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IME 2018/2019 — Concurso de Admissão ao Curso de Formação e Graduação — Prova Objetiva (Matemática, Física e Química)

Instituto Militar de Engenharia (IME) · Curso de Formação e Graduação

Instituto Militar de Engenharia (IME) — Comissão de Exame Intelectual2018Médio

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

Matemática Aritmética — Problemas com Algarismos

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Gabarito disponível

Aristeu e seu irmão nasceram nos séculos XX e XXI, respectivamente. Neste ano, 2018, os dois já fizeram aniversário e a idade de cada um deles é a soma dos três últimos dígitos do ano de seu respectivo nascimento. Qual é a soma das idades dos dois irmãos?
Selecione uma alternativa

Resolução comentada

Achar os anos de nascimento cuja soma dos três últimos dígitos é igual à idade em 2018.

Para Aristeu, nascido em 19xy, a idade é 2018−(1900+10x+y) = 118−10x−y, que deve ser igual a 9+x+y. Isso dá 11x+2y = 109, com solução única x=9, y=5. Ele nasceu em 1995 e tem 23 anos. Para o irmão, nascido em 20xy, 18−10x−y = x+y, ou seja, 11x+2y = 18, com x=0, y=9. Ele nasceu em 2009 e tem 9 anos. A soma é 23+9 = 32.

Análise das alternativas

A) 23 é só a idade de Aristeu. B) 26, C) 29 e E) 39 não resultam da soma 23+9. As outras combinações de dígitos não dão soluções inteiras para as equações.

Referência: Aritmética: equações diofantinas simples com algarismos.

Resolução comentada do VaiConcursos.

Matemática Progressão Aritmética

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Os ângulos θ₁, θ₂, θ₃, ⋯, θ₁₀₀ são os termos de uma progressão aritmética na qual θ₁₁ + θ₂₆ + θ₇₅ + θ₉₀ = π/4. O valor de sen(∑ᵢ₌₁¹⁰⁰ θᵢ) é:
Selecione uma alternativa

Resolução comentada

Em uma PA, termos equidistantes dos extremos têm a mesma soma.

Como 11+90 = 26+75 = 1+100 = 101, cada par soma θ₁+θ₁₀₀. Então 2(θ₁+θ₁₀₀) = π/4, ou seja, θ₁+θ₁₀₀ = π/8. A soma dos 100 termos é 50·π/8 = 25π/4 = 6π + π/4, e sen(π/4) = √2/2.

Análise das alternativas

A) −1, B) −√2/2, C) 0 e E) 1 correspondem a outros arcos (3π/2, 5π/4, 0 ou π/2, π/2), que não coincidem com 25π/4. Só D bate com o arco côngruo a π/4.

Referência: Progressão aritmética: soma dos termos e propriedade dos termos equidistantes.

Resolução comentada do VaiConcursos.

Matemática Determinantes

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Calcule o valor do determinante:
Determinante 3×3. Linha 1: 4, 2, 1. Linha 2: log 81, log 900, log 300. Linha 3: (log 9)², 2 + 4 log 3 + 2(log 3)², (log 3 + 2)².
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Matemática Inequações Polinomiais

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Seja a inequação:
6x⁴ − 5x³ − 29x² + 10x < 0
Seja (a, b) um intervalo contido no conjunto solução dessa inequação. O maior valor possível para b − a é:
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Resolução comentada

Fatorar o polinômio e estudar o sinal para achar o maior intervalo onde ele é negativo.

Fatorando, 6x⁴−5x³−29x²+10x = x(x+2)(6x²−17x+5), e as raízes são −2, 0, 1/3 e 5/2. Como o coeficiente líder é positivo, o polinômio é negativo em (−2, 0) e em (1/3, 5/2). Os comprimentos são 2 e 5/2−1/3 = 13/6, então o maior valor de b−a é 13/6.

Análise das alternativas

A) 2 é o comprimento de (−2,0), que não é o maior. C) 1/3 é só uma das raízes. D) 5/2 e E) 8/3 exigiriam um intervalo maior que o de 13/6 dentro do conjunto solução, e isso não existe porque as raízes 0 e 1/3 quebram o intervalo.

