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LIV RO 2 2 a sé rie Or ga niz ad or : M ac ke nz ie Ob ra co let iva co nc eb ida , de se nv olv ida e pro du zid a pe lo Ma ck en zie ES CO LH ER CO M SA BE DO RIA | E NS IN O MÉ DI O • A lfre do G on ça lve s P era • A na En és ia Sa mp aio M ac ha do VO LU ME 27 7 LIV RO D ID ÁT ICO DO PR OF ES SO R Ide nt i� c aç ão de sé rie s e d isc ipl ina s n as ca pa s de ac or do co m o s ist em a de co res pa ra da ltô nic os M2_EM_U2_BOOK_Professor.indb 1 18/03/16 14:08 EQUIPE MACKENZIE TODOS OS DIREITOS RESERVADOS AO MACKENZIE. PROIBIDA A REPRODUÇÃO PARCIAL OU TOTAL, INCLUSIVE DE ILUSTRAÇÕES E FOTOS. A equipe do Sistema Mackenzie de Ensino empenha-se para apresentar este material em conformidade com os mais altos padrões acadêmicos e editoriais. Em caso de dúvidas conceituais e questões relativas a tipogra� a e edição, a equipe encontra-se à disposição para a veri� cação e posterior correção do que for validado. Solicitamos que todos os apontamentos relativos a estes casos sejam enviados ao SME por e-mail (sme@mackenzie.br) ou por carta endereçada ao Sistema Mackenzie de Ensino - Dúvidas, Rua Itacolomi, 412, Higienópolis, São Paulo - SP - CEP 01239-020. O Sistema Mackenzie de Ensino não se responsabiliza pelo uso não autorizado desta publicação e se isenta de qualquer uso indevido do material didático, que desrespeite a legislação pertinente. ELABORAÇÃO DE ORIGINAIS Alfredo Gonçalves Pera Ana Enésia Sampaio Machado ELABORAÇÃO DOS INTEGRANDO CONHECIMENTOS E REFLEXÃO BÍBLICA Miguel Carlos dos Santos Junior DIREÇÃO EDITORIAL Débora Bueno Muniz Oliveira COORDENAÇÃO EDITORIAL Mônica Huertas Cerqueira COORDENAÇÃO PEDAGÓGICA Noemih Sá Oliveira Viviane Nery Lacerda ELABORAÇÃO E COORDENAÇÃO DO PROJETO EDITORIAL Arlene Goulart EDIÇÃO DE TEXTO E REVISÃO PEDAGÓGICA Denise Camargo Alves de Araújo Elizabeth Pereira Velame ORIENTAÇÃO TEOLÓGICO-FILOSÓFICA Filipe Costa Fontes Mauro Fernando Meister REVISÃO TEOLÓGICO-FILOSÓFICA Bruno de Lima Romano Everton Levi Matos do Nascimento Wellington Castanha de Oliveira PRODUÇÃO EDITORIAL Adriano Aguina PESQUISA ICONOGRÁFICA Adriano Aguina REVISÃO Marcio Medrado O� cina Editorial Rhennan Felipe Siqueira Santos Suzana Barreto Alves Rua da Consolação, 896 - Consolação São Paulo/SP | CEP 01302-907 Site: sme.mackenzie.br E-mail: sme@mackenzie.br EQUIPE ALTAMIRA DADOS INTERNACIONAIS DE CATALOGAÇÃO NA PUBLICAÇÃO CIP CONCEPÇÃO E DIREÇÃO EXECUTIVA DE PROJETO GRÁFICO CONCEITO / LINGUAGEM / SISTEMAS DE IDENTIFICAÇÃO DE SÉRIES E DISCIPLINAS / ACESSIBILIDADE / ILUSTRAÇÕES / CAPAS ALTAMIRA Editorial Equipe Alex Mazzini Alexandre Mazzini Diego Alves de Carvalho Produção de capas Equipe Altamira Editorial Finalização de capas Jennifer Sá de Almeida DIREÇÃO DE DESIGN DIAGRAMAÇÃO / ILUSTRAÇÕES / INFOGRÁFICOS / CAPAS / FINALIZAÇÃO ALTAMIRA Editorial Equipe Alex Mazzini Alexandre Mazzini Diego Alves de Carvalho Jennifer Sá de Almeida Murilo Emerick Jéssica Venâncio Fábio Martins Felipe Grigoli Valéria Ferreira Renata Mori Mapas e cartografi a ESTÚDIO PARCEIRO : VESPÚCIO Equipe : Carlos Henrique EMENDAS DE PROVAS Zeta Design Studio IMPRESSÃO BRASILFORM GRÁFICA / EDITORA Os textos bíblicos foram extraídos de diferentes versões da Bíblia Sagrada. CRÉDITOS P426e Pera, Alfredo Gonçalves. Escolher com sabedoria : Ensino Médio : Matemática, 2ª série : Livro didático e caderno de atividades do Professor : Livro 2 / Alfredo Gonçalves Pera, Ana Enésia Sampaio Machado; organizador: Instituto Presbiteriano Mackenzie. – São Paulo : Ed. Mackenzie, 2016. 328 p. : il. ; 28 cm. – (Sistema Mackenzie de Ensino ; v. 277) Obra coletiva concebida, desenvolvida e produzida pelo Mackenzie. ISBN 978-85-8293-432-6 1. Ensino Médio – 2º ano. 2. Matemática. I. Machado, Ana Enésia Sampaio. II. Instituto Presbiteriano Mackenzie. III. Título. IV. Série. CDD 372.7 ph otk a/ sh utt ers toc k.c om Reimpressão: Dezembro de 2020 M2_Modelo_Créditos_Final_LD_Professor_L2.indd 2 22/11/16 11:22 Pouca s coisa s nos d ão um a sens ação m ateria l de in � nito quant o o núme ro de págin as de textos escrit os que existe m par a sere m lida s. Junto com a s pági nas, ve m igu almen te a in � nita sensa ção de que há info rmaçõ es, ide ias e c onhec iment os que seriam conhe cidos e adqui ridos s e disp usésse mos d e um t empo imen suráve l. Por � m, nosso bom senso , ou pe lo me nos no sso se nso co mum, nos d iz que fa zemos escol has sá bias q uanto mais dispom os des ses be ns que le varíam os um a eter nidad e para adqu irir. As pág inas q ue virã o em s eguid a não carreg am to dos os conhe - cimen tos, ne m tod as as i nform ações ou ide ias. Ela s pode m ser mui- tas, m as não são in � nitas . E, ad emais , foram cuida dosam ente pensa das pa ra que fosse m pos síveis de ser em lid as e es tudad as duran te os a nos de sse pe ríodo escola r: o En sino M édio. S ão pág i- nas qu e proc uram auxilia r o leit or na comp reensã o dos conte údos espec í� cos norma lment e requ eridos nos v estibu lares d as uni versi- dades brasil eiras, de for ma sig ni� cat iva, at ualiza da e a cadêm ica. Para a uxiliá- lo nes se estu do, ho uve um traba lho, nã o apen as sobre o que está e scrito, mas t ambé m volt ado p ara a m aneira como os tex tos est ão dis posto s e se aprese ntam no esp aço da folha. O livro foi org anizad o de fo rma a contem plar o leitor q ue tem di� cu ldade de con centra ção, o u de d ecodi� cação de pa lavras, ou me smo d i� cul- dades de � c ar mu ito tem po faz endo uma m esma ativida de. Por � m , desfr ute do que h á ness as pág inas; a prove ite as infor- maçõe s, as id eias e o con hecim ento c ompa rtilhad o. Poré m, est eja ciente do se guinte : o que nós lh e ofer ecemo s de m ais val ioso, n as págin as a se guir, s ão os princí pios q ue acr editam os ser em es sen- ciais p ara ad quirir sabed oria e enten dimen to par a toda sua v ida. São pr incípio s que você p ode ad quirir dedica ndo o temp o que tiver, e que lh e vale rão pe la eter nidad e. PREF ÁCIO “De on de vem , então , a sab edoria ? Ond e habi ta o ente ndime nto? [. ..] ‘No temor do Se nhor e stá a sabed oria, e evitar o mal é ter e ntend iment o’ “. Jó 28. 20 e 2 8b (NV I) EQUI PE SM E M2_EM_U2_BOOK_Professor.indb 3 18/03/16 14:08 “E sc ol he r c om s ab ed or ia ” GALHOS professor | transmissor | mediador CAULE força | estrutura | suporte RAIZ base | alicerce sólido | essência FOLHAS aluno | assimilação | crescimento Ele é como árvore plantada junto à corrente de águas, que, no devido tempo, dá o seu fruto, e cuja folhagem não murcha; e tudo quanto ele faz será bem-sucedido. SALMOS 1.3 SM E PR IN CÍ PI O S SÓ LI D O S GERAR SABEDORIA FLORES / FRUTOS: aprendizagem signi� cativa “PRINCÍPIOS E VALORES BÁSICOS DA BÍBLIA COMO LENTE” VISÃO CRISTà DE MUNDO APLICADA À EDUCAÇÃO “relação com Deus, com o próximo e com o mundo” M2_EM_U2_BOOK_Professor.indb 4 18/03/16 14:08 PR O JE TO PE D A G Ó G IC O PR O JE TO PE D A G Ó G IC O PR O JE TO IDENTIDADE RAPIDEZ VISUAL DIGITAL HETEROGENIA DIVERSIDADE DINÂMICO Estabelecer projetos de vida. Prosseguir nos estudos e encarar os desa� os de trabalho com o compromisso de servir a Deus e a sociedade de maneira participativa e responsável. Ampliar o conhecimento a respeito das diferentes possibilidades. Fazer escolhas com sabedoria. Discutir os valores morais e sociais com vista à construção da criticidade e formação intelectual. Compartilhar ideias e experiências. M2_EM_U2_BOOK_Professor.indb 5 18/03/1614:08 Branco e respiro A forma de um objeto é tão importante quanto o espaço em torno dele. Projeto GRÁFICO MSerifa slab TIPOGRAFIA Além de transmitir por meio das palavras o conteúdo abordado, a tipogra� a usada deve expressar visualmente através de sua forma e cor o que está sendo dito, assim como a imagem. A fonte Myriad continua compondo os textos de leitura corrente devido suas características fundamentais ao projeto, tais como alta legibilidade, variedade de pesos e suas propriedades estruturais que ajudam a diminuir o desconforto do dislexo. Para acompanhar as mudanças e trazer novos benefícios e possibilidades às páginas, a fonte de título escolhida para o segundo ano foi a Sanchez, pois apresenta uma boa legibilidade em vários pesos e possui grande � exibilidade em caixa alta e baixa, dando destaque aos títulos dos capítulos. MYRIAD PRO: Bom equilíbrio entre ascendentes, descendentes e altura x abcefgkjoxuascendentedescendente XSanchezCaixa alta e baixa A serifa slab, característica da Sanchez, tem uma estrutura forte. Por serem retas, uniformes e pesadas, proporcionam boa estabilidade no desenho da caixa de texto. Outro fator é a personalidade que difere dos textos de leitura corrente (Myriad), criando um contraste de forma interessante em termos de desenho e hierarquia. DIAGONAL Principal mudança que ocorreu na segunda série. Com o objetivo de trazer mais dinamismo ao projeto, está presente na capa e no decorrer do livro. Com o objetivo de informar de maneira concisa e e� caz, o projeto grá� co evoluiu na segunda série e traz algumas mudanças mas ainda prevalece o uso de uma linguagem dinâmica e lúdica, porém séria, para transmitir ao aluno o conteúdo de cada disciplina. Interpreta-se cada matéria e tema, criando uma atmosfera grá� ca através do uso de cores, formato, imagens, tipogra� a, ícones e ilustrações. Nada é por acaso. Toda informação visual busca re� etir o que está escrito. Veja nessa