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Entre Jovens Tutor 1o ano do Ensino Médio GUIA DO TUTOR Volume II Matemática 1o ano do Ensino Médio Entre Jovens 1o ano do Ensino Médio: Guia do Tutor Matemática. – São Paulo: Instituto Unibanco/CAEd, 2016. 146 p.; Vol. II. ELABORAÇÃO DO MATERIAL Coordenação Roberta de Oliveira Pesquisa e conteúdo CAEd – Centro de Políticas Públicas e Avaliação da Educação Revisão de conteúdo Grupo Mathema Produção editorial Elisa Swartele Maria Clara Wasserman Renata Buset Pesquisa iconográfica Tempo Composto ASSESSORIA DE COMUNICAÇÃO Coordenação Marina Rosenfeld Revisão de texto Ofício do Texto Projetos Editoriais Editoração eletrônica Formato Comunicação Realização Instituto Unibanco CONSELHO DE ADMINISTRAÇÃO Presidência Pedro Moreira Salles Vice-Presidência Pedro Sampaio Malan Conselho Antonio Matias Cláudio de Moura Castro Cláudio Luiz da Silva Haddad Marcos de Barros Lisboa Ricardo Paes de Barros Rodolfo Villela Marino Thomaz Souto Corrêa Netto Tomas Tomislav Antonin Zinner Diretoria Executiva Claudio José C. Arromatte Cristina Cestari Fernando Marsella Chacon Ruiz Gabriel Amado de Moura Jânio Gomes Leila Cristiane B. B. de Melo Marcelo Luis Orticelli Superintendência Executiva Ricardo Henriques Implementação de Projetos Maria Julia Azevedo Gouveia Desenvolvimento e Conteúdos Lucia Helena Couto Gestão do Conhecimento Mirela de Carvalho Planejamento e Articulação Institucional Tiago Borba Administração, Finanças e Tecnologia da Informação Fábio Santiago UMáRIOS Introdução Oficina 1 – Noções de Geometria Oficina 2 – Teorema de Tales e os triângulos Oficina 3 – Circunferência e círculo Oficina 4 – Representações no plano Oficina 5 – Sequências numéricas e expressões algébricas Oficina 6 – Equação do 2o grau Oficina 7 – Tratamento da Informação Oficina 8 – Revisitação Referências Bibliográficas Matriz de Referência Anexos 9 11 45 64 74 87 96 112 127 137 138 140 9GUIA DO TUTOR Prezado tutor/professor, Este guia dá continuidade ao primeiro guia e também se estrutura em oficinas, cujos temas foram propostos de acordo com sua relevância e centralidade no currículo de Matemática do Ensino Fundamental. Ao elaborar este material, levamos em conta temas que são centrais que os alunos aprendam antes do 1o ano do Ensino Médio, em cada uma das duas áreas, e as habilidades descritas na Matriz de Referência do Saeb – 9o ano do Ensino Fundamental. Ressaltamos que essas oficinas não esgotam os temas abordados. Foram selecionados focos de revisão que permitirão que os alunos relembrem ou aprendam noções, conceitos e habilidades importantes para que tenham uma aprendizagem adequada no Ensino Médio. Cada oficina deve ser conduzida por você, tutor/professor de forma a estimular a participação do aluno, procurando desafiá-lo permanentemente, provocando-o com perguntas, visando a incenti- vá-lo a tentar, ele próprio, resolver as atividades propostas. Quando oportuno, revisite brevemente os aspectos teóricos e conceituais relacionados às ferramentas necessárias à resolução de uma atividade. Estimule soluções por raciocínios diversos e, ao resolver um problema, procure apontar, sempre que possível, a diversidade de resoluções. Em vários pontos do guia, interrompemos a apresentação com o objetivo de chamar a atenção para procedimentos a serem adotados ou para erros frequentes cometidos pelos alunos, a fim de que você dê ênfase àquelas passagens. Em cada oficina, são apresentados problemas diversos que você deverá resolver com os alunos, e não para os alunos. Ao final de cada oficina, são propostas atividades que os alunos devem ser encorajados a tentar resolver. Somente depois de os alunos terem trabalhado nessas atividades você deverá resolver com eles. Cada oficina foi dimensionada para ser cumprida em duas semanas de atividades. Obviamente, o andamento das oficinas dependerá do rendimento do grupo de alunos, mas, dentro do possível, tente executá-la em uma semana. Esperamos que este Guia seja útil para seu trabalho em sala de aula. Bom trabalho! NTRODUÇÃOI 11GUIA DO tUtOr NOÇÕES DE GEOMETRIA1 Esta oficina trabalha as seguintes habilidades da matriz: D5 – Identificar as propriedades de triângulos pela comparação de medidas de lados e ângulos. D6 – Identificar a relação entre quadriláteros por meio de suas propriedades. D4 – Reconhecer ângulos como mudanças de direção ou giros, identificando ângulos retos e não retos. D8 – Resolver problemas utilizando propriedades dos polígonos (soma de seus ângulos internos, números de diagonais, cálculo da medida de cada ângulo interno nos polígo- nos regulares). O descritor D5 deve verificar a habilidade do aluno para explorar as classificações dos triângulos, segundo seus ângulos e lados, bem como as definições e as propriedades das