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Fundador e Presidente do Conselho de Administração: Janguê Diniz Diretor-Presidente: Jânyo Diniz Diretor de Inovação e Serviços: Joaldo Diniz Diretoria Executiva de Ensino: Adriano Azevedo Diretoria de Ensino a Distância: Enzo Moreira Créditos Institucionais Todos os direitos reservados 2020 by Telesapiens Metodologia do Ensino da Matemática Olá! Meu nome é Ednei Strapassan. Sou formado em Administração Pública, Matemática e Pedagogia, especialista em Ensino da Matemática, Educação Especial e Educação a Distância e Novas Tecnologias, com experiência em ensino da Matemática nos níveis fundamental e médio nos setores públicos e privados e produção de conteúdo para EaD. Sou apaixonado pelo que faço e pela educação como um todo, assim como gosto muito de transmitir minha experiência e meus conhecimentos àqueles que buscam uma nova formação ou, ainda, uma complementação. Por isso, fui convidado pela Editora Telesapiens a integrar seu elenco de autores independentes. Estou muito feliz em poder auxiliar você nesta fase de muito estudo e trabalho. Pode contar comigo! O AUTOR EDNEI STRAPASSAN ICONOGRÁFICOS Esses ícones que irão aparecer em sua trilha de aprendizagem significam: OBJETIVO Breve descrição do objetivo de aprendizagem; + OBSERVAÇÃO Uma nota explicativa sobre o que acaba de ser dito; CITAÇÃO Parte retirada de um texto; RESUMINDO Uma síntese das últimas abordagens; TESTANDO Sugestão de práticas ou exercícios para fixação do conteúdo; DEFINIÇÃO Definição de um conceito; IMPORTANTE O conteúdo em destaque precisa ser priorizado; ACESSE Links úteis para fixação do conteúdo; DICA Um atalho para resolver algo que foi introduzido no conteúdo; SAIBA MAIS Informações adicionais sobre o conteúdo e temas afins; +++ EXPLICANDO DIFERENTE Um jeito diferente e mais simples de explicar o que acaba de ser explicado; SOLUÇÃO Resolução passo a passo de um problema ou exercício; EXEMPLO Explicação do conteúdo ou conceito partindo de um caso prático; CURIOSIDADE Indicação de curiosidades e fatos para reflexão sobre o tema em estudo; PALAVRA DO AUTOR Uma opinião pessoal e particular do autor da obra; REFLITA O texto destacado deve ser alvo de reflexão. SUMÁRIO O número e suas funções ....................................................10 O número .......................................................................... 10 A contagem e a notação..................................................... 11 A escrita numérica e a resolução de problemas ................. 13 Os sistemas de numeração .................................................18 A organização dos números ............................................... 18 O sistema de numeração decimal ...................................... 19 Os números naturais ..........................................................27 Os números inteiros ......................................................... 28 Os números racionais ........................................................ 29 Os números irracionais ..................................................... 30 Os números fracionários e decimais ..................................34 As representações ............................................................. 36 Os números decimais ........................................................ 41 UNIDADE 02 Metodologia do Ensino da Matemática 7 Metodologia do Ensino da Matemática8 Você sabia que os primeiros métodos de contagem e controle de quantidades conhecidos eram feitos com ossos, pedaços de madeira e pedras? Isso mesmo! Ao longo do tempo, estes meios de controle foram evoluindo naturalmente, conforme as civilizações se desenvolviam e aumentavam as proporções do que precisavam contar. Essa evolução acompanhou o homem através dos tempos, sendo organizada de acordo com a época e as particularidades existentes. Só depois foi sendo codificada e, até mesmo, universalmente utilizada da mesma maneira. E aí, legal né? Ao longo desta unidade letiva você vai mergulhar neste universo histórico e, ao mesmo tempo, tão atual que é a origem e os modos de representação do número! INTRODUÇÃO Metodologia do Ensino da Matemática 9 Olá. Seja muito bem-vindo a nossa Unidade 2. Nesta unidade, o nosso objetivo é auxiliá-lo no desenvolvimento das seguintes competências profissionais: OBJETIVOS Conhecer a origem dos números, suas funções, modos de contagem, a escrita numérica e a resolução de problemas; Identificar e compreender os sistemas de numeração, sua evolução histórica, características, agrupamentos e trocas; Conhecer os números naturais e as ideias presentes nas operações e nos algoritmos; Identificar os números fracionários e decimais, seus conceitos e suas operações. Então? Está preparado para uma viagem sem volta rumo ao conhecimento? Ao trabalho! 1 2 3 4 Metodologia do Ensino da Matemática10 O número e suas funções OBJETIVO Ao término deste capítulo, você irá conhecer e será capaz de compreender a história do número, bem como dos métodos de contagem, dos modos de notação, da escrita numérica e, ainda, dos métodos de resolução de problemas. E aí? Motivado para desenvolver esta competência? Então, vamos lá! Avante! O número Na Matemática, o número é o elemento com maior relevância, afinal, sem ele não poderiam existir os cálculos, as estimativas e as contagens, por exemplo. Justamente pelo fato de ser um conceito fundamental, o número acaba sempre sendo utilizado de maneira corriqueira sem que ao menos exista curiosidade sobre sua origem e evolução. O fato é que ele possui uma longa história, existindo evidências arqueológicas que demonstram que o homem já era capaz de realizar contas há pelo menos 50.000 anos. Podemos considerar que a matemática teria nascido junto com o número, visto que um precisa do outro para existir. Isto fica evidente pelo fato de que tanto as atividades práticas realizadas pelo homem quanto os conceitos abstratos da matemática, como uma ciência, foram e continuam sendo determinantes na evolução de seus conceitos. Em certo momento da história, não existia o conceito de número. A necessidade de se contar objetos originou o número natural e em todas as civilizações houve a criação de algum tipo de