Referência: Inequações polinomiais; fatoração e estudo de sinal.

Resolução comentada do VaiConcursos.

Matemática Relações de Girard

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Sejam x₁, x₂ e x₃ raízes da equação x³ − ax − 16 = 0. Sendo a um número real, o valor de x₁³ + x₂³ + x₃³ é igual a:
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Resolução comentada

x₁³ + x₂³ + x₃³ = 48.

Cada raiz satisfaz xᵢ³ = a·xᵢ + 16. Somando as três: Σxᵢ³ = a·Σxᵢ + 48. Por Girard, Σxᵢ = 0 (não há termo em x²), logo a soma vale 48.

Análise das alternativas

A, B, D e E) Erradas: incluem parcelas com a, que desaparecem porque x₁ + x₂ + x₃ = 0.

Referência: Relações de Girard

Resolução comentada do VaiConcursos.

Matemática Números Complexos — Forma Trigonométrica

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Seja z um número complexo tal que z¹² ∈ ℝ, Re(z) = 1 e arg(z) ∈ (0, π/2). A soma dos inversos dos possíveis valores de |z| está no intervalo:
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Resolução comentada

A soma dos inversos de |z| é ≈ 3,30, no intervalo (5/2, 7/2).

Com Re(z) = 1, |z| = 1/cos θ, então o inverso é cos θ. Como z¹² ∈ ℝ, 12θ = kπ, e para θ ∈ (0, π/2) tem-se k = 1, ..., 5. A soma é cos15° + cos30° + cos45° + cos60° + cos75° ≈ 0,966 + 0,866 + 0,707 + 0,5 + 0,259 ≈ 3,30, que está em (5/2, 7/2).

Análise das alternativas

A, B, D e E) Erradas: a soma 3,30 não pertence a esses intervalos.

Referência: Números complexos – forma trigonométrica e potenciação

Resolução comentada do VaiConcursos.

Matemática Funções — Injetividade e Sobrejetividade

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Definimos a função f: ℕ ⟶ ℕ da seguinte forma:
{ f(0) = 0
{ f(1) = 1
{ f(2n) = f(n), n ≥ 1
{ f(2n + 1) = n², n ≥ 1
Definimos a função g: ℕ ⟶ ℕ da seguinte forma: g(n) = f(n)f(n + 1).
Podemos afirmar que:
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Resolução comentada

g(2018) = 504²·1009² tem mais de 4 divisores.

f(2018) = f(1009) = 504² e f(2019) = 1009². Então g(2018) = 504²·1009² = 2⁶·3⁴·7²·1009², com 7·5·3·3 = 315 divisores positivos, mais que 4.

Análise das alternativas

A) Errada: g não é sobrejetora, pois g(n) = f(n)f(n+1) assume só alguns valores (por exemplo, 2 não é atingido). B) Errada: g(1) = g(2) = 1. C) Errada: f não é sobrejetora, já que f(2n+1) = n² e f(2n) = f(n) só geram quadrados. D) Errada: f(1) = f(2) = 1.

Referência: Funções definidas recursivamente – injetividade, sobrejetividade e divisores

Resolução comentada do VaiConcursos.

Matemática Probabilidade

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Em um jogo de RPG “Role-Playing Game” em que os jogadores lançam um par de dados para determinar a vitória ou a derrota quando se confrontam em duelos, os dados são icosaedros regulares com faces numeradas de 1 a 20. Vence quem soma mais pontos na rolagem dos dados e, em caso de empate, os dois perdem. Em um confronto, seu adversário somou 35 pontos na rolagem de dados. É sua vez de rolar os dados. Qual sua chance de vencer este duelo?
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Resolução comentada

A chance de vencer é 3/80.

Para vencer é preciso somar mais de 35, isto é, de 36 a 40. As combinações de dois d20 são: soma 40 (1), 39 (2), 38 (3), 37 (4) e 36 (5), total de 15. O espaço amostral é 20·20 = 400, então P = 15/400 = 3/80.

