510 . 58 = 510 + 8 = 518 b) (2/3)4 . (2/3)5 = (2/3)4+5 = (2/3)9 2º O quociente de potências de mesma base. Para dividir potências de mesma base, deve-se conservar a base e subtrair os expoentes. a m a n a m - n ( a Rm e n Exemplos: a) 412 : 43 = 412 - 3 = 49 b) (-1/2)2 : (-1/2)6 = (-1/2)2-6 = (-1/2)-4 = 24 3º Potência de potência. Para elevar uma potência a um expoente, deve-se conservar a base e multiplicar os expoentes. a m n a m n ( a Rm e n Exemplos: a) (25)3 = 25. 3 = 215 b) [(1/2)-2}5 = (1/2)-10 = 210 4º Potência de um produto. Para elevar um produto a um expoente, eleva-se cada fator a esse expoente. a b n a n b n ( a R b R e n Exemplos: a) (2 . 3)4 = 24 . 34 b) (1/5 . 1/3)-7 = (1/5)-7 . (1/3)-7 = 57 . 37 5º Potência de um quociente. Para elevar um quociente a um expoente, eleva-se o numerador e o denominador a esse expoente. x a a = x b b x ( a R b R e n Exemplos: 2 a) 5 2 2 2 25 5 5 = = = 2 22 4 b) (3/2)2 = 32/22 = 9/4 Algumas vezes, usamos mais de uma propriedade das potências na simplificação de expressões. Veja os exemplos seguintes. 210 2 4 1º Exemplo: Simplificar e calcular o seu valor. 9 2 10 Resolução: 2 .2 2 9 4 10 4 2 9 214 9 214 - 9 2 5 32 2 2 4 3 9 .27 2º Exemplo : Simplificar e calcular o seu valor. 2432 Exercícios 1) Transforme em uma só potência: a) ax . a2-x = ax+2-x = a2 c) 10-3 . 10-2 . 10 = 10-3 -2+1 = 10-4 e) 7n 7 4 7 n4 b) 4x +1 . 4x - 1 . 43 = 4x +1 + x - 1+3 = 42x + 3 d) 38 : 38 = 38 - 8 = 30 = 1 f) a-2 : a-3 = a-2 - (-3) = a-2+3 = a (a 0) 3 g) (42)3 = 46 i) (35)x - 2 = 35x - 10 h) [(34)2]5 = 34 . 2 . 5 = 340 2) Represente: a) 95 em uma potência de base 3. 2x 3 b) 16 em uma potência de base 4. 3) Elimine os parênteses. a) (32 . 5-2)3 = 36 . 5-6 c) (2x - 1 : 31 - x)2 = 22x - 2 : 32 - 2x 4) Simplifique as expressões abaixo. 2 a) b) 4 3 .4 4 3 4 9.4 (4 ) 4 5 9 3.27 2 (32 ) 3 .(33 ) 2 3 81 12 4 4 4 5 (3 ) 5 4 91 125 4 36.36 4 3 (3 ) 95 = (32)5 = 310 162x - 3 = (42)2x - 3 = 44x - 6 b) (34 : 25)3 = 312 : 215 d) (a2 . b2 . c3)4 = a8 b8 c12 410 4 7 312 12 4107 4 7 31212 31 3 ab 5)Qual o valor numérico da expressão quando a = 311, b = 162, c = 2432 e d = 83? cd 311.16 2 311.(2 4 ) 2 311.28 3 5 2 3 3 10 9 31110.289 3 3 2 243 .8 (3 ) .(2 ) 3 .2 RAÍZES x Uma expressão do tipo a representa a raiz enésima do número real a, em que o número n é chamado índice e o número real a é chamado radicando. índice x a Radicando Lê-se: raiz enésima de a. Exemplos: 1) 2 16 índice = 2; radicando = 16 Lê-se: raiz quadrada de 16. Observação: No caso da raiz quadrada é costume representá-la omitindo o índice. Assim, escrevemos simplesmente 16 . 2) 3 27 índice = 3; radicando = 27 Lê-se: raiz cúbica de 27. 3) 5 32 índice = 5; radicando = 32 Lê-se: raíz quinta de 32. Para a determinação da raíz enésima de um número real a, temos dois casos a considerar. 1o CASO: RAÍZES COM ÍNDICE PAR Sejam a um número real e n um número natural par: se a > 0, temos que x a é igual ao número real não-negativo b, tal que bn = a. se a < 0, a expressão x a não faz sentido no conjunto R . Exemplos: 1) 2) 3) 4) 5) 25 = 5, pois 5 é o número não-negativo cujo quadrado dá 25 (52 = 25). 4 81 = 3, pois 3 é o número não-negativo cuja quarta potência dá 81 (34 = 81). 