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IME — Concurso de Admissão ao Curso de Formação e Graduação — Vestibular 2017-2018 — 1ª fase — Prova Objetiva (Matemática, Física e Química)

Instituto Militar de Engenharia (IME) · Curso de Formação e Graduação — Prova Objetiva de Matemática, Física e Química (1ª fase)

Instituto Militar de Engenharia (IME)2017Médio

40 questões nesta prova · página 1 de 2 · 40 com gabarito

Matemática Conjuntos e Funções — Imagem de Função

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Considere as alternativas:

I. O inverso de um irracional é sempre irracional.

II. Seja a função f: A→ B e X e Y dois subconjuntos quaisquer de A, então f(X ∩ Y)= f(X) ∩ f(Y).

III. Seja a função f: A→ B e X e Y dois subconjuntos quaisquer de A, então f(X ∪ Y)= f(X) ∪ f(Y).

IV. Dados dois conjuntos A e B não vazios, então A ∩ B = A se, e somente se, B ⊂ A.

São corretas:

Obs: f(Z) é a imagem de f no domínio Z.
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Resolução comentada

I e III são verdadeiras; II e IV são falsas.

I) Se 1/x fosse racional, x também seria racional; logo o inverso de um irracional é irracional (verdadeira). III) f(X∪Y) = f(X)∪f(Y) vale sempre (verdadeira).

Análise das alternativas

II) é falsa: vale apenas f(X∩Y) ⊂ f(X)∩f(Y), com igualdade se f for injetora. IV) é falsa: A∩B = A equivale a A ⊂ B, não a B ⊂ A. Estão corretas I e III, alternativa B.

Referência: Teoria dos conjuntos; imagem de funções

Resolução comentada do VaiConcursos.

Matemática Sistemas de Numeração — Mudança de Base

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Seja x um número natural maior que 2. Se a representação de um numeral N na base x é 1041 e na base x-1 é 1431, então a sua representação na base binária é:
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Resolução comentada

Igualar 1041 na base x a 1431 na base x−1 e converter N para binário.

1041ₓ = x³ + 4x + 1 e 1431₍ₓ₋₁₎ = x³ + x² − 2x + 1. Igualando: x² = 6x, logo x = 6. Então N = 216 + 24 + 1 = 241 = 11110001 em binário.

Análise das alternativas

As demais alternativas valem 143, 219, 231 e 222, respectivamente (A, B, C, D), diferentes de 241. A correta é E.

Referência: Sistemas de numeração: mudança de base

Resolução comentada do VaiConcursos.

Matemática Teoria dos Números — Algarismos

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A soma dos algarismos de X com a soma dos quadrados dos algarismos de X é igual a X. Sabe-se que X é um número natural positivo. O menor X possível está no intervalo:
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Resolução comentada

Resolver 9a = a² + b² para números de dois algarismos.

Para X = 10a + b, a condição é 10a + b = a + b + a² + b², isto é, 9a = a² + b². Testando a de 1 a 9, só a = 9, b = 0 funciona (81 = 81), e números de um algarismo não servem. Logo o menor X é 90, em (75, 100].

Análise das alternativas

Nenhum número de 1 a 75 satisfaz a condição, e não há solução menor que 90; assim A, B, C e E (que está acima de 100) não contêm o menor X. A correta é D.

Referência: Teoria dos números: algarismos

Resolução comentada do VaiConcursos.

Matemática Funções — Inequações Funcionais

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Seja f(x) uma função definida nos conjunto dos números reais, de forma que f(1) = 5 e para qualquer x pertencente aos números reais f(x+4) ≥ f(x) + 4 e f(x+1) ≤ f(x) + 1. Se g(x) = f(x) + 2 – x, o valor de g(2017) é:
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Resolução comentada

g(x+1) ≤ g(x) e g(x+4) ≥ g(x) forçam g constante com período 1.

De f(x+1) ≤ f(x)+1 vem g(x+1) ≤ g(x); de f(x+4) ≥ f(x)+4 vem g(x+4) ≥ g(x). Então g(x) ≤ g(x+4) ≤ g(x+3) ≤ ... ≤ g(x), então g(x+1) = g(x). Logo g(2017) = g(1) = 5 + 2 − 1 = 6.

Análise das alternativas

A, C, D e E não correspondem ao valor g(1) = 6, que se mantém para todos os inteiros. A correta é B.

Referência: Funções: desigualdades funcionais e periodicidade

Resolução comentada do VaiConcursos.

Matemática Probabilidade

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João e Maria nasceram no século XX, em anos distintos. A probabilidade da soma dos anos em que nasceram ser 3875 é:
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Resolução comentada

Contar pares de anos de 1901 a 2000 com soma 3875.

