Solucionador de Equação Quadrática

Introduz a, b e c. Se os coeficientes forem inteiros, obténs as raízes na forma exata, com radicais quando são irracionais. Todos os cálculos aparecem abaixo.

Fórmula resolvente x=−b±b2−4ac2ax=\frac{-b\pm\sqrt{b^{2}-4ac}}{2a}
Número de raízes reais b2−4ac>0: 2b2−4ac=0: 1b2−4ac<0: 0\begin{aligned}&b^{2}-4ac>0:\ 2\\&b^{2}-4ac=0:\ 1\\&b^{2}-4ac<0:\ 0\end{aligned}
Completamento do quadrado ax2+bx+c=a(x+b2a)2+c−b24aax^{2}+bx+c=a\left(x+\frac{b}{2a}\right)^{2}+c-\frac{b^{2}}{4a}
Soma e produto das raízes x1+x2=−ba,x1x2=cax_{1}+x_{2}=-\frac{b}{a},\qquad x_{1}x_{2}=\frac{c}{a}
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Lição

A teoria — Solucionador de Equação Quadrática

Uma equação do segundo grau tem a forma ax² + bx + c = 0, com a ≠ 0. As suas raízes são os valores de x que verificam a igualdade. As raízes reais são as abcissas dos pontos em que a parábola y = ax² + bx + c intersecta o eixo das abcissas.

De onde vem a fórmula

  1. Põe a em evidência nos termos com x, para que o coeficiente de x² dentro do parêntese seja a unidade.
    ax2+bx+c=a(x2+bax)+cax^{2}+bx+c=a\left(x^{2}+\frac{b}{a}x\right)+c
  2. Completa o quadrado. Divide o coeficiente de x por dois e eleva o resultado ao quadrado. Soma e subtrai esse valor dentro do parêntese. Depois de simplificar, o termo que fica fora do quadrado dá a ordenada do vértice.
    x2+bax=(x+b2a)2−b24a2ax2+bx+c=a(x+b2a)2−b2−4ac4a\begin{aligned}x^{2}+\frac{b}{a}x&=\left(x+\frac{b}{2a}\right)^{2}-\frac{b^{2}}{4a^{2}}\\ax^{2}+bx+c&=a\left(x+\frac{b}{2a}\right)^{2}-\frac{b^{2}-4ac}{4a}\end{aligned}
  3. Resolve em ordem a x. Iguala a expressão a zero, isola o quadrado e considera os dois sinais ao extrair a raiz quadrada. Obténs assim a fórmula resolvente.
    (x+b2a)2=b2−4ac4a2⇒ x=−b±b2−4ac2a\begin{aligned}&\left(x+\frac{b}{2a}\right)^{2}=\frac{b^{2}-4ac}{4a^{2}}\\&\Rightarrow\ x=\frac{-b\pm\sqrt{b^{2}-4ac}}{2a}\end{aligned}
  4. Analisa o discriminante. Como um quadrado nunca é negativo, o sinal de b² − 4ac determina se há duas raízes reais distintas, uma raiz dupla ou duas raízes complexas conjugadas.
    Δ>0: x1≠x2Δ=0: x=−b2aΔ<0: x=−b2a±−Δ2a i\begin{aligned}&\Delta>0:\ x_{1}\ne x_{2}\qquad\Delta=0:\ x=-\frac{b}{2a}\\&\Delta<0:\ x=-\frac{b}{2a}\pm\frac{\sqrt{-\Delta}}{2a}\,i\end{aligned}
  5. Mantém os radicais na forma exata. Extrai de √Δ os fatores que sejam quadrados perfeitos e simplifica os fatores comuns a todos os termos do numerador e ao denominador. Apresenta aproximações decimais apenas se o enunciado as pedir.
    x2+4x−7=0:x=−4±442=−4±2112=−2±11\begin{aligned}&x^{2}+4x-7=0:\\&x=\frac{-4\pm\sqrt{44}}{2}=\frac{-4\pm2\sqrt{11}}{2}=-2\pm\sqrt{11}\end{aligned}

Quando a fórmula famosa falha em silêncio

A fórmula dos manuais escolares pode atraiçoar-nos num computador. Quando b² é muito superior a 4ac, a raiz quadrada é quase igual a |b|. Isso obriga uma das duas raízes a subtrair dois números quase idênticos (-b + √Δ quando b é positivo, e -b − √Δ quando b é negativo), dizimando a maioria dos algarismos significativos num efeito conhecido como cancelamento catastrófico. As bibliotecas numéricas contornam o problema ao calcular primeiro uma das raízes. A segunda é obtida depois através de c/(a·x₁). A álgebra secular e a moderna aritmética de ponto flutuante entram num silencioso desacordo.

