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1 CONJUNTOS É um conceito primitivo e portanto não definimos o que é um conjunto. Para efeito didáticos, um conjunto é descrito como uma coleção de objetos bem definidos. Estes objetos são chamados de elementos ou membros do conjunto. Os objetos podem ser qualquer coisa: números, pessoas, outros conjuntos, etc. Exemplos: a) conjunto dos inteiros. b) conjunto das vogais É trivial dar nomes aos conjuntos usando letras maiúsculas (A,B,C,D etc.) e representar elementos pelas letras minúsculas (a,b,c,d etc.) A teoria dos conjuntos esta fundamentada em axiomas, ou seja, é uma teoria axiomatizada que se baseia em noções aceitas como verdadeiras sem que haja a necessidade da apresentação de uma demonstração. Os axiomas da Teoria dos Conjuntos são: I. A noção de conjunto; II. A noção de elemento de um conjunto; III. A relação de pertinência entre elemento e conjunto. 1.2 REPRESENTAÇÃO DE CONJUNTOS Para representar um conjunto utilizamos 3 formas distintas, todos sempre com uma letra maiúscula do alfabeto. 1.2.1 Enumeração ou Tabular Na forma tabular, usa-se ponto e vírgula na separação de números decimais, como no exemplo a, pois a vírgula poderia ser confundida com a vírgula que separa as casa decimais de cada número. A= {1,5; 2,4; 4,9; 1,6} Exemplos: a) Se A= Conjunto dos números pares inteiros maiores do que 8 e menores do que 22, então A= {10; 12,14; 16,18; 20} b) Conjunto B dos meses com menos de 31 dias: B = {fevereiro, abril, junho, setembro, novembro}; Obs: Na representação por extensão cada elemento deve ser escrito apenas uma vez; http://pt.wikipedia.org/wiki/N%C3%BAmero_inteiro 1.2.2 Propriedades dos Elementos A representação de um conjunto por meio de uma propriedade é aquela em que os elementos são descritos por uma propriedade que os determina. Simbolicamente: A = {x | x tem a Propriedade P} Lê-se: A é o conjunto de todos os elementos x, tal que ( | ) x tem a propriedade P. Exemplos: a) A = {x | x é um time de futebol do Campeonato Paraense de 2015}; b) B = {x | x é um número inteiro par e 8 < x < 22}. c)C = {x | x é um município da região nordeste do Pará}. 1.2.3 Diagrama Diagrama de Euler-Venn* Jonh Venn (1834-1923), lógico e matemático britânico criador dos diagramas de Venn adotados pela matemática moderna. Um conjunto pode ser representado por meio de uma linha fechada e não entrelaçada, como mostrado na figura abaixo. Os pontos dentro da linha fechada indicam os elementos do conjunto. Exemplos: 1.3 TIPOS DE CONJUNTOS 1.3.1 Conjunto Unitário É todo conjunto formado por um único elemento. Exemplos: 1. D é o conjunto do maior cargo político do Brasil D = { presidente} 2. M ={ x │ x é estrela do sistema solar} M = {sol} 1.3.2 Conjunto Finito: Nesse conjunto é possível nomear todos os seus elementos. .a .b .c .d .e . f Um conjunto é finito se for vazio ou se contando seus elementos um a um, chega-se ao fim da contagem Exemplos: A = { a, b, c} T = { x / é o aluno da turma de licenciatura em matemática de Moju } M = ∅ 1.3.3 Conjunto Infinito: É todo conjunto que é impossível nomear todos os seus elementos. Ex: = (𝟎, 𝟏, 𝟐, 𝟑, 𝟒. . . ) 1.3.4 Conjunto Vazio: É um conjunto que não possui elementos. O símbolo usual para o conjunto vazio é o ∅, porém também se usa { }. Ex: C é o conjunto de pessoas que vivem e têm mais de 500 anos. 𝐂 = ∅. 𝐀 = ∅ 𝐱, 𝐱 𝐀 O símbolo é lido “qualquer que seja”. O conjunto vazio é subconjunto de qualquer conjunto ∅ A ( A) 1.4 CONJUNTO UNIVERSO (U) Na linguagem do dia a dia, normalmente usamos a palavra “universo” para determinar diversos significados. Dentre eles, podemos exemplificar o conjunto dos seres vivos ou de idéias que, em determinada circunstancia, toma-se como referencia. Por exemplo, o universo encontrado na Biologia é o conjunto dos seres vivos; Conjunto Universo de um estudo representado por U é aquele no qual pertencem todos os elementos relacionados com esse estudo É o conjunto que possui todas as soluções de um determinado problema. Exemplos: a) 𝐔 = {. . . , −𝟐, . . . , 𝟎, 𝟏, . . . , 2 , 𝟐, 𝟑. . . } ; b) No estudo das figuras geométricas planas como conjuntos de pontos, o conjunto universo é o plano 1.5 RELAÇÃO DE PERTINENCIA É a relação que se estabelece entre elemento e conjunto. Para indicar que um dado elemento x pertence ao conjunto A, utilizaremos a notação x A e, para indicar que este elemento x não pertence ao conjunto A, será utilizada a notação x A. Exemplo: 3 ∈ 𝐴 e 4 ∉ 𝐴 Le-se : “3 