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álgebra · Polinômios

Raízes de polinómios

Num videojogo de plataformas, a altura de uma personagem que salta segue uma curva: sobe, chega ao ponto mais alto e volta a tocar no chão. Os instantes em que toca no chão são os pontos em que essa curva corta o eixo horizontal. Se a altura for dada por um polinómio $P(x)$, esses instantes são as suas raízes: os valores de $x$ para os quais $P(x) = 0$. Neste apartado vais aprender a encontrá-las sem teres de desenhar o gráfico de cada vez.

O que é uma raiz

Esquema de substituição que mostra que, ao calcular P(2), o resultado é 0, pelo que 2 é raiz. P(x) = x³ − 4x² + x + 6 substituímos x = 2 P(2) = 8 − 16 + 2 + 6 = 0 2 é raiz

Verificar se um número é raiz é simples: substitui e calcula.

Pratica★☆☆Por começar
Avalie o polinómio $P(x) = x^3 - 4x^2 + x + 6$ para determinar analiticamente se os valores $x = 2$ e $x = -1$ são raízes dele.

Avalie o polinómio $P(x) = x^3 - 4x^2 + x + 6$ para determinar analiticamente se os valores $x = 2$ e $x = -1$ são raízes dele.

Resolver
Pratica★☆☆Por começar
Justifique, sem realizar nenhum cálculo complexo nem usar a regra de Ruffini, porque é que $x = 0$ é obrigatoriamente uma raiz do polinómio…

Justifique, sem realizar nenhum cálculo complexo nem usar a regra de Ruffini, porque é que $x = 0$ é obrigatoriamente uma raiz do polinómio $V(x) = 5x^5 - 7x^3 + 2x^2 - 9x$.

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Raízes e gráfico: os pontos de interseção com o eixo $x$

Se representares $y = P(x)$, as raízes são exatamente os pontos em que a curva toca ou corta o eixo $x$. Por isso se chamam também «zeros» do polinómio.

Repara no gráfico: há três pontos marcados no eixo $x$, e são os três valores de $x$ que anulam o polinómio. Uma raiz dupla (que se repete duas vezes) vê-se de outra maneira: a curva toca no eixo e «volta para trás», em vez de o atravessar.

Pratica★☆☆Por começar
Observe o gráfico da função polinomial $y = P(x)$ e escreva quais são as suas raízes reais com base nos pontos de interseção com os eixos.

Observe o gráfico da função polinomial $y = P(x)$ e escreva quais são as suas raízes reais com base nos pontos de interseção com os eixos.

X Y −2 −1 1 2 3 P(x)
Resolver
Pratica★☆☆Por começar
Determine as raízes do polinómio que já se encontra fatorado: $S(x) = 3x(x - 5)(x + 2)^2$, indicando quais são simples e quais são múltiplas.

Determine as raízes do polinómio que já se encontra fatorado: $S(x) = 3x(x - 5)(x + 2)^2$, indicando quais são simples e quais são múltiplas.

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Ruffini: dividir por $(x-a)$ e ver o resto

Substituir serve para testar um candidato, mas, quando já sabes (ou suspeitas) que $a$ é raiz, a regra de Ruffini dá-te também o quociente: o polinómio que fica depois de «retirares» essa raiz.

Regra de Ruffini aplicada a x³ − 4x² + x + 6 com a = 2: quociente x² − 2x − 3 e resto 0. 1−416 2 2−4−6 1−2−3 0 quociente: x² − 2x − 3resto 0: 2 é raiz!

Se o resto da divisão de $P(x)$ por $(x-a)$ for $0$, então $a$ é raiz e $(x-a)$ é um fator de $P(x)$. Se o resto não for $0$, $a$ não é raiz e não vale a pena continuar com esse número.

Pratica★☆☆Por começar
Utilize a regra de Ruffini para verificar se $x = 3$ é uma raiz do polinómio $Q(x) = 2x^4 - 5x^3 - 4x^2 + 7x - 6$.

