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Prova discursiva de Matemática do vestibular do ITA 2027 2ª Fase resolvida.

Atenção: as respostas apresentadas nesta página são um gabarito extraoficial, elaborado a partir da resolução das questões. O gabarito oficial do ITA será divulgado posteriormente pela instituição.

🧩 Exercício 1 ITA 2027 — Prova discursivamédio

Descreva todas as progressões aritméticas de 10 números naturais cuja soma resulte em 435435.

Sejam os dez termos da progressão aritmética

a, a+r, a+2r, …, a+9r,a,\ a+r,\ a+2r,\ \ldots,\ a+9r,

em que aa é o primeiro termo e rr é a razão.

A soma dos dez termos é dada por

S10=10(a1+a10)2.S_{10}=\frac{10(a_1+a_{10})}{2}.

Como a soma é 435435, temos

435=5[a+(a+9r)].435=5[a+(a+9r)].

Desenvolvendo:

435=10a+45r.435=10a+45r.

Dividindo por 55:

87=2a+9r.87=2a+9r.

Isolando aa:

a=87−9r2.a=\frac{87-9r}{2}.

Como aa deve ser natural, rr precisa ser ímpar. Considerando inicialmente as progressões crescentes, temos r≥0r\geq0.

Além disso, o primeiro termo deve ser positivo:

87−9r2≥1.\frac{87-9r}{2}\geq1.

Logo,

87−9r≥287-9r\geq2r≤859.r\leq\frac{85}{9}.

Portanto, os valores possíveis para a razão são

r∈{1,3,5,7}.r\in\{1,3,5,7\}.

Calculando o primeiro termo para cada razão:

Caso 1: r=1r=1

a=87−92=39.a=\frac{87-9}{2}=39.

A progressão é

39,40,41,42,43,44,45,46,47,48.\boxed{39,40,41,42,43,44,45,46,47,48}.

Caso 2: r=3r=3

a=87−272=30.a=\frac{87-27}{2}=30.

A progressão é

30,33,36,39,42,45,48,51,54,57.\boxed{30,33,36,39,42,45,48,51,54,57}.

Caso 3: r=5r=5

a=87−452=21.a=\frac{87-45}{2}=21.

A progressão é

21,26,31,36,41,46,51,56,61,66.\boxed{21,26,31,36,41,46,51,56,61,66}.

Caso 4: r=7r=7

a=87−632=12.a=\frac{87-63}{2}=12.

A progressão é

12,19,26,33,40,47,54,61,68,75.\boxed{12,19,26,33,40,47,54,61,68,75}.

Assim, as quatro progressões crescentes são as apresentadas acima. As progressões decrescentes correspondentes são obtidas invertendo a ordem dos termos.

Se progressões constantes forem consideradas, não há solução, pois a média dos dez termos teria de ser 435/10=43,5435/10=43{,}5, que não é um número natural.

🧩 Exercício 2 ITA 2027 — Prova discursivamédio

Determine todos os valores x∈Rx\in\mathbb{R} tais que

∣log⁡2(2x+2)∣>∣2x∣.\left|\log_2(2^x+2)\right|>|2x|.

1. Simplificar os módulos

Como 2x>02^x>0, temos

2x+2>2.2^x+2>2.

Como a função logarítmica de base 22 é crescente,

log⁡2(2x+2)>1>0.\log_2(2^x+2)>1>0.

Logo,

∣log⁡2(2x+2)∣=log⁡2(2x+2).\left|\log_2(2^x+2)\right| =\log_2(2^x+2).

A desigualdade original torna-se

log⁡2(2x+2)>∣2x∣.\log_2(2^x+2)>|2x|.

Vamos analisar separadamente os casos x≥0x\geq0 e x<0x<0.

2. Caso x≥0x\geq0

Nesse caso, ∣2x∣=2x|2x|=2x. Portanto,

log⁡2(2x+2)>2x.\log_2(2^x+2)>2x.

Elevando ambos os lados como potências de base 22:

2x+2>22x.2^x+2>2^{2x}.

Fazendo y=2xy=2^x, temos y≥1y\geq1. Assim,

y+2>y2.y+2>y^2.

Reorganizando e fatorando:

y2−y−2<0y^2-y-2<0(y−2)(y+1)<0.(y-2)(y+1)<0.

Como y≥1y\geq1, a desigualdade implica

1≤y<2.1\leq y<2.

Voltando à variável xx:

1≤2x<2.1\leq2^x<2.

Consequentemente,

0≤x<1.\boxed{0\leq x<1}.

3. Caso x<0x<0

Agora, ∣2x∣=−2x|2x|=-2x. A desigualdade fica

log⁡2(2x+2)>−2x.\log_2(2^x+2)>-2x.

Elevando ambos os lados como potências de base 22:

2x+2>2−2x.2^x+2>2^{-2x}.

Definindo y=2xy=2^x, temos 0<y<10<y<1. Além disso,

2−2x=1y2.2^{-2x}=\frac{1}{y^2}.

Logo,

y+2>1y2.y+2>\frac{1}{y^2}.

Como y2>0y^2>0, podemos multiplicar ambos os lados por y2y^2 sem alterar o sentido da desigualdade:

y3+2y2−1>0.y^3+2y^2-1>0.

Para fatorar o polinômio, escrevemos

y3+2y2−1=(y3+1)+(2y2−2).y^3+2y^2-1 =(y^3+1)+(2y^2-2).

Usando a soma de cubos e colocando o fator comum em evidência:

=(y+1)(y2−y+1)+2(y+1)(y−1).=(y+1)(y^2-y+1)+2(y+1)(y-1).

Colocando y+1y+1 em evidência:

(y+1)(y2+y−1)>0.(y+1)(y^2+y-1)>0.

Como y>0y>0, temos y+1>0y+1>0. Portanto,

y2+y−1>0.y^2+y-1>0.

Completando o quadrado:

y2+y> ⁣1y^2+y>\!1y2+y+14>54y^2+y+\frac14>\frac54(y+12)2>54.\left(y+\frac12\right)^2>\frac54.

Como y>0y>0, temos y+12>0y+\frac12>0. Assim,

y+12>52.y+\frac12>\frac{\sqrt5}{2}.

