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Tópicos de Informática Autoras: Profa. Christiane Mázur Doi Profa. Fabíola Mariana Aguiar Ribeiro Colaboradores: Prof. Pedro Americo Frugoli Prof. José Carlos Morilla Tópicos de Informática Professoras conteudistas: Christiane Mázur Doi / Fabíola Mariana Aguiar Ribeiro Christiane Mázur Doi Possui doutorado em Engenharia Metalúrgica e de Materiais pela Escola Politécnica da Universidade de São Paulo – USP (2005), mestrado em Tecnologia Nuclear pelo Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares da USP (1998), aperfeiçoamento em Tópicos de Estatística pelo Instituto de Matemática e Estatística da USP (2012), graduação em Engenharia Química pelo Centro Universitário da FEI (1992) e licenciatura em Matemática pelo Centro Universitário Claretiano (2012). Realizou pesquisas na área de Engenharia Nuclear (com ênfase em Conversão, Enriquecimento e Fabricação de Combustível Nuclear) e Engenharia de Materiais (principalmente em Soldagem Branda, com ênfase em Meio Ambiente). Tem experiência na produção de materiais didáticos e instrucionais. É autora de diversos livros. Atua, desde 1993, no Magistério Superior e é professora titular da Universidade Paulista (UNIP). Fabíola Mariana Aguiar Ribeiro Possui doutorado em Astronomia pela USP (2006) e bacharelado em Física, com habilitação em Astronomia, pela USP (2001). Fez pós-doutorado em Astronomia na USP de 2006 a 2008. Tem experiência na área de Astronomia e realizou pesquisa nos seguintes temas: variáveis cataclísmicas, discos de acréscimo, flickering e tomografia Doppler, incluindo a simulação de discos de acréscimo com vento e flickering. É professora titular da Universidade Paulista (UNIP). © Todos os direitos reservados. Nenhuma parte desta obra pode ser reproduzida ou transmitida por qualquer forma e/ou quaisquer meios (eletrônico, incluindo fotocópia e gravação) ou arquivada em qualquer sistema ou banco de dados sem permissão escrita da Universidade Paulista. Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP) D657t Doi, Christiane Mázur. Tópicos de informática. / Christiane Mázur Doi, Fabíola Mariana Aguiar Ribeiro. – São Paulo: Editora Sol, 2020. 108 p., il. Nota: este volume está publicado nos Cadernos de Estudos e Pesquisas da UNIP, Série Didática, ISSN 1517-9230. 1. Expressões numéricas. 2. Matrizes. 3. Funções. I. Ribeiro, Fabíola Mariana Aguiar. II. Título. CDU 681.3 U504.88 – 20 Prof. Dr. João Carlos Di Genio Reitor Prof. Fábio Romeu de Carvalho Vice-Reitor de Planejamento, Administração e Finanças Profa. Melânia Dalla Torre Vice-Reitora de Unidades Universitárias Prof. Dr. Yugo Okida Vice-Reitor de Pós-Graduação e Pesquisa Profa. Dra. Marília Ancona-Lopez Vice-Reitora de Graduação Unip Interativa – EaD Profa. Elisabete Brihy Prof. Marcello Vannini Prof. Dr. Luiz Felipe Scabar Prof. Ivan Daliberto Frugoli Material Didático – EaD Comissão editorial: Dra. Angélica L. Carlini (UNIP) Dr. Ivan Dias da Motta (CESUMAR) Dra. Kátia Mosorov Alonso (UFMT) Apoio: Profa. Cláudia Regina Baptista – EaD Profa. Betisa Malaman – Comissão de Qualificação e Avaliação de Cursos Projeto gráfico: Prof. Alexandre Ponzetto Revisão: Rose Castilho Elaine Pires Sumário Tópicos de Informática APRESENTAÇÃO ......................................................................................................................................................7 INTRODUÇÃO ...........................................................................................................................................................8 Unidade I 1 EXPRESSÕES NUMÉRICAS ..............................................................................................................................9 1.1 Cálculos algébricos .................................................................................................................................9 1.2 Operadores aritméticos .........................................................................................................................9 1.3 Planilhas, células e fórmulas ............................................................................................................ 10 1.4 Funções matemáticas ......................................................................................................................... 12 2 FÓRMULAS E APLICAÇÕES........................................................................................................................... 15 2.1 Fórmulas e aplicações ......................................................................................................................... 15 2.1.1 Aplicação 1 ................................................................................................................................................ 15 2.1.2 Aplicação 2 ................................................................................................................................................ 16 2.1.3 Aplicação 3 ................................................................................................................................................ 18 2.1.4 Aplicação 4 ................................................................................................................................................ 19 2.1.5 Aplicação 5 ................................................................................................................................................ 22 3 MATRIZES ........................................................................................................................................................... 24 3.1 Definição .................................................................................................................................................. 24 3.2 Soma de matrizes ................................................................................................................................. 25 3.3 Multiplicação de um escalar por uma matriz ........................................................................... 27 3.4 Multiplicação de matrizes................................................................................................................. 30 4 FUNÇÕES ............................................................................................................................................................ 32 4.1 Definição .................................................................................................................................................. 32 4.2 Elaboração de gráficos na planilha eletrônica ......................................................................... 33 Unidade II 5 FUNÇÃO DO 1º GRAU .................................................................................................................................... 49 5.1 Definição .................................................................................................................................................. 