TEORIA DA EQUAÇÃO QUADRÁTICA — LER ax² + bx + c ANTES DE RESOLVER

O discriminante: quantas raízes e para que lado abre?

Dois números definem o formato da resposta antes de você tocar na fórmula. O discriminante Δ = b² − 4ac diz quantas raízes reais existem, e o sinal de a diz para que lado a parábola abre e se o vértice é um ponto mínimo ou máximo.

Δ > 0 — duas raízes reais distintas Δ = b2 − 4ac > 0
Δ = 0 — uma raiz real dupla Δ = 0
Δ < 0 — duas raízes complexas conjugadas Δ < 0
a < 0 — a parábola abre para baixo a < 0

01

Δ > 0 — duas raízes reais distintas

O que você sabe: O discriminante b² − 4ac dá positivo. A parábola cruza o eixo x em dois pontos separados.

Raízes: Δ = b2 − 4ac > 0

Exemplo resolvido: x² − 5x + 6 = 0 → Δ = 25 − 24 = 1 → x = 2 e x = 3

Abrir este caso: duas raízes
Δ > 0 — duas raízes reais distintas. Δ > 0: a curva corta o eixo duas vezes, simetricamente em torno do vértice. O discriminante b² − 4ac dá positivo. A parábola cruza o eixo x em dois pontos separados.
Δ > 0: a curva corta o eixo duas vezes, simetricamente em torno do vértice.

02

Δ = 0 — uma raiz real dupla

O que você sabe: O discriminante é exatamente zero. A parábola toca o eixo x num único ponto em vez de atravessá-lo.

Raízes: Δ = 0

Exemplo resolvido: x² − 4x + 4 = 0 → Δ = 16 − 16 = 0 → x = 2, contada duas vezes

Abrir este caso: raiz dupla
Δ = 0 — uma raiz real dupla. Δ = 0: o vértice fica exatamente sobre o eixo — tangência, não travessia. O discriminante é exatamente zero. A parábola toca o eixo x num único ponto em vez de atravessá-lo.
Δ = 0: o vértice fica exatamente sobre o eixo — tangência, não travessia.

03

Δ < 0 — duas raízes complexas conjugadas

O que você sabe: O discriminante é negativo. A parábola nunca alcança o eixo x, então não há solução real.

Raízes: Δ < 0

Exemplo resolvido: x² + 2x + 5 = 0 → Δ = 4 − 20 = −16 → x = −1 ± 2i

Abrir este caso: raízes complexas
Δ < 0 — duas raízes complexas conjugadas. Δ < 0: a curva inteira fica de um só lado do eixo. O discriminante é negativo. A parábola nunca alcança o eixo x, então não há solução real.
Δ < 0: a curva inteira fica de um só lado do eixo.

04

a < 0 — a parábola abre para baixo

O que você sabe: O coeficiente principal a é negativo. Isso independe do discriminante: vira a curva e transforma o vértice num máximo.

Raízes: a < 0

Exemplo resolvido: −x² + 4 = 0 → Δ = 0 + 16 = 16 > 0 → x = ±2, com máximo em (0, 4)

Abrir este caso: abre para baixo
a < 0 — a parábola abre para baixo. a < 0: os braços apontam para baixo e o vértice é o máximo. O coeficiente principal a é negativo. Isso independe do discriminante: vira a curva e transforma o vértice num máximo.
a < 0: os braços apontam para baixo e o vértice é o máximo.
Referências (1)

Problemas resolvidos na íntegra

  1. Resolução de x² − 5x + 6 = 0 por completamento do quadrado 5 passos

    Resolva x² − 5x + 6 = 0 completando o quadrado. Depois responda a algo que a fórmula resolvente não lhe dirá: o discriminante conta as raízes, mas o que mede o seu tamanho?

    Abrir este problema na ferramenta

    1. Completar o quadrado não é um truque para resolver equações do segundo grau — é a demonstração de que a fórmula resolvente é verdadeira, aplicada a uma equação específica. Divida o coeficiente de x por dois, eleve-o ao quadrado, some e subtraia. O 6,25 que surge é o preço de forçar os dois primeiros termos a formar um quadrado perfeito, e tem de ser compensado na mesma linha.

      x2−5x+6=(x−52)2−254+6=(x−2.5)2−0.25x^2-5x+6=\left(x-\tfrac52\right)^{2}-\tfrac{25}{4}+6=(x-2.5)^2-0.25
    2. A forma canónica coloca a variável exatamente num único lugar, pelo que pode ser desfeita diretamente: isole o quadrado, tome ambas as raízes, some 2,5. Nenhuma fórmula foi necessária e nenhuma foi memorizada.