pertence a A”, e “4 não pertence a A” 1.6 RELAÇÃO DE INCLUSÃO Definição 1 Diz-se que um conjunto A está contido num conjunto B quando todos os elementos pertencentes ao conjunto A também são elementos do conjunto B. Neste caso, diz-se que o conjunto A está contido no conjunto B ou que o conjunto B contém o conjunto A. Notações: Indicaremos a inclusão do conjunto A no conjunto B por meio das notações A B (A está contido em B) ou B A (B contém A). Caso o conjunto A não esteja contido no conjunto B, utilizaremos a notação A B. Para demonstrarmos que um conjunto A está contido em conjunto B será necessário provar que todo elemento x pertencente ao conjunto A também pertence ao conjunto B. Propriedades da inclusão de conjuntos Propriedade Reflexiva: Todo conjunto está contido si mesmo. A propriedade reflexiva da inclusão de conjuntos é expressa simbolicamente por A, A A. Propriedade Transitiva: Se um conjunto A está contido em um conjunto B e o conjunto B está contido em um conjunto C, então o conjunto A está contido no conjunto C. Simbolicamente, A, B, C; se A B e B C A C. Anti-Simétrica: Se um conjunto A está contido em um conjunto B e o conjunto B está contido em um conjunto A, então o conjunto A está contido no conjunto B. Simbolicamente, A, B, C; A B e B A A B . O conjunto vazio está contido em qualquer conjunto A, isto é, A A . Qualquer que seja o conjunto A num universo U, A está contido em U, isto é, A A U . 1.7 RELAÇÃO DE IGUALDADE ENTRE CONJUNTOS Definição 2 Dois conjuntos A e B são ditos iguais quando todos os elementos do conjunto A são elementos do conjunto B e todos os elementos de B são elementos de A, ou seja, A = B se, e somente se, A B e B A. Utiliza-se a seguinte simbologia para expressar a igualdade entre conjuntos: A, B, A = B A B e B A. Exemplos: A = {1, 2, 3, 4}; B = {√1, 4 , 9 , 16 }. Logo A = B. Para se demonstrar que um conjunto A é igual a um conjunto B será necessário mostrar que todo elemento de A pertence a B e que todo elemento de B pertence a A. Propriedades da igualdade de conjuntos Propriedade Reflexiva: Todo conjunto é igual a si mesmo. Esta é a propriedade reflexiva da igualdade de conjuntos. Simbolicamente, A, A = A. Propriedade Simétrica: Se um conjunto A é igual a um conjunto B, então o conjunto B é igual ao conjunto A. Essa propriedade pode ser representada simbolicamente por: A, B; A = B B = A. Propriedade Transitiva: Se um conjunto A é igual a um conjunto B e o conjunto B é igual a um conjunto C, então o conjunto A é igual ao conjunto C. A propriedade transitiva da igualdade de conjuntos pode ser expressa simbolicamente por: A, B, C; A = B e B = C A = C. 1.8 SUBCONJUNTOS Definição Todo conjunto A que está contido num conjunto B é um subconjunto ou uma parte de B. Utilizaremos a simbologia A B para indicar que o conjunto A é uma parte do conjunto B ou igual ao próprio conjunto B. 1.8.1. SUBCONJUNTO DE UM CONJUNTO FINITO: Dado um conjunto finito com nelementos, os seus subconjuntos são todos finitos e encerram, quando muito, n elementos. Para achar todos esses subconjuntos, quando n não é muito grande, pode-se, por exemplo, começar pelo subconjunto vazio formar depois os subconjuntos com um só elemento (subconjuntos unitários), em seguida formar os subconjuntos com dois elementos, e assim por diante, até chegar ao subconjunto com o número máximo n de elementos. Exemplo: 1) Explicitar todos os subconjuntos do conjunto 1, 2,3 são: R: , 1 , 2 , 3 , 1,2 , 1,3 , 2,3 , 1,2,3 , Observa-se que o conjunto 1, 2,3 , com três elementos, tem exatamente 8 = 23 subconjunto, dos quais 23 – 2 = 6 são subconjuntos próprios. Teorema: Todo conjunto finito com n elementos tem n2 subconjunto. Demonstração: Há n 1 0 , subconjunto com zero (0) elementos, (subconjunto vazio ) n n 1 , subconjunto com um (1) elementos, (subconjunto unitário), n 2 , subconjunto com dois (2) elementos, , e finalmente n 1 n , subconjunto com um (n) elementos. Logo, o número total de subconjunto é dado pela soma n n n n n 2 0 1 2 n . 1.8.2. CONJUNTO DAS PARTES DE UM CONJUNTO: Chama-se conjunto das partes de um conjunto E o conjunto cujos elementos são todas as partes de E, inclusive a parte cheia de E e a parte vazia (partes triviais de E). O conjunto das partes de E representa-se por (E) e, por definição, os seus elementos são todos os conjuntos X tais que X E, isto é, simbolicamente (E) = {X | X E}. Subsistem, pois, as propriedades: X E x E a E a E e as relações E , E E . Consoante o teorema anterior, se E é um conjunto finito com n elementos, então (E) também é um conjunto finito com n2 elementos. Exemplos: 1) a , a 2) a,b , a , b , a,b 3) ; , Teorema: Quaisquer que sejam os conjuntos E e F, tem-se: E F (E) (F) . Demonstração: Suponhamos E F , então: x (E) x E x F x (E) , logo (E) (F) . Suponhamos, agora (E) (F) , como E (E) , segue-se que E (F) e, portanto, E F . 