49 5.2 Retas que passam pela origem ....................................................................................................... 50 5.3 Retas paralelas ....................................................................................................................................... 51 5.4 Retas perpendiculares ........................................................................................................................ 52 5.5 Exemplos .................................................................................................................................................. 53 6 FUNÇÃO DO 2º GRAU .................................................................................................................................... 61 6.1 Equação e gráfico ................................................................................................................................. 61 6.2 Raízes da função do 2º grau ............................................................................................................61 6.3 Vértice da parábola .............................................................................................................................. 62 6.4 Cálculos das raízes e do vértice usando planilha eletrônica .............................................. 63 6.5 Construção de gráficos de parábolas ........................................................................................... 65 6.6 Funções do tipo y=a.x2 ....................................................................................................................... 67 6.7 Efeito do coeficiente c em parábolas do tipo y=ax2+c ......................................................... 70 6.8 Efeito do coeficiente b em parábolas do tipo y=ax2+bx ...................................................... 71 7 FUNÇÕES SENO E FUNÇÃO COSSENO .................................................................................................... 74 7.1 Circunferência trigonométrica ....................................................................................................... 74 7.2 Gráfico da função y(x)=cos(x) ......................................................................................................... 75 7.3 Gráfico da função y(x)=sen(x) ......................................................................................................... 80 7.4 Variações na amplitude ..................................................................................................................... 84 7.5 Variações no período .......................................................................................................................... 86 8 FUNÇÃO EXPONENCIAL ................................................................................................................................ 89 8.1 Função exponencial de base a ........................................................................................................ 89 8.2 Função exponencial de base e ........................................................................................................ 92 8.3 Função logarítmica .............................................................................................................................. 93 7 APRESENTAÇÃO Caro aluno, Este livro-texto é uma introdução ao uso de planilhas eletrônicas, ferramentas importantes para profissionais de quaisquer áreas do conhecimento. Além de explicações sobre a utilização das planilhas, são apresentados conceitos básicos de matemática, como funções, para ilustrar o uso dessas ferramentas. Em resumo, as planilhas são ferramentas rápidas e práticas para a execução de cálculos e para a elaboração de gráficos, com aplicações no dia a dia, como a preparação de uma tabela de gastos mensais ou de um orçamento doméstico. A planilha eletrônica recebe esse nome por ter uma tabela como sua estrutura fundamental. Nessa tabela, as linhas são identificadas por letras e as colunas são identificadas por números: o cruzamento dessas duas informações fornece o endereço de uma célula. Isso é importante, pois permite que sejam feitos tanto cálculos diretos quanto referências a outras células da planilha. O primeiro programa de planilha eletrônica foi desenvolvido em 1978 por dois estudantes de Harvard, Bricklin e Frankston, com objetivo de automatizar os cálculos feitos no quadro negro pelo professor e, assim, minimizar o tempo gasto no processo. O nome desse primeiro programa de planilha eletrônica é Visicalc e a sua estrutura reproduzia os cálculos feitos no quadro negro pelo professor dos dois estudantes. Em 1983, houve o lançamento do programa de planilhas Lotus 123, que, além de gerar gráficos, funcionava como uma estrutura de banco de dados para armazenar, acessar e manipular informações. Em 1985, a Microsoft lançou o Excel, hoje parte do pacote Office, que é o programa de planilhas mais popular do mercado. A primeira versão do Excel foi desenvolvida para o sistema operacional Machintosh. Em 1987, foi lançada a primeira versão do Excel para o sistema operacional Windows. Hoje, o Excel é disponível inclusive para dispositivos móveis, como tablets e celulares. O Excel é um programa proprietário, de código fechado. Em 1999, a Star Division lançou o StarOffice, um pacote de ferramentas de escritório que também continha um ambiente de planilhas eletrônicas. O código foi comprado pela Sun, que lançou, em 2000, um pacote de ferramentas de escritório chamado OpenOffice. A primeira distribuição do programa, gratuito e de código aberto, foi em 2001. O OpenOffice, além de gratuito, é multiplataforma e apresenta versões para sistemas operacionais Windows, Unix, Solaris, Linux e Mac. No Brasil, o OpenOffice é conhecido como BrOffice. Os programas de planilhas Excel e OpenOffice necessitam de instalação em uma máquina. Já o Google Sheets (Google planilhas) opera diretamente na nuvem, tem integração com o Excel, permite o compartilhamento de documentos e é gratuito. Antes era necessário um computador com um programa de planilhas instalado para a reprodução dos exemplos que trataremos neste material. Hoje, você pode estudar os exemplos usando um celular ou um tablet com acesso às planilhas eletrônicas. 8 INTRODUÇÃO Os tópicos abordados neste livro-texto são divididos em duas partes. Inicialmente, apresentaremos uma planilha eletrônica com a definição dos seus componentes fundamentais: células, linhas e colunas. Mostraremos a forma com que fórmulas devem ser inseridas na planilha para a realização de cálculos numéricos. Como aplicação, exemplificaremos o uso de planilhas eletrônicas para operações de matrizes: adição, multiplicação por um escalar e multiplicação de matrizes. Apresentaremos, também, o emprego de planilhas eletrônicas para a elaboração de gráficos de funções. Na segunda parte, seguiremos com gráficos de funções lineares, com a determinação de coeficientes lineares e angulares dessas funções. Trataremos de funções de segundo grau, explorando o papel dos coeficientes da equação na concavidade do gráfico. Passaremos, então, para funções trigonométricas, fundamentais no estudo de fenômenos oscilatórios. Usaremos planilhas para elaborar os gráficos das funções seno e cosseno, analisando o papel da amplitude e do período dessas funções. Finalizaremos a parte de estudo de funções usando planilhas eletrônicas com a função exponencial, de base qualquer e de base e, além de sua inversa, a função logarítmica. 