Portanto,

y>5−12.y>\frac{\sqrt5-1}{2}.

Voltando a y=2xy=2^x:

2x>5−12.2^x>\frac{\sqrt5-1}{2}.

Aplicando o logaritmo de base 22:

x>log⁡2(5−12).x>\log_2\left(\frac{\sqrt5-1}{2}\right).

Como estamos no caso x<0x<0, obtemos

log⁡2(5−12)<x<0.\boxed{ \log_2\left(\frac{\sqrt5-1}{2}\right)<x<0 }.

4. Reunir os casos

Para x≥0x\geq0, encontramos

0≤x<1.0\leq x<1.

Para x<0x<0, encontramos

log⁡2(5−12)<x<0.\log_2\left(\frac{\sqrt5-1}{2}\right)<x<0.

Unindo os dois intervalos:

x∈(log⁡2(5−12), 1).\boxed{ x\in\left( \log_2\left(\frac{\sqrt5-1}{2}\right),\,1 \right) }.
🧩 Exercício 3 ITA 2027 — Prova discursivadifícil

Seja rr um número real positivo. No plano complexo, considere o polígono cujos vértices são as oito raízes da equação

r+iz8=0.r+iz^8=0.

Sabendo que a área desse polígono é 2\sqrt{2}, determine o comprimento de seus lados e o valor de rr.

1. Determinar as raízes da equação

Partimos da equação

r+iz8=0.r+iz^8=0.

Isolando z8z^8:

iz8=−riz^8=-rz8=−ri.z^8=\frac{-r}{i}.

Como 1i=−i\frac{1}{i}=-i, obtemos

z8=ir.\boxed{z^8=ir}.

Escrevendo irir na forma trigonométrica:

ir=r(cos⁡π2+isin⁡π2).ir=r\left(\cos\frac{\pi}{2}+i\sin\frac{\pi}{2}\right).

As oito raízes têm módulo

∣z∣=r8|z|=\sqrt[8]{r}

e argumentos dados por

arg⁡(zk)=π2+2kπ8,k=0,1,…,7.\arg(z_k)=\frac{\frac{\pi}{2}+2k\pi}{8}, \qquad k=0,1,\ldots,7.

Portanto,

arg⁡(zk)=π16+kπ4.\arg(z_k)=\frac{\pi}{16}+\frac{k\pi}{4}.

As raízes estão igualmente espaçadas angularmente por π4\frac{\pi}{4}. Logo, elas são os vértices de um octógono regular centrado na origem, cujo raio circunscrito é

R=r8.\boxed{R=\sqrt[8]{r}}.
Triângulo

2. Determinar o raio do octógono

A área de um polígono regular de nn lados, inscrito em uma circunferência de raio RR, pode ser calculada dividindo-o em nn triângulos isósceles congruentes:

A=nR22sin⁡(2πn).A=\frac{nR^2}{2}\sin\left(\frac{2\pi}{n}\right).

Para o octógono, n=8n=8. Assim,

A=4R2sin⁡π4.A=4R^2\sin\frac{\pi}{4}.

Como sin⁡π4=22\sin\frac{\pi}{4}=\frac{\sqrt{2}}{2}:

A=22R2.A=2\sqrt{2}R^2.

Sabendo que a área é 2\sqrt{2}:

22R2=2.2\sqrt{2}R^2=\sqrt{2}.

Dividindo ambos os lados por 222\sqrt{2}:

R2=12.R^2=\frac12.

Como R>0R>0:

R=12.\boxed{R=\frac{1}{\sqrt{2}}}.

3. Calcular o comprimento do lado

Seja ℓ\ell o comprimento de cada lado do octógono. O ângulo central correspondente a cada lado é

2π8=π4.\frac{2\pi}{8}=\frac{\pi}{4}.

Dividindo o triângulo isósceles formado por dois raios e um lado ao meio, obtemos

ℓ2=Rsin⁡π8.\frac{\ell}{2}=R\sin\frac{\pi}{8}.

Logo,

ℓ=2Rsin⁡π8.\ell=2R\sin\frac{\pi}{8}.

Substituindo R=12R=\frac{1}{\sqrt{2}}:

ℓ=2sin⁡π8.\ell=\sqrt{2}\sin\frac{\pi}{8}.

Utilizamos a fórmula do seno do ângulo metade:

sin⁡π8=1−cos⁡π42.\sin\frac{\pi}{8} =\sqrt{\frac{1-\cos\frac{\pi}{4}}{2}}.

Como cos⁡π4=22\cos\frac{\pi}{4}=\frac{\sqrt{2}}{2}:

sin⁡π8=1−222.\sin\frac{\pi}{8} =\sqrt{\frac{1-\frac{\sqrt{2}}{2}}{2}}.

Portanto,

ℓ=21−222.\ell=\sqrt{2}\sqrt{\frac{1-\frac{\sqrt{2}}{2}}{2}}.

Elevando ao quadrado e simplificando:

ℓ2=1−22.\ell^2=1-\frac{\sqrt{2}}{2}.

Assim, o comprimento do lado é

ℓ=1−22.\boxed{\ell=\sqrt{1-\frac{\sqrt{2}}{2}}}.

4. Determinar o valor de rr

Sabemos que o raio circunscrito satisfaz

R=r8.R=\sqrt[8]{r}.

Elevando ambos os lados à oitava potência:

r=R8.r=R^8.

Como R=12R=\frac{1}{\sqrt{2}}:

r=(12)8.r=\left(\frac{1}{\sqrt{2}}\right)^8.

Logo,

r=(2−12)8=2−4.r=\left(2^{-\frac12}\right)^8=2^{-4}.

Portanto,

r=116.\boxed{r=\frac{1}{16}}.

Resposta final:

O comprimento de cada lado do octógono é

ℓ=1−22,\boxed{\ell=\sqrt{1-\frac{\sqrt{2}}{2}}},

e o valor do parâmetro é

r=116.\boxed{r=\frac{1}{16}}.
🧩 Exercício 4 ITA 2027 — Prova discursivadifícil

Considere o polinômio

p(x)=x7+3ax6−x5−5ax4+7x3−7ax2+9x+a,p(x)=x^7+3ax^6-x^5-5ax^4+7x^3-7ax^2+9x+a,

em que aa é um número real. Sabendo que p(x)p(x) é divisível pelo polinômio

q(x)=x3−3x−2,q(x)=x^3-3x-2,

determine todas as raízes de p(x)p(x).