1.9 INTERSEÇÃO ENTRE CONJUNTOS Definição Dados dois conjuntos A e B. Chama-se de conjunto interseção de A com B ao conjunto formado pelos elementos comuns dos conjuntos A e B. A interseção entre os conjuntos A e B é indicada por A B e representada simbolicamente por A B = {x x A e x B}. No caso da intersecção entre os conjuntos A e B, afirmar que x A B é equivalente a x A e x B. Exemplo a) Sejam os conjuntos A = {1, 2, 3, 4} e B = {3, 4, 5, 6}. A interseção de A com B resulta no conjunto A B = {3, 4}, pois, 3 e 4 são os elementos comuns entre os conjuntos A e B. 1.10 UNIÃO ENTRE CONJUNTOS Definição Dados dois conjuntos A e B chama-se de conjunto união ou reunião de A com B ao conjunto formado pelos elementos que pertencem ao do conjunto A ou pertencem ao conjunto B. Denota- se a união entre os conjuntos A e B por A B. Simbolicamente, A B = { x x A ou x B}. Assim podemos afirmar que x A B é equivalente a x A ou x B. Exemplo Sejam os conjuntos A = { 1, 2, 3, 4} e B = { 3, 4, 5, 6}. A união de A com B é o conjunto A B = {1, 2, 3, 4, 5, 6}, pois, os elementos 1, 2, 3 e 4 pertencem ao conjunto A e os elementos 3, 4, 5 e 6 pertencem ao conjunto B. Propriedades Sejam A, B e C conjuntos quaisquer num universo U. 1) União com o conjunto vazio A A . 2) União com o conjunto universo A U U . 3) União com o complementar A A' U . 4) Idempotente: A A A . 5) Comutativa: A B B A . 6) Associativa: A B C A B C . 1.11 DIFERENÇA DE CONJUNTOS ENTRE CONJUNTOS Definição Dados dois conjuntos A e B chama-se de conjunto diferença entre A e B ao conjunto formado pelos elementos que pertencem ao do conjunto A e não pertencem ao conjunto B. A diferença entre os conjuntos A e B é denotada por A – B. Simbolicamente temos que A – B = { x x A e x B}. Assim podemos afirmar que x A – B é equivalente a x A e x B. Decorre da definição de diferença entre conjuntos que, geralmente, A – B é diferente de B – A. Por outro lado, é fácil concluir que os conjuntos A e B são iguais quando as diferenças A – B e B – A são iguais ao conjunto vazio. Exemplo Sejam os conjuntos A = { 1, 2, 3, 4} e B = { 3, 4, 5, 6}. A diferença entre A e B é A – B = {1, 2}, pois, os elementos 1 e 2 pertencem ao conjunto A e não pertencem ao conjunto B. Por outro lado, a diferença B – A = { 5, 6}, pois, os elementos 5 e 6 pertencem ao conjunto B e não pertencem ao conjunto A. Propriedades 1.12 Complementar Definição Dados os conjuntos A e B, com A contido em B. O conjunto B – A é denominado de conjunto complementar do conjunto A em relação ao conjunto B e denotado por B AC . Exemplo Sejam os conjuntos A = {3, 4} e B = {3, 4, 5, 6, 8}. O conjunto complementar de A em relação à B é B AC = B – A = {5, 6, 8}. É comum encontrarmos nos livros didáticos as seguintes notações A’, A* ou A para representar o conjunto complementar de um conjunto A em relação ao conjunto universo U. 1.13. NÚMEROS DE ELEMENTOS DE CONJUNTOS FINITOS: 1ª Caso: Dados conjuntos A e B finitos: 2ª Caso: Dados conjuntos A e B disjuntos: A B 0 3ª Caso: Dados os conjuntos A, B e C finitos: I (A B C)N . II (A B) (A B C)N N . III (A C) (A B C)N N . IV (B C) (A B C)N N . (A B C) A B C (A B C) A B (A B) (A B C) (A B C) C (A C) (A B C) (B C) (A B C) (A B C) (A B C) A B (A B) (A B C) (A B C) C (A C) (A B C) (B C N N N (II) (I) N (III) (IV) (I) N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N ) (A B C) (A B C) (A B C) A B (A B) C (A C) (A B C) (B C) (A B C) A B C (A B) (A C) (B C) (A B C) N N N N N N N N N N N N N N N N N N 4ª Caso: Dados os conjuntos A, B, C e D finitos: A B C D A B C D A B A C A D B C B D C D A B C A B D A C D B C D A B C D N N N N N N N N N N N N N N N N I II III IV AN A B NB (A B) A B (A B) (A B) A B N N N N , como A B 0 temos N N N 1.14. DIFERENÇA SIMÉTRICA: Chama-se diferença simétrica dos conjuntos A e B ao conjunto de todos os elementos que pertencem a um e somente a um dos conjuntos A e B. Esse conjunto indica-se pela notação: A B, que se lê: “diferença simétrica de A e B”. Simbolicamente, temos: A Δ B x | x A e x B ou x B e x A . Demonstração: Pela definição de diferença de dois conjuntos temos: x A e x B x A B x B e x A x B A , por conseqüência A B x | x A B ou x B A isto é A Δ B A B B A . Fórmula que exprime a diferença simétrica por meio da união e da diferença. A diferença simétrica dos conjuntos A e B também é o conjunto de todos os elementos x que satisfazem às duas seguintes condições: x pertence a A ou a B, isto é, x A B x não pertence simultaneamente a A e a B, isto é, x A B Portanto, simbolicamente temos: A Δ B x | x A B e x A B , isto é A Δ B A B A B . Fórmula queexprime a diferença simétrica por meio da união da interseção e diferença. Exemplos: 1) 1,2,3,4 2,4,5,7 1,3,5,7 2) 2,4,6 2,4,6,8,10 8,10 3) a,b,c d,e,f a,b,c,d,e,f 1.14.1. PROPRIEDADES DA DIFERENÇA SIMÉTRICA Sejam A, B e C conjuntos quaisquer num universo U, então subsistem as seguintes propriedades: 1) A A . 2) A U A' . 3) A A' U . 4) A A . 5) Comutativa: A B ' A B A' B' 6) Associativa: A B C A B C . 7) Distributividade da interseção em relação á diferença simétrica: A A C A B A C 8) A B C A B C A' B C 9) A B C A C' B C' A BΔC A B C A B' C' Atividades 1. (PUC) Um levantamento sócio-econômico entre os habitantes de uma cidade revelou que, exatamente: 17% têm casa própria; 22% têm automóvel; 8% têm casa própria e automóvel. Qual o percentual dos que não têm casa própria nem automóvel? 2. Uma editora estuda a possibilidade de lançar novamente as publicações Helena, Senhora e A Moreninha. Para isto, efetuou uma pesquisa de mercado e concluiu que em cada 1000 pessoas consultadas: 600 leram A Moreninha; 400 leram Helena; 300 leram Senhora; 200 leram A Moreninha e Helena; 150 leram A Moreninha e Senhora; 100 leram Senhora e Helena; 20 leram as três obras; Calcule: a) O número de pessoas que leu apenas uma das obras. b) O número de pessoas que não leu nenhuma das três obras. c) O número de pessoas que leu duas ou mais obras. 3. Dez mil aparelhos de TV foram examinados depois de um ano de uso e constatou-se que 4.000 deles apresentavam problemas de imagem, 2.800 tinham problemas de som e 3.500 não apresentavam nenhum dos tipos de problema citados. Então o número de aparelhos que apresentavam somente problemas de imagem é: a) 4 000 b) 3 700 c) 3 500 d) 2 800 e) 2500 4. Numa pesquisa sobre as emissoras de tevê a que habitualmente assistem, foram consultadas 450 pessoas, com o seguinte resultado: 230 preferem o canal A; 250 o canal B; e 50 preferem outros canais diferente de A e B. Pergunta-se: a) Quantas pessoas assistem aos canais A e B? b) Quantas pessoas assistem ao canal A e não assistem ao canal B? c) Quantas pessoas assistem ao canal B e não assistem ao canal A? d) Quantas pessoas não assitem ao canal A? 5. (UFMG) Numa república hipotética, o presidente deve permanecer 4 anos em seu cargo; os senadores, 6 anos e os deputados, 3 anos. Nessa república, houve eleição para os três cargos em 1989. A próxima eleição simultânea para esses três cargos ocorrerá, novamente, em que ano? 6. Em uma prova de Matemática com apenas duas questões, 300 alunos acertaram somente uma das questões e 260 acertaram a segunda. Sendo que 100 alunos acertaram as duas e 210 alunos erraram a primeira questão. Quantos alunos fizeram a prova? 7. Inscreveram-se num concurso público 700 candidatos para 3 cargos - um de nível superior, um de nível médio e um de nível fundamental. É permitido aos candidatos efetuarem uma inscrição para nível superior e uma para nível médio. Os candidatos ao nível fundamental somente podem efetuar uma inscrição. Sabe-se que 13% dos candidatos de nível superior efetuaram 2 inscrições. Dos candidatos de nivel médio, 111 candidatos efetuaram uma só inscrição, correspondendo a 74% dos candidatos desse nível. Qual é então o número de candidatos ao nível fundamental? Lógica na Matemática 1. Proposição 1.1 Definição: Geralmente nos expressamos, em português, através de interrogações, afirmações e exclamações, mas, para comunicar fatos ou informações, usamos sentenças. Tecnicamente, uma sentença (ou proposição) é uma frase que pode ser apenas VERDADEIRA ou FALSA. Logo, podemos concluir que: toda proposição é uma frase mas nem toda frase é uma proposição; uma frase é uma proposição apenas quando admite um dos dois valores lógicos. Exemplos: a) “Dez é menor do que sete”. Podemos verificar que está frase é uma sentença porque é falsa. Logo é uma proposição. b) “Como vai você?”