página alguns critérios utilizados na evolução do projeto grá� co para os livros da 2ª série de ensino médio do SME, re� etido em mudanças signi� cativas, com o propósito de acompanhar o crescimento dos alunos e os novos conhecimentos e experiências adquiridos por eles. Bom equilíbrio entre ascendentes, descendentes e altura x M2_EM_U2_BOOK_Professor.indb 6 18/03/16 14:08 IM AG EM SU PO RT E E ER GO NO MI A IL US TR AÇ ÃO To do s a s o br as sã o i mp res sa s em pa pe l im po rta do N or br ite 66 g/ m 2 , q ue é ma is l ev e e red uz o pe so de ca da liv ro em ap rox im ad am en te 30 %, o qu e a jud a n a l oc om oç ão e na sa úd e d o a lun o. As fo lha s, a lém de se rem pr óp ria s p ara al ta qu ali da de de im pr es sã o – o qu e tam bé m as to rn am ad eq ua da s pa ra a e scr ita do al un o – po ssu em um a l ev e t on ali da de cre me pa ra qu e o re � e xo da luz so br e o pa pe l n ão se ja tão int en so , p ro po rci on an do um a lei tu ra ma is c on for táv el. A l ing ua ge m sin tét ica e ob jet iva co nt inu a n a s eg un da sé rie , p or ém , o s e lem en to s a rre do nd ad os di mi nu íra m e for am su bs tit uíd os po r â ng ulo s r eto s. L inh as e for ma s so br ep os tas , tr an sp arê nc ia, de slo ca me nt os e a c ria çã o de pa dr õe s r efo rça m o c on ce ito e o a ma du rec im en to da lin gu ag em da ilu str aç ão e da s d isc ipl ina s. As pá gin as ga nh am di na mi sm o e pr ofu nd ida de a pa rti r d e i ma ge ns co lor ida s e m on oc ro má tic as , co m co rte s e re co rte s d iag on ais , n a ut iliz aç ão da tr an sp arê nc ia e d a s ob rep os içã o d e f or ma s g rá� ca s. A m es cla de sse s e lem en to s a mp lia os se nt ido s e tr az m atu rid ad e ao m ate ria l, m an ten do a es sê nc ia lúd ica da sé rie an ter ior e a pa rti cu lar ida de de ca da di sci pli na (re sp eit an do os te ma s a bo rd ad os e a s e sp ec i� c ida de s d e c ad a c on teú do ). OS ÍC ON ES fo ram re de se nh ad os co nt em pla nd o a s m ud an ça s da s il us tra çõ es e pr es erv an do su as ca rac ter íst ica s e sse nc iai s. “(...) A LINHA é o meio indispensável para tornar visível o que ainda não pode ser visto, por existir apenas na imaginação.” Sintaxe da Linguagem Visual - Donis A. Dondis Sin tax e d a Li ngu age m V isua l - D oni s A . Do ndi s “A TE XT UR A é o ele me nt o v isu al qu e co m fre qu ên cia se rve de su bs tit ut o p ara as qu ali da de s d e o ut ro se nt ido , o ta to. ” Matemática Português Física História Geogra� a Química Espanhol Inglês Biologia Infográfico_Projeto Gráfico_2a série_3a prova.indd 7 5/15/18 8:59 Acessibilidade Dislexia e TDAH TEXTO COM SERIFA E JUSTIFICADOS BAIXO CONTRASTE ENTRE FIGURA-FUNDO A dislexia é uma combinação de habilidades e di� culdades que afetam o processo de aprendizagem exibindo uma vasta gama de di� culdades. TEXTO “REDEMOINHO” TEXTO “DESBOTADO” Prezado aluno, Este livro foi desenvolvido com algumas características especí� cas que ajudam no estudo, principalmente, de pessoas com alguns quadros que podem di� cultar a aprendizagem, tais como a dislexia e o transtorno de dé� cit de atenção e hiperatividade (TDAH). Destacamos, a seguir, algumas dessas características. O tipo de letra usado possui estrutura formal que ajuda a diminuir possíveis confusões visuais, com equilíbrio entre as linhas ascendentes e descendentes, boas aberturas e espaços internos maiores, facilitando sua discriminação. Foram usados contrastes mais fortes entre as partes impressas e o fundo, também buscando aumentar a discriminação da informação relevante e diminuir as confusões visuais (ver quadros ao lado). As linhas foram alinhadas à esquerda, aumentando os recursos para o aluno se localizar durante a leitura de um texto. Adicionalmente, são explicitamente apontadas, ao longo dos capítulos, as informações que precisam ser recordadas por serem relevantes ao conteúdo atual (nos destaques intitulados “Vale lembrar”). Também são destacados, nos itens “Integrando conhecimentos”, trechos em que são discutidas ideias que vão além da matéria especí� ca, unindo duas ou mais áreas diferentes de conhecimento. Sugerimos que você aproveite esse material desenvolvido com cuidado e rigor! Lembramos que você também pode adotar estratégias para facilitar sua aprendizagem. Primeiro, esteja consciente da sua forma de aprender. Descubra como você entende melhor, se é lendo em voz alta, escrevendo, fazendo desenhos ou esquemas, resumindo o texto, dentre outras possibilidades. Conheça seus pontos fortes e seus pontos fracos. Quando ler os capítulos, aproveite as várias dicas que o texto lhe oferece: analise o título, as imagens, as cores, as palavras em negrito e os quadros em destaque. Use seu livro: sublinhe o que achar relevante, faça resumos, desenhos, esquemas. Procure o signi� cado das palavras que você não conhece. Anote suas dúvidas e discuta-as com seus professores. Se você quiser mais informações sobre a dislexia e o transtorno de dé� cit de atenção e hiperatividade, sugerimos que visite os sites: www.dislexia.org.br/, www.andislexia.org.br/ e http://www.tdah.org.br/. Revise os conteúdos anteriores periodicamente. Você também pode ler o capítulo em casa antes da aula, o que facilitará a apreensão do conteúdo e o esclarecimento das dúvidas com os professores. ABAIXO: possíveis distorções presentes na visão de um disléxico. ACIMA: características de formatação evitadas nesse projeto pois di� cultam a leitura QR CODE Parao rápido acesso a links sugeridos por meio de dispositivos móveis. A dislexia é uma combinação de habilidades e di� culdades que afetam o processo de aprendizagem exibindo uma vasta gama de di� culdades. A dislexia é uma combinação de habilidades e di� culdades que afetam o processo de aprendizagem exibindo uma vasta gama de di� culdades. A dislexia é uma combinação de habilidades e di� culdades que afetam o processo de aprendizagem exibindo uma vasta gama de di� culdades. A dislexia é uma combinação de habilidades e di� culdades que afetam o processo de aprendizagem exibindo uma vasta gama de di� culdades. M2_EM_U2_BOOK_Professor.indb 8 18/03/16 14:09 vvoe/Shutters tock.com O que é? Visão do daltônico O daltonismo é uma limitação visual no indivíduo caracterizada pela incapacidade de identi� car/diferenciar todas ou algumas cores. SISTEMA DE CÓDIGOS DE COR PARA DALTÔNICOS Desenvolvido por Miguel Neiva coloradd@gmail.com / info@coloradd.net Daltonismo O Código ColorADD assenta num processo de associação lógica e de fácil memorização permitindo ao daltônico, através do conceito de adição das cores, relacionar os símbolos e facilmente identi� car todas as cores. O branco e o preto orientam para as tonalidades claras e escuras. Cada implementação do Código é planejada para todos e não especi� camente para o universo dos daltônicos – incluir sem discriminar. O ColorADD é um código de fácil implementação com Inovação, Valor, Utilidade e Responsabilidade Social. O Daltonismo afeta aproximadamente 10% dos homens e 0,5% das mulheres – cerca de 350 milhões em todo o mundo. No entanto, apesar deste número impressionante, não existiam respostas socialmente efetivas visando a inclusão desta “grande minoria” da população mundial. O Código ColorADD é um sistema de identi� cação de cores universal e transversal, cuja missão é facilitar a integração dos indivíduos daltônicos numa sociedade global na qual 90% da comunicação é efetuada através da cor. Portanto, o Código ColorADD tem como objetivo promover a compreensão da cor para todos, sempre que a cor for utilizada como fator de identi� cação, orientação ou escolha. O sistema ColorADD se encontra implementado em diversas áreas e em diversos países. Por exemplo, em hospitais, transportes, material escolar e didático, vestuário, tecnologias de informação, sinalização e orientação, entre outros. Neste projeto desenvolvido pelo SME, o ColorADD é utilizado para auxiliar na identi� cação de séries e disciplinas nas capas dos livros de Ensino Médio, estando em consonância com o projeto de acessibilidade proposto pelos materiais didáticos do Mackenzie, o que ajuda a garantir um mundo mais acessível e igualitário para todos! Miguel Neiva CORES | SÍMBOLOS BRANCO | PRETO | CINZENTO Azul Verde Amarelo Laranja Vermelho Roxo Castanho PrataDouradoBranco Preto Cinza Claro Cinza Esc. TONS METALIZADOS TONS CLAROS TONS ESCUROS CO RE S D AS M AT ÉR IA S Matemática Português Física História Geogra� a Sociologia Química Espanhol Inglês Biologia Desenvolvido com base nas três cores primárias, sendo cada uma representada através de um símbolo grá� co monocromático. AZUL AMARELO VERMELHO BRANCO PRETO M2_EM_U2_BOOK_Professor.indb 9 18/03/16 14:09 ES TR U TU R A D A O B R A Um livro tem uma forma de ser organizado. Conhecer essa organização lhe ajudará a utilizá-lo melhor. Apresentamos a seguir, comentários sobre cada uma das partes que você encontrará nas páginas do seu livro didático. ABERTURA DE UNIDADE Uma unidade, em nossos livros, reúne três capítulos. A Abertura de unidade, que trabalha sobre um pequeno texto, imagens, questões e trechos bíblicos, é uma apresentação dos assuntos contidos nesses capítulos. Ela se relaciona diretamente com outra seção, a Re� etindo ideias e atitudes. ABERTURA DE CAPÍTULO A Abertura de capítulo trabalha sobre imagens (artes plásticas, cinema, literatura etc.) e um texto introdutório ao assunto principal que será desenvolvido. REFLETINDO