linguagem escrita para representá-lo, por meio de desenvolvimento de símbolos para representação e para realizar operações. Estes símbolos são os algarismos, que representam quantidades e têm sido Metodologia do Ensino da Matemática 11 aprimorados quanto à sua forma escrita ao longo do tempo. Mas antes de registrar as quantidades por meio dos algarismos e depois por números, o ser humano utilizava diversas formas distintas para isso. Uma das mais conhecidas e que tem certo destaque é a que se refere ao controle de quantidades, seja de coisas, de pessoas ou de animais. Neste último caso, o homem precisava controlar as quantidades de seus animais, por exemplo, então, ele criava técnicas primitivas para isso. Para ficar mais claro, vamos exemplificar de maneira prática. Um criador de ovelhas tinha que controlar a quantidade de animais que possuía; logo, ele tinha que ter uma técnica para isso, seja com um pedaço de madeira ou osso em que fazia traços, os quais representavam cada um dos animais ou, ainda, com pedras colocadas em uma bolsa de couro ou algo do gênero, em que cada uma delas era equivalente a um animal e assim ele conseguia conferir quando quisesse a quantidade que estava visualizando. Mas com a quantidade de animais aumentando, os traços se tornavam muito numerosos e a bolsa com pedras pesada demais e sem condições de ser transportada, então, o ser humano precisou desenvolver outra forma de contar, controlar e registrar quantidades. A contagem e a notação A contagem pode acontecer de formas diversas. Ela pode ser realizada verbalmente, ou seja, falando cada um dos números em voz alta, sendo geralmente utilizada na contagem de objetos presentes ou de coisas concretas,podendo ainda ser feita por meio de marcações, onde é registrada uma marca específica para cada objeto e, em seguida, é contado o total de marcas que foram feitas. Pode ainda ser realizada com o auxílio dos dedos, principalmente quando são contadas quantidades pequenas e de pouco volume. Existem ainda alguns objetos e dispositivos que podem ser utilizados para facilitar o ato da contagem, dentre eles podem ser citados os contadores de mão ou os ábacos. Podemos Metodologia do Ensino da Matemática12 definir o termo contagem como a ação de se determinar um número ou uma quantidade de elementos em um conjunto de objetos. DEFINIÇÃO “Contagem” representa observar, analisar, avaliar e contar alguma quantidade específica de algum tipo de objeto determinando quantos são e, assim, registrando de modo a controlar a quantidade. Voltando ao nosso exemplo do pastor e suas ovelhas, para conseguir contar a quantidade de animais que possuía, o pastor utilizava as pedrinhas, onde cada uma delas correspondia a uma ovelha. Este tipo de técnica, que direta ou indiretamente deu origem aos números, é conhecida como ação realizada a partir da correspondência biunívoca, sendo desenvolvida e aprimorada ao longo do tempo. Justamente pelo fato de que, em determinado momento, a quantidade de pedras ficava grande demais para ser controlado e principalmente contado, desenvolveu-se um tipo de conceito que pudesse simplificar a contagem e o cálculo, que é a base. A questão principal é como organizar um monte de pedras (chamadas de calculus, em latim), de modo que possam representar, claramente, uma quantidade conhecida? Simples, fazendo uma organização dentro de outra organização. Assim como fica sendo possível fazer certa correspondência dentro de outra correspondência, quer dizer, o pastor conta as suas ovelhas fazendo um monte de pedras, no qual cada pedra é correspondente a uma ovelha. Metodologia do Ensino da Matemática 13 Mas para diferenciar essa nova maneira de correspondência da forma anterior, de modo a diferenciar cada pedra utilizada para contar as unidades em grupos de 6, pode ser fazendo um traço no chão. E ao lado deste traço ficam as pedras correspondentes à contagem das unidades de ovelhas. Este tipo de correspondência de outra correspondência, que inclusive na contagem tem a possibilidade de se repetir infinitas vezes é chamado de base. Este nome é relacionado ao grupo que acaba sendo formado na primeira correspondência, para o caso dos 6 elementos, o que deve ser considerado sempre é que, se for feito um traço novo à esquerda, este será a base. Essa base pode ainda ser 4, 5, 7, 10 ou 12, sendo a sua escolha feita de maneira simples e livre. Historicamente, a evolução existente relacionada a este conceito serviu como base para a invenção e o desenvolvimento do ábaco. Este tipo de registro, organização e controle pode ser nomeado de notação, a qual pode ser definida como o ato e o efeito de anotar, assinalar, tomar nota ou, até mesmo, apontar. No caso específico da notação matemática, esta é considerada como a linguagem simbólica formal regida por suas próprias convenções e os símbolos conseguem permitir que sejam representados os conceitos, as operações e todos os tipos possíveis de entidades matemáticas. A escrita numérica e a resolução de problemas Podemos considerar que os primeiros registros escritos tiveram inicio à medida que o modo de viver de uma socie¬dade foi se tornando mais complexa. Os negócios, por meio do comércio e da agricultura, começaram a utilizar quantidades cada vez maiores e que exigiam controles mais eficientes e com mais precisão. Metodologia do Ensino da Matemática14 No comércio e nas atividades diversas relacionadas a ele existe a venda, a troca, chamada também de escambo, e o aluguel, todos eles precisando de uma maneira eficaz de controle e registros. Esses tipos de controle que acabam por utilizar objetos foram se tornando mais trabalhosos e até impossíveis. Então, surgiu a necessidade de uma representação escrita de quantidades. Os números acabam por ser expressos por meio de uma linguagem com características próprias. Atualmente, universalmente é adotado e utilizado o sistema de numeração denominado indo-arábico. Diversas civilizações criaram diferentes sistemas de numeração para representar tanto os números inteiros quanto os não inteiros, sendo feitos por meio de marcas em ossos, em pedras ou madeira e constituindo, assim, as primeiras representações gráficas conhecidas. Partindo deste senso