      (x−2.5)2=0.25 ⟹ x−2.5=±0.5 ⟹ x=2  or  x=3(x-2.5)^2=0.25\ \Longrightarrow\ x-2.5=\pm0.5\ \Longrightarrow\ x=2\ \ \text{or}\ \ x=3
    3. Agora o discriminante. Aqui Δ = 1, e como é positivo, existem duas raízes reais. Essa é a parte que todos os manuais escolares mencionam.

      Δ=b2−4ac=25−24=1\Delta=b^2-4ac=25-24=1
    4. Aparece mais duas vezes, e nenhuma delas costuma ser dita em voz alta. A distância entre as raízes é √Δ/|a|, porque o ± na fórmula contribui com ±√Δ/2a para cada uma. E o vértice situa-se Δ/4a abaixo do eixo — o −0,25 no painel acima não é um resultado independente, é novamente o discriminante, dividido por quatro.

      x2−x1=Δ∣a∣=1,yV=−Δ4a=−0.25x_2-x_1=\frac{\sqrt{\Delta}}{|a|}=1,\qquad y_V=-\frac{\Delta}{4a}=-0.25
    5. As relações de Viète fecham o ciclo. Desenvolva a(x − x₁)(x − x₂), compare termo a termo com ax² + bx + c, e a soma e o produto das raízes surgem diretamente sem ter de resolver nada.

      x1+x2=−ba=5,x1x2=ca=6x_1+x_2=-\frac{b}{a}=5,\qquad x_1x_2=\frac{c}{a}=6

    Resposta

    As raízes são x = 2 e x = 3, e a ferramenta apresenta o vértice em (2,5; −0,25) a partir do mesmo completamento do quadrado. A grande vantagem é que um único número rege três factos distintos. Δ = 1 torna as raízes reais, coloca-as a exatamente 1 de distância e faz descer o vértice exatamente 0,25 abaixo do eixo. Aumente c em direção a 6,25 e observe os três a mudarem em conjunto: as raízes aproximam-se, a distância fecha-se como √Δ e a parábola sobe até tocar no eixo em Δ = 0. Nunca foram três coincidências — são uma única quantidade vista de três perspetivas.

    x=2, 3Δ=1: separation Δ=1, depth Δ4a=0.25x=2,\ 3\qquad \Delta=1:\ \text{separation}\ \sqrt{\Delta}=1,\ \text{depth}\ \tfrac{\Delta}{4a}=0.25
  2. Fórmula resolvente com radicais 4 passos

    Resolve 2x² − 3x − 4 = 0, apresentando as raízes na forma exata.

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    1. Identifica a, b e c, sem perder os sinais. É aqui que mais se perdem pontos nesta questão.

      a=2,b=−3,c=−4a=2,\quad b=-3,\quad c=-4
    2. Começa pelo discriminante. É positivo e não é um quadrado perfeito, pelo que há duas raízes reais, ambas irracionais.

      b2−4ac=(−3)2−4(2)(−4)=9+32=41b^{2}-4ac=(-3)^{2}-4(2)(-4)=9+32=41
    3. Substitui os valores na fórmula resolvente. Como não se podem extrair fatores de √41, o radical fica como está.

      x=3±414x=\frac{3\pm\sqrt{41}}{4}
    4. As aproximações decimais ficam para o fim, e só se o enunciado as pedir.

      41≈6.4031:x≈2.3508,x≈−0.8508\sqrt{41}\approx6.4031:\qquad x\approx2.3508,\quad x\approx-0.8508

    Resposta

    x = (3 ± √41)/4, aproximadamente 2,3508 e −0,8508.

    x=3±414x=\frac{3\pm\sqrt{41}}{4}
  3. Completar o quadrado quando a ≠ 1 4 passos

    Escreve 2x² − 8x + 5 na forma a(x + p)² + q, indica o vértice da parábola y = 2x² − 8x + 5 e resolve 2x² − 8x + 5 = 0, apresentando as soluções na forma exata.

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    1. Põe o 2 em evidência apenas nos termos com x. O 5 fica fora do parêntese.

      2x2−8x+5=2(x2−4x)+52x^{2}-8x+5=2(x^{2}-4x)+5
    2. Metade de −4 é −2. Eleva esse valor ao quadrado, soma-o e subtrai-o dentro do parêntese. Depois, multiplica o −4 pelo 2 que ficou fora.