9 TÓPICOS DE INFORMÁTICA Unidade I 1 EXPRESSÕES NUMÉRICAS 1.1 Cálculos algébricos O problema de fazermos cálculos à mão é que podemos levar um tempo considerável se tais cálculos forem complexos e, ainda, estamos sujeitos a erros. Para a resolução desses problemas, usamos computadores para executar cálculos, principalmente os repetitivos. Os computadores fazem os cálculos mais rapidamente do que um ser humano, não sofrem desgastes com tarefas longas e repetitivas e, além disso, não erram. Nesse curso, vamos usar a planilha eletrônica como ferramenta de cálculo. São programas de planilha eletrônica: o Microsoft Excel (parte do pacote Office); o Calc (parte do pacote LibreOffice); Planilhas Google (parte do Documentos Google). Nos exemplos citados neste material, utilizaremos o programa Microsoft Excel, do pacote Office 2013, para a elaboração das planilhas. Saiba mais Para saber mais sobre o pacote LibreOffice e Planilhas Google – e até mesmo realizar o download para instalação –, acesse, respectivamente: <https://pt-br.libreoffice.org>. <https://www.google.com/sheets/about>. 1.2 Operadores aritméticos Os principais operadores aritméticos usados quando realizamos cálculo em planilha eletrônica estão listados no quadro a seguir: Quadro 1 – Operadores algébricos e símbolos Operador Algébrico Símbolo Adição + Subtração - Multiplicação * Divisão / Exponenciação ^ 10 Unidade I As prioridades de cálculo são as mesmas das expressões matemáticas: calculam-se, inicialmente, as potências; em seguida,calculam-se as multiplicações e divisões; e, por último, calculam-se as adições e subtrações. Para alterar essa prioridade de execução em cálculos manuais, usam-se os parênteses, chaves e colchetes. Em uma planilha eletrônica, usamos apenas parênteses, não usamos chaves e colchetes nos cálculos. Por exemplo, considere a seguinte expressão matemática: 5.5+5 Nessa expressão, primeiro calculamos a multiplicação (5.5=25) e, em seguida, somamos 5 a esse resultado parcial (25+5=30), já que a multiplicação é calculada antes da adição. Considere agora a seguinte equação: 5.(5+5) Nessa expressão, devemos calcular primeiro o que está entre parênteses, respeitando a ordem de cálculo dentro deles. Como temos apenas uma operação, vamos calcular o seu resultado (5+5=10). Em seguida, multiplicamos esse resultado parcial por 5 (5.10=50). Note que o resultado obtido pelo cálculo das duas expressões é diferente. O uso ou não de parênteses é fundamental para obtermos o resultado correto usando planilhas eletrônicas ou em cálculos matemáticos. 1.3 Planilhas, células e fórmulas O ambiente no qual trabalhamos no Excel, por exemplo, é uma planilha eletrônica, composta por 16.777.216 células, divididas em 65.536 linhas e 256 colunas. Cada célula é identificada pelo seu “endereço”, composto por uma combinação de coluna e linha, nessa ordem. Na figura a seguir, por exemplo, está marcada em amarelo a primeira célula da planilha, de endereço A1. Essa célula encontra-se na coluna A e na linha 1. Figura 1 – Identificação da célula de endereço A1 Para calcularmos o resultado de uma expressão numérica, devemos inserir uma “fórmula” na célula. A digitação de uma fórmula deve iniciar com o sinal de igual (=). Caso a fórmula não se inicie com o sinal de igual, a planilha não realizará o cálculo da expressão. Por exemplo, para exibir o resultado da seguinte expressão na célula A1: 53+2.7-3-8.(4/5-6/7) 11 TÓPICOS DE INFORMÁTICA Devemos digitar, nessa mesma célula, a fórmula: =5^3+2*7^-3-8*(4/5-6/7) Note que a fórmula foi reescrita utilizando os operadores algébricos adequados para a planilha eletrônica. Figura 2 – Exemplo de fórmula inserida na célula A1 Ao acionar a tecla <enter>, o resultado exibido em A1 será 125,46, conforme ilustrado na figura a seguir. Observação Sempre que fizermos referência a alguma tecla do teclado do computador, indicaremos o nome da tecla entre <>. Logo <enter> significa que se deve pressionar a tecla correspondente e não digitar a expressão <enter>. Figura 3 – Resultado da fórmula inserida na célula A1 Nas figuras a seguir temos outros exemplos de fórmulas digitadas em células de planilha eletrônica e os respectivos resultados. Figura 4 – Exemplo de fórmula inserida na célula A5 12 Unidade I Figura 5 – Resultado da fórmula inserida na célula A5 Figura 6 – Exemplo de fórmula inserida na célula B9 Figura 7 – Resultado da fórmula inserida na célula B9 No quadro que apresentaremos a seguir, encontram-se algumas expressões numéricas e suas respectivas fórmulas. Note que uma pequena alteração no uso de parênteses na fórmula corresponde a uma grande diferença na expressão numérica e, consequentemente, no resultado do cálculo. 1.4 Funções matemáticas Nos cálculos realizados em Física, não nos limitamos aos operadores algébricos. Quando estudamos oscilações, projeções de forças ou movimento de sólidos, por exemplo, usamos funções trigonométricas. Algumas dessas funções matemáticas estão representadas no quadro a seguir. Quadro 2 – Funções matemáticas Função Sintaxe Cosseno COS(argumento) Seno SEN(argumento) Exponencial de base e EXP(argumento) Logaritmo neperiano LN(argumento) O argumento pode ser um número ou uma referência a uma célula (à qual esteja atribuído um valor numérico). No caso das funções trigonométricas, o argumento deve ser um ângulo em radianos. Caso 13 TÓPICOS DE INFORMÁTICA seja necessário usar o número π em planilhas eletrônicas, ele deverá ser representado pela função PI(). Lembre-se de que π é um número irracional que vale aproximadamente 3,14. A forma correta de representar a função exponencial na planilha eletrônica é a função EXP(argumento). Saiba mais O número de Euler, indicado por e, é um número irracional que tem valor aproximado de 2,41. A função logaritmo neperiano y=ln(x) é a inversa da função y=ex. Mais informações sobre o número de Euler e logaritmo neperiano podem ser obtidas em: POMMER, W. M. O número de Euler: possíveis abordagens no ensino básico. Seminários de Ensino de Matemática (SEMA-FEUSP), São Paulo, ago. 2010. Disponível em: <http://stoa.usp.br/wmpommer/files/3812/20210/ CO+2010+1sem+SEMAFEUSP+O+n%C3%BAmero+de+Euler.pdf>. Acesso em: 21 dez. 2016. SODRÉ, U. Elementos de matemática: funções exponenciais e logarítmicas. Londrina: UEL, 2007. (Roteiro n. 4). Disponível em: <http:// www.uel.br/projetos/matessencial/superior/elementos/elementos04.pdf>. Acesso em: 27 dez. 2016. Como exemplo, calcularemos o valor da seguinte expressão utilizando recursos do Excel: 15.{[7.cos(π/3)+24].