9.9: Resolver desigualdades quadráticas
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Ao final desta seção, você poderá:
- Resolva desigualdades quadráticas graficamente
- Resolva desigualdades quadráticas algebricamente
Antes de começar, faça este teste de prontidão.
- Resolver:\(2x−3=0\).
Se você perdeu esse problema, revise o Exemplo 2.2. - Resolver:\(2y^{2}+y=15\).
Se você perdeu esse problema, consulte o Exemplo 6.45. - Resolver\(\frac{1}{x^{2}+2 x-8}>0\)
Se você perdeu esse problema, consulte o Exemplo 7.56.
Aprendemos como resolver desigualdades lineares e racionais anteriormente. Algumas das técnicas que usamos para resolvê-las eram as mesmas e outras eram diferentes. Agora aprenderemos a resolver desigualdades que têm uma expressão quadrática. Usaremos algumas das técnicas de resolução de desigualdades lineares e racionais, bem como equações quadráticas. Resolveremos as desigualdades quadráticas de duas maneiras: graficamente e algebricamente.
Resolva desigualdades quadráticas graficamente
Uma equação quadrática está na forma padrão quando escrita como\(ax^{2}+bx+c=0\). Se substituirmos o sinal de igual por um sinal de desigualdade, teremos uma desigualdade quadrática na forma padrão.
Uma desigualdade quadrática é uma desigualdade que contém uma expressão quadrática. A forma padrão de uma desigualdade quadrática está escrita:
\(\begin{array}{ll}{a x^{2}+b x+c<0} & {a x^{2}+b x+c \leq 0} \\ {a x^{2}+b x+c>0} & {a x^{2}+b x+c \geq 0}\end{array}\)
O gráfico de uma função quadrática\(f(x)=a x^{2}+b x+c=0\) é uma parábola. Quando perguntamos quando é\(a x^{2}+b x+c<0\), estamos perguntando quando é\(f(x)<0\). Queremos saber quando a parábola está abaixo do\(x\) eixo y.
Quando perguntamos quando é\(a x^{2}+b x+c>0\), estamos perguntando quando é\(f(x)>0\). Queremos saber quando a parábola está acima do\(y\) eixo y.
Resolva\(x^{2}−6x+8<0\) graficamente. Escreva a solução em notação de intervalo.
Solução:
Etapa 1: Escreva a desigualdade quadrática na forma padrão.
A desigualdade está na forma padrão.
\(x^{2}-6 x+8<0\)
Etapa 2: Faça um gráfico da função\(f(x)=a x^{2}+b x+c\) usando propriedades ou transformações.
Vamos representar graficamente usando as propriedades.
\(f(x)=x^{2}-6 x+8\)
Veja\(a\) na equação.
\(\color{red}{a=1, b=-6, c=8}\)
\(f(x)=x^{2}-6 x+8\)
Como\(a\) é positivo, a parábola se abre para cima.
A parábola se abre para cima.
\(f(x)=x^{2}-6 x+8\)
O eixo de simetria é a linha\(x=-\frac{b}{2 a}\).
Eixo de simetria
\(x=-\frac{b}{2 a}\)
\(\begin{array}{l}{x=-\frac{(-6)}{2 \cdot 1}} \\ {x=3}\end{array}\)
O eixo de simetria é a linha\(x=3\).
O vértice está no eixo de simetria. \(x=3\)Substitua na função.
Vértice
\(\begin{array}{l}{f(x)=x^{2}-6 x+8} \\ {f(3)=(\color{red}{3}\color{black}{)}^{2}-6(\color{red}{3}\color{black}{)}+8} \\ {f(3)=-1}\end{array}\)
O vértice é\((3,-1)\).
Nós encontramos\(f(0)\)
\(y\)-interceptar
\(\begin{array}{l}{f(x)=x^{2}-6 x+8} \\ {f(0)=(\color{red}{0}\color{black}{)}^{2}-6(\color{red}{0}\color{black}{)}+8} \\ {f(0)=8}\end{array}\)
O\(y\) intercepto -é\((0.8)\).
Usamos o eixo de simetria para encontrar um ponto simétrico ao\(y\) intercepto. O\(y\) intercepto -é a\(3\) unidade à esquerda do eixo de simetria,\(x=3\). Uma\(3\) unidade de ponto à direita do eixo de simetria tem\(x=6\).
Ponto simétrico a\(y\) -intercepto
A questão é\((6,8)\).
Nós resolvemos\(f(x)=0\).
\(x\)-intercepta
Podemos resolver essa equação quadrática fatorando.