numérico, podemos chegar ao conceito inicial do numeral concreto, concebido de maneira que possa ser utilizado por meio de objetos para controlar quantidades. Dessa forma, tanto o registro quanto o controle das quantidades são realizados por meio da associação de objetos, como pedras, conchas, madeira ou pedaços de ossos. Nos sistemas de numeração existe uma linguagem matemática que é o resultado do processo de desenvolvimento e construção realizado por diferentes civilizações. Cada povo, embora em diferente situação de seu cotidiano, utilizou os sistemas numéricos que foram capazes de auxiliar e facilitar tanto a escrita quanto os cálculos. O método da escrita dos números acaba sendo o resultado histórico e cultural da necessidade de se controlar quantidades. Cada uma das situações- problema criada pelo ato de contagem e de medida são fonte histórica e do cotidiano que acabaram por gerar a necessidade dos distintos controles da quantidade. Metodologia do Ensino da Matemática 15 Figura 1: Números Fonte: Freepik Os registros, controles e cálculos acabam por criar a necessidade de se resolver determinadas situações, muitas vezes consideradas como problemas. Estes problemas precisam de soluções, que consistem no uso de métodos e formas ordenadas, para que se possam encontrar soluções específicas, e algumas técnicas utilizadas na busca da resolução de problemas são utilizadas em áreas diversas. No caso específico da Matemática, a resolução de problemas é considerada o ponto principal no ensino, afinal de contas, não faria nenhum sentido aprender os diversos conceitos matemáticos se não fosse para aplicar na resolução de problemas do cotidiano ou, até mesmo, de problemas existentes em alguma área específica. Metodologia do Ensino da Matemática16 IMPORTANTE O que seria um problema? Considera-se como problema qualquer situação em que ainda não se conhece o caminho para a solução. Assim, problema pode ser qualquer tarefa que precise de uma situação problemática que de início não se saiba fazer, mas que existe certo interesse em resolver, sem a existência de métodos ou de regras definidas ou conhecidas, nem mesmo com a mínima percepção da existência de um método específico que conduza à solução correta. RESUMINDO E então? Gostou do que lhe mostramos? Entendeu e aprendeu tudo mesmo? Agora, só para termos certeza de que você realmente entendeu o tema de estudo deste capítulo, vamos resumir tudo o que vimos. Você deve ter aprendido que, na Matemática, o número é considerado o elemento de maior relevância, visto que sem a existência dele não seria possível existir, por exemplo, os cálculos, as estimativas e as contagens. Pelo fato de ser fundamental, o número acaba sempre sendo utilizado corriqueiramente, sem que exista curiosidade sobre sua origem e evolução, que são fatos de uma longa história, com evidências arqueológicas, demonstrando que o homem já realizava contas há 50.000 anos pelo menos. Com os números são realizadas as contagens, que podem ser feitas verbalmente, por meio de marcações ou de registros. Essas contagens e controles podem ser considerados o início da Metodologia do Ensino da Matemática 17 resolução de problemas que, na Matemática, é tida como o ponto principal no ensino, pois não faz sentido aprender os conceitos matemáticos e não aplicá-los. Metodologia do Ensino da Matemática18 Os sistemas de numeração Comoo próprio nome diz, o sistema de numeração é uma forma de se organizar os números, de modo que se possa representar de forma consistente, com a representação de uma quantidade significativa de números, dando ainda a cada um deles uma representação única, de modo que reflete nas estruturas algébricas e, também, aritméticas dos números. Dessa forma, foram criados e desenvolvidos os símbolos e as regras, dando origem aos diferentes sistemas de numeração. A organização dos números As primeiras formas de registros e inscrições estabeleciam uma relação biunívoca de uma marca para cada objeto contado, o modelo de numeral representado por um traço, onde o número era representado por uma sucessão repetitiva de traços ou, até mesmo, de marcas. Essa forma de linguagem numérica com registro e escrita pode ser considerada a primeira representação abstrata de quantidade. Este tipo de registro por meio de infindáveis marcas acabava se tornando cansativa e trabalhosa para se escrever os números, o que acabou por criar a necessidade de se representar as quantidades com um menor número possível de símbolos, levando ao início da contagem por agrupamentos, que é aquela em que um único símbolo equivale a muitos. Esse tipo de contagem por agrupamentos deu origem aos sistemas de numeração, as complexidades existentes nesses sistemas demonstram uma forma de organização social, assim como um certo caráter prático e científico que determinadas sociedades acabavam por atribuir aos nú¬meros. Com o desenvolvimento das civilizações e do comércio, de uma forma em geral, os controles de quantidades tornaram-se mais complexos, e as necessidades diversas passaram a exigir representações específicas para as quantidades não inteiras. Metodologia do Ensino da Matemática 19 Com a utilização dos números, o sistema permite a realização de cálculos de maneira mais rápida, além de diminuir a quantidade dos símbolos. Pelo fato de ter sido criado por hindus e amplamente divulgado por árabes, acabou por ficar sendo conhecido como sistema indo-arábico. Com isso, pode ser percebido que, até se chegar ao sistema atual de numeração passaram-se milhares de anos, além do fato de que a humanidade utilizou diversas formas para se contar, a partir de diferentes necessidades. SAIBA MAIS Quer se aprofundar neste tema? Recomendamos o acesso ao seguinte artigo, como fonte de consulta e aprofundamento, intitulado “Conheça a história dos números”, da autora Denise Moraes, disponível no link: https://bit.ly/352SKMy (Acesso em: 26 dez. 2019). O sistema de numeração decimal O sistema de numeração decimal é chamado de base 10, por utilizar 10 algarismos ou símbolos diferentes para representar todos os números. Assim, a base decimal da numeração é formada pelo conjunto dos algarismos utilizados para representar uma quantidade. Composto