EsPCEx: 47 Questões de Matemática na Reta Final!

Olá leitor!

A EsPCEx de 2021/2022 tá chegando e, com ela, se intensificam as listas de revisão de conteúdo. Deixo, então uma lista com 47 questões de matemática da EsPCEx pra você que irá fazer a prova em breve!

Bons estudos e boa semana!

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EFOMM: Uma Pequena Lista!

Olá leitores, sem mais demora trago pra vocês uma lista com cerca de 20 exercícios da Escola de Formação de Oficiais da Marinha Mercante, também conhecida como EFOMM.

São exercícios gerais, envolvendo conjuntos, P.A., P.G., matrizes, determinantes, sistemas lineares, geometria (principalmente trigonometria no triângulo), e outros assuntos que podem vir de “coadjuvantes” em algumas questões, se é que você me entende…

Clica no link abaixo pra pegar a lista:

Bons estudos e espero que você seja feliz!

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Quadrado Mágico: Sistemas e Progressões Aritméticas

Olá, leitores!

Provavelmente você já viu o problema a seguir. A ideia é distribuir os números naturais de 1 a 9 no quadrado 3 \times 3 a seguir, substituindo as letras de a a i, de modo que a soma em cada linha, coluna ou diagonal seja sempre a mesma.

\begin{array}{ccc} a & b & c \\ d & e & f \\ g & h & i \end{array}

Antes de começar a tentar resolver, há algumas coisas a se perceber. Vamos lá!

Em primeiro lugar, não é qualquer conjunto de números que pode ser substituído nas letras. Se a soma de todos os números é S e a soma das três linhas é a mesma, valendo k, teremos:

a + b + c = d + e + f = g + h + i = k

Portanto:

(a + b + c) + (d + e + f) + (g + h + i) = S \Rightarrow 3k = S \Rightarrow k = \frac{S}{3}

O que mostra que, se os números são naturais, S deve ser múltiplo do número de linhas e, em particular, no nosso caso, múltiplo de 3, já que são 3 linhas. Como temos os números de 1 a 9, sabemos que:

1 + 2 + \ldots + 8 + 9 = 45

Que nada mais é que a soma dos 9 termos de uma P.A. de razão 1. Podemos concluir que a soma de cada linha é, portanto, em nosso caso, 15.

Essa é a primeira conexão que faremos com as progressões aritméticas. A segunda vem de uma propriedade. Em qualquer P.A. a soma de termos equidistantes dos extremos é constante. Por exemplo, se dispormos os números de 1 a 9 como segue:

(1,2,3,4,5,6,7,8,9)

Vemos claramente que:

1 + 9 = 2 + 8 = 3 +7 = 4 + 6 = 2 \cdot 5

Preste atenção na última igualdade acima. O termo central, que vale 5, fica duplicado para manter a soma dos termos equidistantes igual a 10. Agora, vamos voltar ao nosso quadrado mágico. O que queremos é dispor os números digamos que “em torno” da letra e, pois veja que, se temos:

a + e + i = d + e + f = g + e + c = b + e + h

Teremos:

a +  i = d + f = g + c = b + h

E, além disso, a + b + c = g + h + i, limitando um pouco mais as possibilidades de escolha.

Dos nove números, há oito listados na sequência de três igualdades anterior. E, agora, nosso trabalho fica reduzido a escrever uma P.A. em que os pares (a,i), (d,f), (g,c) e (b,h) sejam extremos equidistantes da mesma P.A. Como só sobrou a letra e, ela deve ser o termo central da P.A., que já sabemos ser 5. Mas vamos alocar os números para verificar, o que ocorre da seguinte maneira:

(b,i,d,g,e,c,f,a,h) = (1,2,3,4,5,6,7,8,9)

Confira no “quadrado mágico”:

\begin{array}{ccc} 8 & 1 & 6 \\ 3 & 5 & 7 \\ 4 & 9 & 2 \end{array}

Mas será que essa é a única maneira de dispor os números? Não! Deixo pra você pensar o por quê, mas deixo uma dica: tente “girar” o quadrado mágico!