IDEIAS E ATITUDES Seção que encerra três capítulos, ligando-se à Abertura de unidade. Seu objetivo é trazer re� exões sobre alguns dos conceitos e temas estudados na unidade, associando-os a situações do cotidiano, por meio de um texto, porções da Bíblia, questões e comentários relacionados à cosmovisão cristã. UNID ADE Dick Kenny/Shutterstock.com (c) Tony1 | Dreamstime.com O pôr do sol pode nos presentear com os mais belos retratos da natu- reza. No Parque Nacional de Jericoacoara, no Ceará, há uma formação rochosa, cartão postal da região, de cerca de cinco metros de altura com um buraco esculpido pela ação das águas. O que faz da Pedra Furada uma atração especial é que no mês de julho, auge do solstício de inverno, é possível ver o sol se pondo através do buraco, onde a luz solar re- alça a cor avermelhada das rochas de quartzo ferruginoso. A cena é de tirar o fôlego! Ao observarmos o formato da Pedra Furada ou de qualquer outra for- mação geológica esculpida pela ação dos elementos da natureza, não é difícil perceber o motivo de serem denominadas de pontes ou arcos naturais. Desde o princípio, o homem preci- sou intervir no meio ambiente para superar os obstáculos que se inter- punham em seu caminho. Não podendo contar com pontes natu- rais para atravessar os diversos rios e vales, o desenvolvimento de meios técnicos tornou-se questão de sobrevivência e progresso. As pontes encontram-se entre as es- truturas mais antigas construídas pelo homem para interligar regiões separadas por obstáculos naturais ou artificiais. Inicialmente elas eram construídas com materiais disponíveis na natureza como pe- dra, madeira, e cordas, mas com o tempo foram substituídas por no- vos materiais como aço, cimento e concreto estrutural. A resolução de problemas complexos, como o projeto de uma ponte, é um exemplo con- creto do exercício das potencialidades criativas do homem, aplicadas a melhor com- preensão e domínio do meio em que habita. O que antes era apenas uma ideia na cabeça de alguém, só se torna real, porque ferramen- tas matemáticas possibilitaram a representação de problemas concretos por equações envolvendo diversas variáveis. Neste capítulo, estudaremos como as matri- zes e determinantes são empregados para a simplificação da resolução de problemas en- volvendo sistemas lineares. Clapper Bridge - ponte pré-histórica “...o S enhor é que m dá sabed oria; d e sua boca proce dem o conhe cimen to e o dis cernim ento.” Prové rbios 2.5 (N VI) A ORG ANIZA ÇÃO por m eio de algum as var iáveis 5 5 4 3 2 2 5 5 4 3 2 2 5 5 4 3 2 2 2 1 2 1 1 0 1 0 5 5 0 2 0 6 0 6 5 3 5 3 photka /shutt erstock .com red mango/shutterstock.com MATEMÁTICA | 2a SÉRIE | UNIDADE 2 | CAPÍTULO 4 | 3 CAP ÍTUL O 4 RT Z M Z M Você já v iu na inte rnet algu mas técn icas chin esas de re solv er m ultip licaç ões de n úme ros g rand es, d o tipo 5 24 2 × 5 3? Alguns vídeos mostram estratégias chinesas de cálculo bem diferentes das ocidentais. Eis um exemplo: nós, ocidentais, provavelmente multiplicaríamos 5 242 por 53 colocando os números no algoritmo. Os chineses fariam uma tabela cujo número de colunas seria igual ao número de algarismos do primeiro número, e o número de linhas, igual ao número de algarismos do segundo número. Depois, fariam uma diagonal em cada célula da tabela. Eles, então, multiplicariam o algarismo de cada linha pelo de cada coluna e escreveriam o resultado na célula. RT Z RT Z uma uma orga niza ção orga niza ção num érica num éricaorg aniz ação num éricaorg aniz ação orga niza ção num éricaorg aniz ação 3 26 Leo Shoo t/Shutte rstock.co m MATEMÁTICA | 2a SÉRIE | UNIDADE 2 | CAPÍTULO 5 | 3 CAPÍT ULO 5 “Há três diferentes tipos de milho. Três porções do primeirotipo de milho, mais duas porções do segundo tipo, mais uma porção do terceiro tipo fazem uma saca que pesa 39 medidas. Duas porções do milho do primeiro tipo, mais três porções do segundo tipo e mais uma porção do terceiro tipo fazem uma saca que pesa 34 medidas. Uma medida do milho do primeiro tipo, duas medidas do segundo tipo e três do terceiro tipo fazem uma saca que pesa 26 medidas. Quanto de cada tipo de milho tem uma pessoa que tem as três sacas?” (MIKAMI, Yoshio. The development of mathematics in China and Japan, 1913, disponível em: <http:// aleph0.clarku.edu/~djoyce/ma105/simultaneous.html>. Acesso em: dez. 2015. Tradução e livre adaptação feita para esta obra.) DE EM BUSCA DE UM NÚMERO TER MI TE: Vimos, no capítulo anterior, que a primeira manifestação do uso de tabelas para a resolução de problemas do cotidiano se deu na China antiga, em problemas que apresentavam mais de uma variável. Um desses problemas já foi retratado e resolvido, pelo método chinês, no capítulo sobre matrizes. Vamos retomá-lo: Neste capítu lo, est udare mos os det ermin antes, uma s olução mais s imple s para a reso lução de situ ações como as ap resen- tadas acima . No fi nal do s noss os estud os, vo cê con seguir á reso l- ver es te e ou tros p roblem as de n incó gnitas e perc eberá que, com o uso d as pro prieda des de determ inante s, essa s reso luções se torn arão m uito m ais sim ples. MATEMÁTICA NAN SPL DC/Latinstock 2 | MATEMÁTICA | 2a SÉRIE | UNIDADE 2 MATEMÁTICA | 2a SÉRIE | UNIDADE 2 | 3 A fama de “Gertie” cresceu ao ponto de cobrarem um pedágio dos curiosos que desejavam atravessar a ponte oscilante. Entretanto, no dia 7 de novembro, apenas quatro meses após sua inauguração, este fu- turo ponto turístico encontrou um destino inesperado. Às 11 horas, sob ventos de 68Km/h, “Gertie” começou a se comportar de uma maneira dis- tinta do usual. Ao invés de oscilar verticalmente, observou-se que a ponte passou a oscilar de modo a se torcionar e com uma intensidade nunca vista até então. Ao perceberem que havia algo de errado, as autoridades interromperam o tráfego, mas ainda ha- via um veículo no meio da ponte. O motorista Leonard Coatsworth, jornalista, que estava com o co- cker speniel de sua filha, Tubby, percebeu-se em meio a violentas oscilações e, após perder o controle do veículo, pisou no freio e tentou em vão pegar o assus- tado cachorrinho. Ao sair do veículo, foi lançado ao chão. Ouvindo atrás de si o som de concreto rachan- do, Leonard rastejou por quase 500m metros até chegar a extremidade segura da ponte, para teste- munhar o colapso das estruturas e observar seu carro mergulhar ponte abaixo. A transposição de obstáculos naturais através da constru- ção de estruturas engenhosas é geralmente vista como um sinal do progresso de uma civilização. Em 1940, engenhei- ros e construtores deram os retoques finais no que seria a mais longa ponte pênsil dos Estados Unidos: a Ponte de Tacoma Narrow. Desde sua inauguração, esse produto da engenhosidade humana estava destinado a chamar à aten- ção do mundo. Muito embora a estrutura tenha sido projetada para resistir a fortes ventos, observadores locais notaram que mesmo uma leve brisa era suficiente para fa- zer com que toda ponte oscilasse, ao ponto de causar enjoo em algumas pessoas. Motoristas que se aventuravam na travessia em dias de ventos fortes, apelidaram a ponte de “Galloping Gertie” (algo como “Gertrudes Galopante”), em referência a uma música da época. Unidade 2 Re fle tin do ide ias e At itu de s “O orgulho vem antes da destruição; o espírito altivo, antes da queda.” Provérbios 16.18 (NVI) Conheça como era essa ponte assistindo ao vídeo Tacoma Narrows Bridge Collapse “Gallopin´Gerthie”. Disponível em: <www.youtube.com/watch?v=j- zczJXSxnw>. Acesso em: mar. 2016. M2_EM_U2_BOOK_Professor.indb 10 18/03/16 14:09 Em várias páginas, você encontrará ícones e termos como Conceito e Glossary que representam complementos ao tema e assuntos abordados, seja na forma de textos, de atividades, em sugestões de sites, � lmes e livros ou em chamadas à re� exão. Recursos Conceito Traz a sistematização de um conceito-chave que merece destaque em meio à explicação de determinado assunto. Glossário Um pequeno dicionário com termos técnicos presentes no texto. Sugestões bibliográ� cas Sequencia de livros, sites, � lmes e outras fontes de informação para sua pesquisa extra livro. Código QR É um código de resposta (ou leitura) rápida (do inglês, Quick Response Code), indicado junto ao recurso Para acessar. A partir de um aplicativo de celular (que tenha câmera) ou tablet, o código QR pode identi� car rapidamente o site/blog. Na impossibilidade de usar o celular/tablet, você pode digitar o endereço virtual indicado. INTEGRANDO CONHECIMENTOS Tem como objetivo a integração do conteúdo com a cosmovisão cristã através da re� exão sobre uma referência bíblica. PARA ACESSAR Indicação de links, vídeos, � lmes, bibliogra� as, dicas culturais e literárias, dentre outras, para auxiliar na compreensão do tema abordado. PARA REFLETIR No Para re� etir, as perguntas surgem do próprio conteúdo ministrado, sem uma integração explícita com textos bíblicos. No entanto, parte da ideia de que toda verdade tem em Deus sua fonte e origem, onde quer que ela possa ser encontrada. PRODUÇÃO DE PESQUISA Propostas de incentivo à busca de informações em outras fontes (algumas não escritas, como no caso de música ou de monumentos), para ampliação do conhecimento em determinado tema abordado no capítulo e iniciação ao processo de produção cientí� ca (individual ou coletiva). VALE LEMBRAR Resgate de conteúdos trabalhados anteriormente que servem no momento como pré-requisito para o novo saber. VOCÊ SABIA? Apresenta