PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 11 do IME 2024

Prova objetiva · Matemática

O valor de n \in \mathbb{N} tal que

\operatorname{arctg} \left(\frac{1}{3}\right) + \operatorname{arctg} \left(\frac{1}{4}\right) + \operatorname{arctg} \left(\frac{1}{5}\right) + \operatorname{arctg} \left(\frac{1}{n}\right) = \frac{\pi}{4}

é:

  1. A
    10
  2. B
    6
  3. C
    7
  4. D
    47
  5. E
    52
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Resolução comentada

Use a soma de arcotangentes: \operatorname{arctg} a + \operatorname{arctg} b = \operatorname{arctg}\dfrac{a+b}{1-ab}, válida quando ab<1.

  1. Somando as duas primeiras: \dfrac{\frac13+\frac14}{1-\frac1{12}} = \dfrac{7/12}{11/12} = \dfrac{7}{11}.

  2. Somando com \operatorname{arctg}\frac15: \dfrac{\frac7{11}+\frac15}{1-\frac7{55}} = \dfrac{(35+11)/55}{48/55} = \dfrac{46}{48} = \dfrac{23}{24}.

  3. Como cada produto é menor que 1, os arcos somados ficam em (0,\pi/2) e a fórmula vale. Então:

\operatorname{arctg}\frac{23}{24} + \operatorname{arctg}\frac1n = \frac{\pi}{4}
  1. Isolando: \operatorname{arctg}\frac1n = \frac{\pi}{4} - \operatorname{arctg}\frac{23}{24}. Aplicando a tangente e usando \operatorname{tg}(a-b)=\dfrac{\operatorname{tg}a-\operatorname{tg}b}{1+\operatorname{tg}a\operatorname{tg}b}:
\frac1n = \frac{1-\frac{23}{24}}{1+\frac{23}{24}} = \frac{1/24}{47/24} = \frac1{47}

Logo n=47.

Alternativa D.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • AValor sem relação com o cálculo; não resulta de \frac{1}{n}=\frac{1}{47}.
  • BResulta de erro na soma das frações; o correto dá \frac{23}{24} e depois \frac1{47}.
  • CNão decorre da subtração de \frac{\pi}{4} menos o arco de \frac{23}{24}, que dá \frac1{47}.
  • EConfunde 47 com 52 ao subtrair; o denominador correto é 24+23=47.

Assuntos: arcotangente, soma de arcos, trigonometria.

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Fonte: IME 2024 · Prova objetiva. Prova oficial ↗