[1/6–4/5]+2/7} Podemos inserir, na célula A3, a fórmula: =15*((7*COS(PI()/3)+2^4)*(1/6-4/5)+2/7) Figura 8 – Exemplo de expressão numérica no Excel 14 Unidade I Acionando a tecla <enter>, a planilha realiza o cálculo e exibe o resultado da expressão, ou seja, -180,96. Na tabela a seguir, temos alguns exemplos de expressões numéricas e as fórmulas a serem digitadas em células do Excel para o cálculo. Alguns parênteses foram coloridos para facilitar a visualização de qual expressão está entre parênteses. Tabela 1 – Exemplos de fórmulas de expressões numéricas Expressão Numérica Fórmula na planilha sen(3+2) =SEN(3+2) sen(5.π) =SEN(5*PI()) sen(5).π =SEN(5)*PI() 12.sen(35-43) =12*(SEN(3^5-4^3)) cos(cos(2+4)) =COS(COS(2+4)) cos2(3)+sen2(4) =(COS(3))^2+(SEN(4))^2 sen( ) ( ) 2 3cos =(SEN(2)/COS(3))^(1/2) cos( )π4 =(COS(PI()))^(1/4) 3.e2+4 =3*EXP(2)+4 3.e2+4 =3*EXP(2+4) Ln(5) =LN(5) Ln(5+42) =LN(5+4^2) ecos(ln(3)) =EXP(COS(LN(3)) 5.e3+7 =5*EXP(3)+7 e2 3 32 + =((EXP(2+3))/2^3)^(1/2) ee2 =EXP(EXP(2)) 2.[35.(1/6-10)-Ln5] =2*(3^(5*(1/6-10))-LN(5)) 2.[35.(1/6-10)-Ln5] =2*(3^5*(1/6-10)-LN(5)) 2.35.(1/6-10)-Ln5 =2*3^5*(1/6-10)-LN(5) 1 2 13+ + =(1+2^(1/3))^(1/2)+1 1 2 13+ + =(1+2^(1/3)+1)^(1/2) 1 2 13+ + =(1+2^(1/3+1))^(1/2) 15 TÓPICOS DE INFORMÁTICA 2 FÓRMULAS E APLICAÇÕES 2.1 Fórmulas e aplicações Nos exemplos a seguir, trataremos de algumas aplicações de fórmulas em planilhas eletrônicas. 2.1.1 Aplicação 1 Considere que o valor do lado de um quadrado, em cm, é dado. Construa uma planilha que calcule a área desse quadrado, em cm2. Primeiro, precisamos pensar na solução do problema e montar a equação para o cálculo da solução. A área de um quadrado é calculada pelo valor do lado elevado ao quadrado ou, ainda, pelo valor do lado multiplicado por ele mesmo. Saiba mais É útil saber como calcular áreas de figuras geométricas simples. A área de um retângulo é o produto do comprimento de sua base por sua altura. Podemos considerar o quadrado como o caso particular de um retângulo de base e altura iguais. A área de um triângulo pode ser calculada da seguinte forma: considere um retângulo e trace uma diagonal ligando duas extremidades opostas da figura. Vemos, então, que um retângulo é formado por dois triângulos idênticos, ou seja, a área do triângulo é metade da área do retângulo. Logo, a área do triângulo é metade do produto da sua base pela sua altura. Outra figura geométrica bastante frequente em Engenharia é o círculo. A área do círculo de raio R é calculada como π.R2. Para mais detalhes, consulte: DOLCE, O.; POMPEO, J. N. Fundamentos de Matemática Elementar: geometria plana. 9. ed. São Paulo: Atual, 2013. v. 9. Um exemplo de planilha para esse problema está na figura a seguir. Note que o valor do lado deverá ser inserido na célula ao lado da expressão “Lado do quadrado (cm)”. 16 Unidade I Figura 9 – Área de um quadrado Para resolvermos a aplicação, devemosadotar o seguinte procedimento: • Inserir na célula B3 o valor do lado do quadrado, por exemplo, 5, referente a 5 cm. • Inserir a fórmula para o cálculo da área do quadrado =B3^2 na célula B5 (vide figura a seguir) e acionar a tecla <enter> para visualizar o resultado da área do quadrado. Observe que a entrada de dados para o cálculo é feita na célula B3 (no caso, 5, referente a 5 cm) e a saída de dados é feita na célula B5 (no caso, 25, referente a 25 cm2). Se alterarmos o número associado com B3, teremos automaticamente a atualização do resultado exibido em B5. Figura 10 – Fórmula para cálculo da área de um quadrado 2.1.2 Aplicação 2 Dados os valores do raio (em cm) e da altura (em cm) de um cilindro, elabore uma planilha que calcule a área lateral desse cilindro (em cm2). A área lateral de um cilindro é calculada pelo produto entre o valor do perímetro da circunferência de sua base e a altura, ou seja, A=(2π.R).h. 17 TÓPICOS DE INFORMÁTICA Figura 11 – Área lateral de um cilindro Saiba mais Para calcularmos o volume de sólidos simples, podemos pensar no produto da área da base pela altura. Os sólidos mais frequentes em Engenharia são o paralelepípedo, o cilindro e a esfera. O volume do paralelepípedo de base de comprimento a, profundidade b e altura h é calculado pela área da base multiplicada pela altura, ou seja, a área é a.b.h. O cilindro é um sólido de base circular. Logo, para um cilindro de base de raio R e altura h, seu volume é calculado por π.R2.h. O volume de uma esfera de raio R é calculado por (4/3)π.R3. Para mais detalhes, consulte: DOLCE, O.; POMPEO, J. N. Fundamentos de Matemática Elementar: geometria espacial. 9. ed. São Paulo: Atual, 2013. v. 10. Para resolvermos a aplicação, podemos utilizar o seguinte formato de planilha: Figura 12 – Área lateral de um cilindro 18 Unidade I Para essa aplicação, devemos adotar os procedimentos a seguir: • Inserir na célula B3 o valor do raio da base do cilindro, por exemplo, 5 (cm). • Inserir na célula B4 (que representa o valor da altura do cilindro), por exemplo, 10 (cm). • Inserir a fórmula =2*PI()*B3*B4 na célula B6 e acionar a tecla <enter> para visualizar o resultado da área lateral do cilindro (o resultado será 314,16cm2). Figura 13 – Cálculo da área lateral de um cilindro 2.1.3 Aplicação 3 Dado o valor de um ângulo em graus, elaborar uma planilha que calcule o seno e o cosseno desse ângulo. Podemos utilizar o seguinte formato de planilha: Figura 14 – Seno e cosseno de um ângulo Para solucionar o problema da aplicação, devemos adotar os procedimentos a seguir: • Inserir na célula B3 o valor de um ângulo, em graus, por exemplo, 60. Note que o símbolo de graus não deve ser inserido com o valor numérico. Se desejar, pode incluir o símbolo na célula ao lado, nesse caso, a célula C3. • Inserir a fórmula =COS(B3*PI()/180) na célula B5. Acionar a tecla <enter> para visualizar o resultado do cosseno do ângulo, que, no caso, será 0,50. 19 TÓPICOS DE INFORMÁTICA • Inserir a fórmula =SEN(B3*PI()/180) na célula B6. Acionar a tecla <enter> para visualizar o resultado do cosseno do ângulo, que, no caso, será 0,87. Figura 15 – Cálculo do cosseno de um ângulo Saiba mais As funções seno e cosseno são funções matemáticas periódicas de período 2π, ou seja, a cada 2π radianos, os valores obtidos no cálculo das funções voltam a se repetir. Essas funções apresentam resultados limitados entre -1 e +1. A diferença entre as funções seno e cosseno é apenas uma diferença de fase de π/2. Veremos os gráficos dessas funções mais à frente. As funções seno e cosseno são utilizadas em diversas áreas da Física, principalmente no estudo de oscilações, sejam elas mecânicas (pêndulo, sistema massa-mola etc.) ou eletromagnéticas (ondas eletromagnéticas, tensão alternada etc.). Para mais detalhes, consulte: DOLCE, O.; POMPEO, J. N. Fundamentos de Matemática Elementar: trigonometria. 9. ed. São Paulo: Atual, 2013. v. 3. 