informações complementares e suplementares ao conteúdo abordado no capítulo. CADERNO DE ATIVIDADES Ícone que faz referência ao Caderno de Atividades, onde o aluno encontrará uma lista de exercícios, originais, do Enem e de vestibulares. MATEMÁTICA, TECNOLOGIA, SOCIEDADE E AMBIENTE Relaciona a matemática com as Ciências Humanas e da Natureza, mostrando pontos de conexão entre elas, como também o contexto histórico e/ou sociocultural que levaram ao desenvolvimento de um assunto do capítulo em questão. Ou ainda, conecta o saber matemático, desenvolvido no capítulo, a uma tecnologia. VAMOS PRATICAR Exercícios e/ou atividades de indução para sistematizar/ analisar o conteúdo apresentado e indicação de outros exercícios no caderno de atividades. PENSANDO MATEMÁTICA Apresentação de desa� os matemáticos contemporâneos ou não, relacionados ao mundo da matemática, que necessariamente, não precisam ter aplicação prática atualmente. MTSA Matemática Tecnologia Sociedade e Ambiente M2_EM_U2_BOOK_Professor.indb 11 18/03/16 14:09 Un ida de 2 A O RG AN IZ AÇ ÃO PO R M EI O DE AL GU M AS VA RI ÁV EI S Liv ro Di dá tic o16CAP ÍT UL O 4 Ma tri z: um a or ga niz aç ão nu mé ric a Da Ch ina pa ra o Oc ide nt e: de ta be las a ma tri ze s A t eo ria da s m atr ize s De � n içã o e pr op rie da de s d as m atr ize s Op er aç ão co m ma tri ze s Pro du to de m atr ize s Ad içã o d e m atr ize s Mu ltip lic aç ão de um es ca lar (nú me ro ) p or um a m atr iz Su bt raç ão de m atr ize s Ma tri z i nv ers íve l (o u n ão sin gu lar ) As m at riz es na at ua lid ad e: as m at riz es e a c om pu ta çã o g rá � c a 23 44 66 26 33 45 51 55 55 57 76 CA PÍ TU LO 5 De ter mi na nt e: em bu sc a d e u m nú me ro A t eo ria do s d et er mi na nt es Re gr a d e C ram er pa ra sis tem a 2 po r 2 De � n ind o o de ter mi na nt e Am pli aç ão da te or ia de de te rm ina nt es A r egra de Sa rru s p ara de ter mi na nt e de m atr iz qu ad rad a d e o rd em 3 Re gr a d e C ram er pa ra sis tem a 3 x 3 Cá lcu lo do de te rm ina nt e de m at riz de or de m Ma tri z c om ple me nt ar e m en or co mp lem en tar Co fat or ou co mp lem en to al gé br ico Te or em a d e L ap lac e A r eg ra de Ch iò 78 89 97 80 84 98 99 10 0 10 1 90 93 ifon g/S hut ters toc k.co m M2_EM_U2_BOOK_Professor.indb 12 18/03/16 14:09 107 121 107107108 109109110111111112114115116117117 121122122 Capítulo 4 Matriz: uma organização numérica Primeiras Ideias Pensando Enem Por dentro do vestibular 191 208 209 Capítulo 5 Determinante: Em busca de um número Primeiras Ideias Por dentro do vestibular 231 242 Capítulo 6 Sistema linear: conjunto de equações que facilitam nossa vida Primeiras Ideias Pensando Enem Por dentro do vestibular 255 265 267 Caderno de Atividades 132CAPÍTULO 6 Sistema linear: conjunto de equações que facilitam nossa vida Sistemas lineares Resolução de sistemas lineares Resolução de um sistema linear por substituição Resolução de um sistema linear pela regra de Cramer Resolução de um sistema linear por escalonamento Classi� cação de sistemas lineares Discussão dos sistemas lineares Discussão de sistemas 2 x 2 O teorema de Rouché-Capelli Matriz linha equivalente Característica ou posto de uma matriz Aplicação do teorema de Rouché-Capelli Re� etindo ideias e atitudes 168 158 134142143144144150 168169170184 158 As propriedades dos determinantes Linha ou coluna nula (� la nula) Filas paralelas iguais Multiplicação de um determinante por um escalar (número) Duas linhas ou colunas paralelas proporcionais Combinação linear entre � las O determinante de . A Determinante da transposta Teorema de Binet Teorema de Cauchy Determinante de Vandermonde Teorema de Jacobi Inversão de duas linhas ou duas colunas Determinante de matriz triangular Soma de determinantes Cálculo da matriz inversa com o uso de determinantes Matriz cofatora Matriz adjunta Matriz inversa M2_EM_U2_BOOK_Professor.indb 13 18/03/16 14:09 UNID ADE “...o S enhor é que m dá sabed oria; d e sua boca proce dem o conhe cimen to e o dis cernim ento.” Prové rbios 2.5 (N VI) A ORG ANIZA ÇÃO por m eio de algum as var iáveis M2_EM_U2_BOOK_Professor.indb 14 18/03/16 14:09 Dick Kenny/Shutterstock.com (c) Tony1 | Dreamstime.com O pôr do sol pode nos presentear com os mais belos retratos da natu- reza. No Parque Nacional de Jericoacoara, no Ceará, há uma formação rochosa, cartão postal da região, de cerca de cinco metros de altura com um buraco esculpido pela ação das águas. O que faz da Pedra Furada uma atração especial é que no mês de julho, auge do solstício de inverno, é possível ver o sol se pondo através do buraco, onde a luz solar re- alça a cor avermelhada das rochas de quartzo ferruginoso. A cena é de tirar o fôlego! Ao observarmos o formato da Pedra Furada ou de qualquer outra for- mação geológica esculpida pela ação dos elementos da natureza, não é difícil perceber o motivo de serem denominadas de pontes ou arcos naturais. Desde o princípio, o homem preci- sou intervir no meio ambiente para superar os obstáculos que se inter- punham em seu caminho. Não podendo contar com pontes natu- rais para atravessar os diversos rios e vales, o desenvolvimento de meios técnicos tornou-se questão de sobrevivência e progresso. As pontes encontram-se entre as es- truturas mais antigas construídas pelo homem para interligar regiões separadas por obstáculos naturais ou arti� ciais. Inicialmente elas eram construídas com materiais disponíveis na natureza como pe- dra, madeira, e cordas, mas com o tempo foram substituídas por no- vos materiais como aço, cimento e concreto estrutural. A resolução de problemas complexos, como o projeto de uma ponte, é um exemplo con- creto do exercício das potencialidades criativas do homem, aplicadas a melhor com- preensão e domínio do meio em que habita. O que antes era apenas uma ideia na cabeça de alguém, só se torna real, porque ferramen- tas matemáticas possibilitaram a representação de problemas concretos por equações envolvendo diversas variáveis. Neste capítulo, estudaremos como as matri- zes e determinantes são empregados para a simpli� cação da resolução de problemas en- volvendo sistemas lineares. Clapper Bridge - ponte pré-histórica M2_EM_U2_BOOK_Professor.indb 15 18/03/16 14:09 photka /shutt erstock .com caP ÍTUL O 4 RT Z M Z M Você já v iu na inte rnet algu mas técn icas chin esas de re solv er m ultip licaç ões de n úme ros g rand es, d o tipo 5 24 2 × 5 3? RT Z RT Z uma uma orga niza ção orga niza ção num érica num éricaorg aniz ação num éricaorg aniz ação orga niza ção num éricaorg aniz ação M2_EM_U2_BOOK_Professor.indb 16 18/03/16 14:09 5 5 4 3 2 2 5 5 4 3 2 2 5 5 4 3 2 2 2 1 2 1 1 0 1 0 5 5 0 2 0 6 0 6 5 3 5 3 red mango/shutterstock.com MATEMÁTICA | 2a SÉRIE | UNIDADE 2 | CAPÍTULO 4 | 17 Alguns vídeos mostram estratégias chinesas de cálculo bem diferentes das ocidentais. Eis um exemplo: nós, ocidentais, provavelmente multiplicaríamos 5 242 por 53 colocando os números no algoritmo. Os chineses fariam uma tabela cujo número de colunas seria igual ao número de algarismos do primeiro número, e o número de linhas, igual ao número de algarismos do segundo número. Depois, fariam uma diagonal em cada célula da tabela. Eles, então, multiplicariam o algarismo de cada linha pelo de cada coluna e escreveriam o resultado na célula. M2_EM_U2_BOOK_Professor.indb 17 18/03/16 14:09 5 5 4 3 2 2 2 1 772 2 1 2 1 0 8 1 0 6 5 5 0 2 0 6 0 6 18 | MATEMÁTICA | 2a SÉRIE | UNIDADE 2 | CAPÍTULO 4 Interessante, não é? Antigo também. A China tem uma tradi- ção importante no desenvolvimento de cálculos matemáticos que envolvem tabelas; na verdade, tabuleiros. Da dinastia Han, entre os séculos II a.C. e I a.C., há registros dessa matemática chinesa, como podemos constatar na obra Jiuzhang suanshu 2, ou K’ ui – ch’ang Suan – Shu, traduzida no Ocidente por Nove capítulos da arte matemática. Essa obra apre- senta 246 problemas (com respostas), distribuídos ao longo de seus nove capítulos. Daí o nome. Desses nove capítulos, é no oita- vo, chamado Fangsheng, que se apresenta a solução de problemas matemáticos oriundos do cotidiano chinês com o uso de tabuleiros e varetas de bambu. Problemas como: “Há três dife- rentes tipos de milho. Três porções do primeiro tipo de milho mais duas porções do segundo tipo mais uma porção do terceiro tipo fazem uma saca que pesa 39 medidas. Duas porções do mi- lho do primeiro tipo mais três porções do segundo tipo e mais uma porção do terceiro tipo fazem uma saca que pesa 34 medi- das. Uma medida do milho do primeiro tipo, duas medidas do segundo tipo e três do terceiro tipo fazem uma saca que pesa 26 medidas. Quanto de cada tipo de milho tem uma pessoa que tem as três sacas?” (MIKAMI, Yoshio. The development of Mathematics in China and Japan, 1913. Disponível em: <http://aleph0.clarku. edu/~djoyce/ma105/simultaneous.html>. Acesso em: dez. 2015. Tradução e livre adaptação feita para esta obra.). Por fi m, somariam os números de cada diagonal. No Ocidente, nós resolveríamos, normalmente, por: M2_EM_U2_BOOK_Professor.indb 18 18/03/16 14:09 1 2 3 2 3 2 3 1 1 26 34 39 Sc Sb Sa 1 2 3 2 3 2 3 1 1 26 34 39 Sc Sb Sa MATEMÁTICA | 2a SÉRIE | UNIDADE 2 | CAPÍTULO 4 | 19 A lógica chinesa era semelhante, mas, escrita em tabela, da direita para a esquerda, em conformidade com a escrita chinesa: Como explica o professor David E. Joyce, da Universidade Clark, em Massachusetts, nos Estados Unidos: os chineses conseguiam re-solver problemas