retas especiais que definem a altura, a bissetriz, a mediatriz e a mediana. A relação angular de Tales, de que a soma dos ângulos internos de um triângulo é 180°, deve ser conhecida, mas é preciso evitar manipulações excessivamente algébricas. Essa habilidade pode ser avaliada por meio de situações-problema contextualizadas que permitam identificar se o aluno aprendeu determinado conceito. O descritor D6 deve verificar a habilidade do aluno para identificar todos os tipos de quadriláteros (trapézios, paralelogramos e retângulos) e as inclusões entre eles, bem como as propriedades de suas diagonais. O descritor D4 deve verificar a habilidade do aluno para identificar ângulos que se movimentam. Essa habilidade é avaliada por meio de situações-problema contextualizadas, nas quais o aluno deve observar as mudanças de direção, como o movimento dos ponteiros de um relógio. Às 9 horas, os ponteiros formam um ângulo de 90°, e às 9h 15min, os ponteiros formam um ângulo de 180°. As mudanças de direção dos navios e dos aviões fornecem bons exemplos a serem explorados. O descritor D8 deve verificar a habilidade do aluno para determinar a soma dos ângulos internos, o número de diagonais de um polígono e a medida de cada ângulo interno de um polígono regular, por meio de situações-problema contextualizadas que explicitem esse conhecimento específico. Todos os tópicos contemplados nesse descritor devem ser verificados em problemas que identifiquem a habilidade do aluno, ou seja, se ele sabe calcular a medida de cada ângulo interno, ou calcular a soma de todos os ângulos internos, ou calcular o número de diagonais dos polígonos regulares. 12 GUIA DE MATEMÁTICA ENTRE JOVENS | VOLUME II Esta oficina traz os conceitos primitivos e iniciais da Geometria, que podem ser usados como um excelente instrumento para estimular o raciocínio e a interpretação de problemas. No geral, os alunos conseguem identificar os conceitos e as formas quando confrontados com as observações cotidianas, por isso, é importante que o tutor faça, sempre que possível, uma alusão a objetos e situações reais para dar sentido a tais conceitos. Trabalhamos, inicialmente, com os conceitos primitivos: ponto, reta e plano, fazendo referências aos conhecimentos prévios dos alunos e às relações entre esses conhecimentos e as observações do nosso entorno. Destacamos, também, a importância das construções geométricas feitas pelos alunos como instrumento de percepção dos conceitos da Geometria, como semirreta, segmento de reta e ângulo. Faz-se também a utilização de um mapa, como representação espacial, para trabalhar as definições de retas paralelas e perpendiculares. Propõe-se uma atividade prática baseada na antiga brincadeira “morto-vivo”, usando os conceitos de ângulos como comandos. Ampliamos a compreensão das propriedades dos ângulos e as características dos polígonos. Para isso, trabalhamos com retas paralelas cortadas por uma transversal; ressaltamos as características dos triângulos e quadriláteros, oferecemos uma atividade prática de soma dos ângulos internos de um triângulo; definimos as propriedades de ângulos por meio de retas paralelas cortadas por umatransversal. Em seguida, demonstramos o cálculo de ângulo externo de um triângulo e elaboramos uma atividade do cálculo do número de diagonais de um polígono, e terminamos com a generali- zação da soma dos ângulos internos de um polígono de n lados. 1a atividade: Os objetos da Geometria podem ser observados na natureza, na Arquitetura, na arte e em muitos outros contextos. Por exemplo: ponto, reta e plano são elementos geométricos primi- tivos que podem estar associados a diferentes formas à nossa volta. Você saberia identificar algumas formas que se parecem com estes elementos? Ponto – Ponta do lápis, estrelas, cabeça de agulha, pingo da letra “i”, ponto-final etc. Reta – Fio esticado, barbante esticado, linha do caderno, faixa contínua da rodovia etc. Plano – Tampo da mesa, lousa da escola, porta, parede, espelho, capa do livro, folha de sulfite etc. Vamos explicar cada um deles a seguir: • Ponto: a marca de uma ponta de lápis bem fina no papel dá a ideia do que é um ponto. Toda figura geométrica é considerada um conjunto de pontos. • P Costuma-se nomear pontos por letras maiúsculas do nosso alfabeto. 13GUIA DO tUtOr • Reta: uma linha traçada com régua dá a ideia de uma reta. Imagine, agora, uma linha esti- cada sem começo, sem fim, sem espessura. É assim que se concebe uma reta em Matemática. r As retas são nomeadas por letras minúsculas do nosso alfabeto. • Plano: a superfície de uma mesa é plana. Imagine que tal superfície, conservando-se plana, estenda-se infinitamente em todas as direções. A nova superfície, assim obtida, é um plano. α Os planos são nomeados por letras gregas minúsculas. Por exemplo: a, b e . Ao selecionarmos um ponto A em uma reta, esse ponto divide a reta em duas semirretas: A A H H A G G As duas semirretas originadas pelo ponto A na figura anterior são: wAyG% e AyH%. 