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Negativos Série Mátema Objetivos 1. Introduzir o conceito dos números negativos; 2. Mostrar as diferentes formas de interpretação e aceitação dos números negativos ao longo da história; 3. Explicar porque a multiplicação de dois números negativos resulta em um número positivo. Negativos Série Mátema Conteúdos História da matemática. Duração Aprox. 10 minutos. Objetivos 1. Introduzir o conceito dos números negativos; 2. Mostrar as diferentes formas de interpretação e aceitação dos números negativos ao longo da história; 3. Explicar porque a multiplicação de dois números negativos resulta em um número positivo. Sinopse Nesse programa, a professora apresenta ao Joãozinho e à Sofia o conceito dos números negativos. Ela comenta sobre as diferentes maneiras como os matemáticos ao longo da história trabalharam o conceito dos números negativos. No programa ainda é apresentado um procedimento de construção do conjunto dos números inteiros. Material relacionado Vídeos: Tudo que você sempre quis perguntar; ÁUDIO Negativos I 3/11 Introdução Sobre a série A série Mátema levanta aspectos históricos dos fundamentos da matemática. O contexto da ficção tem o objetivo de tornar o programa interessante para o ensino médio e para adolescentes, uma vez que faz uso do estereótipo do Joãozinho, da Sofia e da professora. Em geral, os assuntos são mais elaborados do que os que são vistos nos programas de ensino médio. No entanto, o programa traz ricas informações e tem o devido cuidado com as definições e conclusões matemáticas. Sobre o programa Aqui reproduzimos parte de uma versão do roteiro original do prof. Dicesar Fernandes que deu origem ao programa. Primeira Parte: Oi, gente, estamos novamente com vocês, com o Joãozinho, aquele menino terrível, Sofia aquela aluna aplicada e nossa gentil e simpática professora para contar mais uma das muitas histórias da matemática. Hoje vamos conversar sobre um conceito que não teve uma vida fácil e ainda dá dor de cabeça para muita gente. O título da nossa história de hoje é “MENOS QUE O NADA: NEGATIVO” Joãozinho: Professora, sabia que meu pai não acredita que -1 vezes -1 dá +1? Professora: Não me surpreende, pois é bastante comum. Figuras importantes da história da matemática também não acreditavam que - 1 vezes -1 dá +1. ÁUDIO Negativos I 4/11 Girolamo Cardano, um matemático excêntrico e criativo, no seu livro Arte Maior, publicada em 1570, demonstra que menos por menos da menos e não mais, os positivos e negativos são domínios separados e as operações entre mais e mais deve ficar no domínio do mais e as operações entre os negativos no domínio dos negativos. Outros afirmavam que, menos em menos dá mais; mas comentam: isto é estranho e se da apenas por acidente. Professora: Tem pessoas que aceitam as regras dos sinais e vão em frente fazendo contas, sem esquentar a cabeça. Outras pessoas são diferentes. Ficam se perguntando o por quê. Se não obtém uma resposta, não acreditam. Talvez o principal problema seja conceitual: o que é um número negativo? Sofia: Ora, para mim, menos um é aquele número que somado com um dá zero! Professora: Veja Sofia, o que estamos nos perguntando é justamente o que é menos um. Observe a frase: número primo é aquele número natural, diferente de um, que só é divisível pela unidade e por si mesmo. É uma frase gramaticalmente correta. O adjetivo primo está restringindo o conjunto dos números conhecidos. No caso do menos um é diferente. Você está aumentando o conjunto. Mas aumentando com objetos que você não conhece! Você tem que criar novos objetos que resolvam nosso problema. Sofia: Criar como? Não tenho idéia de como inventar o menos um! Professora: Isaac Newton também não tinha. Falava de quantidades afirmativas ou positivas aquela que são maiores que nada e quantidades negativas aquelas que são menores que nada. Operava com essas quantidades sem preconceito. Mas, não chamava as quantidades negativas de números. Aliás, Newton também não deixou claro o que entendia por quantidade. Sofia: Não? Professora: Não! E Leonard Euler também concordava com Newton. Em seu livro Elementos de Álgebra, publicado em 1770, escreveu: os ÁUDIO Negativos I 5/11 números negativos podem ser considerados como débitos, pois números positivos representam haveres reais. Podemos dizer então que os números negativos são menores que nada. Euler explicou também que -a vezes -b deve ser ab, porque é oposto de a vezes –b. Na linha de Euler seguiram quase todos os matemáticos alemães. Sofia: Só falta Euler explicar por que -a vezes -b é o oposto de a vezes -b! Que bom que os alemães não tinham problemas com a regra dos sinais. Mas, Professora, e no Brasil como é que era? Professora: Não era! O Brasil passou a ser