\(\begin{aligned} f(x) &=x^{2}-6 x+8 \\ \color{red}{0} &\color{black}{=}x^{2}-6 x+8 \\ \color{red}{0} &\color{black}{=}(x-2)(x-4) \\ x &=2 \text { or } x=4 \end{aligned}\)
As\(x\) interceptações -são\((2,0)\)\((4,0)\) e.
Representamos graficamente o vértice, os interceptos e o ponto simétrico ao\(y\) intercepto. Conectamos esses\(5\) pontos para esboçar a parábola.
Etapa 3: Determine a solução a partir do gráfico.
\(x^{2}-6 x+8<0\)
A desigualdade solicita os valores dos\(x\) quais tornam a função menor que\(0\). Quais valores de\(x\) formam a parábola abaixo do\(x\) eixo -.
Não incluímos os valores\(2\),\(4\) pois a desigualdade é menor do que apenas.
A solução, em notação de intervalo, é\((2,4)\).
- Resolva\(x^{2}+2 x-8<0\) graficamente
- Escreva a solução em notação de intervalo
- Responda
-
Figura 9.8.4- \((-4,2)\)
- Resolva\(x^{2}-8 x+12 \geq 0\) graficamente
- Escreva a solução em notação de intervalo
- Responda
-
Figura 9.8.5- \((-\infty, 2] \cup[6, \infty)\)
Listamos as etapas a serem seguidas para resolver graficamente uma desigualdade quadrática.
Resolva graficamente uma desigualdade quadrática
- Escreva a desigualdade quadrática na forma padrão.
- Faça um gráfico da função\(f(x)=ax^{2}+bx+c\).
- Determine a solução a partir do gráfico.
No último exemplo, a parábola se abriu para cima e no próximo exemplo, ela se abre para baixo. Em ambos os casos, estamos procurando a parte da parábola que está abaixo do\(x\) eixo -, mas observamos como a posição da parábola afeta a solução.
Resolva\(-x^{2}-8 x-12 \leq 0\) graficamente. Escreva a solução em notação de intervalo.
Solução:
A desigualdade quadrática na forma padrão. | \(-x^{2}-8 x-12 \leq 0\) |
Faça um gráfico da função \(f(x)=-x^{2}-8 x-12\) |
A parábola se abre para baixo. |
Encontre a linha de simetria. | \(\begin{array}{l}{x=-\frac{b}{2 a}} \\ {x=-\frac{-8}{2(-1)}} \\ {x=-4}\end{array}\) |
Encontre o vértice. |
\(\begin{aligned} f(x) &=-x^{2}-8 x-12 \\ f(-4) &=-(-4)^{2}-8(-4)-12 \\ f(-4) &=-16+32-12 \\ & f(-4)=4 \end{aligned}\) Vértice\((-4,4)\) |
Encontre as\(x\) interceptações -. Deixe\(f(x)=0\). | \(\begin{aligned} f(x) &=-x^{2}-8 x-12 \\ 0 &=-x^{2}-8 x-12 \end{aligned}\) |
Fator: Use a propriedade Zero Product. | \(\begin{array}{l}{0=-1(x+6)(x+2)} \\ {x=-6 \quad x=-2}\end{array}\) |
Faça um gráfico da parábola. |
\(x\)-intercepta\((-6,0), (-2.0)\) |
Determine a solução a partir do gráfico. Incluímos os\(x\) interceptos -porque a desigualdade é “menor ou igual a”. | \((-\infty,-6] \cup[-2, \infty)\) |
- Resolva\(-x^{2}-6 x-5>0\) graficamente
- Escreva a solução em notação de intervalo
- Responda
-
Figura 9.8.8- \((-5,-1)\)
- Resolva\(−x^{2}+10x−16≤0\) graficamente
- Escreva a solução em notação de intervalo
- Responda
-
Figura 9.8.9- \((-\infty, 2] \cup[8, \infty)\)
Resolva desigualdades quadráticas algebricamente
O método algébrico que usaremos é muito semelhante ao método que usamos para resolver desigualdades racionais. Encontraremos os pontos críticos para a desigualdade, que serão as soluções para a equação quadrática relacionada. Lembre-se de que uma expressão polinomial só pode mudar de sinal quando a expressão é zero.
Usaremos os pontos críticos para dividir a reta numérica em intervalos e depois determinar se a expressão quadrática será positiva ou negativa no intervalo. Em seguida, determinamos a solução para a desigualdade.
Resolva\(x^{2}-x-12 \geq 0\) algebricamente. Escreva a solução em notação de intervalo.