pelos algarismos 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 e 9, é um sistema posicional, quer dizer, a posição dos algarismos nos números altera o seu valor. Por exemplo, considerando o número 93: é formado pela soma de 90 + 3, ou seja, existem 9 grupos de 10 unidades mais 3 unidades. Metodologia do Ensino da Matemática20 Da mesma forma, considerando o número 321, ele pode ser decomposto em 100 + 100 + 100 + 20 + 1, ou seja, temos 3 grupos de 100 unidades, 2 grupos de 10 unidades mais 1 unidade. Este é o sistema de numeração utilizado atualmente, sendo concebido pelos hindus e espalhado pelo ocidente pelos árabes, chamado de sistema de numeração indo-arábico. Suas principais características são possuir símbolos diferentes, que representam quantidades de 1 a 9, e um símbolo específico para representar ausência de quantidade, que é o 0 (zero). Por ser um sistema posicional, ainda que tenha poucos símbolos, permite que sejam representados todos os números. Os símbolos ou algarismos de 1 a 9 podem representar quantidades, já no caso de uma quantidade não existente, é utilizado o 0 (zero) para representá-la. Da mesma forma que a sua definição é decimal, por conter apenas 10 símbolos, e com eles podendo ser representados todos os números possíveis, o valor do número em questão é modificado dependendo do posicionamento e da ordem dos algarismos. Ainda, no sistema de numeração decimal os agrupamentos são separados de 10 em 10 unidades. Essas quantidades que são agrupadas de 10 em 10 recebem algumas denominações específicas, que são: � 10 unidades = 1 dezena. � 10 dezenas = 1 centena. � 10 centenas = 1 unidade de milhar, e assim por diante. O sistema de numeração decimal tem ainda como característica que cada algarismo representa uma ordem, começando da direita para a esquerda, e a cada três ordens existe uma classe. Metodologia do Ensino da Matemática 21 A classe das unidades é formada pelas ordens das centenas, dezenas e unidades. Sendo que as unidades são representadas por números simples de 1 a 9. As dezenas são representadas por números duplos: 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 e 90; tendo, dessa forma, cada número seu valor maior que o número anterior 10 vezes. Da mesma maneira, a classe das centenas é formada por números triplos, e tem seu valor, portanto, maior que o número anterior 100 vezes; A classe dos milhares é formada pelas ordens unidades de milhar, dezenas de milhar e centenas de milhar. Por exemplo: 1.000 (um mil) e 120.000 (cento e vinte mil). A classe dos milhões é formada pelas ordens das unidades de milhões, dezenas de milhões e centenas de milhões. A classe dos bilhões é formada pelas ordens das unidades de bilhões, dezenas de bilhões e centenas de bilhões. Para os casos das demais classes, que são dos trilhões, quatrilhões, entre outras, seguem-se essa mesma ordem e o mesmo padrão. A leitura de números muito grandes é realizada com uma divisão dos algarismos do número em classes, em blocos de 3 ordens. Em seguida, é colocado um ponto para separar as classes, sempre tendo por base começar da direita para a esquerda. Por exemplo: a. 49128 Em primeiro lugar, é separado os blocos de 3 algarismos da direita para a esquerda e colocado um ponto para separar o número: 49.128 Metodologia do Ensino da Matemática22 Neste exemplo, é possível perceber que o 49 pertence à classe dos milhares e o 128 à classe das unidades simples. Dessa forma, o número será lido como: Quarenta e nove mil cento e vinte e oito. b. 12345678 Ao separar os blocos de 3 algarismos teremos: 12.345.678 Este número será lido como: doze milhões trezentos e quarenta e cinco mil seiscentos e setenta e oito. Assim, a cada três conjuntos de unidade teremos uma classe. Quadro 1 – Classes e ordens Ao escrevemos um número, o valor de cada algarismo depende da posição que ele ocupa. Exemplos: 57 → Os algarismos utilizados foram 5 e 7, então, dizemos que seus valores absolutos são 5 e 7. Valor absoluto é o valor do algarismo isolado. O valor do algarismo 5, nesse exemplo, são 50 unidades, logo, seu valor relativo é 50, e do 7 são 7 unidades, logo, seu valor relativo é 7. Valor relativo é o valor do algarismo de acordo com a posição onde ele se encontra. Metodologia do Ensino da Matemática 23 Figura 3 – Exemplo de Valor absoluto e Valor relativo. Fonte: o autor. As potências de base 10 são aquelas potências que correspondem a sucessivas multiplicações por 10, a partir da unidade, conforme abaixo: 100 = 1 101 = 10 102 = 100 103 = 1000 10ᴺ = correspondente a n zeros após a unidade. 10ᴺ 1 = 10 x 10ᴺ As potências de 1/10 são aquelas que correspondem a sucessivas multiplicações por 1/10, partindo do próprio 1/10: 1/10 =(1/10)1 1/100 = (1/10)2 1/1000 =( 1/10)3 ................( 1/10)ᴺ Os números decimais podem ser classificados de três formas distintas: �Decimais finitos ou exatos. �Decimais infinitos e periódicos. �Decimais infinitos não periódicos. Metodologia do Ensino da Matemática24 Assim, um número decimal é chamado de finito ou exato quando tem um número finito de dígitos e quando é representadopor uma soma com uma quantidade também finita de parcelas. Exemplos: 5 X 1/10 + 7 X 1/100 = 0,5 + 0,07 = 0,57 12 X 1/10 + 5 X 1/100 = 1,2 + 0,05 = 1,25 2 X 1/10 + 25 X 1/100 = 0,2 + 0,25 = 0,45 Temos, ainda, que todo número decimal finito pode representar uma fração decimal. E toda fração decimal corresponde a um número decimal finito. Por exemplo: 523.135 = 5 × 102 + 2 × 10 + 3 × 100 + 1/10 + 3/102 + 5/103 = (5 × 105 + 2 × 104 + 3 × 103 + 1 × 102 + 3 × 10 +5 × 100)/103 523.135/1.000 Um número decimal infinito pode eventualmente ser periódico, isso é, apresentar na sua parte fracionária, depois de certo número finito de termos, um conjunto de algarismos, não totalmente nulos e chamados de período com uma propriedade de repetição, ou seja, a sequência de dígitos é composta exclusivamente por uma repetição sucessiva desse mesmo conjunto. O número decimal periódico pode ainda ser denominado dízima periódica. Em alguns casos e lugares um número decimal exato é considerado periódico, sendo este então com período zero: Exemplo: 7 = 7,00000000 A quantidade de casas decimais do período pode ser quaisquer