2.1.4 Aplicação 4 Dados dois números reais a e b, faça uma planilha que retorne a soma desses números se a for maior que b e o produto deles, caso essa condição não seja satisfeita. O primeiro passo é esquematizar o problema: • Se a>b → retorna a+b • Caso contrário → retorna a*b 20 Unidade I Segue um exemplo de planilha para essa aplicação: Figura 16 – Planilha para cálculo da aplicação Os valores de a e b devem ser inseridos, respectivamente, nas células B3 e B4. O resultado será mostrado na célula B6. A fórmula a ser inserida na célula B6 para o cálculo do resultado utiliza a função SE() do Excel: • A condição a ser usada é B3>B4 (ou seja, a>b). • Caso a condição retorne valor verdadeiro, a fórmula a ser calculada é B3+B4 (ou seja, a+b). • Caso a condição retorne valor falso, a fórmula a ser calculada é B3*B4 (ou seja, a*b). A fórmula da célula B6 é, portanto: =SE(B3>B4; B3+B4; B3*B4) A figura a seguir mostra a planilha com valores a=1, b=2 e a fórmula da célula B6. Note que, ao clicarmos na fórmula inserida, surge um quadro com a estrutura do comando SE(). Figura 17 – Planilha para aplicação com fórmula usando função SE() O resultado do cálculo para a=1 e b=2 está na figura a seguir. Nesse caso, como a>b retorna valor falso, esperamos que a planilha retorne o produto dos dois números, ou seja, 1x2=2. 21 TÓPICOS DE INFORMÁTICA Observação É importante sempre testar se a planilha está correta e retorna o resultado esperado. No caso da função SE(), é necessário testar todas as possibilidades, tanto quando o teste retorna verdadeiro como quando retorna falso. Figura 18 – Resultado da aplicação para a=1 e b=2 Para testarmos o caso em que a condição retorna valor verdadeiro, basta invertermos os valores de entrada, ou seja, basta usarmos a=2 e b=1. Nesse caso, a condição a>b retorna verdadeiro e é calculada a soma dos dois números, ou seja, 1+2=3. A figura a seguir mostra que esse resultado esperado foi obtido na planilha. Figura 19 – Resultado da aplicação para a=2 e b=1 Será que podemos usar uma função SE() dentro de outra função SE()? Vejamos um caso desse tipo na aplicação a seguir. 22 Unidade I Saiba mais A função SE(), em planilhas eletrônicas, é um exemplo de estrutura condicional, fundamental em qualquer linguagem de programação. Saiba mais sobre estruturas condicionais em: MATTOS, C. Estruturas condicionais no C#. Linha de Código, 2016. Disponível em: <http://www.linhadecodigo.com.br/artigo/2286/estruturas- condicionais-no-csharp.aspx>. Acesso em: 27 dez. 2016. MANZANO, J. A. N. G.; OLIVEIRA, J. F. Algoritmos: lógica para desenvolvimento de programação. 4. ed. São Paulo: Érica, 2004. 2.1.5 Aplicação 5 Dados dois números a e b, caso a>b desejamos calcular o triplo da soma desses dois números, caso contrário, e se a for positivo, desejamos calcular ab, senão desejamos calcular a-b. Primeiro, precisamos esquematizar o problema: • Se a>b → calculamos 3*(a+b), o triplo da soma. • Caso contrário: — se a≥0 → calculamos ab; — senão calculamos a-b. Note que temos um condicional dentro de outro condicional, ou seja, uma função SE() dentro de outra função SE(), mais precisamente na parte em que é especificado o que fazer quando a primeira condição é falsa. A planilha para a resolução dessa aplicação é similar à planilha anterior e está representada na figura a seguir. 23 TÓPICOS DE INFORMÁTICA Figura 20 – Planilha para aplicação A fórmula a ser inserida na célula B6 (com o segundo condicional em vermelho) é a seguinte. =SE(B3>B4; 3*(B3+B4); SE(B3>=0; B3^B4; B3-B4)) Vamos atribuir os valores a=2 e b=1. Figura 21 – Fórmula para cálculo da aplicação O resultado obtido para a=2 e b=1 é mostrado na figura a seguir. Nesse caso, a primeira condição (a>b) é satisfeita, e a planilha deve retornar o triplo da soma, ou seja, 3.(2+1)=9, conforme mostrado na planilha. Figura 22 – Resultado da aplicação para a=2 e b=1 24 Unidade I Devemos testar também os demais casos. Fazendo a=1 e b=2, o primeiro teste retorna falso ecaímos no segundo condicional, marcado em vermelho na fórmula. Nesse caso, a≥0 retorna verdadeiro e esperamos como resultado ab=12=1, o que foi obtido com a planilha: Figura 23 – Resultado da aplicação para a=1 e b=2 Para cairmos no caso em que ambos os testes dão negativo, basta escolhermos a=-1 e b=2, por exemplo. Nesse caso, a>b retorna falso, caímos no segundo condicional e a≥0 também retorna falso, logo, devemos calcular a-b=-1-2=-3. Esse resultado foi obtido com a planilha: Figura 24 – Resultado da aplicação para a=-1 e b=2 Lembrete É sempre importante testar se a planilha está correta e retorna o resultado esperado. No caso de uso da função SE(), é necessário testar todas as possibilidades: quando o teste retorna verdadeiro e quando retorna falso. 3 MATRIZES 3.1 Definição Uma matriz de ordem m x n (lê-se “m” por “n”) é uma tabela de números reais dispostos em m linhas e n colunas. Cada número é um elemento da matriz e é identificado pela sua posição (linha e coluna). Por exemplo, a matriz A representada a seguir é uma matriz de ordem 3 x 2, pois tem 3 linhas e 2 colunas. 25 TÓPICOS DE INFORMÁTICA A= 0 2 1 1 2 4 3 2 x O elemento da primeira linha e da primeira coluna da matriz A é o número 0, o elemento da primeira linha e da segunda coluna é o número 2, e assim por diante. O elemento na primeira linha e primeira coluna de uma matriz é representado por a11, o elemento da primeira linha e segunda coluna é a12, já o elemento da segunda linha e primeira coluna é a21. Um elemento qualquer da matriz A é indicado por aij, sendo i=1,2,3,...m a linha e j=1,2,3,...,n a coluna. De forma geral, temos: A= a a a a a a a a a a a a a n n n 11 12 13 1 21 22 23 2 31 32 33 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . mm m m mxn mxn a a a1 2 3 . . . . 3.2 Soma de matrizes A soma de duas matrizes A e B somente é possível quando A e B são de mesma ordem. O resultado é uma matriz da mesma ordem de A e de B. Se A e B são matrizes de ordem m x n, então C=A+B é uma matriz de ordem m x n, em que cada elemento da matriz C=A+B é a soma dos elementos correspondentes de A e de B. Ou seja, C= A+B ↔ cij=aij+bij. Por exemplo, considere as seguintes matrizes A e B. A 1 2 3 4 , B 5 0 2 4 A soma das matrizes A e B é dada por: A B 1 5 2 0 3 2 4 4 6 2 5 8 Utilizando recursos da planilha eletrônica, o procedimento é o seguinte: • Digitar os elementos das matrizes A e B, por exemplo, nas células C4, D4, C5, D5 e G4, H4, G5, H5 (figura 25). 26 Unidade I • Introduzir a fórmula =C4+G4 na célula C7 (figura 26). • Copiar a fórmula em C7 para C8, D7 e D8 (figura 27). Figura 25 – Digitação dos elementos das matrizes A e B Figura 26 – Inserção de fórmula em C7 Figura 27 – Cópia da fórmula em C7 para as demais células da matriz Quando copiamos a fórmula em C7 para C8, D7 e D8, ocorre a atualização dos endereços de células no deslocamento de posições “para a direita e para baixo”. A figura a seguir mostra os resultados numéricos correspondentes aos elementos da matriz A+B. Observação Uma forma de copiar a fórmula de uma célula para a célula vizinha é clicar sobre a célula, clicar no quadrado que aparece no canto inferior (figura 29) e arrastar até atingir o número de células necessário. Note que a referência às células das fórmulas obtidas dessa forma também é alterada. 27 TÓPICOS DE INFORMÁTICA Figura 28 – Matriz C=A+B Figura 29 – Visão de uma célula após ser clicada 3.3 Multiplicação de um escalar por uma matriz Dada uma matriz A de ordem m x n e um escalar c (número real), os elementos da matriz B=c.A são obtidos pelo produto do número c por cada elemento da matriz A, ou seja, bij=c.aij. Considere a matriz A 1 2 3 4 e o escalar c=3. A matriz B=c.A é calculada por: B c A . . . . . . 