Utilize a regra de Ruffini para verificar se $x = 3$ é uma raiz do polinómio $Q(x) = 2x^4 - 5x^3 - 4x^2 + 7x - 6$.

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Pratica★★☆Por começar
Determine todas as raízes inteiras do polinómio de quarto grau $P(x) = x^4 - 2x^3 - 7x^2 + 8x + 12$ utilizando a regra de Ruffini de forma iterativa.

Determine todas as raízes inteiras do polinómio de quarto grau $P(x) = x^4 - 2x^3 - 7x^2 + 8x + 12$ utilizando a regra de Ruffini de forma iterativa.

Resolver
Pratica★★★Por começar
Sabe-se que o polinómio $R(x) = x^4 - 4x^3 + x^2 + 6x + k$ tem uma raiz em $x = 2$. Determine primeiro o valor do parâmetro $k$. Em seguida, verifique por meio da regra…

Sabe-se que o polinómio $R(x) = x^4 - 4x^3 + x^2 + 6x + k$ tem uma raiz em $x = 2$. Determine primeiro o valor do parâmetro $k$. Em seguida, verifique por meio da regra de Ruffini se $x = 2$ é uma raiz múltipla (dupla, tripla...) e encontre as demais raízes reais do polinómio.

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Candidatos a raiz inteira: os divisores do termo independente

Experimentar números ao acaso é pouco eficiente. Se o polinómio tem coeficientes inteiros, as suas raízes inteiras (se existirem) estão sempre entre os divisores do termo independente.

Esquema que obtém os candidatos a raiz inteira (1, −1, 2 e −2) a partir dos divisores do termo independente 2. termo independente = 2 os seus divisores divisores: ±1, ±2 candidatos a raiz 1 −1 2 −2
Pratica★☆☆Por começar
Escreva todos os números inteiros que são candidatos a raízes do polinómio mónico $R(x) = x^4 + 3x^3 - 5x^2 + x - 12$, com base no seu termo independente.

Escreva todos os números inteiros que são candidatos a raízes do polinómio mónico $R(x) = x^4 + 3x^3 - 5x^2 + x - 12$, com base no seu termo independente.

Resolver
Pratica★★☆Por começar
Determine todas as raízes racionais do polinómio $R(x) = 3x^3 + 5x^2 - 4x - 4$. Para isso, indique primeiro a lista completa de frações candidatas e, em seguida,…

Determine todas as raízes racionais do polinómio $R(x) = 3x^3 + 5x^2 - 4x - 4$. Para isso, indique primeiro a lista completa de frações candidatas e, em seguida, verifique quais anulam o polinómio.

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Pratica★★★Por começar
Um designer 3D cria uma superfície curva cujo perfil de corte transversal é modelado pelo polinómio $P(x) = x^5 - 2x^4 - 6x^3 + 8x^2 + 5x - 6$. Determine todas as raízes…

Um designer 3D cria uma superfície curva cujo perfil de corte transversal é modelado pelo polinómio $P(x) = x^5 - 2x^4 - 6x^3 + 8x^2 + 5x - 6$. Determine todas as raízes deste perfil para saber em que pontos exatos ele interseta o eixo horizontal de referência.

Resolver

Das raízes à fatorização completa

Se conheces todas as raízes de um polinómio, podes escrevê-lo como produto de fatores $(x - \text{raiz})$, multiplicado pelo coeficiente do termo de maior grau. Esta ideia liga as raízes à fatorização que já trabalhaste com o fator comum e os casos notáveis.

Decomposição do polinómio S(x) = 3x(x − 5)(x + 2)² em fatores a partir das suas raízes 0, 5 e −2 (dupla). S(x) = 3x(x − 5)(x + 2)² x = 0 (simples) fator 3x x = 5 (simples) fator (x − 5) x = −2 (dupla) fator (x + 2)²

Quando o quociente é do 2.º grau

Depois de dividires por $(x-a)$, o quociente pode ser um polinómio do 2.º grau. Então só tens de resolver uma equação do 2.º grau. Se o coeficiente principal não for $1$, simplifica primeiro, dividindo todos os termos por um fator comum, e depois fatoriza ou usa a fórmula resolvente (ampliação).