Os anos do século XX vão de 1901 a 2000 (100 anos). Para dois anos distintos a<b com a+b=3875: a ≥ 1901 (pois b ≤ 2000) e a < 1937,5, ou seja, a de 1901 a 1937, o que dá 37 pares. Total de pares: C(100,2) = 4950. Probabilidade = 37/4950.

Análise das alternativas

A, B, D e E resultam de contagens erradas dos pares favoráveis ou do total (por exemplo usar o intervalo 1900–1999). A correta é C.

Referência: Probabilidade e análise combinatória

Resolução comentada do VaiConcursos.

Matemática Teoria dos Números — Equações Diofantinas

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Se X e Y são números naturais tais que X² - Y² = 2017, o valor de X² + Y² é:
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Resolução comentada

2017 é primo: X²−Y² = (X−Y)(X+Y) com fatores 1 e 2017.

Como 2017 é primo, X−Y = 1 e X+Y = 2017, logo X = 1009 e Y = 1008. Então X²+Y² = 1.018.081 + 1.016.064 = 2.034.145.

Análise das alternativas

A, B, D e E são valores que não correspondem à soma 1009²+1008². Só 2.034.145, alternativa C, está correto.

Referência: Fatoração da diferença de quadrados; números primos

Resolução comentada do VaiConcursos.

Matemática Determinantes

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Sejam x₁, x₂, x₃ e x₄ os quatro primeiros termos de uma P.A. com x₁ = x e razão r, com x, r ∈ ℜ. O determinante de

Matriz 4×4: linha 1: x₁ x₁ x₁ x₁; linha 2: x₁ x₂ x₂ x₂; linha 3: x₁ x₂ x₃ x₃; linha 4: x₁ x₂ x₃ x₄.

é:
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Matemática Números Complexos — Funções de Variável Complexa

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Seja a função H: ℂ → ℂ definida por

H(s) = (a₃s³ + a₂s² + a₁s + a₀)/(b₂s² + b₁s + a₀)

com aⱼ e bₖ reais, para j = 0,1,2,3 e k = 0,1,2. Seja a função f: ℝ → ℝ em que f(w) é a parte real de H(iw) em que i = √−1 é a unidade imaginária e w ∈ ℝ. A afirmação correta a respeito de f(w) é:
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Resolução comentada

Coeficientes reais implicam H(−iw) = conj(H(iw)); a parte real é par.

Como os coeficientes são reais, H(conj s) = conj H(s). Logo H(−iw) = conj(H(iw)) e a parte real de H(iw) é igual à de H(−iw): f(−w) = f(w). Portanto f é par.

Análise das alternativas

A) Ímpar valeria só se f fosse nula ou simétrica em sinal, o que não ocorre em geral. C) e D) não há garantia de sinal. E) f é função racional em w, não periódica. B é a correta.

Referência: Funções de variável complexa; simetria conjugada

Resolução comentada do VaiConcursos.

Matemática Polinômios — Teorema do Resto

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Seja P(x) o polinômio de menor grau que passa pelos pontos A(2, −4+3√3), B(1, 3√2−2), C(√2, √3) e D(√3, √2). O resto da divisão de P(x) por (x-3) é:
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Resolução comentada

Polinômio interpolador de menor grau pelos quatro pontos; calcular P(3).

Pelos quatro pontos, o polinômio de menor grau tem grau no máximo 3 e é obtido por interpolação (Lagrange/Newton). O resto da divisão por (x−3) é P(3), e o cálculo da interpolação leva a 8√3 − 5√2 − 6.

Análise das alternativas

As alternativas B, C, D e E apresentam valores de P(3) diferentes do obtido pela interpolação. A alternativa A é o gabarito oficial.

Referência: Teorema do resto; interpolação polinomial

Resolução comentada do VaiConcursos.

Matemática Sistemas Lineares

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Seja o seguinte sistema de equações, em que s é um número real:

x₁ + x₂ − sx₃ = 0
−2x₁ + x₂ + x₃ = 1
sx₁ − 2x₂ = 0

Escolha uma faixa de valores de s em que as soluções do sistema são todas negativas.
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Resolução comentada

Resolver o sistema em função de s e estudar o sinal das soluções.

Da 3ª equação, x₁ = 2x₂/s; da 1ª, x₃ = x₂(2+s)/s². Substituindo na 2ª: x₂·(s−1)(s−2)/s² = 1, logo x₂ = s²/((s−1)(s−2)). Para 1 < s < 2, o produto (s−1)(s−2) é negativo, então x₂ < 0, e também x₁ = 2x₂/s < 0 e x₃ < 0.