como esse pelo uso de tabelas, sem usar as variáveis, e evitando frações. E como eles faziam isso? A ideia principal era multiplicar as linhas por um número, de tal forma que, subtraindo outra linha da que fosse multiplicada pelo número de vezes necessário, pelo menos duas casas fossem zera- das em cada linha. E por quê? Para dividir o valor maior pelo menor, tendo, assim, a quantidade de cada tipo de milho. A primeira casa a ser zerada era a primeira da segunda linha, e, depois, a primeira e a segunda casas da primeira linha. Na sequência, começavam a zerar pelo menos mais uma casa na segunda linha e duas na terceira. Chamemos cada coluna de saca A (SA), saca B (SB) e saca C (SC), e consideremos que, na saca A, calcularemos a quantidade de milho do tipo 1, na saca B, de milho do tipo 2, e na saca C, de milho do tipo 3. Observe como eles chegariam à solução desse problema, segundo consta no Fangsheng (apud JOYCE, David. Simultaneous linear equations. Disponível em: <http:// aleph0.clarku.edu/~djoyce/ma105/simultaneous.html>. Acesso em: dez. 2015): M2_EM_U2_BOOK_Professor.indb 19 18/03/16 14:09 20 | MATEMÁTICA | 2a SÉRIE | UNIDADE 2 | CAPÍTULO 4 SC − 4SB Sc Sb Sa 0 0 3 0 5 2 36 1 1 99 24 39 Eles pegavam a segunda coluna e multiplicavam por 3 (SB · 3) Sc Sb Sa 1 6 3 2 9 2 3 3 1 26 102 39 Depois, multiplicavam a terceira coluna por 2 e a subtraiam da segunda coluna (SB − 2SA) Sc Sb Sa 1 0 3 2 5 2 3 1 1 26 24 39 Multiplicavam a primeira coluna por 3 (SC · 3) Sc Sb Sa 3 0 3 6 5 2 9 1 1 78 24 39 Depois, subtraíam a primeira coluna da terceira (SC − SA) Sb Sa 0 3 5 2 1 1 24 39 Em seguida, multiplicavam a primeira coluna por 5 (SC · 5) Sb Sa 0 3 5 2 1 1 24 39 Para, então, multiplicar a segunda coluna por 4 e subtrair da primeira (SC − 4SB) Sb Sa 0 3 5 2 1 1 24 39 Sb 6 9 3 102 Depois, multiplicavam a terceira coluna por 2 e a subtraiam da segunda coluna (SB − 2SA) Sb 0 5 1 24 Sc 3 6 9 78 Depois, subtraíam a primeira coluna da terceira (SC − SA) Sc 0 4 8 39 Sc 0 20 40 195 Para, então, multiplicar a segunda coluna por 4 e subtrair da primeira (SC − 4SB) Sc 0 0 36 99 Observe que a primeira casa da segunda linha e a primeira e a segunda casas da primeira linha estão zeradas: M2_EM_U2_BOOK_Professor.indb 20 18/03/16 14:09 MATEMÁTICA | 2a SÉRIE | UNIDADE 2 | CAPÍTULO 4 | 21 Agora, eles procurariam zerar pelo menos duas casas em cada li- nha, semelhantemente ao que já teriam na primeira linha. E por quê? Porque eles precisavam zerar duas quantidades de milho para que, sobrando apenas uma, dividissem o total por essa única parte para saber sua quantidade. Na saca C, portanto, eles já saberiam que há , ou seja, de milho do tipo 3. Se a medida fosse qui- lograma, por exemplo, seriam 2,75 quilogramas de milho do tipo 3. Para achar a medida de milho do tipo 1 e do tipo 2, fariam: Quantidade de milho do tipo 3 da saca C = 99 : 36 Sc Sb Sa 0 0 3 0 5 2 4 1 1 11 24 39 SB · 4 Sc Sb Sa 0 0 3 0 20 2 4 4 1 11 96 39 SB − SC Sc Sb Sa 0 0 3 0 20 2 4 0 1 11 85 39 Quantidade de milho do tipo 2 da saca B = 85 : 20 Sc Sb Sa 0 0 3 0 4 2 4 0 1 11 17 39 SA · 4 Sc Sb Sa 0 0 12 0 4 8 4 0 4 11 17 156 SA − SC Sc Sb Sa 0 0 12 0 4 8 4 0 0 11 17 145 Sb 0 20 4 96 Sb 0 20 0 85 UNIDADE 2 Sa 12 8 4 156 Sa 12 8 0 145 0 0 0 0 4 17 4 11 M2_EM_U2_BOOK_Professor.indb 21 18/03/16 14:09 1 A B 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 A B Fonte de pesquisa: <www.invivo.fi ocruz.br/cgi/cgilua.exe/start. htm?infoid=982&sid=9>. Acesso em: dez. 2015. 22 | MATEMÁTICA | 2a SÉRIE | UNIDADE 2 | CAPÍTULO 4 SA − 2SB Sc Sb Sa 0 0 12 0 4 0 4 0 0 11 17 111 Quantidade de milho do tipo 1 da saca A = 111 : 12 Sc Sb Sa 0 0 12 0 4 0 4 0 0 11 17 111 Sa 12 0 0 111 12 111 0 0 Logo, em quilogramas, teríamos: 2,75 kg de milho do tipo 3; 4,25 kg de milho do tipo 2; 9,25 kg de milho do tipo 1. E por que essa estratégia chinesa de solução de cálculos como esse do milho nos interessa até hoje? Porque eles foram um dos primeiros povos a organizar em tabelas dados fornecidos por determinada situação. Hoje, organizar dados em tabelas, e mais, fazer planejamentos e previsões ba- seadas em cálculos de dados tabelados é absolutamente comum e até essencial em nosso dia a dia. E é sobre esses cálculos que podemos fazer hoje utilizando algo semelhante a uma tabela, matematicamente chama- dos de matrizes, que estudaremos a seguir. O uso de tabuleiros (tabelas) e varetas de bambu para representar os números era algo muito comum na China antiga, como podemos notar na fi gura a seguir. Nesse tipo de notação, para representar o número 321, usava-se a tabela A para representar o número 1, a tabela B para representar o número 2 e, novamente, a tabela A para representar o número 3. M2_EM_U2_BOOK_Professor.indb 22 18/03/16 14:09 MATEMÁTICA | 2a SÉRIE | UNIDADE 2 | CAPÍTULO 4 | 23 Portanto, a representação do número 321 será: Essa notação era representada em um tabuleiro, como mostra a figura a seguir: O algarismo zero era representado por um espaço vazio no tabuleiro. Na resolução de problemas que envolvessem sistemas lineares, os chineses também usavam o tabuleiro e as varetas de bambu. Portanto, não é de estranhar que o uso de tabelas para resolver os diversos problemas matemáticos tenha se iniciado na China. Da China para o Ocidente: de tabelas a matrizes Evidentemente, da estratégia chinesa de cálculo em tabelas até o desen- volvimento que hoje temos de cálculos em matrizes há uma história. Por volta de 1545, Girolamo Cardano, considerado o pai da teoria da probabilidade, passou a fazer uso de tabelas na resolução de problemas que apresentassem sistemas de duas equações lineares, como, por exem- plo, a soma das idades entre dois amigos ser igual a 20, e a diferença, igual a 13, ou seja, e . Mas foi apenas no Japão, em 1683, que o grande matemático japonês do século XVII, Takakazu Seki Kowa (1642-1708) escreveu o manuscrito Kai Fukudai no Ho (Método de solução de questões secretas), expondo soluções de equações e problemas por meio de métodos matriciais. Ou seja, da mesma forma que os chineses, Seki Kowa fez uso de tabuleiros (tabelas) para a resolução de tais proble- mas. Para uma equação do primeiro grau, a representação em forma de tabela usada por ele ficou da seguinte forma: M2_EM_U2_BOOK_Professor.indb 23 18/03/16 14:09 24 | MATEMÁTICA | 2a SÉRIE | UNIDADE 2 | CAPÍTULO 4 Para Kowa, um sistema com duas equações do primeiro grau seria repre- sentado da seguinte forma: Em seu manuscrito, Kowa também apresentou sistemas de três equações, como pode ser visto a seguir: Kowa representava sistemas de três equações por uma tabela como a seguinte: Até aqui, não há muita diferença do que já vimos que os chineses conseguiam fazer, certo? Mas o interessante é que, não apenas como Girolamo Cardano, Kowa já via nas tabelas uma representação para sistemas matemáticos envolvendo incóg- nitas (sistemas lineares) e o trabalho de Kowa não parou na representação em tabela de sistemas de até três equações lineares. Em seus manuscritos, Kowa tam- bém representou, em forma de tabela, um sistema de quatro e de cinco equações, do terceiro e quarto graus, respectivamente. Além disso, ele desenvolveu um sistema de notação para representar, também em tabe- la, os coeficientes de um sistema de quatro equações, como podemos notar em seguida: Essa seria a representação de Kowa, em tabela, para um sistema linear do tipo: Enquanto o matemático japonês desenvolveu sua teoria para até 5 equações e 4 incógnitas, os estudos do matemático alemão Gottfried Wilhelm von Leibniz (1646-1716), que apresentou resulta- dos muito próximos dos de Kowa, visavam a resolução de sistemas lineares formados por equações e incógnitas, que só seriam, contudo, formalmente alcançadospor outro matemático, Augustin-Louis Cauchy (1789-1857). M2_EM_U2_BOOK_Professor.indb 24 18/03/16 14:09 MATEMÁTICA | 2a SÉRIE | UNIDADE 2 | CAPÍTULO 4 | 25 Em 1812, Cauchy publicou um artigo em que tomou elementos, chamou-os de , , , ... e realizou o produto desses números por todas as diferenças possíveis entre eles, ficando da seguinte forma: Representando em forma “tabelada”, tivemos: Embora Cauchy tenha chegado à primeira representação em tabela de um sistema de equações , a representação de cada elemento de uma matriz por uma notação posicional, que localizava e determina- va cada elemento na tabela (matriz), deve-se a Leibniz. Na notação de Leibniz, torna possível localizar o elemento da matriz que está na primeira linha e na primeira coluna, enquanto , o elemento que está na segunda linha e na primeira coluna, e , o elemento que está na primeira linha e na segunda coluna. Na matriz: Observe, então, que corresponde ao elemento 7; corresponde ao elemento 8, e assim por diante. O artigo de Cauchy foi bem além de apresentar a pro- posta em tabela para um sistema de equações . Ele chegou ao conceito de determinante, assunto que estuda- remos em nosso próximo capítulo, e organizou a tabela de , da forma como a fez, considerando a notação de Leibniz e a lógica a seguir. Se: fazendo a distributiva, temos: M2_EM_U2_BOOK_Professor.indb 25 18/03/16 14:09 26 | MATEMÁTICA | 2a SÉRIE | UNIDADE 2 | CAPÍTULO 4 que ele propôs escrever da seguinte forma: Essas quatro quantidades ( ) seriam dispostas da seguinte maneira por Cauchy: Para Cauchy, essa tabela formava um “sistema simétrico de ordem 4”. Tomando a matriz apresentada no exemplo dado, ele defi niu os termos e , ou seja, e , como termos conjugados. Os