Equações do segundo grau

Uma equação do segundo grau é uma equação que pode ser escrita na forma

\[ ax^2+bx+c=0,\qquad a\neq0 \]

Esse tipo de equação aparece em diferentes situações matemáticas, como problemas envolvendo áreas, medidas e relações entre números.

Nesta postagem, vamos reconhecer equações completas e incompletas, resolver equações por diferentes estratégias e compreender que a fatoração estudada anteriormente é uma importante ferramenta para encontrar suas soluções.

Habilidade da BNCC

EF09MA09: compreender os processos de fatoração de expressões algébricas, com base em suas relações com os produtos notáveis, para resolver e elaborar problemas que possam ser representados por equações polinomiais do 2º grau.

1. O que é uma equação do segundo grau?

A forma geral de uma equação do segundo grau com uma incógnita é:

\[ ax^2+bx+c=0,\qquad a\neq0 \]

Os números \(a\), \(b\) e \(c\) são os coeficientes da equação.

Exemplo resolvido 1. Identifique os coeficientes de:

\[ 2x^2-5x+3=0 \]

Comparando com \(ax^2+bx+c=0\):

\[ a=2,\qquad b=-5,\qquad c=3 \]

Atenção: o coeficiente \(a\) nunca pode ser zero. Se \(a=0\), o termo \(x^2\) desaparece e a equação deixa de ser do segundo grau.

2. Equações completas e incompletas

Uma equação do segundo grau é completa quando \(a\), \(b\) e \(c\) são diferentes de zero.

Por exemplo:

\[ 2x^2-7x+3=0 \]

Ela é incompleta quando \(b=0\), \(c=0\) ou ambos.

Equação Coeficientes Classificação
\(x^2-5x+6=0\) \(a=1,\ b=-5,\ c=6\) Completa
\(x^2-16=0\) \(a=1,\ b=0,\ c=-16\) Incompleta
\(3x^2+12x=0\) \(a=3,\ b=12,\ c=0\) Incompleta
\(5x^2=0\) \(a=5,\ b=0,\ c=0\) Incompleta

3. Equações incompletas do tipo \(ax^2+c=0\)

Quando não existe termo em \(x\), podemos isolar \(x^2\).

Exemplo resolvido 2.

\[ x^2-25=0 \]
\[ x^2=25 \]

Como \(5^2=25\) e \((-5)^2=25\):

\[ x=5\quad\text{ou}\quad x=-5 \]

Logo:

\[ S=\{-5,5\} \]

Exemplo resolvido 3.

\[ 2x^2-18=0 \]
\[ 2x^2=18 \]
\[ x^2=9 \]
\[ x=\pm3 \]

Portanto:

\[ S=\{-3,3\} \]

4. Equações incompletas do tipo \(ax^2+bx=0\)

Nesse caso, os termos possuem \(x\) como fator comum.

Exemplo resolvido 4.

\[ x^2-6x=0 \]

Colocando \(x\) em evidência:

\[ x(x-6)=0 \]

Pela propriedade do produto nulo:

\[ x=0\quad\text{ou}\quad x-6=0 \]

Portanto:

\[ x=0\quad\text{ou}\quad x=6 \]
\[ S=\{0,6\} \]

Exemplo resolvido 5.

\[ 3x^2+12x=0 \]
\[ 3x(x+4)=0 \]
\[ 3x=0\quad\text{ou}\quad x+4=0 \]
\[ x=0\quad\text{ou}\quad x=-4 \]
\[ S=\{-4,0\} \]
▶ Pratique 1 — Reconhecimento e equações incompletas

1. Identifique \(a\), \(b\) e \(c\) em \(3x^2-7x+2=0\).

2. Classifique \(x^2+9x-10=0\) como completa ou incompleta.

3. Classifique \(4x^2-36=0\) como completa ou incompleta.

4. Resolva \(x^2-49=0\).

5. Resolva \(2x^2-32=0\).

6. A área de um quadrado é \(81\text{ cm}^2\). Utilizando uma equação do segundo grau, determine a medida positiva do lado.