Vamos fechar o gancho: nos tempos em que a personagem toca no chão, a altura é nula, e esses tempos são as raízes que sabes agora calcular, testando os divisores do termo independente e fatorizando com Ruffini.

Pratica★☆☆Por começar
Construa um polinómio de terceiro grau, desenvolvido e ordenado, que tenha como raízes exatas $x = 1$, $x = -3$ e $x = 4$, e cujo coeficiente principal seja $1$.

Construa um polinómio de terceiro grau, desenvolvido e ordenado, que tenha como raízes exatas $x = 1$, $x = -3$ e $x = 4$, e cujo coeficiente principal seja $1$.

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Pratica★★☆Por começar
Escreva um polinómio de quarto grau, na sua forma desenvolvida, que tenha $x = 2$ como raiz dupla, $x = -1$ como raiz simples, que não tenha termo independente e cujo…

Escreva um polinómio de quarto grau, na sua forma desenvolvida, que tenha $x = 2$ como raiz dupla, $x = -1$ como raiz simples, que não tenha termo independente e cujo coeficiente do termo de maior grau seja $3$.

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Pratica★★★Por começar
Sabendo que um polinómio de terceiro grau mónico $P(x) = x^3 + ax^2 + bx + c$ tem como raízes $x_1 = -1$, $x_2 = 2$ e $x_3 = 4$, determine o valor numérico do seu termo…

Sabendo que um polinómio de terceiro grau mónico $P(x) = x^3 + ax^2 + bx + c$ tem como raízes $x_1 = -1$, $x_2 = 2$ e $x_3 = 4$, determine o valor numérico do seu termo independente $c$ e do seu coeficiente de grau dois $a$. Justifique a sua resposta deduzindo-o a partir da forma fatorizada, sem necessidade de efetuar toda a multiplicação dos três binómios.

Resolver

Polinómios sem raízes reais e argumentos de paridade

Nem todos os polinómios têm raízes reais. Para mostrar que não há nenhuma, basta estudar o sinal de cada termo para qualquer $x \in \mathbb R$. Se todos os termos forem positivos ou nulos e pelo menos um for sempre positivo, a soma nunca é $0$.

Outra técnica é raciocinar sobre a paridade. Se $P$ tem coeficientes inteiros, o resultado de $P(x)$, para $x$ inteiro, tem a paridade que se obtém ao substituir $x$ por $0$ (se $x$ for par) ou por $1$ (se $x$ for ímpar). Porquê? Um número par multiplicado por qualquer inteiro dá um par, pelo que só o termo independente conta; um número ímpar elevado a qualquer expoente continua ímpar, pelo que conta a soma dos coeficientes.

Pratica★★☆Por começar
Demonstre de forma fundamentada que o polinómio $P(x) = x^4 + 3x^2 + 5$ não tem nenhuma raiz real, analisando o sinal que os seus diferentes termos assumem para qualquer…

Demonstre de forma fundamentada que o polinómio $P(x) = x^4 + 3x^2 + 5$ não tem nenhuma raiz real, analisando o sinal que os seus diferentes termos assumem para qualquer valor de $x \in \mathbb{R}$.

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Pratica★★★Por começar
Demonstre analiticamente que se um polinómio $P(x) = a_n x^n + \dots + a_1 x + a_0$ tem todos os seus coeficientes inteiros e tanto $P(0)$ como $P(1)$ resultam em…

Demonstre analiticamente que se um polinómio $P(x) = a_n x^n + \dots + a_1 x + a_0$ tem todos os seus coeficientes inteiros e tanto $P(0)$ como $P(1)$ resultam em números ímpares, então $P(x)$ não pode ter nenhuma raiz que seja um número inteiro. (Dica: raciocina sobre a paridade de $x$ quando ele é par e quando é ímpar).

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Em resumo

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