termos onde = , como, por exemplo, os termos e , como termos autoconjugados. Ao produto dos termos autoconjugados, Cauchy chamou, simplesmente, de produto principal. A teoria das matrizes Até por volta do início do século XVII, o uso de tabelas era visto como uma ferramenta de auxílio para o desenvolvi- mento de outros estudos matemáticos, como os determinantes e sistemas lineares, o cálculo diferencial e integral, os sistemas de equações diferenciais e o estudo das formas quadráticas. Mas será que algo impedia o apa- recimento e desenvolvimento da teoria de matrizes? Na história da matemática, sempre se acreditou que de- terminadas propriedades deveriam ser respeitadas e que funcionavam como leis universais. Tanto na geometria co- mo na álgebra, tais propriedades eram imutáveis e não passíveis de alteração. Esse fato fez com que muitos temas não fossem abordados com a devida profundidade, e um desses temas foram justamente as matrizes. Acreditava-se, na época, que a alteração de ordem em um produto não alterava seu resultado, como, por exem- plo, 2 · 3 = 3 · 2, propriedade essa denominada comutativa. Sabia-se que as matrizes não obedeciam tal propriedade, pois, ao alterar a ordem em um produto de tabelas, seus re- sultados eram, geralmente, diferentes. como dar atenção a um assunto em que a propriedade comutativa não valia? M2_EM_U2_BOOK_Professor.indb 26 18/03/16 14:09 MATEMÁTICA | 2a SÉRIE | UNIDADE 2 | CAPÍTULO 4 | 27 Então, por volta de 1829, o matemático Lobachevsky, e em 1832, o matemáti- co Bolyai perceberam a existência de uma nova geometria, que dependia de que nem todos os postulados de Euclides fossem respeitados. O mesmo fato ocorreu com a álgebra, por volta do início do século XIX, sobretudo com trabalhos do ma- temático William Rowan Hamilton (1805-1865), em 1843. Uma nova álgebra estava surgindo, a álgebra não comutativa, na qual o produto dos termos nem sempre seria igual ao produto . Nesse contexto, tivemos o desenvolvimento de mais uma álgebra não comu- tativa, a álgebra das matrizes, finalmente oficializada e teorizada em 1855 pelo importante matemático inglês Arthur Cayley (1821-1895). Atualmente, a forma de representação dos elementos de uma matriz se dá de modo muito parecido com a que Cayley utilizou em seus estudos. Hoje, uma matriz tem a seguinte representação: Atribuímos uma letra maiúscula para a matriz e uma letra minúscula cor- respondente para cada um dos elementos que compõem a matriz, seguida de dois números subscritos que correspondem à linha e à coluna de localiza- ção do respectivo elemento. É importante salientarmos que, nos dias atuais, quando temos uma matriz do tipo representado a seguir, denominamos essa matriz de matriz coluna. A matriz coluna, normalmente, representa uma equação do primeiro grau, como: . Já uma equação do primeiro grau do tipo seria, hoje, representada mais comu- mente por uma matriz linha, como podemos notar a seguir. Já um sistema linear do tipo: teria uma matriz como a indicada a seguir, denominada matriz quadrada. M2_EM_U2_BOOK_Professor.indb 27 18/03/16 14:09 Matriz coluna Matriz linha Matriz quadrada número de linhas igual ao número de colunas Diagonal secundária de uma matriz 3 linhas e 3 colunas 28 | MATEMÁTICA | 2a SÉRIE | UNIDADE 2 | CAPÍTULO 4 E um sistema linear do tipo seria escrito em forma de matriz da forma a seguir representada. Essa forma é denomidada matriz quadrada de ordem 3. Portanto, sistematizando alguns conhecimentos sobre matrizes até o momento, temos: Observação: O exemplo apresentado é o que chamamos de matriz quadrada 2 por 2 ou matriz quadrada de ordem 2, pois apresenta o mesmo número de linhas e de colunas (2). Matriz quadrada de ordem 3 Já o que Cauchy chamou de termos conjugados ( e ), ou seja, os termos e , são, em uma matriz, sua diagonal secundária. M2_EM_U2_BOOK_Professor.indb 28 18/03/16 14:09 Diagonal principal de uma matriz MATEMÁTICA | 2a SÉRIE | UNIDADE 2 | CAPÍTULO 4 | 29 E o que Cauchy chamou de produto princi- pal (o produto dos termos autoconjugados), importante para o cálculo do determinante, hoje, chamamos de produtos dos termos da diagonal principal. Os termos que Cauchy chamou de autocon- jugados ( , onde = ), como, por exemplo, os termos e são, hoje, em uma matriz, sua diagonal principal. Vamos, agora, treinar um pouco os conceitos vistos até aqui. EXERCÍCIO RESOLVIDO 1 Dê o número de linhas e de colunas em cada uma das matrizes a seguir: a. b. c. 1 linha e 3 colunas 2 linhas e 1 coluna 2 linhas e 3 colunas EXERCÍCIO RESOLVIDO 2 Dada a matriz a seguir, determine o valor de cada um dos elementos que se pede: M2_EM_U2_BOOK_Professor.indb 29 18/03/16 14:09 30 | MATEMÁTICA | 2a SÉRIE | UNIDADE 2 | CAPÍTULO 4 Resolução Antes de mais nada, devemos observar que a matriz apresenta quatro linhas e cinco colunas, ou seja, é uma matriz 4 × 5. Representando essa matriz e seus elementos, temos: a. b. c. d. e. f. g. h. i. Portanto: = Observe que este elemento se re- fere à quinta linha e à quarta coluna, mas a matriz apresentada tem apenas quatro linhas. Portanto, esse elemento não existe. EXERCÍCIO RESOLVIDO 3 Apresente a matriz C a seguir, sendo dada sua lei de formação: Resolução O que foi dado neste exemplo é uma expressão, , que vai gerar cada elemento da matriz, dependendo dos valores de e de . Observe que a matriz é , ou seja, apresenta duas linhas e três colunas. Vejamos sua apresentação. M2_EM_U2_BOOK_Professor.indb 30 18/03/16 14:09 MATEMÁTICA | 2a SÉRIE | UNIDADE 2 | CAPÍTULO 4 | 31 Logo, nossa matriz C será: Vamos, com o uso da expressão fornecida, calcular o valor de cada um dos elementos dessa matriz: 1. Relacione a primeira coluna com a segunda. ( ) Matriz coluna com duas linhas ( ) Matriz com três linhas e duas colunas ( ) Matriz linha com duas colunas ( ) Matriz com duas linhas e três colunas a. b. c. d. 2. Dada a matriz a seguir, determine ca-da um dos elementos que se pede: Asequência correta é c – d – a – b. M2_EM_U2_BOOK_Professor.indb 31 18/03/16 14:09 32 | MATEMÁTICA | 2a SÉRIE | UNIDADE 2 | CAPÍTULO 4 a. b. c. d. e. f. g. h. i. 3. Dada a lei de formação em cada item, apresente cada uma das matrizes a seguir: Resolva as questões 152 a 158 e 188 a 191 do Caderno de Atividades. a. b. c. d. e. 5 3 2 -1 6 0 5 6 não existe M2_EM_U2_BOOK_Professor.indb 32 18/03/16 14:09 MATEMÁTICA | 2a SÉRIE | UNIDADE 2 | CAPÍTULO 4 | 33 Definição e propriedades das matrizes Embora em 1858 Arthur Cayley tenha publicado a obra Memoir on the Theory of Matrices, expondo, de forma abrangente, a teoria de matrizes desenvolvida até o momento, e ficando, dessa forma, conhecido como o pai da teoria das matrizes, foi o matemático inglês James Joseph Sylvester (1814-1897) quem utilizou o ter- mo pela primeira vez, por volta de 1850, para se referir a tabelas que representavam coeficientes de sistemas lineares. CONCEITO Matrizes são tabelas retangulares, delimitadas por parênteses, colchetes ou barras, com dados organizados em linhas e colunas. Os dados correspondem a elementos de determinado conjunto, especificado ou subentendido. Geralmente são números, inteiros, reais ou complexos, mas também podem ser relacionados a expressões polinomiais ou de outro tipo. CLAPHAM, Christopher; NICHOLSON, James. Concise dictionary of mathematics. Oxford, [s.d], p. 506. Tradução feita para esta obra. Na verdade, muito do que temos até hoje sobre matrizes, suas proprieda- des e conceitos, foi fruto das contribuições de Arthur Cayley e Sylvester. De forma resumida, vejamos alguns pontos importantes da teoria das matrizes desenvolvida por Sylvester e Cayley e aprimorada por outros matemáticos em anos posteriores. Ordem da matriz Dada uma matriz de ordem , ou seja, linhas e colunas, chamamos de diagonal principal, como vimos, o conjunto de elementos que apre- sentam os mesmos índices, ou seja, todo o elemento , com = . Na matriz , os elementos da diagonal principal são 1 ( ), 5 ( ) e 9 ( ). A quantida- de de elementos da diagonal principal de uma matriz determina sua ordem. Dessa forma, a matriz é de ordem 3. M2_EM_U2_BOOK_Professor.indb 33 18/03/16 14:09 34 | MATEMÁTICA | 2a SÉRIE | UNIDADE 2 | CAPÍTULO 4 Vimos, também, que chamamos de diagonal secundária o conjun- to de elementos que apresentam índices conjugados, e . A soma dos índices da diagonal secundária de uma matriz resultará na ordem da matriz acrescida de uma unidade. Na matriz , a soma dos índices dos elementos da matriz diagonal, (correspon- dentes a 7, 5 e 3, respectivamente), é igual a 4, ou seja, a ordem da matriz (3) somada de uma unidade. Matematicamente: Matriz triangular superior Uma matriz será triangular superior quando os ele- mentos abaixo da diagonal principal forem todos nulos e pelo menos um elemento acima da diagonal principal for diferente de zero. Exemplo: Matriz triangular inferior Uma matriz será triangular inferior quando os elemen- tos acima da diagonal principal forem todos nulos e pelo menos um elemento abaixo da diagonal princi- pal for diferente de zero. Exemplo: M2_EM_U2_BOOK_Professor.indb 34 18/03/16 14:09 MATEMÁTICA | 2a SÉRIE | UNIDADE 2 | CAPÍTULO 4 | 35 Matriz diagonal Chamamos de matriz diagonal a matriz em que pelo menos um elemento do tipo , com , for diferente de zero e todos os demais elementos do tipo , com , forem nulos. Exemplo: Matriz escalar É uma matriz diagonal em que todos os elementos da diagonal principal são iguais. Exemplos: Observe que os elementos e , com , devem ser dife- rentes de zero, caso contrário, teríamos uma matriz nula e não uma matriz diagonal. Matriz real É toda a matriz que apresenta seus elementos pertencentes ao conjunto dos números reais, ou seja, , com , ℕ. Exemplo: M2_EM_U2_BOOK_Professor.indb 35 18/03/16 14:09 36 | MATEMÁTICA | 2a SÉRIE | UNIDADE 2 | CAPÍTULO 4 Traço de uma matriz Podemos definir traço de uma matriz como a soma dos elementos da diagonal principal. Vejamos um exemplo: Seja a matriz e a matriz Nos exemplos dados, teríamos: Vejamos algumas propriedades muito interessantes a res- peito do traço de matrizes: 1. Podemos representar o traço da matriz como 2. 