14 GUIA DE MATEMÁTICA ENTRE JOVENS | VOLUME II O que é um ângulo? É a região compreendida entre duas semirretas de mesma origem. A B V Vértice: V lado lado Lados: VA% e VB% Vamos classificar os ângulos segundo suas medidas: C A G R S O E F B V M N Ângulo reto = 90o Ângulo raso = 180o Ângulo agudo medida < 90o Ângulo obtuso medida > 90o 15GUIA DO tUtOr 2a atividade: Examine o mapa seguinte: Ru a Jo ão Ru a Lu ís Ru a O to Rua Ana B Rua Clara Rua Maria Ru a Ru i A Miguel precisa indicar a seu amigo o caminho que deve ser seguido para sair do ponto A e chegar ao ponto B. Veja as instruções de Miguel: “Siga por uma rua perpendicular à Rua João, passe por duas paralelas a essa mesma rua e vire à esquerda na terceira paralela. Ande por essa rua, que é paralela à Rua João, até encontrar a próxima perpendicular a ela. Chegou!” Vamos ajudar o amigo de Miguel a compreender essas instruções, revendo os conceitos de retas paralelas e perpendiculares: a) Dê um exemplo de duas ruas paralelas presentes no mapa anterior. Rua Luís e Rua Oto (existem outras possibilidades de respostas). b) Defina o que são retas paralelas. Dizemos que duas ou mais retas (ou segmentos) são paralelas quando não possuem pontos comuns ou quando possuem todos os pontos em comum. r s Diz-se que r//s (r é paralela à s). c) Dê um exemplo de duas ruas perpendiculares presentes no mapa anterior. Rua Luís e Rua Clara (existem outras possibilidades de respostas). 16 GUIA DE MATEMÁTICA ENTRE JOVENS | VOLUME II d) Defina o que são retas perpendiculares. Dizemos que duas retas são perpendiculares quando são concorrentes (se cruzam em um ponto) e o ângulo formado entre elas mede 90°. s r Em termos de notação, representamos r ⊥ s (r é perpendicular a s). e) Faça o percurso, no mapa, indicado por Miguel para sair do ponto A e chegar ao ponto B. f) Descreva outra possibilidade de percurso para sair do ponto A e chegar ao ponto B. Siga pela Rua João (em direção à Rua Ana) até encontrar a próxima perpendicular. Vá por essa perpendicular, passando por duas paralelas à Rua João e, quando encontrar a terceira paralela à Rua João, você chegará ao ponto B (existem outras possibilidades de respostas). FIGURAS PLANAS São figuras que têm todos os seus pontos localizados em um único plano. triângulo retângulo pentágono círculo dodecágono 17GUIA DO tUtOr FIGURAS NÃO PLANAS São regiões do espaço limitadas por uma superfície fechada. cone cilindro pirâmide esfera paralelepípedo IMPORTANTE: Uma figura não plana pode ter diferentes representações planas, dependendo da maneira pela qual é observada. Por exemplo, observe as diferentes vistas de um sólido: vista superior vista lateral vista frontal 18 GUIA DE MATEMÁTICA ENTRE JOVENS | VOLUME II POLÍGONOS E NÃO POLÍGONOS As figuras planas podem ser classificadas quanto à natureza de seus lados. Uma figura fechada que possui todos os seus contornos retos, sem cruzamentos entre eles, é chamada de polígono. Uma figura que tem alguma linha de contorno curva é chamada de não polígono. polígonos não polígonos Podemos classificar os polígonos quanto ao número de lados, conforme o quadro a seguir: Número de lados Polígono Número de lados Polígono 1 não existe 11 undecágono 2 não existe 12 dodecágono 3 triângulo 13 tridecágono 4 quadrilátero 14 tetradecágono 5 pentágono 15 pentadecágono 6 hexágono 16 hexadecágono 7 heptágono 17 heptadecágono 8 octógono 18 octadecágono 9 eneágono 19 eneadecágono 10 decágono 20 icoságono Vamos relembrar os elementos que encontramos nos polígonos. Veja a figura a seguir: vértice ângulo interno ângulo externo lado 19GUIA DO tUtOr 3a atividade: Agora, resolva o seguinte problema. Rosângela ficou curiosa ao perceber como as pétalas da flor desenhada a seguir encaixavam-se. x Perceba que essas pétalas têm uma forma plana que já conhecemos na Matemática. a) O x na figura representa qual elemento do polígono? Ângulo interno. b) Determine o valor de x, na figura inicial. 120°. 4a atividade: Vamos exercitar nossas habilidades em desenhos. Construção I: 1o Construa uma reta r. 2o Marque, sobre a reta r, os pontos A, B e C (com A entre B e C ). 3o Marque um ponto D que não pertença a r. 4o Trace o segmento wAD. 5o Assinale os ângulos D BAB e D BAC. A C r DB � a) Qual é a medida de cada um desses ângulos? (Use o transferidor.) Múltiplas possibilidades de respostas. b) Calcule a soma das medidas desses ângulos que você acabou de medir. 180°. Discuta com os alunos que, apesar de os valores serem diferentes, a soma dos ângulos é constante. Dois ângulos cuja soma é 180° são chamados de ângulos suplementares. 