      =2[(x−2)2−4]+5=2(x−2)2−3=2\left[(x-2)^{2}-4\right]+5=2(x-2)^{2}-3
    3. Um quadrado nunca é negativo. Por isso, o valor mínimo é −3, atingido quando a expressão entre parênteses é 0.

      (x−2)2≥0 ⇒ 2(x−2)2−3≥−3,x=2(x-2)^{2}\ge0\ \Rightarrow\ 2(x-2)^{2}-3\ge-3,\quad x=2
    4. Iguala a zero a expressão com o quadrado completo. Basta agora isolar o quadrado e extrair a raiz quadrada.

      2(x−2)2=3 ⇒ x−2=±32=±62⇒ x=4±62\begin{aligned}&2(x-2)^{2}=3\ \Rightarrow\ x-2=\pm\sqrt{\tfrac32}=\pm\frac{\sqrt6}{2}\\&\Rightarrow\ x=\frac{4\pm\sqrt6}{2}\end{aligned}

    Resposta

    2(x − 2)² − 3; vértice (2, −3), onde se atinge o mínimo; x = (4 ± √6)/2.

    2(x−2)2−3,(2, −3),x=4±622(x-2)^{2}-3,\quad(2,\,-3),\quad x=\frac{4\pm\sqrt6}{2}
  4. Um parâmetro e raízes iguais 4 passos

    Determina os valores de k para os quais x² + kx + 9 = 0 tem raízes iguais. Para que valores de k tem duas raízes reais distintas?

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    1. Para haver raízes iguais, o discriminante tem de ser zero. Escreve essa condição em função de k.

      b2−4ac=k2−4(1)(9)=k2−36b^{2}-4ac=k^{2}-4(1)(9)=k^{2}-36
    2. Resolve a equação em ordem a k.

      k2−36=0 ⇒ k=±6k^{2}-36=0\ \Rightarrow\ k=\pm6
    3. Verifica um dos valores. Com k = 6, o polinómio é um quadrado perfeito e a única raiz é −3.

      k=6:x2+6x+9=(x+3)2=0 ⇒ x=−3k=6:\quad x^{2}+6x+9=(x+3)^{2}=0\ \Rightarrow\ x=-3
    4. Para haver duas raízes reais distintas, o discriminante tem de ser positivo. Isso acontece fora do intervalo delimitado pelos valores que acabaste de encontrar.

      k2−36>0  ⟺  k<−6 ∨ k>6k^{2}-36>0\iff k<-6\ \lor\ k>6

    Resposta

    k = 6 ou k = −6 para raízes iguais; há duas raízes reais distintas quando k < −6 ou k > 6.

    k=±6;k<−6 ∨ k>6k=\pm6;\qquad k<-6\ \lor\ k>6
  5. Sem raízes reais 3 passos

    Mostra que x² + 2x + 5 = 0 não tem raízes reais e determina as suas raízes complexas.

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    1. O discriminante é negativo.

      b2−4ac=22−4(1)(5)=4−20=−16<0b^{2}-4ac=2^{2}-4(1)(5)=4-20=-16<0
    2. Completar o quadrado permite ver porquê: o primeiro membro nunca é inferior a 4, logo nunca é 0. A parábola fica toda acima do eixo das abcissas.

      x2+2x+5=(x+1)2+4≥4>0x^{2}+2x+5=(x+1)^{2}+4\ge4>0
    3. A fórmula resolvente continua a aplicar-se, com √−16 = 4i. As duas raízes são complexas conjugadas.

      x=−2±−162=−2±4i2=−1±2ix=\frac{-2\pm\sqrt{-16}}{2}=\frac{-2\pm4i}{2}=-1\pm2i

    Resposta

    Δ = −16 < 0, pelo que não há raízes reais; as raízes complexas são x = −1 ± 2i.

    x=−1±2ix=-1\pm2i
  6. Uma equação do segundo grau disfarçada 3 passos

    Resolve x⁴ − 5x² + 4 = 0.

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    1. Os únicos termos com x são x² e x⁴, e x⁴ é (x²)². Usa outra letra para representar x².

      u=x2:u2−5u+4=0u=x^{2}:\qquad u^{2}-5u+4=0
    2. Tens agora uma equação do segundo grau em u, que a ferramenta resolve.