6 64 = 2, pois 2 é o número não-negativo cuja a sexta potência dá 64 (26 = 64). 4 R , pois não existe número real cujo quadrado dê -4. 4 16 R , pois não existe número real cujo quarta potência dê -16. 4 2o CASO: RAÍZES COM ÍNDICE ÍMPAR Se a é um número real n é um número natural ímpar maior que 1, a expressão x a é igual ao único número real b, tal que bn = a. Exemplos: 1) 3 8 = 2, pois 23 = 8. 2) 3 8 = -2, pois (-2)3 = -8. 3) 5 243 = 3, pois 35 = 243. 4) 5 243 = -3, pois (-3)5 = -243. Observação: Sendo n um número natural diferente de zero, defini-se: x 0 = 0 Exercícios 1) Dê o índice e o radicando nos casos seguintes. a) 3 20 índice = 3; radicando = 20 b) 11 23 índice = 11; radicando = -23 c) 20 42 índice = 30; radicando = 42 2) Calcule o valor da expressão abaixo. 3) Qual o valor numérico da expressão 10.5 3 4 6 2 82 2c 2 10.5 1 10.(1) 1 10 100 quando a = 1, b = -4 e c = 4? b b 4ac 2.4 8 8 2 ( 4) ( 4) 2 4.1.4 4 16 16 4 0 50 > 7. Essa afirmação é verdadeira ou falsa? 49 7; 50 49 50 7 4) Considere a afirmação Verdadeira: RADICAL ARITMÉTICO 1a propriedade Acompanhe os exemplos abaixo: 1) = 2, pois 24 = 16. Então, =2 2) = 3, pois 35 = 243.Então, =3 Generalizando, para a R + , n N e n > 1, escrevemos: Exemplos: a) 2a propriedade Considere as expressões b)3 83 = 8 e Pela primeira propriedade temos: =2e =2 Então, = Agora, observe que: = = = = Generalizando, para a R e considerando que os índices e os expoentes apresentados representam números naturais maiores que 1: ou 5 Exemplos: 2) 5 315 = 5:5 315:5 = 33 = 27 1) 3a propriedade Considere as expressões = e , Calculando, temos: Então, 2 =2 Agora, observe que: Generalizando, para a R + e considerando que todos os índices apresentados representam números naturais maiores que 1, escrevemos: Exemplos : 2) 5 3 2 = 5 .3 .2 2 = 30 2 Exercícios 1) Considerando que as expressões dadas representam radicais aritméticos, aplique a 1a propriedade. 1) a) b) 2) Dividindo o índice do radical e o expoente do radicando por um fator comum inteiro positivo, simplifique os radicais aritméticos abaixo. a) 3) Escreva na forma de um único radical. b) a) b) 4) Qual a forma mais simples de escrever o radical ? 5) Considere que as expressões são radicais aritméticos e descubra os valores desconhecidos. a) n=7 b) 4a propriedade Consideremos as expressões . Calculando: Temos, então : Generalizando, para a R + , b R +, n N e n > 1, escrevemos: Exemplos: 1) 2) 5a propriedade (a R + e b R +) n=5 6 Consideremos as expressões e .Calculando: = e = Temos, então : = Generalizando, a R + , b R +*, n N e n > 1, escrevemos: EXTRAÇÃO DE FATORES DO RADICANDO Observe os exemplos a seguir. 1) = =5. -----------------------------------aplicamos a 1ª propriedade 2) = ------------------------------------transformamos num produto de radicais = = --------------------------transformamos num produto de radicais . 3 . 7 ----------------------aplicamos a 1ª propriedade . 21 21 De acordo com os exemplos dados, temos, em geral: Se um ou mais fatores do radicando têm o expoente igual ao índice do radical, esses fatores podem ser extraídos do radical e escritos como fatores externos (sem o expoente). Nos casos em queo radicando apresenta o expoente de um fator maior que o índice do radical, esse fator pode ser extraído através de sua transformação num conveniente produto de potências. Veja os exemplos. 