20 GUIA DE MATEMÁTICA ENTRE JOVENS | VOLUME II Construção II: 1o Marque um ponto D na região limitada pelo ângulo reto da figura a seguir. 2o Trace o segmento wAD. 3o Assinale os ângulos D BAB e D BAC. A B C D a) Qual é a medida de cada um desses ângulos? (Use o transferidor) Múltiplas possibilidades de respostas. b) Calcule a soma das medidas desses ângulos que você acabou de medir. 90°. Discuta com os alunos que, apesar de os valores serem diferentes, a soma dos ângulos é constante. Dois ângulos cuja soma é 90° são chamados de ângulos complementares. ATIVIDADE PRÁTICA Com base na brincadeira “morto e vivo”, a turma deve ser dividida em grupos. Um grupo de cada vez deve ficar à frente da sala. Com os alunos enfileirados, você, aleatoriamente, dá os comandos que deverão ser seguidos por eles. Aquele que errar será excluído do jogo. Quando sobrar apenas um aluno, este aguardará os demais vencedores dos outros grupos. Com estes, faz-se a rodada final para determinar um único vencedor. Os comandos para o jogo são: • 90° para a direita; • 90° para a esquerda; • 180° para a direita; • 180° para a esquerda; • 360° para a direita, e • 360° para a esquerda. 21GUIA DO tUtOr ÂNGULOS E POLÍGONOS As formas geométricas estão presentes em nossas vidas. As propriedades dos ângulos e as caracte- rísticas dos polígonos nos ajudam a resolver problemas cotidianos.O objetivo desta oficina é tratar esses assuntos de maneira mais prática. Para tanto, proporcionamos aos alunos a oportunidade de descobrir ou visualizar essas propriedades, seja por meio da regularidade ou da dedução. 1. Propriedades dos ângulos 1a atividade: Você já reparou no funcionamento de uma tesoura? Toda vez que fechamos os cabos de uma tesoura, fechamos também suas lâminas. Discuta com seus colegas por que isso acontece. D4 Observe que ainda não foi apresentada a propriedade de ângulos opostos pelo vértice. Para resolver esse problema, indicamos que você trabalhe com dedução. Trace as retas s e t, conforme indicado na figura a seguir: TESOURA TESOURA s t Em seguida, você deve indicar os ângulos que correspondem à abertura e ao fechamento da tesoura. Na figura a seguir, estes ângulos são representados por a e b. TESOURA s t �� Por meio de desenhos, mostre a seus alunos que, ao fecharmos os cabos, o ângulo b vai diminuindo, assim como o ângulo a, fazendo com que as lâminas se fechem também. 22 GUIA DE MATEMÁTICA ENTRE JOVENS | VOLUME II t s � � t s � � t s � � Queremos que os alunos sejam orientados a perceber o conhecimento geométrico usado no funcionamento da tesoura: duas retas que se cruzam formam ângulos opostos de mesma medida. Em outras palavras, fechando de um lado, fechamos também do outro. 2a atividade: Prove que a = b. D4 � � Com esse problema, generalizamos o que foi visto na 1a atividade. Mais uma vez, utilize a dedução para convencer seus alunos. Mostre que os ângulos a e são suplementares, ou seja, formam um ângulo raso. � � 23GUIA DO tUtOr Da mesma maneira que e b são também suplementares. � � Portanto, por transitividade, a b. É aconselhável que você realize esta prova algebricamente: a + = 180° + b = 180° Em seguida, apresente a propriedade dos ângulos opostos pelo vértice: Ângulos formados por duas retas que se cruzam são chamados ângulos opostos pelo vértice. Dois ângulos opostos pelo vértice são congruentes. 3a atividade: As retas r e s são paralelas. A reta t corta r e s. Esse cruzamento forma vários ângulos. Na figura a seguir, assinalamos dois deles. Quanto mede a? D4 � r s 41o t Com esse problema, abordamos mais uma propriedade dos ângulos. Ajude os alunos a recordar o que são retas paralelas antes de dar prosseguimento ao exercício. Peça a eles que imaginem que a reta r faça a seguinte translação: vá deslocando-se e mantendo-se paralela à posição inicial (é recomendável que você tenha em mãos régua e esquadro para realizar o deslocamento da reta no quadro, facilitando, assim, a compreensão). ⇒ a + = + b ⇒ a = b 24 GUIA DE MATEMÁTICA ENTRE JOVENS | VOLUME II t s r 41o � t r = s = 41o� Durante a execução do deslocamento, chame a atenção do aluno para o fato de que o ângulo a não se altera. É importante que ele perceba essa situação para compreender que esses dois ângulos são congruentes. Ângulos correspondentes formados por retas paralelas sempre serão congruentes. 