somente com a vinda da família real. Livros foram traduzidos, escolas foram abertas. Mas os portugueses tinham uma profunda influência francesa. De modos que o importante é saber como os franceses concebiam os números negativos. Sofia: E os franceses eram como os alemães? Professora: Não, na França a situação foi completamente diferente. Não só as regras dos sinais, mas também o próprio conceito de número negativo era questionado. Jean d’Alembert, matemático famoso e enciclopedista, afirmou em 1750 que: Dizer que uma quantidade negativa está abaixo do nada, é dizer uma coisa inconcebível. Não existe, portanto, realmente e absolutamente quantidades negativas isoladas: -3 tomado abstratamente não configura nenhuma idéia no espírito humano. Outros franceses seguiram d’Alembert. Por exemplo. Adrien Lacroix, mais conhecido como escritor de livros de matemática, nas primeiras edições de seu livro de álgebra, expõe a teoria das quantidades negativas, mas a partir da edição de 1808, não faz a menor menção às quantidades negativas. Lembre que 1808 foi o ano da vinda da família real ao Brasil. Os livros de Lacroix foram muito usados no Brasil, até pelo menos o início do século 20. Os livros de Lacroix são figurinha fácil nas livrarias que vendem livros usados, os sebos. O livro de Euler também foi publicado no Brasil. Mas foi menos difundido e é raro encontrar um exemplar. ÁUDIO Negativos I 6/11 Então, como podem notar, algumas vezes os matemáticos precisam de muita discussão e diferentes frentes de estudos para chegar a uma conclusão sobre um novo conceito matemático. Reflita um pouco a esse respeito. Segunda Parte: Sofia: Nossa que confusão. Pensei que a matemática fosse igual em todos os países. Professora: Sim a matemática é igual em todos os países, mas alguns países ou algumas pessoas têm dificuldades em aceitar certas novidades matemáticas. Os alemães aceitavam tranquilamente as quantidades negativas, enquanto que os franceses tiveram mais dificuldade em absorver. Portanto, não é nenhuma surpresa ouvir alguém dizer que não acredita que -1 vezes -1 dá mais um. Joãozinho: Eu acredito que -1 vezes -1 dá +1, senão a senhora me pega na prova. Mas o porquê, não sei! Professora: Se você aceitar a existência dos números inteiros, como uma extensão dos números naturais, e que nela continuam valendo as propriedades habituais da soma e da multiplicação, é quase fácil mostrar as regras dos sinais. Sofia: Estou fazendo um esforço para entender essa idéia. Mas as coisas não estão muito claras para mim. Professora: É que você tem que construir os números inteiros com base nos número naturais e na noção de diferença de um número natural maior do que outro. Joãozinho: E alguém já fez isso? Professora: Sim, um matemático alemão deu a receita de como construí-los. Esse matemático é uma figura das mais interessantes da história da matemática. Vejam! Ele nasceu na mesma cidade que ÁUDIO Negativos I 7/11 Gauss, estudou na mesma escola que Gauss, foi aluno de Gauss na universidade, e foi orientadopor Gauss para escrever seu primeiro trabalho. Seu nome era Richard Dedekind. Uma figura simpática e prestativa. O trabalho mais importante de Dedekind foi esclarecer as relações entre a continuidade e os números irracionais. Dedekind colaborou também para esclarecer o conceito de infinito. Joãozinho: Professora, parece que a senhora está enrolando. Não quero saber se esse Dedekind era bonzinho e era o preferido de Gauss. Quero saber por que -1 vezes -1 dá +1. Professora: Bom, para começo de conversa, você tem que aceitar que o subconjunto dos números inteiros positivos não coincide com os números naturais. O que existe é uma correspondência 1 a 1 entre os dois conjuntos. Vou mostrar como se constrói os números inteiros, positivos e negativos. Você vai se assustar um pouco, mas não desmaie, seja homem. Joãozinho: Êêêê, que história é essa, professora? Professora: Bom a emoção vai ser forte. Um número inteiro é um conjunto de pares de números naturais. Imagine! Um número ser um conjunto! Por exemplo, o número um inteiro é o conjunto de todos os pares de números naturais cuja diferença é 1; este é o caso do par (2,1), do par (3,2), etc. a diferença é sempre 1. Da mesma maneira define-se o dois inteiro: o conjunto dos pares (3,1), (4,2), etc. a diferença é sempre 2. O conjunto de todos esses pares é denotado por Z+. O zero inteiro é o conjunto dos pares (n,n), ou seja a diferença é zero. Para a construção dos negativos basta tomar conjuntos, ao contrário dos inteiros positivos, de pares onde o primeiro natural do par é menor do que o segundo. Por exemplo, menos um inteiro é o conjunto dos pares do tipo (1,2), (2,3), etc. Denotamos o conjunto dos inteiros negativos de Z-. A união dos inteiros positivos, dos