números inteiros positivos. Por exemplo: Metodologia do Ensino da Matemática 25 a. Um período com uma casa decimal apenas: 2101 + 2x100 + 7/10 + 7/102 + 7/103 + 7/104 ... = 25,777777... b. Um período com 3 casas decimais: 3 x 101 + 0 × 100 123/103 + 123/106 + 123/109 30,123123123 No caso do número decimal infinito e não periódico não existe este tipo de repetição, ou seja, a sequência de dígitos não é composta por uma repetição sucessiva de um mesmo conjunto. Por exemplo: 0,101001000100001.... Podendo ser escrito como soma de potências de 1/10: 1/101 + 1/103 + 1/106 + 1/1010... = 0,101001000100001... Pode-se perceber, então, que não existe um bloco de algarismos se repetindo na parte fracionária do número e, sendo assim, não existe um período. RESUMINDO E então? Gostou do que foi mostrado? Aprendeu tudo mesmo? Então, só para termos certeza de que você realmente entendeu o tema de estudo deste tópico, vamos resumir tudo o que vimos. Você deve ter aprendido que o sistema de numeração é uma maneira de organização dos números, de modo que se possa representar de forma consistente, com a representação de uma quantidade significativa de números, com uma representação única. Os primeiros registros e inscrições estabeleciam uma relação biunívoca de uma marca para cada objeto contado, o modelo Metodologia do Ensino da Matemática26 de numeral representado por um traço, onde o número era representado por uma sucessão repetitiva de traços ou de marcas, e que acabou se tornando repetitivo e até mesmo complicado, fazendo com que surgissem outras maneiras de se registrar as quantidades com símbolos específicos para cada valor. Com a utilização destes registros com números, fica possível a realização de cálculos de maneira mais rápida, além de diminuir a quantidade dos símbolos. Com isso, pode-se perceber que até se chegar ao sistema atual de numeração passaram-se milhares de anos, além do fato de que a humanidade utilizou diversas formas para contar, a partir de diferentes necessidades. O sistema decimal é composto por 10 algarismos, é posicional e de base 10, ou seja, dependendo da posição de cada número seu valor muda. Metodologia do Ensino da Matemática 27 Os números naturais Ainda que a utilização dos algarismos e números tenha alguns milênios, foi somente com o surgimento e a utilização do sistema indo-arábico que o algarismo 0 (zero) começou a ser utilizado para possibilitar principalmente as necessidades relacionadas aos valores posicionais na representação das numerações escritas. Assim, por exemplo, para representar 14 e 104, é essencial e de fundamental importância o papel do 0 (zero), para que se possa distinguir uma representação da outra. Nos dias atuais, o conjunto dos números naturais é representado pela letra N, onde N = {0, 1, 2, 3, 4, ...} REFLITA O conjunto dos números naturais é um conjunto infinito e também ordenado, pelo fato de que, considerando 2 números naturais quaisquer, sempre é possível afirmar se eles são iguais ou, ainda, se um é maior ou menor que o outro. Em N, podemos dizer que um número natural b é o sucessor de a, se: b = a + 1. Também podemos afirmar que o antecessor de um número natural b, para o caso de b ≠ 0, é o número b – 1. O conjunto dos números naturais é infinito e também ordenado, podendo ser utilizado para efetuar várias operações, como adição, subtração, multiplicação, divisão, potenciação e radiciação. Metodologia do Ensino da Matemática28 Os números inteiros Como realizamos e qual será o resultado da subtração 1 – 2? Por um longo tempo, este tipo de problema foi considerado como sem solução, pelo fato de que só se admitia a subtração a – b entre dois números naturais se a fosse maior ou igual a b. Com este tipo de situação criou-se a necessidade de se analisar a possibilidade de se trabalhar com números com valores negativos, a fim de explicar as relações que os números naturais não conseguiam representar. Algumas situações presentes no cotidiano das pessoas, como as que envolvem a medida de temperatura, as indicações de profundidade ou de altitudes, saldos bancários ou os resultados financeiros, contribuem para que se possa compreender de maneira eficiente os significados dos números inteiros, especificamente os números inteiros negativos. O conjunto dos números inteiros são representados pela letra Z: Z = {..., -5, -4, -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, 4, 5 ... } Considerando o conjunto dos números inteiros, pode-se perceber que um número qualquer quanto mais afastado estiver do 0 (zero), menor ele será e, ainda, qualquer número negativo é menor que o 0 (zero) ou um número positivo. Tal como o conjunto N, o conjunto Z também é ordenado, uma vez que, dados dois números inteiros quaisquer, é sempre possível dizer se são iguais ou se um é menor ou maior que o outro. Podemos destacar os seguintes subconjuntos de Z: Z* = {..., -3, -2, -1, 1, 2, 3,...} é o conjunto dos números inteiros não nulos; Metodologia do Ensino da Matemática 29 Z+ = {0, 1, 2, 3,...} é o conjunto dos números inteiros não negativos. Z– = {..., –3, –2, –1, 0} é o conjunto dos números inteiros não positivos. Z*+ = {1, 2, 3,...} é o conjunto dos números inteiros positivos. Z *– = {..., –3, –2, –1} é o conjuntos dos números inteiros negativos. Os números racionais Podemos dizer que os números racionais são aqueles que podem ser expressos na forma de fração e seu surgimento é diretamente relacionado à noção de medida. DEFINIÇÃO Independentemente do que esteja sendo medido, medir significa “comparar duas grandezas do mesmo tipo”, podendo ser dois comprimentos, duas superfícies ou mesmo duas massas. Considerando a passagem do tempo, ao longo da história, em determinado momento tornou-se necessária a capacidade de se representar as partes de alguma coisa. Por exemplo, partes ou pedaços de um terreno, as fatias de um bolo, a quantidade de cada ingrediente em uma receita e justamente por essas necessidades foram criadas e desenvolvidas as frações. Pelo fato de incluir os números chamados de fracionários aos já existentes, foi criado o conjunto dos números racionais, Metodologia do Ensino da Matemática30 o qual indica uma razão, que é a divisão entre dois números