      (u−4)(u−1)=0 ⇒ u=4, u=1(u-4)(u-1)=0\ \Rightarrow\ u=4,\ u=1
    3. Volta à variável x. Cada valor positivo de u dá dois valores de x.

      x2=4 ⇒ x=±2,x2=1 ⇒ x=±1x^{2}=4\ \Rightarrow\ x=\pm2,\qquad x^{2}=1\ \Rightarrow\ x=\pm1

    Resposta

    x = −2, −1, 1 ou 2.

    x=−2, −1, 1, 2x=-2,\ -1,\ 1,\ 2
  7. Das raízes à equação do segundo grau 3 passos

    Determina uma equação do segundo grau com coeficientes inteiros cujas raízes sejam 2 + √3 e 2 − √3.

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    1. Soma as raízes: os termos com radicais anulam-se.

      (2+3)+(2−3)=4(2+\sqrt3)+(2-\sqrt3)=4
    2. Multiplica-as. O produto é uma diferença de quadrados e o radical volta a desaparecer.

      (2+3)(2−3)=4−3=1(2+\sqrt3)(2-\sqrt3)=4-3=1
    3. Numa equação do segundo grau com coeficiente principal 1, o primeiro membro é x² menos a soma das raízes vezes x, mais o produto das raízes.

      x2−(x1+x2)x+x1x2=x2−4x+1x^{2}-(x_{1}+x_{2})x+x_{1}x_{2}=x^{2}-4x+1

    Resposta

    x² − 4x + 1 = 0.

    x2−4x+1=0x^{2}-4x+1=0
  8. Um modelo e uma raiz a rejeitar 4 passos

    Uma bola é lançada de modo que, ao fim de t segundos, a sua altura em metros é h = 1,5 + 14t − 4,9t². Quando chega ao solo e qual é a altura máxima que atinge?

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    1. No solo, h = 0. Ordenando os termos por potências decrescentes de t, temos a = −4,9, b = 14 e c = 1,5.

      −4.9t2+14t+1.5=0-4.9t^{2}+14t+1.5=0
    2. Calcula o discriminante.

      b2−4ac=142−4(−4.9)(1.5)=196+29.4=225.4b^{2}-4ac=14^{2}-4(-4.9)(1.5)=196+29.4=225.4
    3. A fórmula resolvente dá duas raízes. A negativa corresponde a um instante anterior ao lançamento, ao qual o modelo não se aplica, por isso rejeita-se.

      t=−14±225.4−9.8⇒ t≈2.9605,  t≈−0.1034\begin{aligned}&t=\frac{-14\pm\sqrt{225.4}}{-9.8}\\&\Rightarrow\ t\approx2.9605,\ \ t\approx-0.1034\end{aligned}
    4. A altura máxima corresponde ao vértice da parábola. Trata-se de um máximo porque a é negativo.

      t=−b2a=149.8≈1.4286h=1.5−1424(−4.9)=11.5\begin{aligned}&t=-\frac{b}{2a}=\frac{14}{9.8}\approx1.4286\\&h=1.5-\frac{14^{2}}{4(-4.9)}=11.5\end{aligned}

    Resposta

    A bola chega ao solo ao fim de cerca de 2,96 s e atinge a altura máxima de 11,5 m, em t ≈ 1,43 s.

    t≈2.96 s;hmax⁡=11.5 mt\approx2.96\ \mathrm{s};\qquad h_{\max}=11.5\ \mathrm{m}

Problemas suplementares, só com a resposta

  1. Resolve x² + 4x − 7 = 0, apresentando as soluções na forma de radicais.

    Mostrar resposta

    x = −2 ± √11

    x=−2±11x=-2\pm\sqrt{11}
  2. Escreve x² − 6x + 11 na forma (x − p)² + q e indica o seu valor mínimo.

    Mostrar resposta

    (x − 3)² + 2; mínimo 2, para x = 3

    (x−3)2+2,min⁡=2(x-3)^{2}+2,\quad\min=2
  3. Determina k sabendo que 2x² − 4x + k = 0 tem raízes iguais.

    Mostrar resposta

    k = 2

    k=2k=2
  4. Determina os valores de k para os quais x² + 2kx + 9 = 0 não tem raízes reais.

    Mostrar resposta

    −3 < k < 3

    −3<k<3-3<k<3
  5. Resolve 3x² − 5x − 2 = 0.

    Mostrar resposta

    x = 2 ou x = −1/3

    x=2,  x=−13x=2,\ \ x=-\tfrac13
  6. Resolve x² + 6x + 13 = 0.

    Mostrar resposta

    x = −3 ± 2i

    x=−3±2ix=-3\pm2i
  7. Resolve 4ˣ − 6 × 2ˣ + 8 = 0.

    Mostrar resposta

    x = 1 ou x = 2

    x=1,  x=2x=1,\ \ x=2

Percurso de aprendizagem

Para além da quadrática