25GUIA DO tUtOr 4a atividade: A avaliação bimestral de desenho geométrico da escola de Joana começava com a seguinte questão: D4 “No desenho a seguir, as retas r e s são paralelas. Sabendo disso, podemos afirmar que os ângulos a e b são congruentes? Por quê?” r s � � Joana respondeu: “Não, pois eles não são ângulos correspondentes”. Joana acertou essa questão? Justifique sua resposta. Com esse problema, queremos que o aluno relacione o que foi visto até o momento sobre as pro- priedades de ângulos. Estimule a discussão e incentive seus alunos a justificar as respostas dadas. Para começar, o aluno deve perceber que a e γ são ângulos opostos pelo vértice, logo a γ r s � � γ Em seguida, deve perceber que b e γ são ângulos correspondentes, logo b γ. Portanto, por transitividade, a b. Para concluir, apresente os ângulos a e b como ângulos alternos externos. É muito importante que você explique que o termo alterno vem de alternar, ou seja, eles estão de lados alternados em relação à reta transversal. Já o termo externo está relacionado ao fato de que ambos os ângulos não estão entre as retas paralelas, e sim “do lado de fora” dessas retas. Mais uma vez, ressaltamos a importância de dar significado aos conceitos matemáticos. 26 GUIA DE MATEMÁTICA ENTRE JOVENS | VOLUME II 5a atividade: A segunda questão da avaliação de Joana dizia: D4 “As retas m e n são paralelas. Qual a relação entre os ângulos γ e ?” m n � � Joana respondeu: “Eles são congruentes, pois são alternos externos.” A resposta de Joana está correta? Justifique sua resposta. Mais uma vez, utilizamos o que foi visto até agora para chegar a uma nova propriedade dos ângulos. m n � � � Para começar, eles devem identificar que, na verdade, a e γ são ângulos alternos externos, logo são congruentes. Em seguida, devem perceber que a e são suplementares. Portanto, por transitividade, e γ também são suplementares. Ao apresentar esses ângulos como colaterais externos, lembre-se de explicar que o termo colate- rais está relacionado ao fato de que os ângulos em questão estão do mesmo lado em relação à transversal, e o termo externo continua com o mesmo significado em relação às retas paralelas. 27GUIA DO tUtOr 6a atividade: Na figura a seguir, as retas a e b são paralelas. Identifique os: D4 a) ângulos correspondentes: m e t, n e q, o e r, p e s. b) ângulos alternos internos: n e s, o e t. c) ângulos alternos externos: p e q, m e r. d) ângulos colaterais internos: n e t, o e s. e) ângulos colaterais externos: m e q, r e p. m t p o n q r a b s Repare que utilizamos duas retas paralelas verticais. Em geral, ângulos correspondentes, colaterais e alternos são apresentados aos alunos em retas horizontais, e quando a configuração é alterada, as dúvidas aparecem. 2. Classificação de polígonos 2.1. Triângulos 7a atividade: Na figura a seguir, vemos a representação de um parque que será construído em uma cidade. D5/D15 40 m 30 m 28 GUIA DE MATEMÁTICA ENTRE JOVENS | VOLUME II A parte triangular representa um canteiro que será utilizado para a construção de um jardim. O responsável pela obra calculou que serão necessários 86,2 m de arame para cercar todo o jardim. Sabendo que os ângulos indicados têm mesma medida, quanto mede cada lado desse canteiro? Antes de resolver este exercício, indicamos uma revisão das classificações dos triângulos quanto aos lados e aos ângulos, além de reconhecer algumas propriedades: Classificação Nome Característica Imagem Quanto aos lados Escaleno Três lados distintos Equilátero Três lados iguais Isósceles Dois lados de mesma medida Quanto aos ângulos Retângulo Um ângulo reto Obtusângulo Um ângulo obtuso Acutângulo Três ângulos agudos Propriedade: “Em todo triângulo isósceles, os ângulos da base são congruentes.” Agora, seu aluno tem as ferramentas necessárias para a resolução desse problema. Como os ângulos indicados são congruentes, podemos afirmar que esse triângulo é isósceles. Logo, as medidas dos lados que procuramos são congruentes também. A base tem 40 m de com- primento. Assim, tomando a medida que ainda falta do canteiro como x, temos: 40 + x + x = 86,2 40 + 2x = 6,2 2x = 6,2 x = 23,1 Portanto, as medidas procuradas são 23,1 m e 40 m. 29GUIA DO tUtOr 2.2. Quadriláteros 8a atividade: A professora Marta desenhou no quadro os quadriláteros seguintes: D6 retângulo quadradolosango Cite uma propriedade comum aos três. Indicamos que você realize agora uma revisitação da classificação dos quadriláteros. Classificação Nome Característica Imagem Paralelogramos Paralelogramo – Lados opostos paralelos – Ângulos opostos congruentes Retângulo – Lados opostos paralelos e congruentes – Todos os ângulos retos Quadrado – Lados opostos paralelos – Todos os lados congruentes – Todos os ângulos retos Losango – Lados opostos paralelos – Todos os lados congruentes – Ângulos opostos congruentes30 GUIA DE MATEMÁTICA ENTRE JOVENS | VOLUME II Classificação Nome Característica Imagem Trapézio Trapézio – Apenas um par de lados paralelos Trapézio isósceles – Apenas um par de lados paralelos – Lados não paralelos congruentes – Ângulos da base congruentes Trapézio retângulo – Apenas um par de lados paralelos – Dois ângulos retos – Um dos lados não paralelos é perpendicular à base e coincide com a altura Observando o quadro anterior, o aluno pode perceber que os lados opostos dos quadriláteros mencionados no problema têm lados opostos paralelos e congruentes. 