negativos e do zero é o conjunto dos números inteiros. Sofia: Eu me assustei, mas achei interessante. Agora, não tenho idéia como a gente faz contas com conjuntos. ÁUDIO Negativos I 8/11 Professora: Introduzindo notações. Como os inteiros positivos estão em correspondência um a um com os naturais usamos o mesmo símbolo. Por exemplo, o mesmo 1 para os dois casos. Mas temos que ter em mente que representam objetos diferentes. Os negativos representamos colocando um menos na frente de um número natural. Sofia: Mas mesmo assim, ainda não entendi por que -1 vezes -1 dá +1. Professora: Nem poderia. Apenas construímos o sistema dos números inteiros de tal forma que uma parte dele está em correspondência com os números naturais. Agora, temos que introduzir as operações de soma e multiplicação. Essas operações devem ser introduzidas de modo que se fizermos contas com os inteiros positivos devemos ter os mesmos resultados fazendo as contas com os correspondentes números naturais. Além disso, devem permanecer as propriedades comutativa, associativa e distributiva. E isto é fundamental. Feito isso é fácil verificar o porquê de -1 vezes -1 é 1. Mais do que isso, é possível mostrar que a regra dos sinais é uma consequência necessária. Joãozinho: Se eu entendi bem, meu pai vai continuar não acreditando na regra dos sinais e eu fazendo de conta que acredito. Professora: Veja Joãozinho: conhecer a construção dos números inteiros significa que uma etapa no aperfeiçoamento mental foi vencida. Para vencer essa etapa é preciso fazer um esforço considerável. De qualquer maneira, eu chamei a atenção para o ensinamento de Gauss: os números são uma livre criação do espírito humano. Os números são objetos matemáticos abstratos. Justamente, por isso podemos aplicar a tantos eventos do mundo físico. A professora deixou muito claro um ponto fundamental. Só podemos construir o desconhecido partindo do conhecido. Assim, ela assumiu como conhecido os números naturais e suas operações. A partir disso, construímos números inteiros. Conhecido os números inteiros podemos construir os números fracionários. É uma aventura verdadeiramente fascinante, apesar da cara feia do Joãozinho. ÁUDIO Negativos I 9/11 Sugestões de atividades Antes da execução Recomenda-se ao professor antes da execução áudio que discuta com seus alunos sobre situações do dia a dia onde possam surgir quantidades negativas. Por exemplo, a temperatura em graus Celsius em um dia de muito frio, o saldo bancário negativo, etc. Depois da execução Após a execução do áudio, sugere-se ao professor explorar um pouco mais a solução para o problema do Joãozinho, provar que –1 vezes –1 é igual a +1. Um das formas de demonstrar essa propriedade é usar alguns axiomas dos números reais. Sendo yx, e z números reais, temos que: 1o axioma: a igualdade é reflexiva: xx = 2o axioma: se yx = então zyzx +=+ 3o axioma: a adição é associativa: zyxzyx ++=++ )()( 4o axioma: todo número tem seu simétrico: 0)( =−+ xx 5o axioma: elemento nulo: xx =+ 0 6o axioma: a adição é comutativa: xyyx +=+ 7o axioma: a igualdade é simétrica: yx = então xy = ÁUDIO Negativos I 10/11 8o axioma: propriedade distributiva: zxyxxzy xzxyzyx +=+ +=+ )( )( Como primeira conseqüência dos axiomas acima mostra-se que: yxxy )(−=− Pelo 8o axioma: yxxyxxy ))(()( −+=−+ Pelo 4o axioma: yyxxy )0()( =−+ O produto de qualquer real por zero resulta zero, 0)( =−+ yxxy Portanto o termo yx)(− é o simétrico de xy− yxxy )(−=− Como uma segunda conseqüência tem-se: )( xx −−= Pelo 4o axioma tem-se: 0)( =−+ xx Pelo 6o axioma tem-se: 0)( =+− xx Tem-se então que x é o simétrico de )( x− Podemos enfim, através das duas deduções feitas, provar que: xyyx =−− ))(( Pelo axioma da reflexividade temos que: ))(())(( yxyx −−=−− Conforme a primeira demonstração tem-se: ))(())(( yxyx −−=−− )())(( xyyx −−=−− E finalmente temos que, pela segunda demonstração: xyyx =−− ))(( ÁUDIO Negativos I 11/11 Particularizando este exemplo para o caso do Joãozinho tem-se que 1=x e 1=y e portanto 1)1)(1( =−− . Sugestões de leitura Boyer, C. B., (1996), História da Matemática, Edgar Bluncher Ltda, São Paulo. Site recomendado Origem dos números negativos, http://www.somatematica.com.br/negativos.php, ( 09/05/2011, 9:30h ) Ficha técnica Autor William Martins Vicente Revisão Samuel Rocha de Oliveira Coordenação de Mídias Audiovisuais Prof. Dr. Eduardo Paiva Coordenação Geral Prof. Dr. Samuel Rocha de Oliveira Universidade Estadual de Campinas Reitor Fernando Ferreira Costa Vice-reitor Edgar Salvadori de Decca Pró-Reitor de Pós-Graduação Euclides de Mesquita Neto Instituto de Matemática, Estatística e Computação Científica Diretor Caio José Colletti Negreiros Vice-diretor Verónica Andrea González-López
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