inteiros. Figura 2: Representação de fração Fonte: Freepik O conjunto dos números racionais é composto pelos números naturais, números inteiros e números que são representados pelos decimais, isto é, um número racional é todo e qualquer número que pode ser descrito na forma a, com a e b sendo inteiros e, ainda, sendo b ≠ 0. O conjunto dos números racionais é indicado por Q. Os números irracionais DEFINIÇÃO Como os números racionais são aqueles que podem ser expressos na forma de fração, aqueles que não podem ser expressos dessa forma são chamados de irracionais. Metodologiado Ensino da Matemática 31 Os números irracionais mais conhecidos são: o número PI (π), que é a razão entre o perímetro e o diâmetro de qualquer circunferência; o número de Euler (e); e, a raiz quadrada de 2 (√2). SAIBA MAIS Os valores de PI, do número de Euler e da raiz quadrada de 2 são, respectivamente: π=3,141592653589; e=2,718281828459; e, √2= 1,4142135623 No caso da raiz quadrada de 2, se for realizada a tentativa do cálculo dessa raiz, não será possível fazê-lo, pois o número encontrado possui infinitas casas decimais e de maneira distinta das dízimas, as quais não são periódicas, bem como não podem ser expressas em forma de fração, sendo esta a principal característica dos números irracionais. Apesar de ser impossível representar essas frações como uma razão entre dois números inteiros quaisquer e primos entre si, é possível demonstrar, no entanto, a parte decimal, que pode ser representada como a soma infinita das frações, cujos denominadores podem ser potências de 10, conforme a seguir: √2 = 1 + 4/10 + 1/100 + 4/100 + 2/10000 + ... Logo, estes números não estão incluídos no conjunto dos números racionais representados por Q, pelo fato de não existir a possibilidade de serem expressos na forma de frações. Então, foi criado outro conjunto numérico para estes números considerados especiais, chamado de conjunto dos números irracionais que é representado por I. Metodologia do Ensino da Matemática32 Estes números irracionais podem ainda ser classificados como algébricos e transcendentes. IMPORTANTE Um número irracional algébrico é todo número que é solução de uma equação polinomial, cujos coeficientes são números inteiros. E um número irracional transcendente é todo número que não é solução de uma equação polinomial. Conforme citamos anteriormente, as constantes mais famosas e de maior importância são o número PI (π), que é a razão entre o diâmetro e o perímetro de qualquer tipo de circunferência, e o número de Euler, representado pela letra e, que é a base dos logaritmos naturais. Embora os conjuntos dos números racionais e irracionais sejam totalmente distintos e um não contenha o outro, ambos acabam sendo subconjuntos de outro conjunto, que é chamado de conjunto dos números reais representados por R. Assim, podemos chegar a outra definição para números decimais, que é: Números decimais são números não inteiros, pertencentes ao conjunto dos números reais R. Essa definição consegue incluir todos os casos que possam envolver os números decimais que sejam pertencentes aos reais e, ainda, cada um destes possíveis casos tem peculiaridades e exigem atenção para os seus casos particulares. Importante também perceber que todos os números racionais são algébricos, assim como todo número transcendente Metodologia do Ensino da Matemática 33 é irracional, ainda que nem todo número irracional seja transcendente. Quando a raiz quadrada de um número natural não é um quadrado perfeito, ele é um número irracional. Assim, √120 é um número irracional, pois 120 não é um quadrado perfeito, isto é, não existe um número natural que, ao ser multiplicado por ele mesmo, tenha como resultado o número 120, já a √121 é um número natural, pois 112 = 121. RESUMINDO E então? Gostou do que foi mostrado? Aprendeu tudo mesmo? Agora, só para termos certeza de que você realmente entendeu o tema de estudo deste tópico, vamos resumir o que foi visto. Você aprendeu que o conjunto dos números naturais é um conjunto infinito e ordenado, pelo fato de que, ao considerar dois números naturais quaisquer, sempre é possível afirmar se eles são iguais ou, ainda, se um é maior ou menor que o outro. Vimos também que para realizar operações do tipo 2 – 3 criou-se a necessidade de se analisar a possibilidade de se trabalhar com números com valores negativos, a fim de explicar as relações que os números naturais não conseguiam representar. Além disso, pode-se dizer que os números racionais são aqueles que podem ser expressos na forma de fração e seu surgimento é diretamente relacionado à noção de medida e, ainda, aqueles que não podem ser expressos na forma de fração são chamados de números irracionais. Sendo os números irracionais mais conhecidos o número PI (π), que é a razão entre o perímetro e o diâmetro de qualquer circunferência, o número de Euler (e), que é a base dos logaritmos naturais, e a raiz quadrada de 2 (√2). Metodologia do Ensino da Matemática34 Os números fracionários e decimais O conceito de número fracionário teve origem a partir da necessidade de se considerar uma ou mais partes de um objeto chamado de todo. Sendo representado de uma maneira geral na forma a/b, onde b representa o denominador, que é o que indica em quantas partes iguais a unidade foi dividida, e a representa o numerador, que é o que indica quantas dessas partes estão sendo consideradas, ainda com a condição de que denominador deve sempre ser diferente de 0 (zero). DEFINIÇÃO A palavra fração tem seu significado associado ao ato de quebrar, assim como denominador e numerador significam, respectivamente, dar nomes e contar. Para se realizar a leitura de uma fração, inicia-se pelo numerador e, em seguida, passa para o termo que se refere ao denominador. Historicamente, existem alguns fatos interessantes a respeito dos símbolos, como o fato da barra que separa os dois valores, que foi introduzida pelos árabes no século XIII, vindo da representação numerador-denominador, que já era utilizado na Índia. Já o símbolo que indica porcentagem (%), teve sua origem a partir de uma figura semelhante a ele e que teria sido encontrada em um manuscrito italiano anônimo de 1425, no qual havia diversas