1. Fatorar o polinômio divisor

Temos

q(x)=x3−3x−2.q(x)=x^3-3x-2.

Testando x=2x=2:

q(2)=8−6−2=0.q(2)=8-6-2=0.

Logo, x−2x-2 é um fator de q(x)q(x). Efetuando a divisão de q(x)q(x) por x−2x-2, obtemos

q(x)=(x−2)(x2+2x+1).q(x)=(x-2)(x^2+2x+1).

Como

x2+2x+1=(x+1)2,x^2+2x+1=(x+1)^2,

segue que

q(x)=(x−2)(x+1)2.\boxed{q(x)=(x-2)(x+1)^2}.

2. Determinar o valor de aa

Como p(x)p(x) é divisível por q(x)q(x), toda raiz de q(x)q(x) também é raiz de p(x)p(x). Em particular,

p(2)=0.p(2)=0.

Substituindo x=2x=2 no polinômio:

27+3a⋅26−25−5a⋅24+7⋅23−7a⋅22+9⋅2+a=0.2^7+3a\cdot2^6-2^5-5a\cdot2^4 +7\cdot2^3-7a\cdot2^2+9\cdot2+a=0.

Calculando as potências:

128+192a−32−80a+56−28a+18+a=0.128+192a-32-80a+56-28a+18+a=0.

Agrupando os termos semelhantes:

170+85a=0.170+85a=0.

Assim,

85a=−17085a=-170

e, portanto,

a=−2.\boxed{a=-2}.

3. Substituir o valor de aa

Substituindo a=−2a=-2 na expressão original:

p(x)=x7−6x6−x5+10x4+7x3+14x2+9x−2.p(x)=x^7-6x^6-x^5+10x^4+7x^3+14x^2+9x-2.

Como p(x)p(x) é divisível por q(x)q(x), podemos dividir o polinômio encontrado por x3−3x−2x^3-3x-2.

4. Efetuar a divisão polinomial

Dividimos

x7−6x6−x5+10x4+7x3+14x2+9x−2x^7-6x^6-x^5+10x^4+7x^3+14x^2+9x-2

por

x3−3x−2.x^3-3x-2.

O primeiro termo do quociente é

x7x3=x4.\frac{x^7}{x^3}=x^4.

Multiplicando o divisor por x4x^4 e subtraindo do dividendo, obtemos

−6x6+2x5+12x4+7x3+14x2+9x−2.-6x^6+2x^5+12x^4+7x^3+14x^2+9x-2.

O próximo termo do quociente é

−6x6x3=−6x3.\frac{-6x^6}{x^3}=-6x^3.

Multiplicando o divisor por −6x3-6x^3 e subtraindo, obtemos

2x5−6x4−5x3+14x2+9x−2.2x^5-6x^4-5x^3+14x^2+9x-2.

O próximo termo é

2x5x3=2x2.\frac{2x^5}{x^3}=2x^2.

Multiplicando o divisor por 2x22x^2 e subtraindo, obtemos

−6x4+x3+18x2+9x−2.-6x^4+x^3+18x^2+9x-2.

O próximo termo é

−6x4x3=−6x.\frac{-6x^4}{x^3}=-6x.

Multiplicando o divisor por −6x-6x e subtraindo, obtemos

x3−3x−2.x^3-3x-2.

Por fim, o último termo do quociente é

x3x3=1.\frac{x^3}{x^3}=1.

Subtraindo o divisor multiplicado por 11, o resto é zero.

Portanto, o quociente é

x4−6x3+2x2−6x+1.\boxed{x^4-6x^3+2x^2-6x+1}.

Assim, a fatoração de p(x)p(x) é

p(x)=(x3−3x−2)(x4−6x3+2x2−6x+1).p(x)=(x^3-3x-2)(x^4-6x^3+2x^2-6x+1).

5. Fatorar o polinômio de quarto grau

Já sabemos que

x3−3x−2=(x−2)(x+1)2.x^3-3x-2=(x-2)(x+1)^2.

Agora, observamos que o polinômio de quarto grau pode ser fatorado como

x4−6x3+2x2−6x+1=(x2+1)(x2−6x+1).x^4-6x^3+2x^2-6x+1 =(x^2+1)(x^2-6x+1).

De fato, desenvolvendo o produto:

(x2+1)(x2−6x+1)(x^2+1)(x^2-6x+1)=x4−6x3+x2+x2−6x+1=x^4-6x^3+x^2+x^2-6x+1=x4−6x3+2x2−6x+1.=x^4-6x^3+2x^2-6x+1.

Portanto,

p(x)=(x−2)(x+1)2(x2+1)(x2−6x+1).p(x)=(x-2)(x+1)^2(x^2+1)(x^2-6x+1).

6. Determinar todas as raízes

Igualando cada fator a zero, temos:

  • Do fator x−2=0x-2=0:
x=2.x=2.
  • Do fator (x+1)2=0 (x+1)^2=0:
x=−1,x=-1,

que é uma raiz de multiplicidade dois.

  • Do fator x2+1=0x^2+1=0:
x2=−1x^2=-1x=±i.x=\pm i.
  • Do fator x2−6x+1=0x^2-6x+1=0, aplicando a fórmula quadrática:
x=6±36−42.x=\frac{6\pm\sqrt{36-4}}{2}.

Logo,

x=6±322x=\frac{6\pm\sqrt{32}}{2}

e, simplificando:

x=6±422.x=\frac{6\pm4\sqrt2}{2}.

Portanto,

x=3±22.x=3\pm2\sqrt2.

Resposta final

Todas as raízes de p(x)p(x) são

x=2,x=−1,x=±i,x=3±22.\boxed{x=2,\quad x=-1,\quad x=\pm i,\quad x=3\pm2\sqrt2}.

A raiz x=−1x=-1 tem multiplicidade dois. O valor do parâmetro é a=−2\boxed{a=-2}.