31GUIA DO tUtOr 3. Soma dos ângulos internos de um triângulo Atividade prática Objetivo Dar condições ao aluno para que se certifique de que a soma das medidas dos ângulos internos de um triângulo é 180°. Material necessário Folha A4, régua e tesoura. Como fazer 1o Passo: Em uma folha de papel, desenhe um triângulo qualquer (Estimule-os a fazer triângulos de várias formas e tamanhos). 2o Passo: Peça aos alunos que marquem os três ângulos de forma diferente. 3o Passo: Com a tesoura, recorte o triângulo e separe cada um dos três ângulos internos. 4o Passo: Encaixe lado a lado os três ângulos recortados. (Você pode pedir aos alunos que utilizem a beirada da carteira como base). 5o Passo: Questione: “O que você consegue perceber?”. 6o Passo: Formalize a ideia. Lembre-se de ressaltar que o resultado obtido independe do triângulo desenhado. A soma das medidas dos ângulos internos de qualquer triângulo é 180º. 32 GUIA DE MATEMÁTICA ENTRE JOVENS | VOLUME II 9a atividade: Para realizar um trabalho da escola, Ana precisa determinar o valor do ângulo iden- tificado na figura a seguir, mas não sabe como. Vamos ajudá-la? D8 b B x C a A Nosso objetivo aqui é instigar os alunos a perceber que podemos determinar o valor desse ângulo utilizando a propriedade da soma dos ângulos internos de um triângulo. Ba + Bb + Bc= 180° Bx + Bc = 180° Explique aos seus alunos que acabamos de realizar uma demonstração, ou seja, a relação encon- trada aqui é válida para qualquer triângulo, pois utilizamos um triângulo sem qualquer caracte- rística especial. Agora, apresente a propriedade da medida do ângulo externo de um triângulo. A medida de todo ângulo externo de um triângulo é igual à soma dos dois ângulos internos não adjacentes a esse ângulo externo. 4. Diagonais 10a atividade: Trace as diagonais de cada um dos polígonos a seguir e preencha a tabela. Observe a regularidade entre os resultados obtidos. D8 ⇒ Bx + Bc = Ba + Bb + Bc ⇒ Bx = Ba + Bb 33GUIA DO tUtOr ATENÇÃO! n: número de lados do polígono. dv: número de diagonais por vértice. d: número de diagonais do polígono. n 4 5 6 7 8 9 x dV 1 2 3 4 5 6 (x – 3) d 2 5 9 14 20 27 x(x – 3) 2 Com esse problema, queremos que os alunos percebam como é feito o cálculo do número de diago- nais de cada vértice e do número de diagonais de um polígono. Discuta com seus alunos por que não é suficiente multiplicar o número de diagonais por vértice pelo número de vértices do polígono para calcular o número de diagonais do polígono. 5. Ângulos internos de um polígono 11a atividade: Descreva uma maneira de calcular a soma dos ângulos internos do pentágono a seguir: D8 Relacionando todas as propriedades estudadas até agora, podemos chegar a uma nova conclusão sobre a medida dos ângulos internos de um pentágono. Traçando as diagonais a partir de um vértice, podemos dividir esse pentágono em três triângulos. Logo, a soma dos ângulos internos do pentágono é 180° + 180° + 180° = 540°. 34 GUIA DE MATEMÁTICA ENTRE JOVENS | VOLUME II 12a atividade: Divida os polígonos a seguir em triângulos e preencha a tabela. Observe a regula- ridade entre os resultados obtidos. D8 ATENÇÃO! n: número de lados do polígono. t: número de triângulos em que o polígono foi dividido. Si: soma das medidas dos ângulos internos. n 3 4 5 6 7 8 9 x t 1 2 3 4 5 6 7 (x – 2) Si 180° 360° 540° 720° 900° 1 080° 1 260° (x – 2) ? 180° Certifique-se de que seus alunos percebam que a diferença entre o número de triângulos formados e o número de lados dos polígonos é sempre 2, ou seja, para saber quantos triângulos serão formados, basta subtrair 2 do número de lados do polígono: n = 3 ⇒ Si = (3 – 2) ? 180° = 1 ? 180° = 180° n = 4 ⇒ Si = (4 – 2) ? 180° = 2 ? 180° = 360° n = 5 ⇒ Si = (5 – 2) ? 180° = 3 ? 180° = 540° n = 9 ⇒ Si = (9 – 2) ? 180° = 7 ? 180° = 1 260° Agora, é possível generalizar o resultado. Portanto, a soma dos ângulos internos de um polígono de n lados é dada por: Si = (n − 2) ? 180° 35GUIA DO tUtOr 13a atividade: A figura a seguir é um octógono regular, o que quer dizer que todos os seus ângulos internos são congruentes, assim como seus lados. Qual é o valor do ângulo interno desta figura? D8 Esperamos que o aluno perceba que o lado desse octógono tem a mesma direção da diagonal do quadrado da malha, logo o ângulo a é reto e o ângulo b tem a metade de sua medida. Portanto, o ângulo interno do octógono regular mede 135°. � � E se a figura não estivesse desenhada em uma malha quadriculada? Bom, nesse caso, explique aos alunos que basta calcular a soma dos ângulos internos do octógono e dividir pelo seu número de ângulos, pois todos eles são congruentes. ai = Si 8 = (8 – 2) ? 