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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 13 (Matemática) do ITA 2014

Matemática · Matemática: Identidades, adição de arcos e arco duplo

Texto-base das questões 01 a 20 · Matemática

\mathbb{N} : conjunto dos números naturais; \mathbb{N} = \{1, 2, 3, \ldots\}

\mathbb{Z} : conjunto dos números inteiros

\mathbb{Q} : conjunto dos números racionais

\mathbb{R} : conjunto dos números reais

\mathbb{C} : conjunto dos números complexos

i : unidade imaginária: i^2 = -1

|z| : módulo do número z \in \mathbb{C}

\overline{z} : conjugado do número z \in \mathbb{C}

\text{Re}(z) : parte real do número z \in \mathbb{C}

\det A : determinante da matriz A

A^t : transposta da matriz A

\mathcal{P}(A) : conjunto de todos os subconjuntos do conjunto A

n(A) : número de elementos do conjunto finito A

P(A) : probabilidade de ocorrência do evento A

f \circ g : função composta das funções f e g

[a, b] = \{x \in \mathbb{R};\ a \le x \le b\}

[a, b[ = \{x \in \mathbb{R};\ a \le x < b\}

]a, b] = \{x \in \mathbb{R};\ a < x \le b\}

]a, b[ = \{x \in \mathbb{R};\ a < x < b\}

A \setminus B = \{x;\ x \in A\text{ e } x \notin B\}

\displaystyle\sum_{n=1}^{k} a_n = a_1 + a_2 + \ldots + a_k,\ k \in \mathbb{N}

Observação: Os sistemas de coordenadas considerados são cartesianos retangulares.

Sabendo que \operatorname{sen} x = \frac{2ab}{a^2 + b^2}, a \neq 0 e b \neq 0, um possível valor para \operatorname{cossec} 2x - \frac{1}{2}\operatorname{tg} x é

  1. A
    \frac{a - b}{ab}.
  2. B
    \frac{a + b}{2ab}.
  3. C
    \frac{a^2 - b^2}{ab}.
  4. D
    \frac{a^2 + b^2}{4ab}.
  5. E
    \frac{a^2 - b^2}{4ab}.
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Resolução comentada

Primeiro simplificamos a expressão usando identidades do arco duplo.

\operatorname{cossec}2x=\frac{1}{2\,\operatorname{sen}x\cos x},\qquad \frac12\operatorname{tg}x=\frac{\operatorname{sen}x}{2\cos x}

Subtraindo, com denominador comum 2\,\operatorname{sen}x\cos x:

\frac{1-\operatorname{sen}^2x}{2\,\operatorname{sen}x\cos x}=\frac{\cos^2x}{2\,\operatorname{sen}x\cos x}=\frac{\cos x}{2\,\operatorname{sen}x}

Agora calculamos \cos x a partir de \operatorname{sen}x:

  1. \cos^2x=1-\dfrac{4a^2b^2}{(a^2+b^2)^2}=\dfrac{(a^2+b^2)^2-4a^2b^2}{(a^2+b^2)^2}=\dfrac{(a^2-b^2)^2}{(a^2+b^2)^2}.
  2. Logo \cos x=\pm\dfrac{a^2-b^2}{a^2+b^2}.

Substituindo:

\frac{\cos x}{2\,\operatorname{sen}x}=\pm\frac{\dfrac{a^2-b^2}{a^2+b^2}}{\dfrac{4ab}{a^2+b^2}}=\pm\frac{a^2-b^2}{4ab}

Como o enunciado pede "um possível valor", o sinal positivo (que ocorre, por exemplo, para x no primeiro quadrante com a^2>b^2) corresponde à alternativa E.

Alternativa E.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • ANão surge de nenhuma etapa; a expressão simplificada tem denominador 4ab e numerador a^2-b^2.
  • BConfunde a^2-b^2 com a+b e usa denominador errado.
  • CTem o numerador certo, mas erra o denominador (ab em vez de 4ab), esquecendo o fator 2 e o 2\,\operatorname{sen}x.
  • DUsa a^2+b^2 no numerador, que é o denominador de \operatorname{sen}x, não o valor de \cos x.

Assunto: Identidades, adição de arcos e arco duplo.

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Fonte: ITA 2014 · Matemática. Prova oficial ↗