gravações de frações com o denominador 100. A primeira vírgula apareceu em um texto contábil na Itália e indicava uma divisão de um número por uma potência de 10, e Metodologia do Ensino da Matemática 35 somente depois começou a ser utilizada para separar uma parte inteira de uma parte decimal em um número. O traço diagonal teria surgido devido a uma necessidade da imprensa, que precisava montar tipos mais elaborados de objetos para publicar uma fração. A definição diz que os números fracionários são os números que representam uma ou mais partes de uma unidade que foi dividida em partes iguais. Figura 3: Pizza cortada em partes Fonte: Freepik Tomando como exemplo as pizzas grandes, normalmente elas são divididas em 8 ou 10 partes. Considerando 10 partes, cada um destes pedaços representa 1 parte em 10 partes da pizza. Logo, 1 de 10 é chamado de número fracionário, sendo representado por 1/10. Se, por exemplo, fosse necessário considerar a metade da mesma pizza, o número fracionário que a representaria seria 5 de 10 ou então 5/10. Metodologia do Ensino da Matemática36 SAIBA MAIS Entenda melhor sobre números fracionários, acessando o link: https://bit.ly/32htUGR As representações Os números fracionários são representados por dois números inteiros (termos da fração) separados por um traço horizontal (traço de fração). O número de cima (numerador) pode ser qualquer número inteiro e o número de baixo (denominador) deverá ser diferente de 0 (zero). Figura 4: Partes de uma fração: numerador e denominador. Fonte: O autor. Existem alguns tipos de fração, que são: � Fração Própria – onde o numerador é menor que o denominador. Exemplo: 3/4. � Fração Imprópria – onde o numerador é maior que o denominador. Exemplo: 9/2. � Fração Mista ou Numeral Misto – é constituída por uma parte inteira e outra fracionária. Exemplo: 21/3. � Frações Equivalentes – onde as frações mantêm a mesma proporção de outra fração: Exemplo: 5/2 = 10/4. Metodologia do Ensino da Matemática 37 � Fração Irredutível – é aquela que não pode ser simplificada. Exemplo: 4/3. � Fração Decimal – onde o denominador é uma potência de base 10 (podendo ser 10, 100, 1.000,...). Exemplo: 8/100. Interessante observar que nem todo número escritona forma de fração é um número fracionário, isso de deve ao fato de que definição dos números fracionários diz que são números que representam uma ou mais partes de um todo. Dessa forma, se considerarmos, por exemplo, o número 12/2, que aparece escrito na forma de fração e não será um número fracionário, pois representa o número 6, que não é parte de um todo. Da mesma forma o número (√3)/3 que está escrito na forma de fração, também não é considerado um número fracionário, pois o numerador não é um número inteiro. Os números fracionários cujos denominadores sejam entre os números 2 a 9 são lidos e escritos da seguinte forma: Figura 5: Leitura de frações com denominadores entre 2 e 9 Fonte: Elaborado pelo autor. Metodologia do Ensino da Matemática38 Na leitura das frações cujo denominador seja maior que 10, ela será feita da mesma maneira que os números cardinais seguidos da palavra “avos”. Já para os números múltiplos de 10, compreendidos entre o 10 e o 90, a leitura será feita também da maneira dos numerais ordinais. Assim como para os múltiplos de 100, estando entre 100 e 900, e ainda para alguns números como undécimo e duodécimo. Por exemplo, se o denominador for 11, a fração 3/11 será lida como: três undécimos ou três onze avos. Tabela 1: Leitura das frações com denominadores iguais ou maiores que 10. Denominador Leitura 10 décimo ou dez avos 11 undécimo ou onze avos 12 duodécimo ou doze avos 13 treze avos 14 quatorze avos 15 quinze avos 16 dezesseis avos 17 dezessete avos 18 dezoito avos 19 dezenove avos 20 vigésimo ou vinte avos 21 vinte e um avos 30 trigésimo ou trinta avos 40 quadragésimo ou quarenta avos 50 quinquagésimo ou cinquenta avos 60 sexagésimo ou sessenta avos 70 septuagésimo ou setenta avos 80 octogésimo ou oitenta avos 90 nonagésimo ou noventa avos Metodologia do Ensino da Matemática 39 100 centésimo ou cem avos 112 cento e doze avos 200 ducentésimo ou duzentos avos 300 tricentésimo ou trezentos avos 400 quadringentésimo ou quatrocentos avos 500 quingentésimo ou quinhentos avos 600 sexcentésimo ou seiscentos avos 700 septingentésimo ou setecentos avos 800 octingentésimo ou oitocentos avos 900 nongentésimo ou novecentos avos 1.000 milésimo ou mil avos 1.100 mil e cem avos 1.500 mil e quinhentos avos 10.000 décimo milésimo ou dez mil avos 100.000 centésimo milésimo ou cem mil avos 110.000 cento e dez mil avos 1.000.000 milionésimo 1.000.000.000 bilionésimo 1.000.000.000.000 trilionésimo Fonte: Elaborada pelo autor. Mais alguns exemplos: 5/10 = cinco décimos (ou dez avos) 30/60 = trinta sexagésimos (ou sessenta avos) 30/62 = trinta sessenta e dois avos 25/100 = vinte e cinco centésimos (ou cem avos) Metodologia do Ensino da Matemática40 25/628 = vinte e cinco seiscentos e vinte e oito avos 25/1000 = vinte e cinco milésimos (ou mil avos) 25/1020 = vinte e cinco mil e vinte avos 5638/10000 = cinco mil seiscentos e trinta e oito décimo milésimo Um número fracionário pode, ainda, ser representado em forma decimal ou percentual, conforme apresentado a seguir: 1/4 corresponde a 0,25 ou 25%, pois 1 dividido por 4 é igual a 0,25 e 0,25 × 100 = 25%. 3/4 corresponde a 0,75 ou 75%, pois 3 dividido por 4 é igual a 0,75 e 0,75 × 100 = 75%. 