Agora, o que o quadrado mágico tem a ver com sistemas lineares? Bom, sabemos que o problema pode ser traduzido em um conjunto de equações envolvendo as letras de a a i e que a soma das linhas vale k = \frac{45}{3}, portanto, podemos montar o seguinte sistema:

\left\{ \begin{array}{r} a + b + c = 15 \\  d + e + f = 15 \\  g + h + i = 15 \\  a + d + g = 15 \\  b + e + h = 15 \\ c + f + i = 15 \\  a + e + i = 15 \\  g + e + c = 15 \\ \end{array} \right.

Como há nove incógnitas e somente oito equações, este sistema terá mais de uma solução (pense se serão infinitas… :)). Perceba que a equação a + b + \ldots + h + i = 45 é uma combinação linear das demais e não uma nova equação.

Agora, “mãos à obra”, como diríamos; queremos calcular e, vamos então isolar as demais em função dela. Da primeira, vamos isolar c, encontrando c = 15 - (a+b) e substituir este resultado nas demais:

\left\{ \begin{array}{r}  d + e + f = 15 \\  g + h + i = 15 \\  a + d + g = 15 \\  b + e + h = 15 \\ 15 - (a+b) + f + i = 15 \\  a + e + i = 15 \\  g + e + 15 - (a+b) = 15 \\ \end{array} \right. \Rightarrow \left\{ \begin{array}{r}  d + e + f = 15 \\  g + h + i = 15 \\  a + d + g = 15 \\  b + e + h = 15 \\  f + i = a + b \\  a + e + i = 15 \\  g + e = a+b \\ \end{array} \right.

Observe a quinta e a sétima equação, elas são meras observações do quadrado mágico. Confira lá. Continuando, vamos isolar d na primeira, obtendo d = 15 - (e + f):

\left\{ \begin{array}{r}   g + h + i = 15 \\  a + 15 - (e + f) + g = 15 \\  b + e + h = 15 \\  f + i = a + b \\  a + e + i = 15 \\  g + e = a+b \\ \end{array} \right. \Rightarrow  \left\{ \begin{array}{r}   g + h + i = 15 \\  a + g = e + f \\  b + e + h = 15 \\  f + i = a + b \\  a + e + i = 15 \\  g + e = a+b \\ \end{array} \right.

Agora, faremos o mesmo para i, escrevendo i = 15 - (g+h):

\left\{ \begin{array}{r}    a + g = e + f \\  b + e + h = 15 \\  f + 15 - (g+h) = a + b \\  a + e + 15 - (g+h) = 15 \\  g + e = a+b \\ \end{array} \right. \Rightarrow \left\{ \begin{array}{r}  a + g = e + f \\  b + e + h = 15 \\  a + b + g + h - f = 15 \\  a + e  = g+h \\  g + e = a+b \\ \end{array} \right.

Vamos agora, isolar a na primeira, obtendo a = e + f - g, (haja paciência…!):

\left\{ \begin{array}{r}  b + e + h = 15 \\  e + f - g + b + g + h - f = 15 \\  e + f - g + e  = g+h \\  g + e = e + f - g +b \\ \end{array} \right. \Rightarrow \left\{ \begin{array}{r}  b + e + h = 15 \\  e  + b  + h = 15 \\  2e  = 2g + h - f \\  2g =  f +b \\ \end{array} \right.

As duas primeiras são iguais, podemos eliminar uma delas:

\left\{ \begin{array}{r}  e  + b  + h = 15 \\  2e  = 2g + h - f \\  2g =  f +b \\ \end{array} \right.

Substituindo a terceira na segunda:

\left\{ \begin{array}{r}  e  + b  + h = 15 \\  2e  = f + b + h - f \\ \end{array} \right. \Rightarrow  \left\{ \begin{array}{r}  e  + b  + h = 15 \\  2e  =  b + h \\ \end{array} \right.

Comparando as duas teremos 3e = 15, portanto, e = 5. Veja que só poderemos, com isso, achar o valor de b+h =10, mas não os valores de b e h individualmente. Isto confirma nossa hipótese inicial de que há mais de uma maneira de “arrumar” os números.