Solução:
Etapa 1: Escreva a desigualdade quadrática na forma padrão. | A desigualdade está na forma padrão. | \(x^{2}-x-12 \geq 0\) |
Etapa 2: Determine os pontos críticos — as soluções para a equação quadrática relacionada. | Altere o sinal de desigualdade para um sinal de igual e, em seguida, resolva a equação. | \(\begin{array}{c}{x^{2}-x-12=0} \\ {(x+3)(x-4)=0} \\ {x+3=0 \quad x-4=0} \\ {x=-3 \quad x=4}\end{array}\) |
Etapa 3: Use os pontos críticos para dividir a reta numérica em intervalos. | Use\(-3\) e\(4\) para dividir a reta numérica em intervalos. | |
Etapa 4: Acima da linha numérica, mostre o sinal de cada expressão quadrática usando pontos de teste de cada intervalo substituídos pela desigualdade original. |
Teste: \(x=-5\) \(x=0\) \(x=5\) |
\(\begin{array}{ccc}{x^{2}-x-12} & {x^{2}-x-12} & {x^{2}-x-12} \\ {(-5)^{2}-(-5)-12} & {0^{2}-0-12} & {5^{2}-5-12} \\ {18} & {-12} & {8}\end{array}\) |
Etapa 5: Determine os intervalos em que a desigualdade está correta. Escreva a solução em notação de intervalo. |
\(x^{2}-x-12 \geq 0\) A desigualdade é positiva no primeiro e no último intervalo e é igual\(0\) nos pontos\(-4,3\). |
A solução, em notação de intervalo, é\((-\infty,-3] \cup[4, \infty)\). |
Resolva\(x^{2}+2x−8≥0\) algebricamente. Escreva a solução em notação de intervalo.
- Responda
-
\((-\infty,-4] \cup[2, \infty)\)
Resolva\(x^{2}−2x−15≤0\) algebricamente. Escreva a solução em notação de intervalo.
- Responda
-
\([-3,5]\)
Neste exemplo, como a expressão\(x^{2}−x−12\) influencia bem, também podemos encontrar o sinal em cada intervalo da mesma forma que fizemos quando resolvemos desigualdades racionais. Encontramos o sinal de cada um dos fatores e depois o sinal do produto. Nossa linha numérica ficaria assim:
O resultado é o mesmo que encontramos usando o outro método.
Resumimos as etapas aqui.
Resolva uma desigualdade quadrática algebricamente
- Escreva a desigualdade quadrática na forma padrão.
- Determine os pontos críticos — as soluções para a equação quadrática relacionada.
- Use os pontos críticos para dividir a reta numérica em intervalos.
- Acima da linha numérica, mostre o sinal de cada expressão quadrática usando pontos de teste de cada intervalo substituídos pela desigualdade original.
- Determine os intervalos em que a desigualdade está correta. Escreva a solução em notação de intervalo.
Resolva\(x^{2}+6x−7≥0\) algebricamente. Escreva a solução em notação de intervalo.
Solução:
Escreva a desigualdade quadrática na forma padrão. | \(-x^{2}+6 x-7 \geq 0\) |
Multiplique os dois lados da desigualdade por\(-1\). Lembre-se de reverter o sinal de desigualdade. | \(x^{2}-6 x+7 \leq 0\) |
Determine os pontos críticos resolvendo a equação quadrática relacionada. | \(x^{2}-6 x+7=0\) |
Escreva a fórmula quadrática. | \(x=\frac{-b \pm \sqrt{b^{2}-4 a c}}{2 a}\) |
Em seguida, substitua os valores de\(a, b, c\). | \(x=\frac{-(-6) \pm \sqrt{(-6)^{2}-4 \cdot 1 \cdot(7)}}{2 \cdot 1}\) |
Simplifique. | \(x=\frac{6 \pm \sqrt{8}}{2}\) |
Simplifique o radical. | \(x=\frac{6 \pm 2 \sqrt{2}}{2}\) |
Remova o fator comum,\(2\). | \(\begin{array}{l}{x=\frac{2(3 \pm \sqrt{2})}{2}} \\ {x=3 \pm \sqrt{2}} \\ {x=3+\sqrt{2}} \quad x=3-\sqrt{2} \\ {x \approx 1.6}\quad\quad\:\:\: x\approx 4.4\end{array}\) |
Use os pontos críticos para dividir a reta numérica em intervalos. Teste os números de cada intervalo na desigualdade original. | |
Determine os intervalos em que a desigualdade está correta. Escreva a solução em notação de intervalo. | \(-x^{2}+6 x-7 \geq 0\)no intervalo intermediário\([3-\sqrt{2}, 3+\sqrt{2}]\) |
Resolva\(−x^{2}+2x+1≥0\) algebricamente. Escreva a solução em notação de intervalo.
- Responda
-
\([-1-\sqrt{2},-1+\sqrt{2}]\)
Resolva\(−x^{2}+8x−14<0\) algebricamente. Escreva a solução em notação de intervalo.
