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Questão de Matemática — Determinantes — CESPE / CEBRASPE 2024

MatemáticaDeterminantes
Código
ce402870
Banca
CESPE / CEBRASPE
Órgão
UESB
Ano
2024
Cargo
Vest ( )
Considere a matriz quadrada   M = \begin{bmatrix} x - 1 & -2 \\ \frac{1}{2} & x + 2 \end{bmatrix}   Assinale a opção em que são apresentados os valores de x para os quais o determinante da matriz apresentada é positivo.
  1. A\quad x \in \left(-\infty, -\frac{1}{2} - \frac{\sqrt{13}}{2}\right) \cup \left(\frac{\sqrt{13}}{2} - \frac{1}{2}, \infty\right)
  2. B\quad x \in \mathbb{R}
  3. C\quad x \in \left(-\frac{1}{2} - \frac{\sqrt{5}}{2}, \frac{\sqrt{5}}{2} - \frac{1}{2}\right)
  4. D\quad x \in \left(-\infty, -\frac{1}{2} - \frac{\sqrt{5}}{2}\right) \cup \left(\frac{\sqrt{5}}{2} - \frac{1}{2}, \infty\right)
  5. E\quad x \in \left(-\frac{1}{2} - \frac{\sqrt{13}}{2}, \frac{\sqrt{13}}{2} - \frac{1}{2}\right)
Revelar gabarito e comentário

GabaritoD — \quad x \in \left(-\infty, -\frac{1}{2} - \frac{\sqrt{5}}{2}\right) \cup \left(\frac{\sqrt{5}}{2} - \frac{1}{2}, \infty\right)

Comentário gerado por IA. É um apoio ao estudo, ancorado em fontes, mas pode conter imprecisões — confira sempre na fonte oficial (lei, súmula, edital e gabarito da banca). Encontrou um erro? Use “Reportar”.

Determinante de matriz de ordem 2 e inequação do 2º grau

Gabarito: letra D. O determinante da matriz é det(M)=(x1)(x+2)(2)12=x2+x1\det(M) = (x-1)(x+2) - (-2)\cdot\frac{1}{2} = x^2 + x - 1. Para que seja positivo, precisamos resolver x2+x1>0x^2 + x - 1 > 0, cujas raízes são x=1±52x = \frac{-1 \pm \sqrt{5}}{2}. Como a parábola tem concavidade para cima, o determinante é positivo fora do intervalo entre as raízes, ou seja, x(,1252)(5212,)x \in \left(-\infty, -\frac{1}{2} - \frac{\sqrt{5}}{2}\right) \cup \left(\frac{\sqrt{5}}{2} - \frac{1}{2}, \infty\right).

O determinante de uma matriz quadrada de ordem 2 é um número associado à matriz, calculado como o produto dos elementos da diagonal principal menos o produto dos elementos da diagonal secundária. Para a matriz M=[x1212x+2]M = \begin{bmatrix} x-1 & -2 \\ \frac{1}{2} & x+2 \end{bmatrix}, temos:

det(M)=(x1)(x+2)(2)(12)\det(M) = (x-1)(x+2) - \left(-2\right)\left(\frac{1}{2}\right)

Desenvolvendo o produto (x1)(x+2)=x2+2xx2=x2+x2(x-1)(x+2) = x^2 + 2x - x - 2 = x^2 + x - 2. O segundo termo é (2)12=1(-2) \cdot \frac{1}{2} = -1, mas como está subtraindo, temos (1)=+1-(-1) = +1. Portanto:

det(M)=x2+x2+1=x2+x1\det(M) = x^2 + x - 2 + 1 = x^2 + x - 1

Agora precisamos resolver a inequação x2+x1>0x^2 + x - 1 > 0. As raízes da equação x2+x1=0x^2 + x - 1 = 0 são encontradas pela fórmula de Bhaskara:

x=b±b24ac2a=1±1241(1)21=1±52x = \frac{-b \pm \sqrt{b^2 - 4ac}}{2a} = \frac{-1 \pm \sqrt{1^2 - 4 \cdot 1 \cdot (-1)}}{2 \cdot 1} = \frac{-1 \pm \sqrt{5}}{2}

Ou seja, as raízes são x1=152=1252x_1 = \frac{-1 - \sqrt{5}}{2} = -\frac{1}{2} - \frac{\sqrt{5}}{2} e x2=1+52=5212x_2 = \frac{-1 + \sqrt{5}}{2} = \frac{\sqrt{5}}{2} - \frac{1}{2}.