7. O produto de um número por ele mesmo é 144. Quais números reais satisfazem essa condição?

8. Resolva \(x^2+8x=0\).

9. Resolva \(5x^2-15x=0\).

10. Uma expressão para a área de um retângulo é \(x(x+5)\). Para quais valores de \(x\) essa expressão é igual a zero?

5. Equações completas do segundo grau

As equações completas possuem os três termos:

\[ ax^2+bx+c=0 \]

Algumas podem ser resolvidas facilmente por fatoração.

Exemplo resolvido 6.

\[ x^2-5x+6=0 \]

Procuramos dois números cujo produto seja 6 e cuja soma seja \(-5\). Esses números são \(-2\) e \(-3\).

Assim:

\[ x^2-5x+6=(x-2)(x-3) \]
\[ (x-2)(x-3)=0 \]
\[ x=2\quad\text{ou}\quad x=3 \]

Logo:

\[ S=\{2,3\} \]

6. Completamento de quadrados

Uma expressão do segundo grau pode, em alguns casos, ser transformada em um quadrado perfeito. Esse procedimento é chamado de completamento de quadrados.

Exemplo resolvido 7.

\[ x^2+6x-7=0 \]

Passamos o termo constante para o outro lado:

\[ x^2+6x=7 \]

Para completar o quadrado, tomamos a metade de 6 e elevamos ao quadrado:

\[ \left(\frac{6}{2}\right)^2=9 \]

Somamos 9 aos dois membros:

\[ x^2+6x+9=7+9 \]
\[ (x+3)^2=16 \]
\[ x+3=\pm4 \]

Assim:

\[ x=1\quad\text{ou}\quad x=-7 \]
\[ S=\{-7,1\} \]

7. Da equação geral à fórmula de Bhaskara

A fórmula de Bhaskara pode ser obtida a partir da equação geral do segundo grau por meio do completamento de quadrados.

\[ ax^2+bx+c=0,\qquad a\neq0 \]

Dividindo todos os termos por \(a\):

\[ x^2+\frac{b}{a}x+\frac{c}{a}=0 \]

Passando o termo constante para o outro membro:

\[ x^2+\frac{b}{a}x=-\frac{c}{a} \]

A metade do coeficiente de \(x\) é:

\[ \frac{b}{2a} \]

Seu quadrado é:

\[ \frac{b^2}{4a^2} \]

Somamos esse valor aos dois membros:

\[ x^2+\frac{b}{a}x+\frac{b^2}{4a^2} = -\frac{c}{a}+\frac{b^2}{4a^2} \]

O primeiro membro torna-se um quadrado perfeito:

\[ \left(x+\frac{b}{2a}\right)^2 = \frac{b^2-4ac}{4a^2} \]

Extraindo a raiz quadrada:

\[ x+\frac{b}{2a} = \pm\frac{\sqrt{b^2-4ac}}{2a} \]

Isolando \(x\):

\[ x=\frac{-b\pm\sqrt{b^2-4ac}}{2a} \]

8. O discriminante

Na fórmula de Bhaskara aparece a expressão:

\[ b^2-4ac \]

Essa expressão recebe o nome de discriminante e é representada pela letra grega delta:

\[ \Delta=b^2-4ac \]

Com isso, a fórmula de Bhaskara pode ser escrita como:

\[ x=\frac{-b\pm\sqrt{\Delta}}{2a} \]

O valor de \(\Delta\) indica o número de raízes reais da equação.

Se \(\Delta>0\): existem duas raízes reais diferentes.

Se \(\Delta=0\): existe uma raiz real dupla.

Se \(\Delta<0\): não existem raízes reais.