🧩 Exercício 5 ITA 2027 — Prova discursivadifícil

Seja ABCABC um triângulo no plano cartesiano com vértices na elipse de equação

2x2+y2=6.2x^2+y^2=6.

Sabendo que os vértices AA e BB têm abscissa 11 e que o perímetro de ABCABC é 1010, determine a abscissa do vértice CC.

1. Determinar as coordenadas dos vértices AA e BB

Como AA e BB pertencem à elipse e possuem abscissa 11, substituímos x=1x=1 na equação:

2x2+y2=6.2x^2+y^2=6.

Assim,

2(1)2+y2=62(1)^2+y^2=6y2=4y^2=4y=±2.y=\pm2.

Portanto, podemos tomar

A=(1,−2),B=(1,2).A=(1,-2),\qquad B=(1,2).

A distância entre esses pontos é

AB=2−(−2)=4.AB=2-(-2)=4.

2. Utilizar a condição do perímetro

O perímetro do triângulo é 1010:

AB+AC+BC=10.AB+AC+BC=10.

Como AB=4AB=4, segue que

AC+BC=6.AC+BC=6.

O conjunto dos pontos cuja soma das distâncias a dois pontos fixos é constante define uma elipse. Portanto, o vértice CC pertence à elipse de focos A=(1,−2)A=(1,-2) e B=(1,2)B=(1,2), para a qual

AC+BC=6.AC+BC=6.

O centro dessa elipse é o ponto médio de ABAB:

O=(1+12,−2+22)=(1,0).O=\left(\frac{1+1}{2},\frac{-2+2}{2}\right)=(1,0).

A distância entre os focos é 44, logo

2c=4⇒c=2.2c=4\Rightarrow c=2.

Como a soma das distâncias aos focos é 2a=62a=6, temos

a=3.a=3.

Pela relação entre os semieixos de uma elipse,

b2=a2−c2.b^2=a^2-c^2.

Portanto,

b2=9−4=5.b^2=9-4=5.

Como o eixo maior é vertical, a equação dessa elipse é

(x−1)25+y29=1.\boxed{\frac{(x-1)^2}{5}+\frac{y^2}{9}=1}.

3. Encontrar a abscissa de CC

O ponto CC pertence tanto à elipse original quanto à elipse de focos AA e BB. Assim, suas coordenadas satisfazem o sistema

{2x2+y2=6,(x−1)25+y29=1.\begin{cases} 2x^2+y^2=6,\\[4pt] \frac{(x-1)^2}{5}+\frac{y^2}{9}=1. \end{cases}

Multiplicando a segunda equação por 4545:

9(x−1)2+5y2=45.9(x-1)^2+5y^2=45.

Da primeira equação, temos

y2=6−2x2.y^2=6-2x^2.

Substituindo na equação anterior:

9(x−1)2+5(6−2x2)=45.9(x-1)^2+5(6-2x^2)=45.

Desenvolvendo:

9(x2−2x+1)+30−10x2=45.9(x^2-2x+1)+30-10x^2=45.−x2−18x−6=0.-x^2-18x-6=0.

Multiplicando por −1-1:

x2+18x+6=0.x^2+18x+6=0.

Pela fórmula quadrática:

x=−18±182−4⋅1⋅62.x=\frac{-18\pm\sqrt{18^2-4\cdot1\cdot6}}{2}.x=−18±3002.x=\frac{-18\pm\sqrt{300}}{2}.

Como 300=103\sqrt{300}=10\sqrt3, obtemos

x=−9±53.x=-9\pm5\sqrt3.

4. Selecionar a solução válida

Como CC pertence à elipse original, sua abscissa deve satisfazer

2x2≤6,2x^2\leq6,

ou seja,

∣x∣≤3.|x|\leq\sqrt3.

A solução x=−9−53x=-9-5\sqrt3 não satisfaz essa condição. A solução válida é

x=53−9.\boxed{x=5\sqrt3-9}.

Portanto, a abscissa do vértice CC é

53−9.\boxed{5\sqrt3-9}.
🧩 Exercício 6 ITA 2027 — Prova discursivadifícil

Determine quantas sêxtuplas ordenadas de números naturais (x1,x2,x3,x4,x5,x6)(x_1,x_2,x_3,x_4,x_5,x_6) satisfazem o sistema

{x1+x2+x3+x4+x5+3x6=30,x1+2x2+2x3+2x4+2x5+4x6=52,2x1+2x2+3x3+3x4+3x5+7x6=76.\begin{cases} x_1+x_2+x_3+x_4+x_5+3x_6=30,\\ x_1+2x_2+2x_3+2x_4+2x_5+4x_6=52,\\ 2x_1+2x_2+3x_3+3x_4+3x_5+7x_6=76. \end{cases}

1. Simplificar o sistema por subtração de equações

Subtraindo a primeira equação da segunda, obtemos

x2+x3+x4+x5+x6=22.x_2+x_3+x_4+x_5+x_6=22.

Agora, subtraindo o dobro da primeira equação da terceira, temos

x3+x4+x5+x6=16.x_3+x_4+x_5+x_6=16.

Subtraindo a segunda relação obtida da primeira relação, resulta

x2=6.\boxed{x_2=6}.

Além disso, da relação

x3+x4+x5+x6=16,x_3+x_4+x_5+x_6=16,

segue que

x3+x4+x5=16−x6.\boxed{x_3+x_4+x_5=16-x_6}.

2. Determinar x1x_1 em função de x6x_6

Voltando à primeira equação do sistema e substituindo x2=6x_2=6:

x1+6+x3+x4+x5+3x6=30.x_1+6+x_3+x_4+x_5+3x_6=30.

Como x3+x4+x5=16−x6x_3+x_4+x_5=16-x_6, temos

x1+6+16−x6+3x6=30.x_1+6+16-x_6+3x_6=30.

Simplificando:

x1+2x6=8.x_1+2x_6=8.

Portanto,

x1=8−2x6.\boxed{x_1=8-2x_6}.

3. Determinar os valores possíveis de x6x_6

Considerando que os números naturais são positivos, devemos ter

x6≥1x_6\geq1

e

x1=8−2x6≥1.x_1=8-2x_6\geq1.