. Neste caso, estamos com uma pergunta, que não pode ser considerado nem verdadeiro nem falso. Não tem valor-verdade e, portanto, não é uma sentença (proposição). c) “ Ela é muito talentosa”. Nesta frase, a palavra ela é uma variável e a frase não é verdadeira nem falsa, pois ela não está especificada; portanto, não é uma sentença. Outros Exemplos: Normalmente, as proposições simples são geralmente representadas por letras minúsculas (p, q, r, s, etc). São outros exemplos de proposições, as seguintes: a) p: Pedro é médico. b) q: 5 > 8. c) r: Luíza foi ao cinema ontem à noite. Na linguagem do raciocínio lógico matemático, ao afirmarmos que é verdade que Pedro é médico (proposição p acima), representaremos isso apenas com: VL(p) = V, ou seja, o valor lógico de p é verdadeiro. No caso da proposição q, que é falsa, diremos VL(q) = F. Alguns autores adotam como valor lógico a notação: VL (p) = V(p). Exemplos: p: O Sol é verde q: um hexágono tem 6 lados r: 2 e um número impar 1. Frases que não são proposições: ● Pare! ● Quer uma xícara de café? ● Eu não estou bem certo se esta cor me agrada 2. Frases que são proposições: ● A lua é o único satélite do planeta terra (Verdade) ● A cidade de Salvador é a capital do estado do Amazonas (Falso) ● O numero 712 é ímpar (Falso) ● Raiz quadrada de dois é um número irracional (Verdade) s: um triângulo tem 4 lados Haverá alguma proposição que possa, ao mesmo tempo, ser verdadeira e falsa? Não! Jamais! E por que não? Porque o Raciocínio Lógico, como um todo, está sedimentado sobre alguns princípios, muito fáceis de se entender, e que terão que ser sempre obedecidos. São os seguintes: ● Uma proposição verdadeira é verdadeira; uma proposição falsa é falsa. (Princípio da identidade); ● Nenhuma proposição poderá ser verdadeira e falsa ao mesmo tempo. (Princípio da Não- Contradição); ● Uma proposição ou será verdadeira, ou será falsa: não há outra possibilidade, isto é, tem o valor lógico V(verdade) ou o valor lógico F (falsidade). (Princípio do Terceiro Excluído) OBS: Utilizando o princípio do terceiro excluído, para visualizar os valores lógicos de um conectivo utilizamos a “tabela-verdade”, que descreve as possíveis combinações dos valores lógicos das proposições. p V F 1.2 Tipos de Proposições Proposições podem ser ditas simples ou compostas. Serão proposições simples (ou atômicas) aquelas que vêm sozinhas, desacompanhadas de outras proposições. Exemplos: a) p: Todo homem é mortal. b) q: O novo papa é alemão. Entretanto, se duas (ou mais) proposições vêm conectadas entre si, formando uma só sentença, estaremos diante de uma proposição composta (ou molecular) geralmente é representada por uma letra maiúscula. Exemplos: a) P: João é médico e Pedro é dentista. b)Q: Maria vai ao cinema ou Paulo vai ao circo. Temos: V(p)=F V(q)=V V(r) =F V(s) =F c) T: Ou Luís é baiano, ou é paulista. d) W: Se chover amanhã de manhã, então não irei à praia. e) X: Comprarei uma mansão se e somente se eu ganhar na loteria. Nas sentenças acima, vimos em destaque os vários tipos de conectivos – ditos conectivos lógicos – que poderão estar presentes em uma proposição composta. Estudaremos cada um deles a seguir, uma vez que é de nosso interesse conhecer o valor lógico das proposições compostas. Veremos que, para dizer que uma proposição composta é verdadeira ou falsa, isso dependerá de duas coisas: 1º) do valor lógico dasproposições componentes; 2º) do tipo de conectivo que as une. 1.3 Tipos de Conectivos Utilizados em Proposições Compostas 1.3.1 Negação A negação de uma proposição é construída a partir da introdução da palavra não ou não é o caso que ou não é verdade que. Exemplos: a) João é médico. ► Negativa: João não é médico. b) Maria é estudante. ► Negativa: Maria não é estudante c) Quatro é maior que cinco. ► Negativa: Não é o caso que quatro é maior do que cinco. d) Carlos é mecânico. ► Negativa: Não é verdade que Carlos é mecânico. OBS: Deve-se tomar um pouco de cuidado com a negação, porque, por exemplo: I) a negação de “Todos os homens são elegantes” é “Nem todos os homens são elegantes” II) a negação de “Nenhum homem é elegante” é “Algum homem é elegante”. O símbolo que representa a negação é uma pequena cantoneira (¬) ou um sinal de til (~), antecedendo a frase. (Adotaremos o til). Considerando que p denota uma proposição, então sua negação é denotada por : O valor lógico da negação de uma proposição é definido por uma tabela – verdade. p ~p V F F V ¬ p ou ~ p, e é lido como “não p”. Exemplos a) p: 2 + 3 = 5 (V) e ~p: ~(2 + 3 = 5) (F) ; então : V (~p) = ~V(p) = ~V = F b) q: 7 < 3 (F) e ~q: ~(7 ≮ 3) (V) ; então: V (~q) = ~V(q) = ~F = V c) r: Roma e a capital da Franca (F) e ~r: Roma não é capital da França (V); então: V (~r) = ~V(r) = ~F = V 1.3.2 Conjunção Proposições compostas em que está presente o conectivo “e” são ditas conjunções. Simbolicamente, esse conectivo pode ser representado por “Λ” ou “ . ”. Uma conjunção é verdadeira se ambos seus conjunctos são verdadeiros. Caso contrário, é falsa. Considerando que p e q denotam duas proposições, então sua conjunção é denotada por: Exemplos: a) Na sentença: “Marcos é médico e Maria é estudante” , poderemos representá-la apenas por: p Λ q , onde: p = Marcos é médico e q = Maria é estudante. Então, diante da sentença “Marcos é médico e Maria é estudante”, só poderemos concluir que esta proposição composta é verdadeira se for verdade, ao mesmo tempo, que Marcos é médico e que Maria é estudante. Pensando pelo caminho inverso, teremos que basta que uma das proposições componentes seja falsa, e a conjunção será – toda ela – falsa. Obviamente que o resultado falso também ocorrerá quando ambas as proposições componentes forem falsas. Vamos analisar as possibilidades para construir a tabela-verdade: ● Se tivermos que ambas são verdadeiras, a conjunção formada por elas (Marcos é médico e Maria é estudante) será também verdadeira. Teremos: ● Se for verdade apenas que Marcos é médico, mas falso que Maria é estudante, teremos: p Λ q ou p . q , e é lido como “ p e q”. ● Por outro lado, se for verdadeiro que Maria é estudante, e falso que Marcos é médico, teremos: ● Enfim, se ambas as sentenças simples forem falsas, teremos que: As quatro situações acima esgotam todas as possibilidades para uma conjunção. Logo, a tabela-verdade que representa uma conjunção, ou seja, a tabela-verdade para uma proposição composta com a presença do conectivo “e”, está representada abaixo. Exemplos a) p: 2 > 0 (V) e q: 2 ≠ 1 (V) , então: V (p ∧ q) = V(p) . V(q) = V . V = V b) { p ∶ O enxofre é verde (F) q: 7 é um número primo (V) } , então: V (p ∧ q) = V(p) . V(q) = F . V = F 1.3.3 Disjunção Recebe o nome de disjunção toda proposição composta em que as partes estejam unidas pelo conectivo “ou”. Simbolicamente, representaremos esse conectivo por “V” ou “+”. Uma disjunção é verdadeira se pelo menos um dos seus disjunctos for verdadeiro. Caso contrário, é falsa. Considerando que p e q denotam duas proposições, então sua disjunção é denotada por: Exemplos: a) Na sentença: “Marcos é médico ou Maria é estudante” , poderemos representá-la apenas por: p v q , onde: p = Marcos é médico e q = Maria é estudante. p q p Λ q V V V V F F F V F F F F p v q , e é lido como “ p ou q”. b) Observe esta situação: A promessa de um pai a um filho: “eu te darei uma bola ou te darei uma bicicleta”. Neste caso, a criança já sabe, de antemão, que a promessa é por apenas um dos presentes! Bola ou bicicleta! Ganhando de presente apenas um deles, a promessa do pai já valeu, já foi verdadeira. E se o pai for abastado e resolver dar os dois presentes? Pense na cara do menino! Feliz ou triste? Felicíssimo! A promessa foi mais do que cumprida. Só haverá um caso, todavia, em que a bendita promessa não se cumprirá: se o pai esquecer o presente, e não der nem a bola e nem a bicicleta. Terá sido falsa toda a disjunção. Daí, concluímos: uma disjunção será falsa quando as duas partes que a compõem forem ambas falsas. E nos demais casos, a disjunção será verdadeira! Teremos as possíveis situações: ou: ou: ou, finalmente: As quatro situações acima esgotam todas as possibilidades para uma conjunção. Logo, a tabela-verdade que representa uma disjunção, ou seja, a tabela-verdade para uma proposição composta com a presença do conectivo “ou”, está representada abaixo. p Q p v q V V V V F V F V V F F F Exemplos a) p: 5 > 0 (V) e q: 5 ≠ 1 (V) , então: V (p ∨ q) = V(p) ou V(q) = V + V = V b) { p ∶ Camões escreveu os Lusíadas (V) q: 2 + 2 = 3 (F) } , então: V (p ∨ q) = V(p) + V(q) = F ou V = V c) { p ∶ Pelé nasceu na Bahia (F) q: 2 − 2 = 1 (F) } , então: V (p ∨ q) = V(p) + V(q) = F ou F = F OBS: Disjunção Exclusiva Na linguagem comum a palavra “ou” tem dois sentidos. Assim, por exemplo, consideremos as duas seguintes proposições compostas: p : Carlos é medico ou professor q: Mario é alagoano ou gaucho Na proposição p se esta a indicar que uma pelo menos das proposições “Carlos é medico”, “Carlos é professor” é verdadeira, podendo ser ambas verdadeiras: “Carlos é medico e professor”. Entretanto, na proposição q, é óbvio que uma e