9. Resolvendo pela fórmula de Bhaskara

Exemplo resolvido 8.

\[ x^2-5x+6=0 \]

Identificamos os coeficientes:

\[ a=1,\qquad b=-5,\qquad c=6 \]

Calculamos o discriminante:

\[ \Delta=(-5)^2-4\cdot1\cdot6 \]
\[ \Delta=25-24=1 \]

Aplicando a fórmula de Bhaskara:

\[ x=\frac{-(-5)\pm\sqrt{1}}{2\cdot1} \]
\[ x=\frac{5\pm1}{2} \]

Assim:

\[ x_1=3,\qquad x_2=2 \]
\[ S=\{2,3\} \]

Exemplo resolvido 9.

\[ 2x^2+4x-6=0 \]
\[ a=2,\qquad b=4,\qquad c=-6 \]
\[ \Delta=4^2-4\cdot2\cdot(-6)=64 \]
\[ x=\frac{-4\pm8}{4} \]
\[ x_1=1,\qquad x_2=-3 \]
\[ S=\{-3,1\} \]

Exemplo resolvido 10.

\[ x^2-6x+9=0 \]
\[ \Delta=(-6)^2-4\cdot1\cdot9=0 \]

Como \(\Delta=0\), existe uma raiz real dupla:

\[ x=3 \]
\[ S=\{3\} \]

Exemplo resolvido 11.

\[ x^2+2x+5=0 \]
\[ \Delta=2^2-4\cdot1\cdot5=-16 \]

Como \(\Delta<0\), a equação não possui raízes reais.

\[ S=\varnothing \]

Ao identificar os coeficientes, o sinal faz parte do coeficiente. Em \(2x^2-7x-4=0\), temos \(a=2\), \(b=-7\) e \(c=-4\).

▶ Pratique 2 — Equações completas e fórmula de Bhaskara

1. Calcule o discriminante de \(x^2-8x+12=0\).

2. Calcule o discriminante de \(x^2+6x+9=0\).

3. Sem calcular as raízes, determine quantas raízes reais possui \(x^2+4x+8=0\).

4. Resolva \(x^2-7x+12=0\) pela fórmula de Bhaskara.

5. Resolva \(2x^2-5x-3=0\).

6. O produto de dois números inteiros consecutivos é 72. Determine esses números.

7. Um retângulo possui lados \(x\) e \(x+3\) e área \(40\text{ cm}^2\). Determine as medidas positivas dos lados.

8. O quadrado de um número, diminuído de cinco vezes esse número, é igual a 14. Determine os possíveis valores.

9. A soma do quadrado de um número com o dobro desse número é 15. Determine os possíveis valores.

10. Um terreno retangular possui largura \(x\) metros e comprimento \(x+5\) metros. Se a área é \(84\text{ m}^2\), determine suas dimensões.

10. Verificando as raízes

Depois de encontrar uma solução, podemos verificar se ela realmente satisfaz a equação original.

Exemplo resolvido 12. Verifique se \(x=3\) é raiz de:

\[ x^2-5x+6=0 \]

Substituindo \(x\) por 3:

\[ 3^2-5\cdot3+6=0 \]

Como a igualdade é verdadeira, \(x=3\) é uma raiz.

11. Soma e produto das raízes

Se \(x_1\) e \(x_2\) são as raízes de \(ax^2+bx+c=0\), então:

\[ x_1+x_2=-\frac{b}{a} \]
\[ x_1x_2=\frac{c}{a} \]

Exemplo resolvido 13. Considere:

\[ x^2-7x+10=0 \]
\[ x_1+x_2=7 \]
\[ x_1x_2=10 \]

De fato, as raízes são 2 e 5.

12. Construindo uma equação a partir das raízes

Exemplo resolvido 14. Construa uma equação de coeficiente \(a=1\) cujas raízes sejam 2 e 5.

\[ (x-2)(x-5)=0 \]

Desenvolvendo:

\[ x^2-7x+10=0 \]

13. Qual método utilizar?

Nem toda equação precisa ser resolvida pela fórmula de Bhaskara. Antes de escolher o método, observe sua estrutura.