Assim,

8−2x6≥18-2x_6\geq1x6≤72.x_6\leq\frac72.

Como x6x_6 é inteiro positivo, os únicos valores possíveis são

x6∈{1,2,3}.\boxed{x_6\in\{1,2,3\}}.

Para cada um desses valores, basta contar as triplas ordenadas de naturais positivos (x3,x4,x5)(x_3,x_4,x_5) cuja soma é 16−x616-x_6.

4. Contar as triplas para cada valor de x6x_6

Usaremos o método de separadores: o número de soluções inteiras positivas de

x3+x4+x5=nx_3+x_4+x_5=n

é

(n−12).\binom{n-1}{2}.

Isso ocorre porque podemos representar nn unidades em uma fila e escolher duas das n−1n-1 separações internas para dividir as unidades em três grupos não vazios.

  • Para x6=1x_6=1:
x1=8−2=6x_1=8-2=6

e

x3+x4+x5=15.x_3+x_4+x_5=15.

O número de triplas é

(142)=14⋅132=91.\binom{14}{2}=\frac{14\cdot13}{2}=91.
  • Para x6=2x_6=2:
x1=8−4=4x_1=8-4=4

e

x3+x4+x5=14.x_3+x_4+x_5=14.

O número de triplas é

(132)=13⋅122=78.\binom{13}{2}=\frac{13\cdot12}{2}=78.
  • Para x6=3x_6=3:
x1=8−6=2x_1=8-6=2

e

x3+x4+x5=13.x_3+x_4+x_5=13.

O número de triplas é

(122)=12⋅112=66.\binom{12}{2}=\frac{12\cdot11}{2}=66.

5. Somar todas as possibilidades

Como os valores de x6x_6 são distintos, os casos são disjuntos. Portanto, o número total de sêxtuplas ordenadas é

N=(142)+(132)+(122).N=\binom{14}{2}+\binom{13}{2}+\binom{12}{2}.N=91+78+66.N=91+78+66.

Logo,

N=235.\boxed{N=235}.

Resposta: existem 235\boxed{235} sêxtuplas ordenadas, considerando N={1,2,3,…}\mathbb{N}=\{1,2,3,\ldots\}.

🧩 Exercício 7 ITA 2027 — Prova discursivamédio

Determine todos os valores inteiros nn tais que o quociente

2n3−5n2−52n+90n2−2n−27\frac{2n^3-5n^2-52n+90}{n^2-2n-27}

seja um número inteiro.

1. Efetuar a divisão polinomial

Dividindo o numerador pelo denominador, obtemos

2n3−5n2−52n+902n^3-5n^2-52n+90

dividido por

n2−2n−27.n^2-2n-27.

O primeiro termo do quociente é

2n3n2=2n.\frac{2n^3}{n^2}=2n.

Multiplicando o divisor por 2n2n e subtraindo:

(2n3−5n2−52n+90)−(2n3−4n2−54n)(2n^3-5n^2-52n+90) -(2n^3-4n^2-54n)=−n2+2n+90.=-n^2+2n+90.

O próximo termo do quociente é −1-1. Multiplicando o divisor por −1-1 e subtraindo, obtemos o resto:

(−n2+2n+90)−(−n2+2n+27)=63.(-n^2+2n+90)-(-n^2+2n+27)=63.

Portanto,

2n3−5n2−52n+90n2−2n−27=2n−1+63n2−2n−27.\frac{2n^3-5n^2-52n+90}{n^2-2n-27} = 2n-1+\frac{63}{n^2-2n-27}.

2. Impor a condição de integralidade

Como nn é inteiro, 2n−12n-1 também é inteiro. Assim, o quociente será inteiro se, e somente se,

63n2−2n−27\frac{63}{n^2-2n-27}

for inteiro, isto é, se

n2−2n−27n^2-2n-27

for um divisor inteiro não nulo de 6363.

Completando o quadrado:

n2−2n−27=(n−1)2−28.n^2-2n-27=(n-1)^2-28.

Como os divisores inteiros de 6363 são

±1, ±3, ±7, ±9, ±21, ±63,\pm1,\ \pm3,\ \pm7,\ \pm9,\ \pm21,\ \pm63,

devemos resolver

(n−1)2−28=d,(n-1)^2-28=d,

em que dd pertence a essa lista.

Logo,

(n−1)2=28+d.(n-1)^2=28+d.

Como o lado esquerdo é um quadrado perfeito não negativo, precisamos que 28+d28+d seja um quadrado perfeito.

3. Encontrar os quadrados perfeitos possíveis

Testando os divisores de 6363, encontramos:

dd28+d28+dResultado
−63-63−35-35Não é quadrado
−21-2177Não é quadrado
−9-91919Não é quadrado
−7-72121Não é quadrado
−3-32525Quadrado perfeito
−1-12727Não é quadrado
112929Não é quadrado
333131Não é quadrado
773535Não é quadrado
993737Não é quadrado
21214949Quadrado perfeito
63639191Não é quadrado

Assim, temos dois casos.

Caso 1: d=−3d=-3

(n−1)2=25.(n-1)^2=25.

Portanto,

n−1=±5,n-1=\pm5,

resultando em

n=−4oun=6.\boxed{n=-4\quad\text{ou}\quad n=6}.

Caso 2: d=21d=21

(n−1)2=49.(n-1)^2=49.

Portanto,

n−1=±7,n-1=\pm7,

resultando em

n=−6oun=8.\boxed{n=-6\quad\text{ou}\quad n=8}.

4. Verificar o domínio

O denominador original não pode ser zero:

n2−2n−27≠0.n^2-2n-27\neq0.

As raízes dessa expressão são 1±271\pm2\sqrt7, que não são inteiras. Logo, nenhum dos valores encontrados anula o denominador.

Resposta final

Todos os valores inteiros que satisfazem a condição são

n∈{−6,−4,6,8}.\boxed{n\in\{-6,-4,6,8\}}.
🧩 Exercício 8 ITA 2027 — Prova Discursivamédio

Considere um retângulo ABCDABCD cujos lados medem m(AB‾)=10m(\overline{AB})=10 e m(BC‾)=6m(\overline{BC})=6.