3. 4. 5. Para qualquer constante , temos Em Matemática, quando queremos expressar uma soma de modo resumido, utilizamos o símbolo . Por exemplo: Podemos ler assim: o somatório de para , variando de 1 a 9. Matriz identidade Matriz identidade é uma matriz em que todos os elementos da diagonal principal são iguais a 1. É representada pela le- tra maiúscula I. Exemplos: M2_EM_U2_BOOK_Professor.indb 36 18/03/16 14:09 MATEMÁTICA | 2a SÉRIE | UNIDADE 2 | CAPÍTULO 4 | 37 Matriz nula Uma matriz qualquer que apresenta todos os seus elementos nulos é chamada de matriz nula. São exemplos de matriz nula, dessa forma, Observe que a matriz identidade deve, obrigatoriamente, ser qua- drada (o número de linhas deve ser igual ao número de colunas). O matemático alemão Leopold Kronecker (1823-1891) deu uma importante contribuição para a teoria das matrizes. Kronecker, desenvolvendo novos conceitos no estudo dos determinantes, definiu matriz identidade da seguinte forma: onde é chamado símbolo de Kronecker e se define da seguinte forma: Como exemplo, apresentamos a matriz identidade a seguir: Quando não houver dúvidas sobre a ordem da matriz nula, poderemos omitir o índice: M2_EM_U2_BOOK_Professor.indb 37 18/03/16 14:09 38 | MATEMÁTICA | 2a SÉRIE | UNIDADE 2 | CAPÍTULO 4 1. Faça a relação da primeira com a segunda coluna. a. Matriz linha b. Matriz coluna c. Matriz triangular inferior d. Matriz triangular superior e. Matriz diagonal f. Matriz escalar g. Matriz identidade h. Matriz retangular i. Matriz quadrada j. Matriz nula ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) I E D B A G J C F H M2_EM_U2_BOOK_Professor.indb 38 18/03/16 14:09 MATEMÁTICA | 2a SÉRIE | UNIDADE 2 | CAPÍTULO 4 | 39 Transposta de uma matriz Seja dada uma matriz com linhas e colunas, ou seja, . Para determinarmos a matriz , transposta de , devemos ter cada coluna de A transformada em li- nha da matriz . Com isso, a primeira coluna de A será a primeira linha de e assim por diante. Devemos ressaltar que se é , sua transposta será e todo o elemento de será elemento de (as posições de linha e coluna ficam invertidas). Vejamos um exemplo para entendermos melhor: Determine a transposta da matriz a seguir. Para determinarmos a matriz transposta de , basta pegarmos cada uma das colunas dessa matriz e trans- formá-las em linhas. Portanto, a primeira coluna de será a primeira linha de . Feito isso, devemos pegar a segunda coluna de , que será, agora, a segunda linha de . O mesmo acontecendo com a terceira coluna de A, que será, agora, a terceira linha da matriz transposta. igualdade entre matrizes Duas matrizes são ditas iguais quando os elementos que estão na mesma posição da tabela forem iguais. Então, o elemento de uma matriz A deve ser igual ao elemento de outra matriz, chamada . Observe, portanto, que, para haver a igualdade de matrizes, elas, obri- gatoriamente, devem ter o mesmo número de linhas e de colunas. M2_EM_U2_BOOK_Professor.indb 39 18/03/16 14:09 40 | MATEMÁTICA | 2a SÉRIE | UNIDADE 2 | CAPÍTULO 4 EXERCÍCIO RESOLVIDO 1 Determine os valores de , , e para que as matrizes e sejam iguais. Resolução Como devemos ter elementos na mesma posi- ção das duas matrizes iguais, concluímos que: ou seja: EXERCÍCIO RESOLVIDO 2 Determine os valores de , , e para que a igualdade entre as matrizes a seguir se verifique. Resolução Temos:Portanto: EXERCÍCIO RESOLVIDO 3 Determine os valores de , , e na igualdade a seguir: M2_EM_U2_BOOK_Professor.indb 40 18/03/16 14:09 MATEMÁTICA | 2a SÉRIE | UNIDADE 2 | CAPÍTULO 4 | 41 Resolução Temos: Portanto: Matriz simétrica e matriz antissimétrica (ou hemissimétrica) A matriz será chamada de simétrica quando sua matriz transposta for igual à matriz inicial, ou seja: Note que, nesse caso, temos que como condição de simetria. Observe o exemplo a seguir. Determine os valores de e para que a matriz a seguir seja simétrica. Os elementos e devem ser iguais para que a matriz dada seja simétrica, o mesmo deve ocorrer com os elementos e . Logo: M2_EM_U2_BOOK_Professor.indb 41 18/03/16 14:09 42 | MATEMÁTICA | 2a SÉRIE | UNIDADE 2 | CAPÍTULO 4 Observe que, para classificarmos uma matriz como simétrica, ela deve ser quadrada. Por outro lado, se ocorrer que , temos o que chamamos de matriz antissimé- trica ou hemissimétrica. Note que, para atender a essa condição, obrigatoriamente, se . EXERCÍCIO RESOLVIDO Determine os valores de , , , , e para que a matriz a seguir seja antissimétrica. Resolução Nesse caso, devemos determinar a transposta dessa matriz e obter seu oposto, ou seja: e, com isso, vem que: Como devemos ter , temos: de onde vem que: Observe que todos os elementos com são nulos. M2_EM_U2_BOOK_Professor.indb 42 18/03/16 14:09 MATEMÁTICA | 2a SÉRIE | UNIDADE 2 | CAPÍTULO 4 | 43 Vejamos, ainda, duas propriedades de matrizes simétricas muito interessantes: 1. Se a matriz for simétrica, então também será simétrica. 2. Se a matriz for antissimétrica, então também será antissimétrica. A ideia de matriz simétrica já existia desde o século XVII com a obra Elementa Curvarum Linearum, do matemático holandês Jan de Witt (1629-1672), de 1660, em que ele apresentou estudos referentes à diagonalização de uma matriz simétrica. 1. Determine o valor de e para que a igualdade seja verdadeira. a. b. 2. Determine a transposta da matriz . M2_EM_U2_BOOK_Professor.indb 43 18/03/16 14:09 44 | MATEMÁTICA | 2a SÉRIE | UNIDADE 2 | CAPÍTULO 4 3. Verifique se as matrizes a seguir são simétricas. a. b. c. a. b. c. 4. Verifique se as matrizes a seguir são antissimétricas. Resolva as questões 159 a 167 e 192 do Caderno de Atividades. Operação com matrizes Como as tabelas eram compostas de números reais, era natural que se desenvolvessem métodos para operar com tais tabelas. Essas operações tiveram início com o produto entre matrizes, que era o ponto conflitante com todo o pensamento algébrico então existente. Cauchy chegou a propor o teorema da multiplicação pa- ra matrizes, mas ele não definiu o produto de matrizes. Essa definição apareceu somente após 1853, com Cayley. a) sim b) sim c) não a) sim b) sim c) não M2_EM_U2_BOOK_Professor.indb 44 18/03/16 14:09 MATEMÁTICA | 2a SÉRIE | UNIDADE 2 | CAPÍTULO 4 | 45 Produto de matrizes Das quatro operações básicas que conhecemos (adição, subtração, multiplicação e divisão) entre matrizes, a multiplicação foi a primeira a ser defi nida por Cayley. Ele percebeu que, no produto de duas matrizes, quando trocada a ordem delas, resultaria quase sempre em tabelas diferentes, daí esta álgebra ser chamada de não comutativa. Logo, em matrizes, geralmente . Quando aconte- cer de , diremos que as matrizes e comutam. Em seus estudos, Cayley chegou em um produto de matrizes como observaremos a seguir: Para obter , foi feito: Para obtermos , será feito: Continuando, teríamos: Segunda linha Primeira coluna Primeiro elemento da segunda linha M2_EM_U2_BOOK_Professor.indb 45 18/03/16 14:09 46 | MATEMÁTICA | 2a SÉRIE | UNIDADE 2 | CAPÍTULO 4 Dos estudos de Cayley, sabemos que, para realizar uma multipli- cação entre matrizes, o número de colunas da primeira matriz de um produto tem de ser numericamente igual ao número de linhas da segunda matriz desse mesmo produto, ou seja: 1a matriz 2a matriz Se o número de colunas da primeira matriz não for igual ao núme- ro de linhas da segunda matriz, não é possível efetuar seu produto. Note, também, que o resultado do produto de duas matrizes sem- pre será uma matriz que tem o mesmo número de linhas da primeira matriz e o mesmo número de colunas da segunda, ou seja: Matriz idempotente O produto de matrizes resulta em outra matriz. Mas há um caso em que o produto de matrizes resulta na própria matriz, é o caso da ma- triz idempotente: toda a matriz quadrada A, em que o produto dessa matriz por ela mesma resulta na própria matriz, ou seja: Exemplo: A matriz é um exemplo de matriz idempotente, pois M2_EM_U2_BOOK_Professor.indb 46 18/03/16 14:09 MATEMÁTICA | 2a SÉRIE | UNIDADE 2 | CAPÍTULO 4 | 47 Propriedades do produto de matrizes A multiplicação de matrizes é distributiva à direita e à esquerda em relação à adição: temos . Também é possível observarmos a propriedade associativa em operações de multiplicação em matrizes, ou seja, se tivermos as matrizes , e , temos . Temos sempre que , sendo um número qualquer. No produto de matrizes, o elemento neutro é aquele que, ao multiplicar a matriz por ele, o resultado é a própria matriz. Logo, no produto de matrizes, o elemento neutro é matriz identidade. Vejamos, a seguir, algumas propriedades do produto de matrizes. EXERCÍCIO RESOLVIDO 1 Sendo , determine o valor de . Resolução M2_EM_U2_BOOK_Professor.indb 47 18/03/16 14:09 48 | MATEMÁTICA | 2a SÉRIE | UNIDADE 2 | CAPÍTULO 4 Então EXERCÍCIO RESOLVIDO 2 Dadas as matrizes e , determine: a. O valor de . Resolução b. O valor