15/20 corresponde também a 0,75 ou 75%, pois 15 dividido por 20 é igual a 0,75 (a expressão 15/20 pode ser simplificada para 3/4 , dividindo cada termo por 5). Além disso, um número fracionário pode ser representado por uma notação científica, com potência de base 10, conforme a tabela a seguir. Metodologia do Ensino da Matemática 41 Tabela 2: Números fracionários e notação científica. Fonte: Elaborada pelo autor. Os números decimais Números decimais são aqueles numerais que utilizam a vírgula para indicar que o algarismo seguinte pertence à ordem das décimas, ou das chamadas casas decimais. Metodologia do Ensino da Matemática42 Figura 6: Parte inteira e parte decimal de um número. Fonte: Elaborada pelo autor. Os números decimais de maneira geral, seja finitos, infinitos ou periódicos, podem ser escritos na forma de fração. Um número decimal qualquer é igual à fração obtida ao escrever como numerador um número sem vírgula e como denominador uma unidade seguida de quantos zeros de acordo com quantas forem as casas decimais. Para se transformar uma fração decimal em um número decimal é necessário um procedimento bem simples. Observe estas igualdades existentes entre algumas frações decimais e alguns números decimais: Metodologia do Ensino da Matemática 43 Dessa maneira, pode-se concluir que, para transformar uma fração decimal em um número decimal, basta colocar no numerador tantas casas decimais quanto à quantidade de zeros existentes no denominador. Por isso, os números decimais têm a sua origem justamente nas frações decimais. Por exemplo, temos a fração 1/2 que é equivalente à fração 5/10, e ambas equivalem ao número decimal 0,5. DEFINIÇÃO Casa decimal: trata-se da posição em que um algarismo ocupa depois da vírgula em um número decimal. Metodologia do Ensino da Matemática44 Isso pode ser verificado no exemplo a seguir: O número decimal 12,34563 tem 5 casas decimais, basta verificar que estes 5 algarismos, o 3,4,5,6 e o 3 novamente estão depois da vírgula, formando respectivamente os números: 0,3; 0,04; 0,005; 0,0006; e, 0,00003. As operações com números decimais são simples de serem realizadas, com algumas regras específicas para cada uma delas. Nas operações de adição ou de subtração, pode-se utilizar o algoritmo de cada operação, porém, deve ser observado que uma parte inteira deve ser somada ou então subtrair apenas uma outra parte inteira, assim como a parte decimal deve ser operada somente com outra parte decimal. A regra principal é simples e recomenda que seja feito o algoritmo da operação, de modo se coloque sempre a vírgula embaixo de outra vírgula. Dessa forma, segue um exemplo: Separando as ordens, temos: Observando o algoritmo da operação, nota-se que a regra acima está sendo obedecida, porém, não existe um número na ordem dos milésimos, neste exemplo, para se operar com o número 6. Metodologia do Ensino da Matemática 45 Neste caso, quando não tem casa decimal para operar, deve-se adicionar um ou mais zeros. Da mesma forma, se fosse à esquerda da vírgula também poderíamos adicionar o zero, conforme exemplo abaixo: Para a multiplicação e a divisão também existem algumas regras especificas. Para o caso de se multiplicar um número decimal por 10, 100, 1.000, ou ainda qualquer outra potência de 10, basta deslocar a vírgula uma casa decimal para a direita, conforme o número de zeros no multiplicador. Isto é a chamada de regra prática e é bem simples. Exemplos: 0,56 x 100 = 56 12,00 x 100 = 1200 350,33 x 10 = 3503,3 Da mesma maneira, na divisão por qualquer uma das potências de 10, é só deslocar a vírgula, porém, neste caso, ela será deslocada uma casa decimal para a esquerda para cada zero do divisor. Exemplos: Metodologia do Ensino da Matemática46 1.200.000 ÷ 100.000 = 12 5,55 ÷ 10 = 0,555 123,45 ÷ 100 = 1,2345 Já no caso da multiplicação ordinária, para realizarmos a operação com dois números com vírgula, fazemos a multiplicação de modo a não considerar a vírgula, ou seja, somente os números como se fossem todos inteiros. Quando se obtém o produto, basta contar tantas casas decimais quantas existem depois da vírgula nos dois números decimais juntos e deslocar a vírgula na mesma quantidade de casas. Exemplos: 1,25 × 0,56 = 0,7000 2,3 × 3,98 = 9,154 9,99 × 9,99 = 99,8001 Todos os números decimais racionais podem ser representados por uma fração específica, de acordo com o seu valor. Para representar, por exemplo, os números 1,25 e 0,56 fazemos da seguinte maneira: 1,25 = 125/100 0,56 = 56/100 Realizando a multiplicação dessas frações, temos: 125/100 × 56/100 = 7000/10000 Voltando para a forma de número decimal, temos: 7000/10000 =7/10 = 0,7 Da mesma maneira, temos: 2,34= 234/100 Metodologia do Ensino da Matemática 47 0,123 = 123/100 0,5 = 5/10 RESUMINDO E então? Gostou do que lhe foi mostrado? Aprendeu tudo mesmo? Agora, só para termos certeza de que você realmente entendeu o tema de estudo deste tópico, vamos resumir tudo o que vimos. Você deve ter aprendido que o conceito de número fracionário tem sua origem associada à necessidade de considerar uma ou mais partes de um objeto chamado de todo. É representado de uma maneira geral na forma a/b, onde b representa o denominador, que é o que indica em quantas partes iguais a unidade foi dividida, e a representa o numerador, que indica quantas dessas partes estão sendo consideradas, ainda com a condição de que denominador deve sempre ser diferente de 0 (zero). A palavra fração tem seu significado associado ao ato de quebrar, assim como denominador e numerador significam, respectivamente, dar nomes e contar. Para se realizar a leitura de uma fração, inicia-se pelo numerador e, em seguida, passa para o termo que se refere ao denominador. Os números fracionários são representados por 2 números inteiros que são os termos da fração separados por um traço horizontal, que é o traço de fração. O número de cima, o numerador, pode ser qualquer número inteiro e o número de baixo, o denominador, deverá ser diferente de 0 (zero). Números decimais são aqueles numerais que utilizam a vírgula para indicar que o algarismo seguinte pertence à ordem das décimas, ou das chamadas casas decimais, e para que possam ser realizadas operações com eles há algumas regras simples. Metodologia do Ensino da Matemática48 REFERÊNCIAS BOYER, C. B. História da matemática. Tradução: Elza F. Gomide. São Paulo: Ed. Edgard, 1996. EVES, H. Introdução à história da matemática. Campinas, Editora Unicamp, 2004. VIANNA, C. R. História da Matemática, Educação Matemática: entre o Nada e o Tudo. Revista Bolema. Rio Claro (SP): EDUNESP, 2010. O número e suas funções O número A contagem e a notação A escrita numérica e a resolução de problemas Os sistemas de numeração A organização dos números O sistema de numeração decimal Os números naturais Os números inteiros Os números racionais Os números irracionais Os números fracionários e decimais As representações Os números decimais
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