Análise das alternativas

A) Errada: seria a chance sem o adversário ter somado 35. B), C) e D) Erradas: contam um número incorreto de casos favoráveis (por exemplo, 9/400 ou 5/400).

Referência: Probabilidade – soma de dois dados

Resolução comentada do VaiConcursos.

Matemática Probabilidade

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Um hexágono regular está inscrito em um círculo de raio R. São sorteados 3 vértices distintos do hexágono, a saber: A, B e C. Seja r o raio do círculo inscrito ao triângulo ABC. Qual a probabilidade de que r = R/2 ?
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Resolução comentada

A probabilidade é 1/10.

Há C(6,3) = 20 triângulos possíveis. O triângulo equilátero tem r = R/2, e há 2 deles no hexágono (vértices alternados). Os demais triângulos (retângulos e isósceles obtusos) têm raio diferente de R/2: o retângulo 30-60-90 tem r = R(√3−1)/2. A probabilidade é 2/20 = 1/10.

Análise das alternativas

A) Errada: existem triângulos com r = R/2. C), D) e E) Erradas: não correspondem a 2 casos favoráveis em 20.

Referência: Probabilidade – análise combinatória e inraio de triângulos

Resolução comentada do VaiConcursos.

Matemática Equações Transcendentes — Número de Soluções

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O número de soluções reais da equação abaixo é:
(cos x)²⁰¹⁸ = 2 − 2^((x/π)²)
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Resolução comentada

A equação tem 3 soluções reais.

O lado esquerdo está em [0,1], e o direito só é ≥ 0 se |x| ≤ π. Em x = 0 ambos valem 1, uma solução. Perto de 0, o lado esquerdo cai mais rápido (≈ 1 − 1009x²) que o direito (≈ 1 − ln2·x²/π²). Em x = π/2 o esquerdo vale 0 e o direito é positivo; em x = π o esquerdo vale 1 e o direito 0. Há uma raiz em (π/2, π) e outra simétrica em (−π, −π/2), num total de 3.

Análise das alternativas

A, B, C e E) Erradas: não correspondem à contagem 0, ±r com r ∈ (π/2, π).

Referência: Funções transcendentes – análise gráfica e teorema do valor intermediário

Resolução comentada do VaiConcursos.

Matemática Trigonometria — Lei dos Senos

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Seja um triângulo ABC com lados a, b e c opostos aos ângulos Â, B̂ e Ĉ, respectivamente. Os lados a, b e c formam uma progressão aritmética nesta ordem. Determine a relação correta entre as funções trigonométricas dos ângulos dos vértices desse triângulo.
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Resolução comentada

Se a, b, c estão em P.A., então sen A + sen C = 2 sen(A+C).

Em P.A., a + c = 2b. Pela lei dos senos, a = 2R·sen A e assim por diante, então sen A + sen C = 2 sen B. Como B = π − (A + C), sen B = sen(A + C). Logo 2 sen(A + C) = sen A + sen C.

Análise das alternativas

B) e E) Erradas: cos(A+C) = −cos B, o que não produz a relação. C) e D) Erradas: sen(A−C) e cos(A−C) não se relacionam dessa forma com a P.A.

Referência: Trigonometria – lei dos senos e progressão aritmética

Resolução comentada do VaiConcursos.

Matemática Geometria Analítica — Hipérbole

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Uma hipérbole equilátera de eixo igual a 4, com centro na origem, eixos paralelos aos eixos coordenados e focos no eixo das abscissas sofre uma rotação de 45⁰ no sentido anti-horário em torno da origem. A equação dessa hipérbole após a rotação é:
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Resolução comentada

Após girar 45°, a hipérbole equilátera x² − y² = 4 vira xy = 2.

O eixo real é 2a = 4, então a = 2 e, sendo equilátera, a hipérbole é x² − y² = 4. Girando 45° no sentido anti-horário, x = (x'−y')/√2 e y = (x'+y')/√2 dão x² − y² = −2x'y'... na substituição inversa adequada, obtém-se 2xy = 4. A equação é xy = 2, com assíntotas nos eixos coordenados.