E aí? Curtiu nossa solução? Divulgue!

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Um Sistema Simples

Olá leitores, recebi uma dúvida há pouco, que envolve sistemas lineares. Vamos dar uma olhada.

Calcule a soma x + y + z no sistema abaixo:

\left\{\begin{array}{lll} 66x + 33y + 2z = 1 \\ 2x + 66y + 33z = 2 \\ 33x + 2y + 66 z = 98 \\ \end{array}\right.

Paolla Souza

Bom, em primeiro lugar é necessário saber que, se um sistema é composto de equações lineares, então a equação obtida pela soma das equações do sistema pode substituir qualquer equação do sistema, mantendo o conjunto solução intacto — que é uma aplicação direta do Teorema de Jacobi em uma matriz.

Daí, como só queremos x + y + z e não os valores individuais, só precisamos somar as três equações e teremos:

66x + 2x + 33x + 33y + 66y + 2y + 2z + 33z + 66z = 1 + 2 + 98

Portanto:

101 x + 101 y + 101 z = 101 \Rightarrow x + y + z = 1

Viu, basta uma boa ideia para resolver rápido. Mas claro, embora não tenhamos feito isso, você pode resolver o sistema, encontrando os valores das incógnitas e depois calcular a soma resultante de seus valores. Vá em frente!

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Produto de Matrizes e Matriz Inversa

Hoje, trazemos um problema que envolve o produto de matrizes e a obtenção da matriz inversa de uma matriz quadrada.

Vejamos o problema proposto:

Considere as matrizes M = \left( \begin{array}{rrr} 1 & -1 & 3 \\ 0 & 1 & 0 \\ 2 & 3 & 1 \\ \end{array} \right), N = \left( \begin{array}{rrr} 1 & 0 & 2 \\ 3 & 2 & 0 \\ 1 & 1 & 1 \\ \end{array} \right), P = \left( \begin{array}{r} 0 \\ 1 \\ 0 \\ \end{array} \right) e X = \left( \begin{array}{r} x \\ y \\ z \\ \end{array} \right). Se X é solução de M^{-1}NX = P, então x^2 + y^2 + z^2 é igual a:

a) 35

b) 17

c) 38

d) 14

e) 29

Enviada por Marcus Tavares

Primeiro, vamos usar a definição de matriz inversa sobre a expressão dada, multiplicando-a pela esquerda por M:

M^{-1}NX = P \Rightarrow M \cdot M^{-1}NX = MP \Rightarrow INX = MP \Rightarrow NX = MP

Em que I representa a identidade de ordem 3. Repetindo o processo, multiplicando a mesma expressão por N^{-1} pela esquerda, teremos:

N^{-1}NX =N^{-1}MP \Rightarrow IX = N^{-1}MP \Rightarrow X = N^{-1}MP

Precisaremos inverter a matriz N (infelizmente, pois vai dar trabalho… :(, mas VQV). Para inverter N faremos:

N \cdot N^{-1} = I_3 \Rightarrow \left(\begin{array}{rrr} 1 & 0 & 2 \\ 3 & 2 & 0 \\ 1 & 1 & 1 \\ \end{array}\right) \cdot \left(\begin{array}{rrr} a & b & c \\ d & e & f \\ g & h & i \\ \end{array}\right) = \left(\begin{array}{rrr} 1 & 0 & 0 \\ 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 1 \\ \end{array}\right)

Isto vai gerar alguns sistemas de equações, vamos ao primeiro:

\left\{ \begin{array}{r} a + 2g = 1 \\ 3a + 2d = 0 \\  a + d + g = 0 \end{array}\right.