Análise das alternativas

Para s 2 (A, E), x₂ > 0. Para −2<s<0 e 0<s 0 ou x₁ muda de sinal; em 0<s<1 o produto (s−1)(s−2) é positivo, tornando x₂ positivo. Só 1<s<2, alternativa D, deixa todas negativas.

Referência: Sistemas lineares: resolução por substituição

Resolução comentada do VaiConcursos.

Matemática Logaritmos

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Determine o valor de a na expressão abaixo, sabendo-se que 0 < a < 1,

Expressão: (1/16)·log de 256 na base a, elevado a uma torre de expoentes: colog na base a² de 256, elevado a log na base a⁴ de 256, e assim sucessivamente até colog na base a elevado a 2⁶⁵ de 256; igual a Im{Z}.

onde Z é um número complexo que satisfaz a equação:

2⁴⁰³³Z²-2²⁰¹⁷Z+1=0.

Obs: Im(Z) é a parte imaginária do número complexo Z.
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Matemática Funções Trigonométricas Inversas

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A menor raiz real positiva da equação

arctg(x.tg(arcsen(3/5))) = 2π/(x+2)

encontra-se no intervalo:
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Resolução comentada

Simplificar tg(arcsen 3/5) = 3/4 e localizar a raiz por monotonicidade.

Como tg(arcsen 3/5) = 3/4, a equação vira arctg(3x/4) = 2π/(x+2). O lado esquerdo cresce e o direito decresce para x > 0, então há uma raiz única. Em x=3: 1,152 1,047. Logo a raiz está em (3,4].

Análise das alternativas

Em x ≤ 3 o lado esquerdo ainda é menor que o direito, e em x > 4 já é maior; portanto a raiz não está em (0,1], (1,2], (2,3] nem (4,5]. A alternativa correta é D.

Referência: Funções trigonométricas inversas; teorema do valor intermediário

Resolução comentada do VaiConcursos.

Matemática Cônicas

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Seja uma elipse com focos no eixo OX e centrada na origem. Seus eixos medem 10 e 20/3. Considere uma hipérbole tal que os focos da elipse são os vértices da hipérbole e os focos da hipérbole são os vértices da elipse. As parábolas que passam pelas interseções entre a elipse e a hipérbole e que são tangentes ao eixo OY, na origem, têm as seguintes equações:
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Resolução comentada

Achar as interseções elipse-hipérbole e a parábola y² = kx que passa por elas.

Elipse: a=5, b=10/3, c²=125/9. Hipérbole: a_h²=125/9, c_h²=25, b_h²=100/9. Resolvendo o sistema: x² = 125/7 e y² = 200/63. Parábola tangente a OY na origem: y² = kx, k = y²/x = ±8√35/63.

Análise das alternativas

A, B, C e D têm coeficientes que não coincidem com o valor de y²/x nos pontos de interseção. Somente y² = ±8(√35/63)x, alternativa E, passa por eles.

Referência: Cônicas: elipse, hipérbole e parábola

Resolução comentada do VaiConcursos.

Matemática Geometria Plana — Polígonos Regulares

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Seja um heptágono regular de lado l cuja menor diagonal vale d. O valor da maior diagonal satisfaz a qual das expressões?
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Resolução comentada

No heptágono regular vale 1/l = 1/d + 1/D (relação de Ptolomeu).

Pelo teorema de Ptolomeu num quadrilátero inscrito formado por vértices do heptágono, obtém-se a relação 1/l = 1/d + 1/D, em que d é a menor e D a maior diagonal. Então 1/D = (d−l)/(l·d), logo D = l·d/(d−l).

Análise das alternativas

B, C, D e E não satisfazem a relação 1/l = 1/d + 1/D. Apenas l·d/(d−l), alternativa A, a satisfaz.

Referência: Teorema de Ptolomeu; polígonos regulares inscritos

Resolução comentada do VaiConcursos.

Matemática Geometria Espacial — Prismas

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Um prisma retangular reto possui três arestas que formam uma progressão geométrica de razão 2. Sua área total é de 28 cm². Calcule o valor da diagonal do referido prisma.
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Resolução comentada

Arestas a, 2a, 4a; área total fornece a, depois a diagonal.

Área = 2(a·2a + a·4a + 2a·4a) = 2(2a²+4a²+8a²) = 28a². Como a área é 28, a = 1. As arestas são 1, 2 e 4 e a diagonal vale √(1+4+16) = √21 cm.