somente uma das proposições “Mario e alagoano”, “Mario é gaucho” é verdadeira, pois, não é possível ocorrer “Mario é alagoano e gaucho”. Na proposição p diz-se que “ou” é inclusivo, enquanto que, na proposição q, diz-se que “ou” é exclusivo. Em Lógica Matemática usa-se habitualmente o símbolo “+”, “V” para “ou” inclusivo e os símbolos “ ±”, “⨁”, “ V ”para “ou” exclusivo. Assim sendo, a proposição p é a disjunção inclusiva ou apenas disjunção das proposições simples “Carlos e medico”, “Carlos e professor”, isto é: p : Carlos é medico V Carlos e professor. A proposição q é a disjunção exclusiva das proposições simples “Mario é alagoano”, “Mario é gaucho”, isto é: q : Mario é alagoano V Mario é gaucho. De um modo geral, chama-se disjunção exclusiva de duas proposições p e q a proposição representada simbolicamente por “p V q”, que se lê: “ou p ou q” ou “p ou q, mas não ambos”, cujo valor lógico é verdade (V) somente quando p é verdadeira ou q e verdadeira, mas não quando p e q são ambas verdadeiras, e falsidade (F) quando p e q são ambas verdadeiras ou ambas falsas. O valor lógico da disjunção exclusiva de duas proposições e definido pelaseguinte tabela – verdade: 1.3.4 Condicional (Implicação) Chama-se condicional uma proposição representada por “se p então q” cujo valor lógico é falsidade (F) quando p é verdadeira e q é falsa e verdade (V) nos outros casos. É denotado por: Na condicional “p → q” , diz-se que p é o antecedente e o q o consequente. O símbolo “→” e chamado de implicação. Exemplos: a) Observe a frase: “Se nasci em Fortaleza, então sou cearense.” Qual é a única maneira de essa proposição estar incorreta?. Ora, só há um modo de essa frase ser falsa: se a primeira parte for verdadeira, e a segunda for falsa. Ou seja, se é verdade que eu nasci em Fortaleza, então necessariamente é verdade que eu sou cearense. Se alguém disser que é verdadeiro que eu nasci em Fortaleza, e que é falso que eu sou cearense, então este conjunto estará todo falso. Percebam que o fato de eu ter nascido em Fortaleza é condição suficiente para que se torne um resultado necessário que eu seja cearense. b) Observe a situação: João trabalha em uma estação meteorológica e faz a seguinte afirmação no dia 03 de março: “Se a umidade subir acima de 90 %, então choverá em menos de 24 horas.” Vamos verificar as proposições: p: A umidade sobe acima de 90 % q: Choverá em menos de 24 horas. Até o dia 05, embora a umidade estivesse a 95 % durante as últimas 48 horas, não choveu. Isso significa que a afirmação feita anteriormente era falsa, ou seja: V(p → q) : F | V(v → f): F. p q p V q V V F V F V F V V F F F p → q Pode ser lida das seguintes formas: I. p implica q II. se p então q III. p é condição suficiente para q IV. q é condição necessária para p O valor lógico da condicional de duas proposições e definido pela seguinte tabela – verdade: OBS: I – Alguns modos de escrita da proposição condicional, veja a frase: “Se chove, então faz frio”. Poderá também ser dita das seguintes maneiras: ● Se chove, faz frio. ● Faz frio, se chove. ● Quando chove, faz frio. ● Chover implica fazer frio. ● Chover é condição suficiente para fazer frio. ● Fazer frio é condição necessária para chover. ● Chove somente se faz frio. ● Toda vez que chove, faz frio. II – Uma condicional p → q não afirma que o conseqüente q se deduz ou é conseqüência do antecedente p. Exemplo: As condicionais: ● 7 é um número ímpar → Brasília é uma cidade. ● 3 + 5 = 9 → SANTOS DUMONT nasceu no Ceará , não estão a afirmar, de modo nenhum, que o fato de “Brasília ser uma cidade” se deduz do fato de “7 ser um número ímpar” ou que a proposição “SANTOS DUMONT nasceu no Ceará” é conseqüência da proposição “3 + 5 = 9 ”. O que uma condicional afirma é unicamente uma relação entre os valores lógicos do antecedente e do consequente de acordo com a tabela- verdade anterior, ou seja, o condicional não afirma a veracidade do antecedente e do conseqüente, mas a relação existente entre eles. II - A partir da condicional p → q podemos obter as seguintes proposições: i - q → p é a sua recíproca; ii - ~ p → ~ q é a sua contrapositiva. p q p → q V V V V F F F V V F F V Exemplo: a) Dada a condicional: "Se 4 é par então 4 é divisível por 2". i) a recíproca: "Se 4 é divisível por 2 então 4 é par". ii) a contrapositiva: "Se 4 não é divisível por 2 então 4 não é par". 