Análise das alternativas

B) Errada: tem termos x² e y² que não surgem após a rotação de 45° de uma hipérbole equilátera. C) e E) Erradas: continuam com eixos paralelos aos eixos, sem rotação. D) Errada: xy = −2 seria a rotação no sentido horário, ou de 135°.

Referência: Geometria analítica – rotação de cônicas

Resolução comentada do VaiConcursos.

Matemática Geometria Plana — Quadrado Inscrito em Setor Circular

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Em um setor circular de 45º, limitado pelos raios O̅A̅ e O̅B̅ iguais a R, inscreve-se um quadrado MNPQ, onde M̅N̅ está apoiado em O̅A̅ e o ponto Q sobre o raio O̅B̅. Então, o perímetro do quadrado é:
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Resolução comentada

O perímetro do quadrado é 4R√5/5.

Seja s o lado do quadrado. Com M e N sobre OA e Q sobre OB (45°), o triângulo OMQ é isósceles, então OM = MQ = s e ON = 2s. O vértice P tem coordenadas (2s, s) e está no arco, logo 4s² + s² = R² e s = R/√5. O perímetro é 4R/√5 = 4R√5/5.

Análise das alternativas

A, B, C e D) Erradas: não decorrem de 5s² = R². D) em particular multiplica por √5 em vez de dividir.

Referência: Geometria plana – figuras inscritas em setor circular

Resolução comentada do VaiConcursos.

Matemática Geometria Espacial de Posição

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Considere as afirmações abaixo:
I) se três pontos são colineares, então eles são coplanares;
II) se uma reta tem um ponto sobre um plano, então ela está contida nesse plano;
III) se quatro pontos são não coplanares, então eles determinam 6 (seis) planos;
IV) duas retas não paralelas determinam um plano;
V) se dois planos distintos têm um ponto em comum, então a sua interseção é uma reta.
Entre essas afirmações:
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Resolução comentada

Só I e V são verdadeiras.

I é verdadeira: três pontos colineares estão sempre em um mesmo plano. V é verdadeira: dois planos distintos com um ponto comum se cortam em uma reta. II é falsa, pois a reta pode apenas cruzar o plano. III é falsa: quatro pontos não coplanares determinam 4 planos (C(4,3)), não 6. IV é falsa: retas reversas não são paralelas e não determinam plano.

Análise das alternativas

A, C, D e E) Erradas: o número de afirmações verdadeiras é exatamente dois.

Referência: Geometria de posição – postulados de pontos, retas e planos

Resolução comentada do VaiConcursos.

Matemática Geometria Espacial — Tetraedro

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Em um tetraedro ABCD, os ângulos AB̂C e AĈB são idênticos e a aresta AD é ortogonal à BC. A área do ΔABC é igual à área do ΔACD, e o ângulo MÂD é igual ao ângulo MD̂A, onde M é ponto médio de BC. Calcule a área total do tetraedro ABCD, em cm², sabendo que BC = 2cm, e que o ângulo BÂC é igual a 30º.
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Resolução comentada

As quatro faces têm área 2+√3, totalizando 4(2+√3) cm².

Como ∠B = ∠C, ABC é isósceles com AM ⟂ BC. Com BC = 2 e ∠A = 30°, AM = 1/tg15° = 2+√3 e a área de ABC é 2+√3. Da condição ∠MAD = ∠MDA, MD = MA. Como AD ⟂ BC e AM ⟂ BC, BC é perpendicular ao plano AMD, então BCD tem área ½·2·(2+√3) = 2+√3. Por simetria, ACD = ABD = ABC = 2+√3. A área total é 4(2+√3).

Análise das alternativas

A, B, C e E) Erradas: não correspondem à soma das quatro faces, todas de área 2+√3.

Referência: Geometria espacial – tetraedro e perpendicularidade reta-plano

Resolução comentada do VaiConcursos.

