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Equações Biquadradas: Substituição x² = t

Entenda equações do quarto grau com potências pares, substitua x² por uma variável auxiliar e identifique todas as raízes reais válidas.

O que você vai aprender

  • Reconhecer equações da forma ax⁴+bx²+c=0, com a diferente de zero
  • Aplicar a substituição t=x² e resolver a quadrática resultante
  • Voltar a x respeitando t≥0 e evitando raízes reais inexistentes

Entenda o assunto

Entenda equações do quarto grau com potências pares, substitua x² por uma variável auxiliar e identifique todas as raízes reais válidas.

Nesta aula, cada transformação algébrica é acompanhada das condições que a tornam válida. Compare os exemplos resolvidos com os exercícios e confira as soluções na expressão de partida.

Definição de equação biquadrada

Uma equação biquadrada é um caso especial de quarto grau escrito como ax⁴+bx²+c=0, com a≠0. Não aparece termo em x³ nem termo linear em x, o que permite reduzir a dificuldade do problema.

Por exemplo, x⁴−5x²+4=0 parece exigir uma técnica de quarto grau, mas basta perceber que x⁴=(x²)². Assim, a mesma estrutura de uma equação quadrática reaparece em uma nova variável.

Substituir t por x²

Faça t=x² para transformar ax⁴+bx²+c=0 em at²+bt+c=0. Resolva essa equação auxiliar por fatoração, fórmula quadrática ou produtos notáveis, como faria com qualquer equação do segundo grau.

No modelo x⁴−5x²+4=0, obtemos t²−5t+4=0, que se fatoriza em (t−1)(t−4)=0. Portanto, t=1 ou t=4, antes de retornar à variável original.

A restrição t maior ou igual a zero

Quando procuramos soluções reais, a substituição t=x² impõe t≥0. Uma raiz negativa da equação auxiliar não corresponde a nenhum número real x, pois o quadrado de um real não é negativo.

Na equação x⁴−4x²−5=0, surge t²−4t−5=(t−5)(t+1)=0. O valor t=5 produz x=±√5, enquanto t=−1 não gera solução real.

Cada t positivo oferece dois valores

Quando t>0, a equação x²=t tem duas soluções reais distintas: x=√t e x=−√t. É importante não registrar apenas a raiz positiva, pois a expressão original possui potências pares.

Em x⁴−16=0, temos t²−16=0 e t=4 ou t=−4. O único t não negativo é 4; desse modo x=2 e x=−2 são ambas soluções.

O caso especial t igual a zero

Quando a equação auxiliar tem a raiz t=0, a volta à variável original fornece exclusivamente x=0. Não se deve contar mais de uma solução distinta porque os sinais positivo e negativo coincidem no zero.

Para x⁴−9x²=0, a substituição leva a t(t−9)=0. O valor t=0 fornece x=0, e o valor t=9 fornece x=±3, totalizando três raízes reais distintas.

Usar a fórmula de Bhaskara em t

Se o trinômio auxiliar não fatorar facilmente, calcule Δ=b²−4ac e use t=(−b±√Δ)/(2a). Só depois examine quais resultados satisfazem t≥0 e tire as raízes quadradas de cada t permitido.

Esse procedimento mantém a ordem lógica: resolver primeiro a quadrática, filtrar raízes auxiliares negativas e, finalmente, retornar a x. Aplicar a fórmula diretamente a x⁴ como se fosse x² é um erro.

Sem raízes reais apesar da quadrática

Uma equação auxiliar pode ter raízes reais, mas todas negativas. Nesse cenário, a equação biquadrada original não possui soluções reais, mesmo que seja possível escrever soluções complexas.

Em x⁴+5x²+4=0, obtemos (t+1)(t+4)=0, com t=−1 ou t=−4. Como t=x² deve ser não negativo, o conjunto-solução real é vazio.