1.3.5 Bicondicional chama-se proposição bicondicional uma proposição representada por “p se e somente se q” cujo valor lógico é a verdade (V) quando p e q são ambas, verdadeira ou falsas e a falsidade (F) nos demais casos. Simbolicamente, a bicondicional de duas proposições p e q indica-se com a notação: Exemplos: a) Observe a frase: “Eduardo fica alegre se e somente se Mariana sorri”. É o mesmo que fazer a conjunção entre as duas proposições condicionais: “Eduardo fica alegre somente se Mariana sorri e Mariana sorri somente se Eduardo fica alegre”. Ou ainda, dito de outra forma: “Se Eduardo fica alegre, então Mariana sorri e se Mariana sorri, então Eduardo fica alegre”. São construções de mesmo sentido. b) João é careca, sse João não tem cabelo. Isso na verdade implica: i. Se João é careca, então João não tem cabelo e ii. Se João não tem cabelo, então João é careca. Obrigatoriamente, as duas proposições simples que compõem cada uma das proposições condicionais i e ii devem ser: ambas verdadeiras ou falsas, para a bicondicional ser verdadeira. A bicondicional é uma conjunção entre duas condicionais, então a bicondicional será falsa somente quando os valores lógicos das duas proposições que a compõem forem diferentes. Em suma: haverá duas situações em que a bicondicional será verdadeira: quando antecedente e conseqüente forem ambos verdadeiros, ou quando forem ambos falsos. Nos demais casos, a bicondicional será falsa. Ou seja: Uma proposição bicondicional "p se e somente se q" equivale à proposição composta: “se p então q e se q então p”, {“ p ↔ q “ é a mesma coisa que “ (p → q) e (q → p) }“ , logo ela só é verdade quando as duas condicionais tem o mesmo valor lógico. p ↔ q Pode ser lida das seguintes formas: I. p é condição necessária e suficiente para q II. q é condição necessária e suficiente para p III.. p se e somente se q (o mais utilizado) podendo ter a abreviação “p sse q”. O valor lógico da bicondicional de duas proposições e definido pela seguinte tabela – verdade: OBS: São também equivalentes à bicondicional "p se e somente se q" as seguintes expressões ( A e B, são proposições): ● A se e só se B. ● Se A então B e se B então A. ● A somente se B e B somente se A. ● A é condição suficiente para B e B é condição suficiente para A. ● B é condição necessária para A e A é condição necessária para B. ●Todo A é B e todo B é A. ●Todo A é B e reciprocamente. p q p ↔ q V V V V F F F V F F F V INDUÇÃO MATEMÁTICA Introdução: O Princípio da Indução é um eficiente instrumento para a demonstração de fatos referentes aos números naturais. Por isso deve-se adquirir prática em sua utilização. Por outro lado, é importante também conhecer seu significado e sua posição dentro do arcabouço da Matemática. Entender o Princípio da Indução é praticamente o mesmo que entender os números naturais. Apresentamos abaixo uma breve exposição sobre os números naturais, onde o Princípio da Indução se insere adequadamente e mostra sua força teórica antes de ser utilizado na lista de exercícios propostos ao final. Indução Matemática: Teorema: Seja P(n) uma proposição associada a cada inteiro positivo n e que satisfaz às duas seguintes condições: 1) P(1) é verdadeira. 2) Para todo inteiro k, se P(k) é verdadeira, então P(k + 1) também é verdadeira. Nestas condições, a proposição P(n) é verdadeira para todo inteiro positivo n. - Princípio da Indução Finita (PIF). Teorema: Seja S um subconjunto do conjunto N dos inteiros positivos (S ⊂ N) que satisfaz as duas seguintes propriedades: 1) 1 pertence a S (1∈S). 2) Para todo inteiro positivo k, se k ∈ S, então (k + 1) ∈ S; 3) Nestas condições, S é o conjunto N dos inteiros positivos: S = N. - Outra Forma da Indução Matemática: Teorema: Seja r um número inteiro positivo fixo e seja P(n) uma proposição associada a cada inteiro n ≥ r e que satisfaça às duas seguintes condições: 1) P(r) é verdadeira. 2) Para todo inteirok ≥ r, se P(k) é verdadeiro, então P(k + 1) é verdadeiro; 3) Nestas condições, P(n) é verdadeira para todo inteiro n ≥ r. Questões Resolvidas 01) Demonstrar por "indução matemática", as questões abaixo: 1) 12 + 22 + 32 + ... + n2 = ∀ n ∈ N. 2) 13 + 23 + 33 + ... + n3 = ∀ n ∈ N. 3) 12 + 32 + 52 + ... + (2n – 1)2 = ∀ n ∈ N. 4) 13 + 33 + 53 + ... + (2n –1)3 = n2(2n2 – 1) 5) 1.2 + 2.3 + 3.4 + ... + n(n + 1) = . 6) a + aq + aq2 + ... + aqn = , q ≠ 1. 02) Demonstrar por “indução matemática”: 1) 2n < 2n+1 ∀ n ∈ N. 2) n ! > n2 ∀ n ≥ 4. 3) 2n > n2 ∀ n ≥ 5. 4) 24 | (52n – 1) ∀ n ∈ N. 5) 5 | (8n – 3n) ∀ n ∈ N. 6) 4n > n4 ∀ n ≥ 5.
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