3 1 2 3 4 3 1 3 2 3 3 3 4 3 6 9 12 Utilizando os recursos de uma planilha eletrônica, o procedimento é o seguinte: • Digitar os elementos da matriz A, por exemplo, nas células C2, D2, C3 e D3 e o escalar c na célula G2 (figura 30). • Introduzir a fórmula =$G$2*C2 na célula C6 (figura 31). • Copiar a fórmula de C2 para as células vizinhas (figura 32). Figura 30 – Elementos da matriz A e escalar c 28 Unidade I Figura 31 – Inserção de fórmula em C6 Figura 32 – Cópia da fórmula de C6 para as células vizinhas Quando copiamos uma fórmula em uma planilha, ocorre uma “atualização” nas referências usadas nas fórmulas devido ao deslocamento de posições “para a direita” e “para baixo”. Aqui, nesse exemplo, não desejamos isso com o escalar, já que as células vizinhas estão vazias e o cálculo não retornaria o valor correto. Para evitar esse problema, usa-se o recurso da referência absoluta, colocando o símbolo $ antes da linha e da coluna da referência que não desejamos deslocar. A figura a seguir mostra os resultados numéricos (elementos da matriz B). Figura 33 – Matriz B=c.A Podemos efetuar a soma de produtos de matrizes por escalares. Para exemplificar essa operação, considere as matrizes D e E a seguir. D= 3 1 5 1 2 0 e E= 2 6 5 1 2 8 29 TÓPICOS DE INFORMÁTICA A matriz F=2.D-5.E é calculada por F=2.D-5.E= 2 3 5 2 2 1 5 6 2 5 5 5 2 1 5 1 2 2 5 2 2 0 .( ) .( ) . .( ) .( ) .( ) .( ) . . .( ) . 5 8 4 32 35 7 14 40. Utilizando os recursos da planilha eletrônica, o procedimento é: • Digitar os elementos das matrizes D e E, por exemplo, nas células C2, C3, C4, D2, D3, D4, G2, G3, G4, H2, H3 e H4 (figura 34). • Introduzir a fórmula =2*D19-5*H19 na célula C6 (figura 35). • Copiar a fórmula em C6 para C7, C8, D6, D7 e D8 (figura 36). Figura 34 – Digitação dos elementos das matrizes D e E Figura 35 – Inserção de fórmula em C6 Figura 36 – Cópia da fórmula em C6 para C7, C8, D6, D7 e D8 Quando copiamos a fórmula em C6 para C7, C8, D6, D7 e D8 ocorre uma atualização dos endereços de células no deslocamento de posições “para a direita” e “para baixo”. A figura a seguir mostra os resultados numéricos correspondentes aos elementos da matriz F. 30 Unidade I Figura 37 – Matriz F=2.D-5.E 3.4 Multiplicação de matrizes O produto da matriz A de ordem m x n pela matriz B de ordem n x p é a matriz C=A.B de ordem m x p. Em outras palavras: o produto das matrizes A e B somente é possível se o número de colunas da matriz A for igual ao número de linhas da matriz B. Os elementos da matriz C são dados por: c a b a b a bik ij jk i k in nk j n . ...1 1 1 Para entender o procedimento de multiplicação de matrizes, considere as matrizes J e K a seguir: J= 1 5 1 2 3 0 e K= 1 1 2 1 1 0 A multiplicação de matrizes é feita da seguinte forma: para obter o primeiro elemento da multiplicação (primeira linha e primeira coluna), multiplicamos o primeiro elemento da primeira linha da primeira matriz com o primeiro elemento da primeira coluna da segunda matriz, somamos com o produto do segundo elemento da primeira linha da primeira matriz com o segundo elemento da primeira coluna da segunda matriz, sucessivamente, até completar a primeira linha da primeira matriz e a primeira coluna da primeira matriz. Para os demais elementos, o processo é análogo, mas alteramos as linhas e colunas. A matriz L=J.K é o produto da matriz J pela matriz K e é dado por: L J K . . 1 5 1 2 3 0 1 1 2 1 1 0 1 1 5 2 1 1 1 1 5 1 1 0 2 1 3 2 0 1 2 1 3 1 0 0 . . . . . . . . . . . . 8 6 4 5 31 TÓPICOS DE INFORMÁTICA Utilizando recursos da planilha eletrônica, o procedimento é: • Digitar os elementos das matrizes J e K, por exemplo, nas células C2, D2, E2, C3, D3, E3para a matriz J e H1, I1, H2, I2, H3, I3 para os elementos da matriz K (figura 38). • Introduzir as fórmulas: — C2*H1+D2*H2+E2*H3 na célula C6 (figura 39); — C2*I1+D2*I2+E2*I3 na célula D6; — C3*H1+D3*H2+E3*H3 na célula C7; — C3*I1+D3*I2+E3*I3 na célula D7. Figura 38 – Digitação dos elementos das matrizes J e K Figura 39 – Fórmula inserida em C6 A figura a seguir mostra o resultado dessa multiplicação de matrizes calculada na planilha eletrônica. Figura 40 – Matriz L=J.K 32 Unidade I Saiba mais Pesquise no Excel as “fórmulas matriciais” e, entre elas, a MATRIZ.MULT, que retorna o produto matricial de duas matrizes. MATRIZ.MULT (Função MATRIZ.MULT). Microsoft, 2016. Disponível em: <https://support.office.com/pt-br/article/MATRIZ-MULT-Fun%c3%a7%c3 %a3o-MATRIZ-MULT-40593ED7-A3CD-4B6B-B9A3-E4AD3C7245EB>. Acesso em: 27 dez. 2016. Tente usar uma planilha eletrônica para calcular o determinante de matrizes. 4 FUNÇÕES 4.1 Definição Função é uma regra que relaciona cada elemento do domínio da função a um único elemento da imagem da função. Na tabela a seguir, temos a representação de alguns pontos da função y(x)=5.x+3, em que, escolhidos alguns valores do domínio (x), calculamos os respectivos valores da imagem (y). Tabela 2 – Representação de uma função por uma tabela x y(x) -1 -2 0 3 1 8 2 13 3 18 A função y(x) = 5x + 3 é uma função linear, pois o expoente da variável x é igual a 1. Logo, o seu gráfico é uma reta. O gráfico da função y = 5x + 3 é a reta ilustrada na figura a seguir. 33 TÓPICOS DE INFORMÁTICA Gráfico de f(x)=5.x+3 Figura 41 – Gráfico de y=5.x+3 4.2 Elaboração de gráficos na planilha eletrônica O gráfico anterior foi feito usando uma planilha eletrônica. Vamos detalhar, a seguir, o procedimento para construir esse tipo de gráfico. A planilha eletrônica do Excel dispõe de várias ferramentas gráficas, incluindo diversos tipos de gráficos padronizados e personalizados. A confecção de gráficos usando Excel é simples, pois há um “assistente de gráfico” situado na barra de ferramentas. A primeira etapa, após inserir uma tabela com dados da função a partir da qual será feito o gráfico, é selecionar esses dados na planilha e escolher, na aba Inserir, o tipo de gráfico apropriado (figura a seguir). Usamos um gráfico linear, logo escolhemos o gráfico do tipo dispersão. Figura 42 – Procedimento inicial para gerar gráfico no Excel. O gráfico tipo dispersão está marcado em verde claro. Ao colocar o ponteiro sobre o tipo de gráfico, temos um resumo do tipo escolhido Após essa etapa, escolhemos o subtipo de gráfico dentro de dispersão. Optamos pelo tipo Dispersão com Linhas Suaves. Mesmo antes de clicar no subtipo, o programa mostra uma versão preliminar do gráfico. Basta clicar no subtipo para termos o gráfico da função. 