Situação Método conveniente
\(x^2=25\) Isolamento de \(x^2\)
\(x^2-6x=0\) Fator comum e produto nulo
\(x^2-9=0\) Diferença de quadrados
\(x^2-5x+6=0\) Fatoração ou Bhaskara
Equação completa sem fatoração evidente Completamento de quadrados ou Bhaskara

14. Problemas com equações do segundo grau

Exemplo resolvido 15. Um retângulo tem comprimento 3 cm maior que a largura e área de \(40\text{ cm}^2\).

\[ x(x+3)=40 \]
\[ x^2+3x-40=0 \]
\[ (x+8)(x-5)=0 \]
\[ x=-8\quad\text{ou}\quad x=5 \]

Como uma medida não pode ser negativa nesse contexto, as dimensões são 5 cm e 8 cm.

Exemplo resolvido 16. O produto de dois números inteiros consecutivos é 90.

\[ x(x+1)=90 \]
\[ x^2+x-90=0 \]
\[ (x+10)(x-9)=0 \]

Os pares são:

\[ -10\text{ e }-9 \]

ou

\[ 9\text{ e }10 \]

Exemplo resolvido 17. A área de um quadrado é numericamente igual a 12 vezes a medida de seu lado mais 64.

\[ x^2=12x+64 \]
\[ x^2-12x-64=0 \]
\[ (x-16)(x+4)=0 \]

Como buscamos uma medida positiva, o lado mede 16 unidades.

▶ Pratique 3 — Relações entre raízes e resolução de problemas

1. Determine a soma e o produto das raízes de \(x^2-9x+14=0\).

2. Determine a soma e o produto das raízes de \(2x^2+5x-3=0\).

3. Construa uma equação de coeficiente \(a=1\) cujas raízes sejam 3 e 8.

4. Construa uma equação de coeficiente \(a=1\) cujas raízes sejam \(-2\) e 5.

5. Verifique se \(x=-2\) é raiz de \(x^2+x-2=0\).

6. Um retângulo tem comprimento 4 cm maior que a largura e área de \(96\text{ cm}^2\). Determine suas dimensões.

7. O produto de dois números naturais consecutivos é 132. Quais são os números?

8. O quadrado de um número é igual a sete vezes esse número mais 18. Determine os possíveis valores.

9. Um quadrado possui área de \(169\text{ cm}^2\). Modele a situação com uma equação do segundo grau e determine a medida positiva do lado.

10. Uma área retangular é representada por \(x(x+6)=91\). Determine as medidas positivas representadas por \(x\) e \(x+6\).

15. Erros frequentes

1. Em \(x^2-6x+5=0\), temos \(b=-6\).

2. \((-6)^2=36\).

3. Na fórmula de Bhaskara, o denominador é \(2a\).

4. Quando \(\Delta>0\), o símbolo \(\pm\) permite encontrar duas raízes reais.

5. Em problemas, as soluções precisam ser interpretadas de acordo com o contexto.

16. Síntese dos métodos de resolução

Método Ideia principal
Isolamento de \(x^2\) Usado em equações como \(x^2=25\)
Fator comum Transforma \(ax^2+bx=0\) em um produto
Produtos notáveis Permitem reconhecer padrões de fatoração
Completamento de quadrados Transforma parte da expressão em um quadrado perfeito
Fórmula de Bhaskara Método geral para resolver equações do segundo grau
▶ Revisão e aprofundamento — 20 questões

1. Identifique \(a\), \(b\) e \(c\) em \(4x^2-3x-7=0\).

2. Classifique \(5x^2-20=0\) como completa ou incompleta.

3. Resolva \(x^2-64=0\).

4. Resolva \(2x^2+10x=0\).

5. Resolva por fatoração \(x^2-11x+30=0\).

6. Calcule \(\Delta\) em \(x^2-4x-5=0\).

7. Resolva \(x^2-4x-5=0\) pela fórmula de Bhaskara.

8. Determine quantas raízes reais possui \(x^2+2x+10=0\).

9. Determine a soma e o produto das raízes de \(3x^2-12x+6=0\).

10. Escreva uma equação de coeficiente \(a=1\) cujas raízes sejam 4 e \(-3\).

11. Um quadrado possui área de \(225\text{ cm}^2\). Modele a situação com uma equação e determine a medida positiva do lado.