Análise das alternativas

A, B, D e E correspondem a somas de quadrados diferentes de 21 (17, 19, 28, 29), vindas de erros na PG ou na área. Só 21 resulta das arestas 1, 2, 4, alternativa C.

Referência: Geometria espacial: área total e diagonal do paralelepípedo

Resolução comentada do VaiConcursos.

Física Óptica — Reflexão Total e Fibras Ópticas

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Esquema de fibra óptica: núcleo de índice n₁ entre duas camadas de casca de índice n₂, com ar de índice n₀ à esquerda; raio incidente formando ângulo θa com o eixo, raio refratado para a casca (tracejado) e raio refletido na interface núcleo-casca.

As fibras ópticas funcionam pelo Princípio da Reflexão Total, que ocorre quando os raios de luz que seguem determinados percursos dentro da fibra são totalmente refletidos na interface núcleo-casca, permanecendo no interior do núcleo. Considerando apenas a incidência de raios meridionais e que os raios refratados para a casca são perdidos, e ainda, sabendo que os índices de refração do ar, do núcleo e da casca são dados, respectivamente, por n₀, n₁, e n₂ (n₁ > n₂ > n₀), o ângulo máximo de incidência θa, na interface ar-núcleo, para o qual ocorre a reflexão total no interior da fibra é:

Considerações:
• raios meridionais são aqueles que passam pelo centro do núcleo; e
• todas as opções abaixo correspondem a números reais.
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Física Dinâmica — Colisões e Movimento Circular

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Superfície em quarto de circunferência de raio R ligando o ponto A (nível do solo, onde está o corpo e, abaixo dele, o projétil) ao ponto B (topo); o ponto C está no mesmo nível de A, a 2R de distância; gravidade g para baixo.

Conforme a figura acima, um corpo, cuja velocidade é nula no ponto A da superfície circular de raio R, é atingido por um projétil, que se move verticalmente para cima, e fica alojado no corpo. Ambos passam a deslizar sem atrito na superfície circular, perdendo o contato com a superfície no ponto B. A seguir, passam a descrever uma trajetória no ar até atingirem o ponto C, indicado na figura. Diante do exposto, a velocidade do projétil é:

Dados:
• massa do projétil: m;
• massa do corpo: 9m; e
• aceleração da gravidade: g.
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Física Eletrostática — Força Elétrica

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Figura 1: partícula +Q com velocidade v(t) em um trilho horizontal, a uma altura r acima de quatro partículas fixas A, B, C e D espaçadas de d. Figura 2: esboço parcial do gráfico v(t) × t.

Como mostra a Figura 1, uma partícula de carga positiva se move em um trilho sem atrito e sofre a interação de forças elétricas provocadas por outras partículas carregadas fixadas nos pontos A, B, C e D. Sabendo que as cargas das partículas situadas em B e D são iguais e que uma parte do gráfico da velocidade da partícula sobre o trilho, em função do tempo, está esboçada na Figura 2, o gráfico completo que expressa a velocidade da partícula está esboçado na alternativa:

Observações:
• r << d;
• em t = 0, a partícula que se move no trilho está à esquerda da partícula situada no ponto A;
• considera-se positiva a velocidade da partícula quando ela se move no trilho da esquerda para a direita.
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Física Estática e Hidrostática — Equilíbrio e Empuxo

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Bloco de massa m em plano inclinado de ângulo α, preso por fio que forma ângulo β com o plano e passa por polias de raios r e R (duas solidárias) ligadas a um segundo corpo de massa m imerso em líquido de massa específica μ.

Como mostra a figura, dois corpos de massa m e volume V estão em equilíbrio estático. Admita que μ é a massa específica do líquido, que não existe atrito entre o corpo e o plano inclinado e que as extremidades dos fios estão ligadas a polias, sendo que duas delas são solidárias, com raios menor e maior r e R, respectivamente. A razão R/r para que o sistema esteja em equilíbrio é:
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Física Ondulatória — Efeito Doppler

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Microfone M pendurado no teto por uma mola, verticalmente acima de um alto-falante A apoiado no piso.

Como mostra a figura acima, um microfone M está pendurado no teto, preso a uma mola ideal, verticalmente acima de um alto-falante A, que produz uma onda sonora cuja frequência é constante. O sistema está inicialmente em equilíbrio. Se o microfone for deslocado para baixo de uma distância d e depois liberado, a frequência captada pelo microfone ao passar pela segunda vez pelo ponto de equilíbrio será:

Dados:
• frequência da onda sonora produzida pelo alto-falante: f;
• constante elástica da mola: k;
• massa do microfone: m; e
• velocidade do som: vₛ.
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