180° 8 = 1 080° 8 = 135° Generalizando, para calcular a medida do ângulo interno de um polígono regular de n lados, temos: ai = Si n 36 GUIA DE MATEMÁTICA ENTRE JOVENS | VOLUME II Resolva as seguintes atividades: Atividade 1. Observe os ponteiros neste relógio: D4 Decorridas três horas, qual é o ângulo formado pelos ponteiros? Solução: 90°. Atividade 2. Determine o valor de x, na figura a seguir: D4 40o 85o 13x + 5o 5x 5x Solução: 23x + 130° = 360° 23x = 230° x = 10° 37GUIA DO tUtOr Atividade 3. Em um cubo, estão desenhadas, em suas seis faces, formas planas circular, quadrada, triangular, pentagonal, hexagonal e estrela. D2 Veja o desenho deste cubo em três posições diferentes: Descubra quais formas planas estão nas faces opostas. Solução: Hexágono ↔ quadrado Triângulo ↔ pentágono Círculo ↔ estrela Atividade 4. Cada um dos círculos foi dividido em 8 partes iguais. Os ângulos estão indicados pelas regiões coloridas. D4 Bb Ba Bc Bd Classifique as sentenças em verdadeiras ou falsas, segundo a figura anterior: ( V ) Ba = Bd ( V ) Bc . Ba ( F ) Bb , Bc ( V ) Bc . Bd ( F ) Bb = Bd ( V ) Ba , Bc 38 GUIA DE MATEMÁTICA ENTRE JOVENS | VOLUME II Atividade 5. Observe a disposição dos cubos no sólido: D2 Na malha pontilhada, represente as vistas: frontal lateral superior Solução: frontal lateral superior 39GUIA DO tUtOr Atividade 6. Os ângulos x e 4x − 20 são complementares. Determine o valor de x. D4 Solução: x + 4x − 20° = 90° 5x = 110° x = 20° Atividade 7. Identifique qual é a relação entre os ângulos assinalados: D4 x y a b m n Solução: 1a figura: OPV 2a figura: suplementares 3a figura: OPV 40 GUIA DE MATEMÁTICA ENTRE JOVENS | VOLUME II Atividade 8. Considerando r // s // t, determine as medidas dos ângulos indicados: D4 a) 3x + 20o 5x – 40o s r b) 120o 130o s r z y x c) 110o 50o s r x d) 65o 70 o s r x y t w z Solução: a) 5x − 40° = 3x + 20° 2x = 60° x = 30° b) x + y + z = 180° y + z = 120° x + y = 130° z = 120° − y x = 130° − y 130° − y + y + 120° − y = 180° −y = 180° − 250° y = 70° x = 60° z = 50° c) x = 120° d) x = 45°; y = 45°; z = 70°; w = 115° 41GUIA DO tUtOr Atividade 9. Em um ladrilhamento, as formas geométricas planas, cujos contornos são polígonos, devem se encaixar sem espaço entre elas e sem sobreposição. Dessa maneira, elas podem ocupar todo o plano, preenchendo-o. Usando apenas um tipo de polígono regular, há somente três regiões poligonais regulares com as quais é possível obter um ladrilhamento: com formas qua- dradas, triangulares equiláteras e hexagonais regulares. A seguir, apresentamosexemplos formados por essas três regiões e mostramos a impossibilidade de se obter um ladrilhamento com formas pentagonais regulares. D8/D6 A B C D De acordo com as figuras anteriores, faça o que se pede: a) Determine a soma das medidas de todos os ângulos com vértice em A, em B e em C. b) Existe alguma relação entre a medida do ângulo interno do quadrado, do triângulo equilátero e do hexágono regular com a medida de um giro completo? c) Por que não é possível um ladrilhamento só com polígonos pentagonais regulares? Solução: a) Todos somam 360°. b) Os ângulos internos de cada um desses polígonos são divisores de 360 (90° = 360 ÷ 4; 60° = 360 ÷ 6, e 120° = 360 ÷ 3). c) Porque o ângulo interno de um pentágono mede 108º, que não é divisor de 360°. 42 GUIA DE MATEMÁTICA ENTRE JOVENS | VOLUME II Atividade 10. Determine as medidas indicadas por x e y nas figuras a seguir: D8 a) 18ºx 2x b) y x 1010 Solução: a) 3x = 162 é x = 54° b) x = y = 45° (triângulo isósceles) Atividade 11. Das figuras a seguir, indique as que representam polígonos: D3 a) d) c) f) b) e) Solução: b), c) e f). 43GUIA DO tUtOr Atividade 12. Quais tipos de polígonos aparecem no contorno das faces de cada poliedro? Há quantos de cada tipo? D3 a) b) c) Solução: a) retângulos: 6; hexágonos: 2. b) triângulos: 6; hexágonos: 1. c) Triângulos: 4. 44 GUIA DE MATEMÁTICA ENTRE JOVENS | VOLUME II Atividade 13. (Saresp) Dentre os mosaicos a seguir, aquele que é formado apenas por quadriláteros é: D3 a) b) c) d) Solução: Letra c). Atividade 14: Na figura seguinte, tem-se r // s e t e u são transversais. Qual o valor de a + b? D4 20o 70 o r s t u � � Solução: 130°. 