Como o coeficiente a=1>0a = 1 > 0, a parábola tem concavidade para cima. Isso significa que a função é positiva para valores de xx menores que a raiz menor ou maiores que a raiz maior, e negativa entre as raízes. Portanto, a solução da inequação é:

x(,1252)(5212,)x \in \left(-\infty, -\frac{1}{2} - \frac{\sqrt{5}}{2}\right) \cup \left(\frac{\sqrt{5}}{2} - \frac{1}{2}, \infty\right)

A pegadinha clássica desta questão é inverter o sinal da inequação: muitos candidatos, ao verem x2+x1>0x^2 + x - 1 > 0, lembram que "entre as raízes" a função é negativa, mas aplicam isso ao contrário, marcando o intervalo entre as raízes. A regra é: para a>0a > 0, a função é positiva fora do intervalo das raízes; para a<0a < 0, é positiva dentro. Outra pegadinha é errar o cálculo do determinante, especialmente o sinal do termo (2)12(-2) \cdot \frac{1}{2}, que muitos calculam como 1-1 e esquecem de subtrair, obtendo x2+x3x^2 + x - 3 e raízes com 13\sqrt{13}.

Guarde o passo a passo: (1) calcular o determinante corretamente, (2) identificar a inequação do 2º grau, (3) encontrar as raízes, (4) analisar o sinal conforme a concavidade. É exatamente nessa sequência que as alternativas se separam.

  1. 1Calcular o determinante
  2. 2Montar a inequação > 0
  3. 3Achar as raízes (Bhaskara)
  4. 4Analisar o sinal (concavidade)
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Critério

Alternativa D (correta)

Alternativa C (erro comum)

Alternativa A (erro de cálculo)

Determinante usado

(x^2 + x - 1) (correto)

(x^2 + x - 1) (correto)

(x^2 + x - 3) (erro de sinal)

Raízes

(\frac{-1 \pm \sqrt{5}}{2})

(\frac{-1 \pm \sqrt{5}}{2})

(\frac{-1 \pm \sqrt{13}}{2})

Intervalo de positividade

Fora das raízes (união de dois intervalos)

Entre as raízes (intervalo único)

Fora das raízes (união de dois intervalos)

Conclusão

✅ Correta

❌ Inverteu o sinal da inequação

❌ Errou o cálculo do determinante

Alternativa A — ❌ Incorreta

Esta alternativa apresenta as raízes com 13\sqrt{13}, que seriam as raízes da equação x2+x3=0x^2 + x - 3 = 0. Isso ocorre quando o determinante é calculado erroneamente como x2+x3x^2 + x - 3, provavelmente por um erro de sinal no termo (2)12(-2) \cdot \frac{1}{2}. O cálculo correto do determinante é x2+x1x^2 + x - 1, cujas raízes envolvem 5\sqrt{5}, não 13\sqrt{13}.

Alternativa B — ❌ Incorreta

Afirma que o determinante é positivo para todo xRx \in \mathbb{R}. Isso seria verdade se o discriminante da equação fosse negativo (ou seja, se a parábola não cortasse o eixo x e ficasse sempre acima dele). Porém, Δ=1241(1)=5>0\Delta = 1^2 - 4 \cdot 1 \cdot (-1) = 5 > 0, então a função assume valores negativos entre as raízes. Portanto, o determinante não é positivo para todo xx real.

Alternativa C — ❌ Incorreta

Esta alternativa apresenta o intervalo entre as raízes (1252,5212)\left(-\frac{1}{2} - \frac{\sqrt{5}}{2}, \frac{\sqrt{5}}{2} - \frac{1}{2}\right). Como a concavidade da parábola é para cima (a=1>0a = 1 > 0), a função é negativa nesse intervalo, não positiva. É exatamente o oposto do que se pede. O candidato que marca esta opção inverteu o sinal da inequação.

Alternativa D — ✅ Correta ⟵ GABARITO

Esta é a resposta correta. O determinante é x2+x1x^2 + x - 1, cujas raízes são x=1±52x = \frac{-1 \pm \sqrt{5}}{2}. Como a parábola tem concavidade para cima, o determinante é positivo para xx menor que a raiz menor ou maior que a raiz maior, exatamente o intervalo apresentado: (,1252)(5212,)\left(-\infty, -\frac{1}{2} - \frac{\sqrt{5}}{2}\right) \cup \left(\frac{\sqrt{5}}{2} - \frac{1}{2}, \infty\right).

Alternativa E — ❌ Incorreta

Esta alternativa apresenta o intervalo entre as raízes, mas com as raízes erradas (13\sqrt{13} em vez de 5\sqrt{5}). Duplamente incorreta: primeiro, o intervalo é o oposto do correto (a função é negativa entre as raízes); segundo, as raízes estão erradas, pois o determinante correto é x2+x1x^2 + x - 1, não x2+x3x^2 + x - 3.

A regra de ouro para questões de sinal de função quadrática: com a>0a > 0, a função é positiva fora das raízes e negativa entre elas; com a<0a < 0, é o contrário. Decore isso e você resolve qualquer inequação do 2º grau sem erro.

Gabarito: letra D

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