Um retângulo EFGHEFGH é inscrito em ABCDABCD, com EE pertencente ao lado AB‾\overline{AB} e distinto de AA e BB, e FF pertencente ao lado BC‾\overline{BC} e distinto de BB e CC.

a) Se xx representa a distância do ponto AA ao ponto EE, determine os possíveis valores de xx.

b) Se a área de EFGHEFGH é 3030, determine as medidas de seus lados.

Item (a) — Determinação dos possíveis valores de x​

1. Estabelecer um sistema de coordenadas

Vamos posicionar o retângulo ABCDABCD em um sistema cartesiano, adotando:

A=(0,0),B=(10,0)A=(0,0),\quad B=(10,0)C=(10,6),D=(0,6).C=(10,6),\quad D=(0,6).

Como EE pertence ao lado ABAB e AE=xAE=x, podemos escrever:

E=(x,0).E=(x,0).

Como FF pertence ao lado BCBC, representaremos sua posição por:

F=(10,y).F=(10,y).
Retângulos

2. Determinar as coordenadas de G e H

Como EFGHEFGH é um retângulo, seus lados opostos são paralelos e possuem o mesmo comprimento.

Como GG pertence ao lado CDCD e HH pertence ao lado DADA, podemos escrever:

G=(10−x,6)G=(10-x,6)

e

H=(0,6−y).H=(0,6-y).

3. Aplicar a condição de perpendicularidade

Em um retângulo, lados consecutivos são perpendiculares. Portanto:

EF→⋅FG→=0.\overrightarrow{EF}\cdot\overrightarrow{FG}=0.

Calculando os vetores:

EF→=(10−x,y)\overrightarrow{EF}=(10-x,y)FG→=(−x,6−y).\overrightarrow{FG}=(-x,6-y).

Aplicando o produto escalar:

(10−x)(−x)+y(6−y)=0.(10-x)(-x)+y(6-y)=0.

Desenvolvendo:

−10x+x2+6y−y2=0.-10x+x^2+6y-y^2=0.

Reorganizando:

x(10−x)=y(6−y).x(10-x)=y(6-y).

4. Determinar as condições para x

Completando quadrados na expressão:

x(10−x)=y(6−y),x(10-x)=y(6-y),

obtemos:

25−(x−5)2=9−(y−3)2.25-(x-5)^2=9-(y-3)^2.

Isolando:

(x−5)2−(y−3)2=16.(x-5)^2-(y-3)^2=16.

Como yy representa uma coordenada no interior do lado BCBC, temos:

0<y<6.0<y<6.

Consequentemente:

0≤(y−3)2<9.0\leq (y-3)^2<9.

Assim:

(x−5)2=16+(y−3)2.(x-5)^2=16+(y-3)^2.

Portanto:

(x−5)2≥16.(x-5)^2\geq16.

Extraindo a raiz:

∣x−5∣≥4.|x-5|\geq4.

Isso implica:

x≤1oux≥9.x\leq1 \quad\text{ou}\quad x\geq9.

Como EE é distinto de AA e BB, temos ainda:

0<x<10.0<x<10.

Logo, os possíveis valores de xx são:

x∈(0,1]∪[9,10).\boxed{x\in(0,1]\cup[9,10)}.

Item (b) — Determinação das medidas dos lados​

Sabemos que a área do retângulo EFGHEFGH é igual a 3030.

1. Expressar a área em função de x e y

A área do retângulo pode ser calculada pelo módulo do determinante dos vetores consecutivos:

AEFGH=∣∣10−xy−x6−y∣∣.A_{EFGH}= \left| \begin{vmatrix} 10-x & y\\ -x & 6-y \end{vmatrix} \right|.

Como a área vale 3030:

∣(10−x)(6−y)+xy∣=30.|(10-x)(6-y)+xy|=30.

Desenvolvendo:

∣60−6x−10y+2xy∣=30.|60-6x-10y+2xy|=30.

Podemos reorganizar a expressão:

∣30+2(x−5)(y−3)∣=30.|30+2(x-5)(y-3)|=30.

2. Analisar as possibilidades

Da igualdade acima, temos duas possibilidades:

30+2(x−5)(y−3)=3030+2(x-5)(y-3)=30

ou

30+2(x−5)(y−3)=−30.30+2(x-5)(y-3)=-30.

Na primeira possibilidade:

2(x−5)(y−3)=0.2(x-5)(y-3)=0.

Logo:

(x−5)(y−3)=0.(x-5)(y-3)=0.

Entretanto, pelo item anterior:

x∈(0,1]∪[9,10).x\in(0,1]\cup[9,10).

Portanto, x≠5x\neq5, o que nos leva a:

y=3.\boxed{y=3}.

Na segunda possibilidade:

2(x−5)(y−3)=−60.2(x-5)(y-3)=-60.

Ou seja:

(x−5)(y−3)=−30.(x-5)(y-3)=-30.

Mas, considerando os intervalos de xx e yy:

∣x−5∣<5|x-5|<5

e

∣y−3∣<3.|y-3|<3.

Assim:

∣(x−5)(y−3)∣<15.|(x-5)(y-3)|<15.

Portanto, o produto não pode ser igual a −30-30. Essa possibilidade deve ser descartada.

Concluímos que:

y=3.\boxed{y=3}.

3. Determinar os possíveis valores de x

Retomando a relação obtida no item (a):

x(10−x)=y(6−y).x(10-x)=y(6-y).

Substituindo y=3y=3:

x(10−x)=3(6−3).x(10-x)=3(6-3).10x−x2=9.10x-x^2=9.

Reorganizando:

x2−10x+9=0.x^2-10x+9=0.

Fatorando:

(x−1)(x−9)=0.(x-1)(x-9)=0.

Portanto:

x=1oux=9.\boxed{x=1\quad\text{ou}\quad x=9}.

4. Calcular as medidas dos lados do retângulo

Sabemos que:

E=(x,0),F=(10,3)E=(x,0),\quad F=(10,3)

e que:

G=(10−x,6),H=(0,3).G=(10-x,6),\quad H=(0,3).