Raízes repetidas e multiplicidades

Quando a quadrática auxiliar tem raiz dupla, ela pode gerar dois valores opostos de x ou apenas zero. É útil separar multiplicidade algébrica de quantidade de raízes reais distintas.

Em x⁴−2x²+1=(x²−1)²=0, temos t=1 repetido. As soluções reais distintas continuam sendo x=−1 e x=1, embora cada uma apareça com multiplicidade dois.

Conferência na equação original

Depois de retornar de t para x, substitua os resultados na expressão original. Como só há potências pares, raízes opostas válidas costumam aparecer aos pares e fornecer a mesma soma algébrica.

Em x⁴−5x²+4, tanto x=2 como x=−2 geram 16−20+4=0, e x=±1 geram 1−5+4=0. A verificação confirma quatro raízes reais distintas.

Reconhecimento rápido e aplicação gráfica

Uma equação biquadrada define os zeros de uma função polinomial par, como f(x)=x⁴−5x²+4. Seu gráfico é simétrico em relação ao eixo y, e as interseções com o eixo x aparecem em pares opostos, quando não são zero.

O gráfico de f(x)=x⁴−5x²+4 cruza o eixo horizontal em −2, −1, 1 e 2. Esses pontos coincidem com as soluções por substituição e ajudam a conferir o número de raízes reais.

Passo a passo

  1. 01

    Reconheça a forma ax⁴+bx²+c=0 e faça a substituição t=x².

  2. 02

    Resolva at²+bt+c=0 por fatoração ou Bhaskara.

  3. 03

    Rejeite t negativo se estiver trabalhando com raízes reais.

  4. 04

    Para cada t positivo inclua ±√t; para t=0 inclua somente zero e confira.

FÓRMULA E RESUMO
ax⁴+bx²+c=0 ⇔ at²+bt+c=0, com t=x²≥0; se t>0, x=±√t.

Exemplos resolvidos

Veja como aplicar o conceito a situações concretas.

EXEMPLO 1

Quatro raízes reais

x⁴−5x²+4=0: com t=x², (t−1)(t−4)=0. Logo t=1 ou 4, produzindo x=−2,−1,1,2.

EXEMPLO 2

Duas raízes reais

x⁴−16=0 dá t²−16=0. Só t=4 é permitido nos reais; daí x=−2 ou x=2.

EXEMPLO 3

Nenhuma raiz real

x⁴+5x²+4=0 torna-se (t+1)(t+4)=0. Ambas as raízes auxiliares são negativas, portanto não há x real.

EXEMPLO 4

Zero e um par de opostos

x⁴−9x²=0 dá t(t−9)=0; as soluções são x=0, x=−3 e x=3.

EXEMPLO 5

Raiz auxiliar repetida

x⁴−2x²+1=0 equivale a (t−1)²=0 e fornece x=−1 ou x=1, cada uma com multiplicidade dois.

EXEMPLO 6

Dois pares positivos

x⁴−13x²+36=0 dá (t−4)(t−9)=0, portanto x=−3,−2,2,3.

EXEMPLO 7

Descartando t negativo

x⁴−4x²−5=0 produz t=5 ou t=−1. Só t=5 serve em ℝ, logo x=±√5.

O que vale lembrar

AGORA É COM VOCÊ

Hora de praticar

Escolha uma resposta para cada questão e confira a explicação.

QUESTÃO 01Uma alternativa correta

Resolva x⁴−5x²+4=0 em ℝ.

Alternativas da questão 1
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Resposta: B — x=±1 ou x=±2. Faça t=x². A equação (t−1)(t−4)=0 fornece t=1 e t=4, e cada um gera duas raízes reais opostas, resultando em ±1 e ±2.

QUESTÃO 02Uma alternativa correta

Resolva x⁴−16=0 em ℝ.

Alternativas da questão 2
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Resposta: A — x=±2. Como t²−16=0, t=4 ou −4. O valor negativo não é quadrado de real, portanto x²=4 e as soluções reais são x=−2 e x=2.