34 Unidade I Figura 43 – Escolha do subtipo do gráfico, marcado em verde claro Figura 44 – Gráfico inserido no centro da tela do Excel Com um primeiro exemplo, vamos elaborar o gráfico da função y(x)=x2. O conjunto domínio é composto por qualquer número real, ou seja, podemos usar qualquer valor de x para o cálculo da função e teremos valores de y positivos como resposta, logo, o conjunto imagem são os números reais maiores 35 TÓPICOS DE INFORMÁTICA ou iguais a zero. O primeiro passo para a construção do gráfico é montar uma tabela na planilha, escolhendo alguns valores do domínio de y(x)=x2, por exemplo, valores de -5 a 5, e usando a planilha para calcular as respectivas imagens (figura a seguir). Isso pode ser feito atribuindo valores nas células da coluna A, desde a linha 2 até a linha 12, inserindo a fórmula =A2^2 na célula B2 e copiando a fórmula até a célula B12, segundo indicado na figura 4.5. “Automaticamente”, a fórmula será atualizada ao longo da coluna, ou seja, na célula B3 a fórmula será =A3^2 e assim por diante. Figura 45 – Tabela associada com a função y(x)=x2 com o cálculo do valor de imagem do primeiro ponto do domínio O conjunto de valores de “y” são iguais aos respectivos valores de “x” elevados ao quadrado: Figura 46 – Pares (x,y) da função y(x)=x2 Selecione então a parte da planilha com os dados, incluindo a primeira linha, clique na aba Inserir, escolha o gráfico do tipo Dispersão e subtipo Dispersão com linhas suaves (figura 47). Note que surge uma caixa com detalhes do subtipo de gráfico e que é mostrada uma prévia do gráfico. 36 Unidade I Sempre que elaboramos um gráfico, é fundamental que identifiquemos os eixos e adicionemos um título para esse gráfico. Nessa versão de Excel, isso é feito selecionando-se o gráfico, clicando na aba Design que surge à esquerda, em seguida clica-se em Adicionar Elemento Gráfico (figura 48). Escolhemos, então, Títulos dos Eixos, selecionando Horizontal Principal para adicionar um título ao eixo x e, em seguida, Vertical Principal para adicionar um título ao eixo y. Em seguida, selecionamos Título do Gráfico para adicionar um título para o gráfico. Figura 47 – Construção do gráfico da função y(x)=x2, escolha do tipo e subtipo de gráfico, marcados em verde claro 37 TÓPICOS DE INFORMÁTICA Figura 48 – Adicionando título para os eixos e para o gráfico O gráfico resultante está ilustrado na figura a seguir. Note que o gráfico inclui apenas os pontos incluídos inicialmente na planilha. Sabemos que a função estende-se para valores de x além de -5 e 5. A parábola em si estende-se por todo o eixo x, tanto para o lado negativo quanto para o lado positivo. Saiba mais Uma função f(x) é dita função par se f(x)=f(-x) para qualquer x pertencente ao domínio da função. Se a função é par, ela é simétrica em relação ao eixo y. Vemos, do gráfico de x2, que essa função é par. Para mais detalhes, consulte: DOLCE, O.; POMPEO, J. N. Fundamentos de Matemática Elementar: conjuntos e funções. 9. ed. São Paulo: Atual, 2013. v. 1. RESOLUÇÃO de funções. Khan Academy, [s.d.]. Disponível em: <https://pt.khanacademy.org/math/algebra/algebra-functions/ evaluating-functions/v/what-is-a-function>. Acesso em: 27 dez. 2016. 38 Unidade I Figura 49 – Gráfico da função y(x)=x2 Como outro exemplo, vamos elaborar o gráfico da função y(x)=x3. O conjunto domínio é composto por qualquer número real, bem como o conjunto imagem. O primeiro passo para a construção do gráfico é montar uma tabela na planilha, escolhendo alguns valores do domínio de y(x)=x3, por exemplo, valores de -5 a 5, e usar a planilha para calcular as respectivas imagens. Isso pode ser feito ao atribuir valores nas células da coluna A, desde a linha 2 até a linha 12, inserir a fórmula =A2^3 na célula B2 e copiar a fórmula até a célula B12. “Automaticamente”, a fórmula será atualizada ao longo da coluna, ou seja, na célula B3 a fórmula será =A3^3 e assim por diante. Figura 50 – Tabela associada à função y(x)=x3 com o cálculo do valor de imagem do primeiro ponto do domínio O conjunto de valores de “y” são iguais aos respectivos valores de “x” elevados ao cubo. 39 TÓPICOS DE INFORMÁTICA Figura 51 – Pares (x,y) da função y(x)=x3 Selecione, então, a parte da planilha com os dados, incluindo a primeira linha, clique na aba Inserir, escolha o gráfico do tipo Dispersão e subtipo Dispersão com linhas suaves. Figura 52 – Construção do gráfico da função y(x)=x3, escolha do tipo e subtipo de gráfico, marcados em verde claro 40 Unidade I Figura 53 – Adicione título para os eixos e para o gráfico Lembrete Quando elaboramos um gráfico, é fundamental que identifiquemos os eixos e adicionemos um título. Nessa versão de Excel, isso é feito pela seleção do gráfico, pelo clique na aba Design, que surge à esquerda, e, em seguida, clique em Adicionar Elemento Gráfico (figura 53). Escolhemos, então, Títulos dos Eixos, selecionando Horizontal Principal para adicionar um título ao eixo x e, em seguida, Vertical Principal para adicionar um título ao eixo y. Em seguida, selecionamos Título do Gráfico para adicionar o título para o gráfico. O gráfico resultante está ilustrado na figuraa seguir. Note que o gráfico inclui apenas os pontos incluídos inicialmente na planilha. Sabemos que a função estende-se para valores de x além de -5 e 5, embora, novamente, a função estenda-se para todos os valores de x. 41 TÓPICOS DE INFORMÁTICA y(x)=x3 Figura 54 – Gráfico da função y(x)=x3 Observação Uma função f(x) é dita função ímpar se f(x)=-f(-x) para qualquer x pertencente ao domínio da função. Se a função é par, ela é antissimétrica em relação ao eixo y. Vemos, do gráfico de x3, que essa função é ímpar. Como outro exemplo, considere a função y x x ( ) = 1 . Seu domínio é composto pelos números reais, com exceção do número zero. A figura a seguir mostra uma planilha com alguns valores do domínio da função, além do zero, no intervalo de células de A2 até A16, e a fórmula, em B2, relacionada com a função y x x ( ) = 1 Figura 55 – Tabela associada com a função y(x)=1/x 42 Unidade I Copie a fórmula em B2 até B16, deixando a célula B9 em branco, e obtenha as imagens dos valores atribuídos à coluna A. Figura 56 – Pares (x,y) da função y(x)=1/x O procedimento a ser adotado para gerar o gráfico é similar ao realizado na construção do gráfico de y(x)=x3 e pode ser resumido em: • Selecionar no intervalo das células A1 até B16. • Acionar o ícone do “assistente de gráfico” na barra de ferramentas. • Escolher o tipo e subtipo de gráfico. • Digitar o título do gráfico e nomear os eixos de valores. A figura a seguir exibe o gráfico oriundo da aplicação das etapas descritas. Figura 57 – Gráfico da função y(x)=1/x 43 TÓPICOS DE INFORMÁTICA Sobre a função f(x)=1/x, vemos que se trata de uma função ímpar e que apresenta uma singularidade em x=0. Saiba mais Singularidade, em matemática, é como denominamos o ponto em que a função não está definida. Veja, no gráfico da figura 57, que, conforme nos aproximamos de x=0, partindo de valores positivos, a função 1/x adquire valores cada vez maiores. Quando nos aproximamos de zero pelo outro lado, partindo de valores negativos para x, a função 1/x apresenta valores cada vez mais negativos. Exatamente em x=0, a função 1/x não está definida: temos um “buraco” nos valores obtidos do cálculo da função. Como 1/x não está definida para x=0, o domínio dessa função é representado pela exclusão desse valor, ou seja, para f=1/x, D={x∈IR|x≠0}. Para mais detalhes, consulte: BURDEN, R. L.; FAIRES, D. J.; BURDEN, A. M. Análise numérica. 