1) 2) INTRODUÇÃO DE FATORES NO RADICANDO Observe: 1) se então Propriedade simétrica das igualdades 2) se então De acordo com os exemplos dados, temos, em geral: Um fator externo pode ser introduzido como fator no radicando: basta escrevê-lo com um expoente igual ao índice do radical. Exemplos: 1) 2) 2 3 = 22 . 3 = 4 . 3 = 12 Exercícios 1) Retirando fatores do radicando, simplifique: 7 a) b) c) 2) As letras apresentadas em cada item representam números reais positivos. Simpliflique retirando fatores do radicando. a) b) 3) Decomponha o radicando em fatores primos e, retirando fatores do radicando, simplifique as expressões abaixo. a) b) 4) Qual a forma mais simples de escrever (a 0 e b 0) ? 5) Qual o valor da expressão 5 1 024x20 ? 10 210x20 = 10 210x10x10 = 2 . x . x = 2x2 REDUÇÃO DE RADICAIS AO MESMO ÍNDICE Algumas situações que envolvem o cálculo com radicais exigem a presença de radicais com o mesmo índice. A transformação de dois ou mais radicais de índices diferentes em radicais de mesmo índice é feita através da aplicação da 2a propriedade das potências, tomando-se para índice comum o m.m.c dos índices dados. Veja os exemplos a seguir. 1o exemplo: Reduzir os radicais Resolução: m.m.c (3, 4) = 12 novo índice a) = Assim temos: a) b) e ao mesmo índice. b) = ----------------------radicais com índices diferentes ----------------------radicais equivalentes de mesmo índice 2o exemplo: Reduzir os radicais Resolução: m.m.c (5, 4, 2) = 20 novo índice (a 0 e b 0) ao mesmo índice. a) b) c) índices diferentes d) --------radicais com e) --------------------radicais equivalentes de mesmo índice Uma das aplicações mais imediatas da redução de radicais ao mesmo índice está na comparação de radicais. 8 A comparação de radicais é feita observando-se dois casos. 1o caso: Os radicais têm índices iguais. Neste caso, a maior raiz é a que tem o maior radicando. a) b) 2o caso: Os radicais têm índices diferentes. Neste caso, reduzimos os radicais ao mesmo índice e recaímos no caso anterior. Qual é maior: ou ? m.m.c (2, 3) = 6 novo índice a) Como 125 > 49, temos que b) > . Exercícios 1) Reduza os radicais ao mesmo índice (as letras representam números reais maiores que zero). a) 2) Usando o sinal > ou <, compare: a) b) 3) Reduza os radicais ao mesmo índice e, a seguir, usando o sinal >, < ou =, compare: a) 9 b) ADIÇÃO E SUBTRAÇÃO DE RADICAIS Dois ou mais radicais têm o mesmo índice e o mesmo radicando são chamados de radicais semelhantes. São exemplos de radicais semelhantes: b) c) Se uma expressão apresenta radicais semelhantes, estes podem ser simplesmente através da aplicação da propriedade distributiva da adição em relação à multiplicação. 