QUESTÃO 03Uma alternativa correta

Resolva x⁴+5x²+4=0 em ℝ.

Alternativas da questão 3
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Resposta: D — Conjunto vazio. A substituição t=x² resulta em (t+1)(t+4)=0. Como t=−1 e t=−4 são negativos, nenhum real x pode produzir esses quadrados.

QUESTÃO 04Uma alternativa correta

Resolva x⁴−9x²=0 em ℝ.

Alternativas da questão 4
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Resposta: C — x=0 ou x=±3. A fatoração x²(x²−9)=0 permite x²=0 ou x²=9. O primeiro caso fornece zero; o segundo dá os dois valores opostos ±3.

QUESTÃO 05Uma alternativa correta

Resolva x⁴−2x²+1=0 em ℝ.

Alternativas da questão 5
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Resposta: B — x=±1. A expressão é o quadrado (x²−1)², que só se anula quando x²=1. Existem duas raízes distintas, −1 e 1, ambas repetidas algebricamente.

QUESTÃO 06Uma alternativa correta

Resolva x⁴−13x²+36=0 em ℝ.

Alternativas da questão 6
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Resposta: A — x=±2 ou x=±3. Com t=x², obtemos (t−4)(t−9)=0. Logo t=4 ou t=9, ambos positivos, resultando em x=±2 ou x=±3.

QUESTÃO 07Uma alternativa correta

Resolva x⁴−10x²+9=0 em ℝ.

Alternativas da questão 7
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Resposta: D — x=±1 ou x=±3. A equação auxiliar t²−10t+9=(t−1)(t−9)=0 oferece t=1 ou 9. Voltando a x, encontramos os quatro números ±1 e ±3.

QUESTÃO 08Uma alternativa correta

Resolva 2x⁴−8x²=0 em ℝ.

Alternativas da questão 8
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Resposta: C — x=0 ou x=±2. Fatorando 2x²(x²−4)=0, temos x²=0 ou x²=4, equivalentes a x=0 ou x=−2 ou x=2. Faça a conferência substituindo a resposta na igualdade original.

QUESTÃO 09Uma alternativa correta

Resolva x⁴+x²=0 em ℝ.

Alternativas da questão 9
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Resposta: B — x=0. A fatoração x²(x²+1)=0 indica x²=0 ou x²=−1. A segunda condição não tem raiz real, restando somente x=0.

QUESTÃO 10Uma alternativa correta

Resolva x⁴−4x²−5=0 em ℝ.

Alternativas da questão 10
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Resposta: A — x=±√5. Em t=x², a equação (t−5)(t+1)=0 tem t=5 ou −1. O valor negativo é inválido para quadrados reais e t=5 gera x=±√5.

Perguntas frequentes: Equações Biquadradas

Qual a diferença entre equação biquadrada e equação geral de quarto grau?

A biquadrada só contém x⁴, x² e termo constante, permitindo a substituição direta t=x².

Por que devo eliminar t negativo?

Porque a substituição foi t=x²; todo quadrado de número real é maior ou igual a zero.

Quantas raízes reais uma biquadrada pode ter?

Ela pode ter zero, uma, duas, três ou quatro raízes reais distintas, dependendo dos valores de t permitidos.

t igual a zero fornece duas raízes?

Não. Tanto a raiz positiva quanto a negativa de zero representam o mesmo valor, x=0.

Quando uso Bhaskara?

Use a fórmula quadrática na equação auxiliar em t, principalmente quando ela não se fatorar facilmente.

Por que as raízes não nulas vêm em pares opostos?

Porque trocar x por −x não altera x² nem x⁴; ambos satisfazem a mesma expressão de potências pares.

Fontes e referências

Estas fontes ajudam a aprofundar os conceitos apresentados nesta aula. As explicações e os exemplos do UNVRST foram redigidos de forma independente.

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