3. ed. São Paulo: Cengage Learning, 2016. Nos exemplos mostrados até aqui, fizemos gráficos de funções matemáticas: a partir da função, calculamos pontos e elaboramos gráficos a partir desses pontos. Podemos também fazer gráficos de pontos discretos, obtidos, por exemplo, como resultados de experimentos. Suponha que, em uma experiência no laboratório de física, mediu-se a velocidade de um corpo em queda livre em função da altura, obtendo os dados da planilha a seguir. Figura 58 – Velocidade em função da altura para um corpo em queda livre 44 Unidade I Usando o mesmo procedimento descrito anteriormente, construímos o gráfico com esses dados, porém, escolhemos o subtipo Dispersão, sem incluir linhas que ligam os pontos. O gráfico está na figura a seguir. Figura 59 – Gráfico da velocidade em função da altura para queda livre Para verificar se o gráfico corresponde ao comportamento de um corpo em queda livre, precisamos analisar a física do fenômeno. A relação entre a velocidade e a distância percorrida por um corpo em queda livre é v= g h. (partindo de v2=v0 2+2.a.∆s, fazendo v0=0, a=g e ∆s=h, em que g é a aceleração da gravidade). Vemos que o gráfico não é linear, já que a dependência é com a raiz quadrada de h. Além disso, como estamos tratando com dados experimentais, cada medida é sujeita a uma variação estatística, além de outras fontes de incerteza, o que causa a flutuação dos pontos verificada no gráfico. Por isso, quando traçamos gráficos de pontos discretos e não funções matemáticas, não devemos “ligar” os pontos. Resumo Para usarmos planilhas eletrônicas na realização de cálculos, devemos traduzir expressões matemáticas convencionais para expressões matemáticas adequadas à planilha eletrônica. A expressão deve sempre se iniciar com o sinal de igual (=). Os operadores algébricos de adição, subtração e divisão são os mesmos usados em matemática, mas, para a multiplicação e para a exponenciação, devemos usar, respectivamente, os símbolos * e ^. A ordem de execução do cálculo é a mesma da matemática, em que calculamos primeiramente potências, em seguida multiplicações e divisões, para finalmente calcularmos somas e subtrações. A ordem de cálculo pode ser alterada usando-se parênteses. Nesta unidade, vimos diversos exemplos do uso de planilha eletrônica para a resolução de problemas. Vimos também a estrutura condicional SE(). A função SE() apresenta a seguinte sintaxe: 45 TÓPICOS DE INFORMÁTICA SE(teste; executo se teste verdadeiro; executo se teste falso) Se o teste retornar verdadeiro, executa-se a segunda instrução ou o cálculo da função. Se o teste retornar falso, executa-se a última instrução ou o cálculo da função. Além disso, usamos planilhas eletrônicas para realizar operações de matrizes. A soma de matrizes ocorre somando-se elemento a elemento. Logo, só é possível se somamos duas matrizes de mesma dimensão. No caso de soma de matrizes, basta preencher a fórmula para cálculo em uma das células da planilha e copiar a fórmula para as demais. Nesse processo, o programa de planilha atualiza as referências da fórmula. Se não desejamos que isso aconteça, é necessário usar a referência absoluta nas fórmulas. A referência absoluta é feita colocando-se o símbolo $ antes da coluna e/ou da linha na fórmula digitada na planilha. A referência absoluta faz com que os endereços de linha e/ou coluna não se atualizem ao se copiar uma fórmula na planilha. No caso da multiplicação de matrizes, o cálculo não é direto, como na soma de matrizes. Cada elemento da matriz resultante da multiplicação é a soma dos produtos dos elementos da linha correspondente da primeira matriz pela coluna correspondente da segunda matriz do produto. Esse procedimento de cálculo dificulta o uso da cópia da fórmula de uma célula para a outra. Por fim, exploramos a elaboração de gráficos de diversas funções usando planilhas. O procedimento para a elaboração desses gráficos é essencialmente o resumido a seguir. Devemos elaborar uma tabela xy na planilha, escolhendo valores de x para a representação adequada do gráfico da função e usando a planilha para calcular os valores de y correspondentes, conforme a função desejada. Em seguida, selecionamos os valores na planilha e acessamos a opção de inserir gráfico, escolhendo o tipo e formato de gráfico mais adequado. É importante sempre rotular os eixos do gráfico. Exercícios Questão 1. Pedro tem em uma planilha no Microsoft Excel® uma célula com a fórmula: =SE(B6>= C6;SE(B6>=D6;B6;D6);SE(C6>=D6;C6;D6)), qual vai ser o valor apresentado por essa célula se os valores presentes em B6, C6 e D6 são respectivamente: 3 (três), 5 (cinco) e 2 (dois): 46 Unidade I A) 3. B) Falso. C) 2. D) Verdadeiro. E) 5. Resposta correta: alternativa E. Análise das alternativas A) Alternativa incorreta. Justificativa: como B6 < C6 (3 é menor que 5), então, pela expressão apresentada, será feita a comparação SE(C6>=D6;C6;D6). Para que a resposta seja a indicada na alternativa, é necessário que a primeira comparação seja =SE(B6<=C6;SE(B6>=D6;B6;D6);SE(C6>=D6;C6;D6)). B) Alternativa incorreta. Justificativa: não existe indicação na expressão para a indicação de falso ou verdadeiro. C) Alternativa incorreta. Justificativa: Como B6 < C6 (3 é menor que 5), então, pela expressão apresentada, será feita a comparação SE(C6>=D6;C6;D6). A comparação entre C6 e D6 (5 e 2, respectivamente), mostra C6>D6. Para que o resultado apresentado fosse o indicado na alternativa, a comparação a ser feita deveria ser SE(C6<=D6;C6;D6).D) Alternativa incorreta. Justificativa: não existe indicação na expressão para a indicação de falso ou verdadeiro. E) Alternativa correta. Justificativa: como B6 < C6 (3 é menor que 5), então, pela expressão apresentada, será feita a comparação SE(C6>=D6;C6;D6). A comparação entre C6 e D6 (5 e 2, respectivamente), mostra C6>D6. Assim, como a condição é verdadeira, a célula deve apresentar o valor de C6, que é 5. Questão 2. O estudo do equilíbrio das estruturas é de fundamental importância no projeto de uma edificação, seja ela mais simples ou mais complexa, como as apresentadas nas figuras a seguir, respectivamente. 47 TÓPICOS DE INFORMÁTICA A) B) Figura – Estruturas na construção civil Em uma viga de uma estrutura, como a mostrada na figura a seguir, as equações de equilíbrio são: Ra Rb Rc Rd q L L L Figura – Viga em equilíbrio Ra + Rb + 2Rc = 5kN 3Ra + 2Rb + Rc = 12kN Rc + Rd = 7kN 2Rc + 3Rd + Rb = 10kN Para resolver o sistema por matriz, foram montadas a seguintes matrizes: Ra Rb Rc Rd � � � � � � � � � � � � � � � � � � 0 5 0 5 15 0 5 0 5 0 17 2 5 0 83 0 5 0 1 , , , , , , , , , , 77 0 5 0 17 0 5 0 17 0 5 0 17 5 12 7 10 , , , , , , � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � kN kN kN kN �� � � � � � 48 Unidade I Para resolver o sistema, foram colocados os valores em uma planilha de Excel: Figura – Dados colocados na planilha de Excel Para se obter o valor de Rc, a fórmula a ser digitada na célula é: A) =B3*G3+B4*G4+B5*G5+B6*G6. B) =D3*G3+D4*G4+D5*G5+D6*G6. C) =B5*G3+C5*G4+D5*G5+E5*G6. D) =B5*G5+C5*G5+D5*G5+E5*G5. E) =B5*G3+B5*G4+B5*G5+B5*G6. Resolução desta questão na plataforma.
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