1o exemplo: Simplificar a expressão Resolução: 2o exemplo: Simplificar a expressão: . Resolução: Sobre o resultado convém observar que: ele representa um número irracional representação decimal completa. , o que torna impossível dar a sua ele não pode ser simplificado .Logo, representar a expressão dada. Consideremos agora outros exemplos. é a forma mais conveniente de 3º exemplo: Calcular o valor de e Resolução:* Então: * 4º exemplo: Calcular o valor de Resolução: * Então: Exercício 1) Associe V ou F. a) (F) b) (V) 2) Reduzindo os termos semelhantes, simplifique a 3) Calcule o valor da expressão c) (V) expressão abaixo. MULTIPLICAÇÃO *Recordando a 4ª propriedade dos radicais aritméticos: ( com a 0 e b 0 ) 10 *Pela propriedade simétrica das igualdades; ( com a 0 e b 0 ) Então: = O produto de dois ou mais radicais aritméticos de mesmo índice é um radical que tem o mesmo índice dos fatores e cujo radicando é igual ao produto dos radicandos dos fatores. Exemplos: 1. 2. 4 x2y . 4 xy = 4 x3y2 (como x 0 e y ) 3. 4. x + 2 . x + 5 = (x + 2) . (x + 5) = x2 + 7x + 10 Para multiplicar dois ou mais radicais que têm índices diferentes, devemos, primeiro, reduzi-los ao mesmo índice. Exemplos: 1) 3 . 3 2 = 6 33 . 6 22 = 6 33 . 22 = 6 108 2) 3 xy . 5 xy3 = 15 x5y5 . 15 x3y9 = 15 x5 . y5 . x3 . y9 = 15 x8y14 (com x 0 e y 0) Em alguns casos, efetuamos o produto de expressões que envolvem radicais aplicando a propriedade distributiva da adição em relação à multiplicação. Exemplos: 1) 3 ( 2 + 1) = 3 . 2 + 3 . 1 = 6 + 3 2) 2 ( 5 - 2) = 2 . 5 - 2 . 2 = 10 - 4 = 10 - 2 Exercícios 1) Determine os produtos abaixo, simplificando o resultado quando possível. a) 5 . 7 = 5 . 7 = 35 b) 3 . 24 = 3 . 24 = 72 = 6 2 c) 2 . 3 . 5 = 2 . 3 . 5 = 30 d 18 . 2 = 18 . 2 = 36 = 6 2 ) Qual o valor de x que satisfaz a igualdade 5 23 . 5 x = 2 ? R: x = 4, pois 5 23 . 5 4 = 5 23 . 5 22 = 5 25 = 2 3) Dados x = 1 + 5 e y = 2 - 5 , qual o valor numérico da expressão x . y - x ? x . y - x = (1 + 5) (2 - 5) - (1 + 5) = 2 - 5 + 2 5 - 5 . 5 - 1 - 5 = = 2 - 5 + 2 5 - 5 - 1 - 5 = 2 - 5 - 1 - 5 + 2 5 - 5 = -4 4) Qual a forma mais simples de escrever a expressão . ? 5 ) Qual o perímetro e a área de um retângulo cujos os lados medem respectivamente cm ? cm e cm a) perímetro = 2 b) área = (2 + +2 ) = 2+ = 2 + + +4+2 = (2 + + DIVISÃO = [6 + 2 + ] cm ) cm2 Recordando a 5a propriedade das potências: 4 32 4 2 5 4 2 4 21 24 21 (com a 0 e b > 0) E, pela propriedade simétrica das igualdades, temos a expressão que divide radicais de mesmo índice: (com a 0 e b > 0) Exemplos: 1) Então: 2) O quociente de dois radicais de mesmo índice é um radical que tem o mesmo índice dos dois termos e cujo radicando é igual ao quociente dos radicandos dos termos. Exercícios 1) Determine: a. b. 11 2. Determine os quocientes abaixo. a. b. 3. a) Simplifique as expressões seguintes: c) d) c) Quanto vale a expressão d) 5. Qual a forma mais simples de escrever a expressão ? = POTENCIAÇÃO DE RADICAIS Observe os cálculos com potência de radicais. Pela de definição de potência, temos: Então: 2) Pela de definição de potência, temos: Então: Assim, de acordo com os exemplos, se a > 0, n + e m Z, temos: Exemplos: 1) ( 2)5 = 25 = 4 2 2) (3 11)4 = 3 114 = 113 11 3) (5 3)6 = 5 36 = 35 3 Vamos considerar, agora, algumas expressões em que aplicaremos as regras dos produtos notáveis. (a + b)2 = a2 + 2ab + b2 Exemplo: ______ ( 3 + 2)2 = ( 3) + 2 . 3 . 2 + ( 2)2 = 32 + 2 3 . 2 + 22 = 3 + 2 6 + 2 = 5 + 2 6 (a - b)2 = a2 - 2ab + b2 Exemplo: (1 - 10)2 = 12 - 2 . 1 . 10 + ( 10)2 = 1 - 2 10 + 10 = 11 - 2 10 (a + b) (a - b) = a2 - b2 Exemplo: ( 7 + 5) ( 7 - 5) = ( 7)2 - ( 5)2 = 72 - 52 = 7 - 5 = 2 Exercícios 1) Calcule: ______ a) ( 3)3 = 33 = 32 . 