O comprimento do lado EFEF é dado por:

EF=(10−x)2+32.EF=\sqrt{(10-x)^2+3^2}.

Para x=1x=1:

EF=92+32EF=\sqrt{9^2+3^2}EF=90=310.EF=\sqrt{90}=3\sqrt{10}.

O comprimento de FGFG é:

FG=(10−x−10)2+(6−3)2.FG=\sqrt{(10-x-10)^2+(6-3)^2}.

Para x=1x=1:

FG=(−1)2+32FG=\sqrt{(-1)^2+3^2}FG=10.FG=\sqrt{10}.

Para x=9x=9, as medidas dos lados apenas trocam de posição.

Logo, independentemente da configuração, os lados do retângulo medem:

10e310.\boxed{\sqrt{10}\quad\text{e}\quad3\sqrt{10}}.

Respostas finais​

a) Os possíveis valores de xx são:

x∈(0,1]∪[9,10)\boxed{x\in(0,1]\cup[9,10)}

b) As medidas dos lados do retângulo EFGHEFGH são:

10e310.\boxed{\sqrt{10}\quad\text{e}\quad3\sqrt{10}}.
🧩 Exercício 9 ITA 2027 — Prova Discursivadifícil

Considere uma pirâmide reta cuja base é um hexágono regular de lado 44. As faces laterais dessa pirâmide são triângulos isósceles cujo ângulo do vértice superior é π6\frac{\pi}{6}.

Traça-se uma seção plana na pirâmide de modo que essa seção passa pela diagonal maior da base e é paralela a uma das faces laterais. Calcule a área dessa seção.

1. Identificar o formato da seção

Pirâmide hexagonal

Como a seção passa pela diagonal maior ADAD do hexágono e é paralela à face lateral VBCVBC, sua interseção com essa face é o segmento XYXY, paralelo a BCBC.

Pela simetria da pirâmide, a seção AXYDAXYD é um trapézio isósceles.

A diagonal maior de um hexágono regular mede o dobro do lado. Como o lado da base mede 44:

AD=2⋅4.AD=2\cdot4.

Portanto:

AD=8.\boxed{AD=8}.

Para determinar a área do trapézio, precisamos encontrar sua base menor XYXY e sua altura.

2. Determinar o comprimento da base menor XY

Seja MM o ponto médio de BCBC e NN o ponto médio de XYXY.

Como a face VBCVBC é um triângulo isósceles, a mediana VMVM também é altura e bissetriz do ângulo do vértice.

Além disso, como a seção é paralela à face lateral VBCVBC, temos:

XY∥BC.XY\parallel BC.

Como NN é o ponto médio de XYXY e pertence à mediana VMVM, podemos aplicar o teorema da base média no triângulo VBCVBC:

XY=BC2.XY=\frac{BC}{2}.

Sabendo que BC=4BC=4:

XY=42.XY=\frac42.

Logo:

XY=2.\boxed{XY=2}.

3. Determinar a altura do trapézio

Seja OO o centro do hexágono regular e PP o ponto médio do lado EFEF.

Pela geometria do hexágono regular, os pontos MM, OO e PP são colineares, e OO é o ponto médio de MPMP.

Como a seção é paralela à face lateral VBCVBC, temos:

NO∥VP.NO\parallel VP.

Observe agora o triângulo MVPMVP.

Como OO é o ponto médio de MPMP e NONO é paralelo a VPVP, pelo teorema da base média, NN é o ponto médio de MVMV e:

NO=VP2.NO=\frac{VP}{2}.

O segmento NONO é perpendicular às bases ADAD e XYXY do trapézio, pois OMOM é perpendicular a BCBC e XY∥BCXY\parallel BC.

Portanto, a altura do trapézio é:

h=NO=VP2.\boxed{h=NO=\frac{VP}{2}}.

Resta determinar o comprimento de VPVP.

4. Calcular o comprimento de VP

Como MM é o ponto médio de BCBC, temos:

MB=BC2=42=2.MB=\frac{BC}{2}=\frac42=2.

O ângulo do vértice superior da face VBCVBC mede:

π6=30∘.\frac{\pi}{6}=30^\circ.

Como VMVM é a bissetriz desse ângulo:

∠BVM=15∘.\angle BVM=15^\circ.

No triângulo retângulo VMBVMB, aplicamos a relação da tangente:

tan⁡15∘=MBVM.\tan15^\circ=\frac{MB}{VM}.

Substituindo MB=2MB=2:

tan⁡15∘=2VM.\tan15^\circ=\frac2{VM}.

Isolando VMVM:

VM=2tan⁡15∘.VM=\frac2{\tan15^\circ}.

Utilizando a identidade:

1tan⁡15∘=tan⁡75∘,\frac1{\tan15^\circ}=\tan75^\circ,

obtemos:

VM=2tan⁡75∘.VM=2\tan75^\circ.

Sabemos que:

tan⁡75∘=2+3.\tan75^\circ=2+\sqrt3.

Assim:

VM=2(2+3).VM=2(2+\sqrt3).

Portanto:

VM=4+23.\boxed{VM=4+2\sqrt3}.

Agora, como a pirâmide é reta, sua altura VOVO é perpendicular ao plano da base. Como OO é o ponto médio de MPMP, os triângulos retângulos VOMVOM e VOPVOP possuem:

  • o cateto VOVO em comum;
  • os catetos OMOM e OPOP iguais.

Logo, são congruentes e:

VP=VM.VP=VM.

Consequentemente:

VP=4+23.\boxed{VP=4+2\sqrt3}.

Substituindo na expressão da altura do trapézio:

h=VP2.h=\frac{VP}{2}.h=4+232.h=\frac{4+2\sqrt3}{2}.

Portanto:

h=2+3.\boxed{h=2+\sqrt3}.

5. Calcular a área da seção

A seção é um trapézio cujas bases medem:

B=AD=8B=AD=8b=XY=2b=XY=2

e cuja altura é:

h=2+3.h=2+\sqrt3.

A área de um trapézio é dada por:

A=(B+b)h2.A=\frac{(B+b)h}{2}.