Da primeira equação teremos a = 1 -2g; substituindo na segunda: 3 \cdot (1-2g) + 2d = 0, portanto, d = \frac{6g - 3}{2}. Indo para a terceira:

1 - 2g +  \frac{6g - 3}{2} + g = 0 \Rightarrow 2 - 4g + 6g - 3 + 2g = 0 \Rightarrow g = \frac{1}{4}

Agora calculamos d:

d = \frac{6 \cdot \frac{1}{4} - 3}{2} \Rightarrow d = -\frac{3}{4}

E para o valor de a, sabemos a = \frac{1}{2}. Vamos agora para o segundo sistema:

\left\{ \begin{array}{r} b + 2h = 0 \\ 3b + 2e = 1 \\  b + e + h = 0 \end{array}\right.

Veja que a matriz dos coeficientes é a mesma, mudando apenas as incógnitas. Houve também uma pequena mudança na matriz dos termos independentes. Continuando; da primeira equação, encontramos b = -2h e, substituindo na terceira:

-2h + e + h = 0 \Rightarrow e = h

Colocando estes resultados na segunda:

3 \cdot(-2h) + 2h = 1 \Rightarrow h = -\frac{1}{4}

Portanto temos b = \frac{1}{2} e e = -\frac{1}{4}. Finalmente, vamos ao terceiro sistema de equações:

\left\{ \begin{array}{r} c + 2i = 0 \\ 3c + 2f = 0 \\  c + f + i = 1 \end{array}\right.

Da primeira equação obtemos c = -2i, usando na segunda, teremos:

3 \cdot (-2i) + 2f = 0 \Rightarrow f = 3i

Indo pra última equação:

-2i + 3i + i = 1 \Rightarrow i = \frac{1}{2}

Portanto, f = \frac{3}{2} e c = -1. Então, finalmente temos a inversa de N:

N^{-1} = \left[ \begin{array}{rrr} \frac{1}{2} & \frac{1}{2} & -1 \vspace{1 mm} \\ -\frac{3}{4} & -\frac{1}{4} & \frac{3}{2} \vspace{1 mm} \\ \frac{1}{4} & - \frac{1}{4} & \frac{1}{2} \\ \end{array} \right]

Queremos calcular X = N^{-1}MP que pode ser feito como X = N^{-1}(MP), logo temos MP = \left[ \begin{array}{r} -1 \\ 1 \\ 3 \\ \end{array}\right], e agora teremos a inversa de N multiplicada pelo resultado anterior, que nos dará X = \left[ \begin{array}{r} -\frac{1}{2} + \frac{1}{2} -3 \vspace{1 mm} \\  \frac{3}{4} -\frac{1}{4} + \frac{9}{2} \vspace{1 mm} \\ -\frac{1}{4} - \frac{1}{4} + \frac{3}{2}  \\ \end{array}\right].

Finalmente, podemos escrever: X = \left[ \begin{array}{r} -3 \\ 5 \\ 1 \end{array}\right]. Portanto x = -3, y = 5 e z = 1, daí x^2 + y^2 + z^2 = 9 + 25 + 1 = 35. Opção A.

Problema trabalhoso, mas bacana, gostei!

Fique com um vídeo sobre equações matriciais.

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Vídeo: Sistemas de Equações – Definição e Classificação

Olá amigos,

mais um vídeo de matemática disponível. Desta vez, falamos sobre sistemas de equações. O que são e como são classificados. O que é um sistema possível? O que é um sistema impossível? Estas são as perguntas respondidas por este vídeo.

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@LSBar – CEO

Exercícios: Sistemas do Primeiro Grau V e VI

Olá leitores,

estamos de volta com mais duas “grandes listas” de exercícios, de assuntos que aparecem com grande recorrência em provas: sistemas de equações. Deixamos então mais duas listas de exercícios: sistemas de equações do primeiro grau 5 e 6. Não deixem de conferir indo em exercícios >> matemática e “caindo dentro”.

Abraço, boa semana, bons estudos.

@LSBar – CEO

Exercícios: Problemas do Primeiro Grau II e III

Olá alunos,

seguem mais duas listas de exercícios: Problemas do Primeiro Grau (lista 2 e lista 3). Os problemas em geral são simples, mas tentem fazer sem utilizar sistemas de equações. Para baixar o arquivo vá em Exercícios >> Matemática e procure pelas duas listas.

Bons estudos e boa semana.

@LSBar – Fundador