12. O produto de dois números naturais consecutivos é 156. Determine os números.

13. Um retângulo tem largura \(x\), comprimento \(x+7\) e área \(60\text{ cm}^2\). Determine suas dimensões.

14. O quadrado de um número é igual a 10 vezes esse número menos 21. Determine os possíveis valores.

15. A soma do quadrado de um número com três vezes esse número é 28. Determine os possíveis valores.

16. Um terreno retangular possui comprimento 5 m maior que a largura e área de \(150\text{ m}^2\). Determine suas dimensões.

17. Resolva \(x^2-13x+40=0\) por fatoração e verifique as duas raízes.

18. Uma equação do segundo grau possui raízes 6 e 2. Construa uma equação de coeficiente \(a=1\) com essas raízes.

19. Um aluno resolveu \(x^2=36\) e escreveu apenas \(x=6\). Explique o erro e apresente a solução completa.

20. Explique por que a fórmula de Bhaskara não precisa ser o primeiro método escolhido para resolver toda equação do segundo grau.

▶ Gabarito do Pratique 1

1. \(a=3,\ b=-7,\ c=2\).

2. Completa.

3. Incompleta.

4. \(S=\{-7,7\}\).

5. \(S=\{-4,4\}\).

6. 9 cm.

7. \(-12\) e 12.

8. \(S=\{-8,0\}\).

9. \(S=\{0,3\}\).

10. \(x=0\) ou \(x=-5\).

▶ Gabarito do Pratique 2

1. \(\Delta=16\).

2. \(\Delta=0\).

3. Nenhuma raiz real.

4. \(S=\{3,4\}\).

5. \(S=\{-\frac12,3\}\).

6. 8 e 9, ou \(-9\) e \(-8\).

7. 5 cm e 8 cm.

8. \(S=\{-2,7\}\).

9. \(S=\{-5,3\}\).

10. 7 m e 12 m.

▶ Gabarito do Pratique 3

1. Soma 9 e produto 14.

2. Soma \(-\frac52\) e produto \(-\frac32\).

3. \(x^2-11x+24=0\).

4. \(x^2-3x-10=0\).

5. Sim.

6. 8 cm e 12 cm.

7. 11 e 12.

8. \(S=\{-2,9\}\).

9. \(x^2-169=0\); lado 13 cm.

10. 7 e 13.

▶ Gabarito da revisão e do aprofundamento

1. \(a=4,\ b=-3,\ c=-7\).

2. Incompleta.

3. \(S=\{-8,8\}\).

4. \(S=\{-5,0\}\).

5. \(S=\{5,6\}\).

6. \(\Delta=36\).

7. \(S=\{-1,5\}\).

8. Nenhuma raiz real.

9. Soma 4 e produto 2.

10. \(x^2-x-12=0\).

11. 15 cm.

12. 12 e 13.

13. 5 cm e 12 cm.

14. \(S=\{3,7\}\).

15. \(S=\{-7,4\}\).

16. 10 m e 15 m.

17. \(S=\{5,8\}\).

18. \(x^2-8x+12=0\).

19. Faltou considerar a raiz negativa. \(S=\{-6,6\}\).

20. Algumas equações podem ser resolvidas de maneira mais simples por isolamento ou fatoração.

Para lembrar: antes de aplicar uma fórmula, observe a estrutura da equação. Em muitos casos, a fatoração ou o isolamento permite chegar à solução de maneira mais simples. Em situações-problema, as soluções encontradas também precisam ser interpretadas de acordo com o contexto.