- Responda
-
\((-\infty, 4-\sqrt{2}) \cup(4+\sqrt{2}, \infty)\)
As soluções das desigualdades quadráticas em cada um dos exemplos anteriores eram um intervalo ou a união de dois intervalos. Isso resultou do fato de que, em cada caso, encontramos duas soluções para a equação quadrática correspondente\(ax^{2}+bx+c=0\). Essas duas soluções então nos deram as duas\(x\) interceptações para o gráfico ou os dois pontos críticos para dividir a reta numérica em intervalos.
Isso se correlaciona com nossa discussão anterior sobre o número e o tipo de soluções para uma equação quadrática usando o discriminante.
Para uma equação quadrática do formulário\(ax^{2}+bc+c=0, a≠0\).
A última linha da tabela nos mostra quando as parábolas nunca cruzam o\(x\) eixo y. Usando a Fórmula Quadrática para resolver a equação quadrática, o radicando é negativo. Temos duas soluções complexas.
No próximo exemplo, as soluções de desigualdade quadrática resultarão da complexidade da solução da equação quadrática.
Resolva, escrevendo qualquer solução em notação de intervalo:
- \(x^{2}-3 x+4>0\)
- \(x^{2}-3 x+4 \leq 0\)
Solução:
uma.
Escreva a desigualdade quadrática na forma padrão. | \(-x^{2}-3 x+4>0\) |
Determine os pontos críticos resolvendo a equação quadrática relacionada. | \(x^{2}-3 x+4=0\) |
Escreva a fórmula quadrática. | \(x=\frac{-b \pm \sqrt{b^{2}-4 a c}}{2 a}\) |
Em seguida, substitua os valores de\(a, b, c\). | \(x=\frac{-(-3) \pm \sqrt{(-3)^{2}-4 \cdot 1 \cdot(4)}}{2 \cdot 1}\) |
Simplifique. | \(x=\frac{3 \pm \sqrt{-7}}{2}\) |
Simplifique o radicando. | \(x=\frac{3 \pm \sqrt{7 i}}{2}\) |
As soluções complexas nos dizem que a parábola não intercepta o\(x\) eixo y. Além disso, a parábola se abre para cima. Isso nos diz que a parábola está completamente acima do\(x\) eixo y. |
Soluções complexas |
Devemos encontrar a solução para\(x^{2}−3x+4>0\). Como todos os valores\(x\) do gráfico estão acima do\(x\) eixo -, todos os valores de\(x\) tornam a desigualdade verdadeira. Na notação de intervalo, escrevemos\((−∞,∞)\).
b. Escreva a desigualdade quadrática na forma padrão.
\(x^{2}-3 x+4 \leq 0\)
Determine os pontos críticos resolvendo a equação quadrática relacionada.
\(x^{2}-3 x+4=0\)
Como a equação quadrática correspondente é a mesma da parte (a), a parábola será a mesma. A parábola se abre para cima e está completamente acima do\(x\) eixo -— nenhuma parte dela está abaixo do\(x\) eixo -.
Devemos encontrar a solução para\(x^{2}−3x+4≤0\). Como todos os valores\(x\) do gráfico nunca estão abaixo do\(x\) eixo -, nenhum valor de\(x\) torna a desigualdade verdadeira. Não há solução para a desigualdade.
Resolva e escreva qualquer solução em notação de intervalo:
- \(-x^{2}+2 x-4 \leq 0\)
- \(-x^{2}+2 x-4 \geq 0\)
- Responda
-
- \((-\infty, \infty)\)
- sem solução
Resolva e escreva qualquer solução em notação de intervalo:
- \(x^{2}+3 x+3<0\)
- \(x^{2}+3 x+3>0\)
- Responda
-
- sem solução
- \((-\infty, \infty)\)
Conceitos-chave
- Resolva graficamente uma desigualdade quadrática
- Escreva a desigualdade quadrática na forma padrão.
- Faça um gráfico da função\(f(x)=ax^{2}+bx+c\) usando propriedades ou transformações.
- Determine a solução a partir do gráfico.
- Como resolver uma desigualdade quadrática algebricamente
- Escreva a desigualdade quadrática na forma padrão.
- Determine os pontos críticos — as soluções para a equação quadrática relacionada.
- Use os pontos críticos para dividir a reta numérica em intervalos.
- Acima da linha numérica, mostre o sinal de cada expressão quadrática usando pontos de teste de cada intervalo substituídos pela desigualdade original.
- Determine os intervalos em que a desigualdade está correta. Escreva a solução em notação de intervalo.
Glossário
- desigualdade quadrática
- Uma desigualdade quadrática é uma desigualdade que contém uma expressão quadrática.