Física Ondas Sonoras — Tubos Sonoros

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Figura 1: sequência de espiras representando regiões de compressão (espiras juntas) e expansão (espiras afastadas) de uma onda. Figura 2: tubo aberto à esquerda e fechado à direita com padrão de onda estacionária, dividido em cinco trechos de comprimento λ/4.
Considerando as Figuras 1 e 2 acima e, com relação às ondas sonoras em tubos, avalie as afirmações a seguir:
Afirmação I. as ondas sonoras são ondas mecânicas, longitudinais, que necessitam de um meio material para se propagarem, como representado na Figura 1.
Afirmação II. uma onda sonora propagando-se em um tubo sonoro movimenta as partículas do ar no seu interior na direção transversal, como representado na Figura 2.
Afirmação III. os tubos sonoros com uma extremidade fechada, como representado na Figura 2, podem estabelecer todos os harmônicos da frequência fundamental.
É correto o que se afirma em:
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Física Óptica — Lentes Esféricas

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Lanterna cilíndrica de diâmetro d inclinada a 45° com a horizontal, com centro óptico O e foco F; feixe cônico de luz atingindo um anteparo vertical situado a 1 m na horizontal do foco.
Uma lanterna cilíndrica muito potente possui uma lente divergente em sua extremidade. Ela projeta uma luz sobre um anteparo vertical. O eixo central da lanterna e o eixo principal da lente estão alinhados e formam um ângulo de 45º com a horizontal. A lâmpada da lanterna gera raios de luz paralelos, que encontram a lente divergente, formando um feixe cônico de luz na sua saída. O centro óptico da lente O está, aproximadamente, alinhado com as bordas frontais da lanterna. A distância horizontal entre o foco F da lente e o anteparo é de 1 m. Sabendo disto, pode-se observar que o contorno da luz projetada pela lanterna no anteparo forma uma seção plana cônica. Diante do exposto, o comprimento do semieixo maior do contorno dessa seção, em metros, é:
Dados:
• a lente é do tipo plano-côncava;
• a face côncava está na parte mais externa da lanterna;
• diâmetro da lanterna: d = 10 cm;
• índice de refração do meio externo (ar): 1;
• índice de refração da lente: 1,5;
• raio de curvatura da face côncava: 2,5 √3 cm.
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Física Estática — Empuxo e Equilíbrio

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Corpo parcialmente submerso em recipiente com líquido, preso por baixo a uma mola fixa no fundo e por cima a um sistema de roldanas fixas e móveis no teto; a corda passa por outra roldana móvel que sustenta uma carga entre placas carregadas (+ em cima, − embaixo), com campo elétrico E apontando para baixo.
Um corpo encontra-se com 2/3 de seu volume submerso. Uma de suas extremidades está presa por uma corda a um conjunto de roldanas que suspende uma carga puntiforme submetida a um campo elétrico uniforme. A outra extremidade está presa a uma mola distendida que está fixa no fundo do recipiente. Este sistema se encontra em equilíbrio e sua configuração é mostrada na figura acima. Desprezando os efeitos de borda no campo elétrico, a deformação da mola na condição de equilíbrio é:
Dados:
• a corda e as roldanas são ideais;
• aceleração da gravidade: g;
• massa específica do fluido: ρ;
• massa específica do corpo: 2ρ;
• constante elástica da mola: k;
• volume do corpo: V;
• intensidade do campo elétrico uniforme: E;
• massa da carga elétrica: m; e
• carga elétrica: + q.
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Física Movimento Circular — Aceleração

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Círculo com partícula sobre a circunferência; o ângulo θ é medido a partir do eixo horizontal tracejado que passa pelo centro do círculo até o raio que liga o centro à partícula.
Uma partícula desloca-se solidária a um trilho circular com 0,5 m de raio. Sabe-se que o ângulo θ, indicado na figura, segue a equação θ = t², onde t é o tempo em segundos e θ é o ângulo em radianos. O módulo do vetor aceleração da partícula, em t = 1 s, é:
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Física Óptica — Refração e Reflexão Total

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Três camadas horizontais com índices n1 (superior), n2 (intermediária) e n3 (inferior). Um raio vindo de n3 refrata ao entrar em n2, atinge a interface n2/n1, é refletido de volta em n2 e retorna a n3.
A figura acima mostra três meios transparentes, de índices de refração n₁, n₂ e n₃, e o percurso de um raio luminoso. Observando a figura, é possível concluir que:
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