3 = 3 3 b) ( 7)2 = 72 ___________ c) ( 5)5 = 55 = 52 . 52 . 5 = 25 5 d) (2 5 9)7 = 27 . (5 32)7 = 27 . 5 314 = 27 . . 32 . 5 34 = 1 1525 34 2) Sendo x = 2 3 e y = 5, determine o valor da expressão x2 + 2xy + y2 . (2 3)2 + 2 . 2 3 . 5 + ( 5)2 = 4 . ( 3)2 + 4 3 . 5 + ( 5)2 = 4 . 3 + 4 15 + 5 = 17 + 4 15 3) Usando o produto notável adequado, determine: a)( 5 - 2)( 5 + 2) = ( 5)2 - ( 2)2 = 5 - 2 = 3 b)( 3 + 2)2 =( 3)2 + 2 3 . 2+22 = 3 + 4 3+4 = = 7 + 4 3 4)Determine, da forma mais simples possível, o quadrado, o cubo e a quarta potência de 12 a3 (a 0). o quadrado: (12 a3)2 : 12 a6 = a o cubo: (12 a3)3 : 12 a9 = 4 a3 12 a quarta potência: (12 a3)4 : 12 a12 = a 5) Verifique se x = 2 3 torna verdadeira a igualdade x2 - 12 = 0. (2 3)2 - 12 = 22 . 32 - 12 = 4 . 3 - 12 = 12 - 12 . A igualdade é verdadeira para x = 2 3 RACIONALIZAÇÃO DE DENOMINADORES Considere as expressões abaixo e observe que elas representam um número irracional no denominador. 1;2;1;5. 2 15 2 - 3 3 - 2 Em algumas situações, ao lidarmos com uma expressão desse tipo, é conveniente transformá-la em outra a ela equivalente, mas que teenha um número racional no denominador. Quando fazemos isso, estamos racionalizando o denominador da expressão. Analisaremos agora, alguns casos simples de denominadores. 1o exemplo: Racionalizar o denominador da expressão 1 . 3 Resolução: 1 . 3 = 1 . 3 . multiplicamos o numerador e o denominador por 3 3.3 =3. 32 = 3 . expressão com denominador racionalizado. 3 Neste caso, 3 é chamado de expressão fator racionalizante. (3 + 5) . (3 - 5) = (3 - 5)2 32 - 52 = 32 - 2 . 3 . 5 + 52 = 9 - 6 5 + 5 = 14 -6 5 9-544 = 2 (7 - 3 5) = 7 - 3 5 expressão com denominador racionalizado 42 Neste caso, a expressão 3 - 5 é denominada fator racionalizante. Nos exemplos dados, observamos que a racionalização do denominador da expressão dada é feita multiplicando-se o seu numerador e o seu denominador por expressão conveniente, chamada de fator racionalizante. O fator racionalizante de alguns casos podem ser obtidos de acordo com a tabela abaixo: Tipo de denominador Fator racionalizante n am a (com a 0) (com a > 0) a n an - m a+b (com a > 0 e b > 0) a - b (com a > 0 e b > 0) a - b a+b Exercícios 1) Racionalize o denominador das expressões seguintes: a) 1 = 1 . 33 = 5 33 = 5 27 5 5 . 5 52 5 b) 4 = 4 . 5 = 4 5 = 4 5 5 5 . 5 52 5 c) 10 = 10 . 10 = 10 10 = 10 3 10 3 10 . 10 3 . 10 3 d) 1 (com a > 0) = 1 . a = a aa.aa 2) Calcule o valor de 0,4 , sabendo-se que 10 = 3,162 (aprximadamente). 0,4 = 4/10 = 4 = 2 = 2 10 10 10 10 3) Racionalize os denominadores das expressões seguintes: a) 4 = 4 = 4 = 1 = 1 . 2 = 2 32 25 4 2 2 2 . 2 2 b) 2a (com a > 0) = 2a = 2a = 1 = 1 .4 (2a)3 = 4 8a3 = 4 8a3 4 32a5 4 25a5 2a4 2a 4 2a 2a4 (2a)3 4 (2a)4 2a 4) Sabendo que 6 = 2,45 (aproximadamente), calcule o valor de 3 + 2 . 13 3-2 ( 3 + 2) ( 3 + 2) = ( 3 + 2)2 = 3 + 2 3 2 + 2 = 5 + 2 6 5 + 2 . 2,45 = 9,9 ( 3 - 2) ( 3 + 2) 3 - 2 5) Racionalize a expressão abaixo: 3 = 3(2 + 3 + 7) = 3(2 + 3 + 7) = 6 + 3 3 + 3 7 = 6 + 3 3 + 3 7= 2 + 3 - 7 (2 + 3 - 7) (2 + 3 + 7) (2 + 3)2 - ( 7)2 4 + 4 3 + 3 - 7 4 3 = (6 + 3 3 + 3 7) 3 = 6 3 + 9 + 3 21 = 3(2 3 + 3 + 21) = 3 + 2 3 + 21 . 4 3 3 12 12 4