Substituindo:

A=(8+2)(2+3)2.A=\frac{(8+2)(2+\sqrt3)}{2}.

Simplificando:

A=5(2+3).A=5(2+\sqrt3).

Finalmente:

A=10+53.\boxed{A=10+5\sqrt3}.

Resposta final:

10+53 unidades2.\boxed{10+5\sqrt3\text{ unidades}^2}.
🧩 Exercício 10 ITA 2027 — Prova discursivadifícil

Considere a função f:R→Rf:\mathbb{R}\to\mathbb{R} dada por

f(x)=1+cos⁡(2x)+1−cos⁡(2x)−sen⁡(x)−cos⁡(x).f(x)=\sqrt{1+\cos(2x)}+\sqrt{1-\cos(2x)}-\operatorname{sen}(x)-\cos(x).

Determine todos os números inteiros kk tais que a equação f(x)=kf(x)=k possua pelo menos uma solução real xx pertencente ao primeiro ou ao terceiro quadrante do círculo trigonométrico.

1. Simplificar a expressão de f(x)f(x)

Utilizando as identidades trigonométricas

1+cos⁡(2x)=2cos⁡2x1+\cos(2x)=2\cos^2x

e

1−cos⁡(2x)=2sen⁡2x,1-\cos(2x)=2\operatorname{sen}^2x,

obtemos

f(x)=2cos⁡2x+2sen⁡2x−sen⁡x−cos⁡x.f(x)=\sqrt{2\cos^2x}+\sqrt{2\operatorname{sen}^2x} -\operatorname{sen}x-\cos x.

Como u2=∣u∣\sqrt{u^2}=|u|, segue que

f(x)=2∣cos⁡x∣+2∣sen⁡x∣−sen⁡x−cos⁡x.f(x)=\sqrt2|\cos x|+\sqrt2|\operatorname{sen}x| -\operatorname{sen}x-\cos x.

Vamos analisar separadamente os dois quadrantes indicados.

2. Primeiro quadrante

No primeiro quadrante,

0<x<π2,0<x<\frac{\pi}{2},

temos sen⁡x>0\operatorname{sen}x>0 e cos⁡x>0\cos x>0. Portanto,

f(x)=(2−1)(sen⁡x+cos⁡x).f(x)=(\sqrt2-1)(\operatorname{sen}x+\cos x).

Usando a identidade

sen⁡x+cos⁡x=2sen⁡(x+π4),\operatorname{sen}x+\cos x =\sqrt2\operatorname{sen}\left(x+\frac{\pi}{4}\right),

obtemos

f(x)=(2−2)sen⁡(x+π4).f(x)=(2-\sqrt2)\operatorname{sen}\left(x+\frac{\pi}{4}\right).

Como 0<x<π20<x<\frac{\pi}{2}, temos

π4<x+π4<3π4.\frac{\pi}{4}<x+\frac{\pi}{4}<\frac{3\pi}{4}.

Nesse intervalo,

22≤sen⁡(x+π4)≤1.\frac{\sqrt2}{2}\leq \operatorname{sen}\left(x+\frac{\pi}{4}\right)\leq1.

Consequentemente,

(2−1)2≤f(x)≤2−2.(\sqrt2-1)\sqrt2\leq f(x)\leq2-\sqrt2.

Como 2−1>0\sqrt2-1>0 e 2−2<12-\sqrt2<1, concluímos que

0<f(x)<1.0<f(x)<1.

Portanto, não existe valor inteiro de kk para o qual f(x)=kf(x)=k tenha solução no primeiro quadrante.

3. Terceiro quadrante

No terceiro quadrante,

π<x<3π2,\pi<x<\frac{3\pi}{2},

temos sen⁡x<0\operatorname{sen}x<0 e cos⁡x<0\cos x<0. Assim,

f(x)=−(2+1)(sen⁡x+cos⁡x).f(x)=-(\sqrt2+1)(\operatorname{sen}x+\cos x).

Aplicando novamente a identidade trigonométrica,

f(x)=−(2+2)sen⁡(x+π4).f(x)=-(2+\sqrt2)\operatorname{sen}\left(x+\frac{\pi}{4}\right).

Como π<x<3π2\pi<x<\frac{3\pi}{2}, temos

5π4<x+π4<7π4.\frac{5\pi}{4}<x+\frac{\pi}{4}<\frac{7\pi}{4}.

Nesse intervalo, o seno varia entre −1-1 e −22-\frac{\sqrt2}{2}. Logo,

−1≤sen⁡(x+π4)≤−22.-1\leq \operatorname{sen}\left(x+\frac{\pi}{4}\right) \leq-\frac{\sqrt2}{2}.

Multiplicando por −(2+2)-(2+\sqrt2), obtemos

1+2≤f(x)≤2+2.1+\sqrt2\leq f(x)\leq2+\sqrt2.

Como

2<1+22<1+\sqrt2

e

2+2<4,2+\sqrt2<4,

segue que

2<f(x)<4.2<f(x)<4.

Portanto, o único valor inteiro possível é

k=3.\boxed{k=3}.

4. Verificar que k=3k=3 é atingido

Para x=5π4x=\frac{5\pi}{4}, que pertence ao terceiro quadrante, temos

sen⁡x=cos⁡x=−22.\operatorname{sen}x=\cos x=-\frac{\sqrt2}{2}.

Substituindo na expressão simplificada:

f(5π4)=−(2+1)(−2).f\left(\frac{5\pi}{4}\right) =-(\sqrt2+1)\left(-\sqrt2\right).

Assim,

f(5π4)=2+2.f\left(\frac{5\pi}{4}\right)=2+\sqrt2.

Esse valor não é inteiro. Para confirmar que k=3k=3 é atingido, observamos que a função é contínua no terceiro quadrante e assume valores abaixo e acima de 33: seu valor tende a 1+2<31+\sqrt2<3 nas extremidades do quadrante e atinge 2+2>32+\sqrt2>3 em x=5π4x=\frac{5\pi}{4}. Pelo teorema do valor intermediário, existe pelo menos um xx no terceiro quadrante para o qual f(x)=3f(x)=3.

Resposta final

O único número inteiro que satisfaz a condição é

k=3.\boxed{k=3}.