de . Resolução c. O valor de . Resolução M2_EM_U2_BOOK_Professor.indb 48 18/03/16 14:09 MATEMÁTICA | 2a SÉRIE | UNIDADE 2 | CAPÍTULO 4 | 49 EXERCÍCIO RESOLVIDO 3 Dada a matriz , calcule . Resolução EXERCÍCIO RESOLVIDO 4 Verifique que se e , então , ou seja, mostre que as matrizes e não comutam. Resolução 1. Dados , e , mostre que . M2_EM_U2_BOOK_Professor.indb 49 18/03/16 14:09 50 | MATEMÁTICA | 2a SÉRIE | UNIDADE 2 | CAPÍTULO 4 2. Sendo , calcule: a. b. 3. Determine o produto das matrizes a seguir, quando possível. a. b. c. d. M2_EM_U2_BOOK_Professor.indb 50 18/03/16 14:09 MATEMÁTICA | 2a SÉRIE | UNIDADE 2 | CAPÍTULO 4 | 51 4. Dadas as matrizes e , determine: Resolva a questão 193 do Caderno de Atividades. a. b. c. Adição de matrizes Dadas duas matrizes, podemos efetuar sua adição pela soma dos elementos que se encontram na mesma posição de cada uma das matrizes. Observe: Chamando , temos: Vejamos algumas propriedades da adição de matrizes. M2_EM_U2_BOOK_Professor.indb 51 18/03/16 14:09 52 | MATEMÁTICA | 2a SÉRIE | UNIDADE 2 | CAPÍTULO 4 Propriedades da adição de matrizes Se tivermos três matrizes , e , então te- mos . Essa é a propriedade associativa da adição. Pela propriedade comutativa, sabemos que . Na adição de matrizes, o elemento neutro é aquele que, somando a matriz por ele, o re- sultado obtido é a própria matriz. Logo, na adição de matrizes, o elemento neutro é a matriz nula. EXERCÍCIO RESOLVIDO 1 Dada a matriz , calcule o valor de . Resolução Temos que: Logo: EXERCÍCIO RESOLVIDO 2 Dados , e , mostre que . M2_EM_U2_BOOK_Professor.indb 52 18/03/16 14:09 MATEMÁTICA | 2a SÉRIE | UNIDADE 2 | CAPÍTULO 4 | 53 Resolução EXERCÍCIO RESOLVIDO 3 Dada a matriz e sendo e , mostre que vale a igualdade . Resolução Temos: M2_EM_U2_BOOK_Professor.indb 53 18/03/16 14:09 54 | MATEMÁTICA | 2a SÉRIE | UNIDADE 2 | CAPÍTULO 4 EXERCÍCIO RESOLVIDO 4 Dados e mostre que A + B = B + A. Resolução EXERCÍCIORESOLVIDO 5 Sendo e duas matrizes quadradas de ordem , coloque V para verdadeiro e F para falso. a. ( ) Resolução Verdadeiro Como não sabemos se as matrizes e comutam, não podemos di- zer que , e portanto, . b. ( ) Resolução Falso Não sabemos se as matrizes e comutam. Portanto, . A + B = + = = A + B = B + A= B + A = + = = Logo: M2_EM_U2_BOOK_Professor.indb 54 18/03/16 14:09 MATEMÁTICA | 2a SÉRIE | UNIDADE 2 | CAPÍTULO 4 | 55 Multiplicação de um escalar (número) por uma matriz Se for um número real qualquer, definimos o produto de por uma matriz qualquer como o produto de por todos os elementos da matriz . Aqui, também temos propriedades muito importantes que devemos observar. Propriedades do produto de um escalar por uma matriz Sejam e dois escalares (números) quais- quer em e e , duas matrizes quaisquer. Temos: EXERCÍCIO RESOLVIDO Se e , calcule . Resolução Subtração de matrizes Podemos entender a subtração de duas matrizes e como a soma da matriz pelo oposto da matriz . Para entendermos como ocorre a subtração de matrizes, devemos, então, definir o conceito de matriz oposta. M2_EM_U2_BOOK_Professor.indb 55 18/03/16 14:09 56 | MATEMÁTICA | 2a SÉRIE | UNIDADE 2 | CAPÍTULO 4 Matriz oposta A matriz oposta de é a matriz obtida pelo produto do escalar –1 pela própria matriz . Seja, então, a matriz , obtemos a matriz , oposta de , simplesmente multiplicando cada um dos elementos de por –1. Sua matriz oposta será, portanto: . Devemos notar que da soma da matriz com sua oposta resulta em uma matriz nula. EXERCÍCIO RESOLVIDO Sabendo que e , calcule . Resolução Temos: Portanto, teremos: 1. Sabendo que e , calcule o valor de . M2_EM_U2_BOOK_Professor.indb 56 18/03/16 14:10 MATEMÁTICA | 2a SÉRIE | UNIDADE 2 | CAPÍTULO 4 | 57 2. Dadas as matrizes e , determine o valor de . Resolva as questões 168 a 175 e 194 a 210 do Caderno de Atividades. Matriz inversível (ou não singular) A inversa de uma matriz , que denominaremos , é a matriz obtida de que obedece à seguinte definição: Ou seja, o produto da matriz (de ordem ) pela sua inversa (também de ordem ) é igual à matriz identidade (de ordem ). Principais propriedades das matrizes inversíveis A inversa da matriz inversa é a própria matriz: M2_EM_U2_BOOK_Professor.indb 57 18/03/16 14:10 58 | MATEMÁTICA | 2a SÉRIE | UNIDADE 2 | CAPÍTULO 4 O cálculo da inversa de uma matriz é dado pela expressão . Esta é uma forma bem mais simples de cálculo da inversa de uma matriz 2×2. No próximo capítulo, que será o estudo dos determinan- tes, explicaremos o porquê de o denominador ser . Se as matrizes e forem quadradas de mesma ordem e inversíveis, então temos . A inversa do produto de duas matrizes é igual ao produto das inversas de cada matriz com os fatores trocados, ou seja: . A inversa da transposta é igual à transposta da inversa: . PROPRIEDADES DA MATRIZ TRANSPOSTA E A MATRIZ ORTOGONAL A matriz transposta tem algumas propriedades, como: • A transposta da transposta é igual à própria matriz. Em uma linguagem mais matemática: • A transposta da soma de duas matrizes é igual à soma das transpostas de cada uma. Ou seja: • A transposta do produto de duas matrizes e será igual ao produto da transposta de pela transposta de . Observe atentamente a ordem em que os produtos são efetuados. No primeiro membro, temos e, no segundo, . Da mesma forma, se tivéssemos , isso seria igual a e assim por diante. • A transposta do produto de um escalar por uma matriz é igual ao produto desse mesmo escalar pela transposta de . Matematicamente falando: M2_EM_U2_BOOK_Professor.indb 58 18/03/16 14:10 MATEMÁTICA | 2a SÉRIE | UNIDADE 2 | CAPÍTULO 4 | 59 Uma matriz A é dita matriz ortogonal quando a inversa da matriz transposta de é igual à própria matriz . De forma mais matemática, temos: De outro modo, podemos perceber que é o mesmo que dizer: onde n é a ordem da matriz identidade ou da matriz A. Vejamos um exemplo: Verifique se a matriz é ortogonal. Poderíamos utilizar qualquer uma das definições vistas anteriormente. Vamos fazer pela segunda definição. Temos: Portanto, a matriz apresentada é ortogonal. EXERCÍCIO RESOLVIDO 1 Determine a inversa da matriz a seguir, se possível. Resolução Em primeiro lugar, é interessante notar que o exemplo solicitou calcular a inversa da matriz dada “se possível”. Apenas para explicar, sem a intenção de nos aprofundarmos no tema nesse momento, nem toda a matriz admi- te inversa. Para uma matriz 2×2 admitir inversa, o produto dos elementos da diagonal principal subtraído do produto dos elementos da diagonal se- cundária deve dar um número diferente de zero. M2_EM_U2_BOOK_Professor.indb 59 18/03/16 14:10 60 | MATEMÁTICA | 2a SÉRIE | UNIDADE 2 | CAPÍTULO 4 Em nosso exemplo, temos: Observe que , que é diferente de zero. Portanto, a matriz é dita inversível (ou não singular). Seja Pela definição, temos: Pelo processo de multiplicação de matrizes, temos: E pela igualdade entre eles, vem que: que podemos dividir em dois sistemas: Resolvendo, vem que: Como , temos: Como , vem que: Portanto, a matriz inversa será: M2_EM_U2_BOOK_Professor.indb 60 18/03/16 14:10 MATEMÁTICA | 2a SÉRIE | UNIDADE 2 | CAPÍTULO 4 | 61 EXERCÍCIO RESOLVIDO 2 No exemplo anterior, calculamos a inversa da matriz e encontramos a matriz . Agora, vamos calcular a inversa da matriz como se ela fosse nossa matriz . Resolução Temos por definição que: onde a matriz é nossa inversa da matriz inversa. Desenvolvendo, temos: De onde extraímos as seguintes equações: ou seja: Resolvendo o primeiro sistema, temos: Da segunda equação, vem que M2_EM_U2_BOOK_Professor.indb 61 18/03/16 14:10 62 | MATEMÁTICA | 2a SÉRIE | UNIDADE 2 | CAPÍTULO 4 Substituindo na primeira equação, temos: Substituindo na primeira equação, temos que . Resolvendo, agora, o segundo sistema da mesma forma que o primeiro, temos: Da segunda equação, vem que Substituindo na primeira equação, temos: Substituindo na primeira equação, temos que . Ou seja, encontramos para a inversa da matriz inversa: como apresenta a defi nição. EXERCÍCIO RESOLVIDO 3 Vamos determinar a inversa da matriz pela expressão Resolução Temos: exatamente como calculamos anteriormente. . M2_EM_U2_BOOK_Professor.indb 62 18/03/16 14:10 MATEMÁTICA | 2a SÉRIE | UNIDADE 2 | CAPÍTULO 4 | 63 EXERCÍCIO RESOLVIDO 4 Mostre a validade da propriedade anterior no caso de Resolução Vamos resolver o primeiro membro da igualdade. Agora, resolvemos o segundo membro. e, fazendo o produto, vem que: Observe que o resultado foi igual ao anterior, mostrando que . e M2_EM_U2_BOOK_Professor.indb 63 18/03/16 14:10 64 | MATEMÁTICA | 2a SÉRIE | UNIDADE 2 | CAPÍTULO 4 EXERCÍCIO RESOLVIDO 5 Verifique a igualdade para . Resolução Como já determinamos a inversa dessa matriz, temos: Desenvolvendo, agora, o segundo membro da igualdade apresentada, temos: E como podemos verificar, os dois resultados são iguais. 1. Determine se as matrizes a seguir são inversíveis: -3 (inversível) 1 (inversível) 0 (não inversível) 0 (não inversível) M2_EM_U2_BOOK_Professor.indb 64 18/03/16 14:10 MATEMÁTICA | 2a SÉRIE | UNIDADE 2 | CAPÍTULO 4 | 65 2. Aplicando a definição de matriz inversa, determine a inversa das matrizes a seguir: 3. Determine a transposta das seguintes matrizes: a. b. (não inversível) M2_EM_U2_BOOK_Professor.indb 65 18/03/16 14:10 66 | MATEMÁTICA | 2a SÉRIE | UNIDADE 2 | CAPÍTULO 4 Número de samambaias por quadrante Número de quadrantes 4. (UEL 2015) Uma reserva florestal foi dividida em qua-drantes de 1 m² de área cada
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