45GUIA DO tUtOr Esta oficina trabalha as seguintes habilidades da matriz: D5 – Identificar propriedades de triângulos pela comparação de medidas de lados e ângulos. D10 – Resolver problemas utilizando as propriedades e os casos de semelhança de triângulos. D12 – Utilizar relações métricas do triângulo retângulo para resolver problemas signi- ficativos. O descritor D5 é verificado por meio de problemas que envolvem razões entre comprimentos e semelhanças de triângulos, nos quais proporcionamos uma diversidade de situações, para que o aluno estabeleça a proporcionalidade, escolha o caso e a forma mais adequada de solucionar os problemas. O descritor D12 deve verificar a habilidade de o aluno manipular as relações métricas do triângulo retângulo. Essa habilidade é avaliada por meio de situações-problema contextualizadas que exijam que o aluno selecione as relações necessárias para resolver o problema, especialmente em se tratando do Teorema de Pitágoras. Dentre as diversas relações métricas possíveis em um triângulo retângulo, a mais importante é o Teorema de Pitágoras. Existem diversas demonstrações para esse teorema. Aqui, apresentaremos uma demonstração simples, comum nos livros didáticos, cuja argumentação se vale de semelhança de triângulos. Em geral, o aluno tende a aplicar, a qualquer triângulo que pareça retângulo, o Teorema de Pitágoras, sem se preocupar se o triângulo dado é, de fato, um triângulo retângulo. Para desfazer esse equívoco, é importante convencer o aluno de que o Teorema de Pitágoras é um resultado somente sobre triângulos retângulos. O descritor D10 verifica a habilidade de o aluno selecionar e analisar por meio da semelhança de triângulos. Estes são apresentados em situações-problema, em diversas posições diferentes para que o aluno consiga solucionar os possíveis casos de semelhanças entre eles. Por meio deste mesmo descritor, o aluno deve ser capaz de realizar o cálculo de comprimentos, com o uso do Teorema de Tales. TEOREMA DE TALES E OS TRIÂNGULOS2 46 GUIA DE MATEMÁTICA ENTRE JOVENS | VOLUME II 1. Teorema de Tales Quando duas retas são transversais a um conjunto de retas paralelas, estas determinam sobre as transversais vários segmentos. Teorema (Tales): “A razão entre os comprimentos de dois quaisquer desses segmentos sobre uma das transversais é igual à razão entre os comprimentos dos segmentos correspondentes na outra transversal.” t1 t2 A1 A2 r1 B1 B2 r2 C1 C2 r3 r1 // r2 // r3 ⇒ A1B1 B1C1 = A2B2 B2C2 , A1B1 A1C1 = A2B2 A2C2 e B1C1 A1C1 = B2C2 A2C2 . Exemplo 1: Este mapa mostra quatro estradas paralelas que são cortadas por três vias transversais. Algumas das distâncias entre os cruzamentos dessas vias e estradas estão indicadas no mapa (em km), mas as outras precisam ser calculadas. Quais são os valores de x, y e z? 20 15 15 12 18 y z x 47GUIA DO tUtOr Solução: Esse exemplo é uma aplicação direta do Teorema de Tales. Temos que: 15 z = 12 18 ⇒ z = 45 2 = 22,5 km y z = 20 15 ⇒ y = 20 ? z 15 = 450 15 = 30 km x 15 = 12 18 ⇒ x = 12 ? 15 18 = 10 km 2. Semelhança Semelhança é um tema difícil para os alunos. Em geral, eles só conseguem visualizar a semelhança entre dois triângulos quando a posição relativa entre eles é bastante favorável. Por isso, devem-se explorar exercícios nos quais os triângulos sejam apresentados em posições diferenciadas. Mesmo quando a semelhança é percebida, é comum cometerem erros ao estabelecer a proporcionalidade entre os lados. Para resolver esse problema, propomos um procedimento que ajudará os alunos a lidar com a semelhança de forma correta. Cenário 1 O professor apresenta aos alunos dois problemas com o seguinte enunciado: Calcule o valor de x em cada uma das figuras a seguir: a) 2 cm 4 cm 40o 40o 110o 110oA B E x F D C 3 cm b) 3 cm 6 cm 4 cm 50o 50o J Kx L G a) Nas diversas soluções encontradas, observou-se que: x 3 = 4 2 ⇒ x = 12 2 ⇒ x = 6 cm 2 3 = 4 x ⇒ 2x = 12 ⇒ x = 12 2 ⇒ x = 6 cm 2 3 = x 4 ⇒ x = 8 3 cm 48 GUIA DE MATEMÁTICA ENTRE JOVENS | VOLUME II b) A maioria dos alunos não conseguiu resolver essa questão. Os poucos que tentaram, apresen- taram o seguinte raciocínio: x 3 = 6 4 ⇒ x = 18 4 ⇒ x = 4,5 cm 4 6 = x 3 ⇒ 12 2 = x ⇒ x = 2 cm x 6 = 4 3 ⇒ x = 24 3 ⇒ x = 8 cm Uma pergunta natural é: “Por que, invariavelmente, os alunos tendem a acertar o item (a) e errar o item (b)?” É claro que uma resposta a essa pergunta seria: “Porque o item (b) é mais difícil do que o item (a)!” Será que essa explicação é suficiente para esclarecer o que está ocorrendo? De fato, o item (b) apresenta mais dificuldade para os alunos. Mas a questão a ser compreendida é a razão pela qual isso ocorre. Para lançar luz sobre essa polêmica, vamos revisitar o conceito de semelhança entre triângulos. Definição: “Dois triângulos são ditos semelhantes se existir correspondência entre seus vértices, de modo que os ângulos correspondentes sejam congruentes e os lados em corres- pondência sejam proporcionais.” Dados dois triângulos ABC e DEF, há seis correspondências possíveis entre seus vértices. Listemos todas elas: A ↔ D A ↔ D A ↔ F A ↔ F A ↔ E A ↔ E B ↔ E B ↔ F B ↔ E B ↔ D B ↔ F B ↔ D C ↔ F C ↔ E C ↔ D C ↔ E C ↔ D C ↔ F A questão, então, é verificar se alguma dessas seis correspondências tem as propriedades apresen- tadas na definição, que são: • possuir os ângulos em correspondência congruentes; • possuir os lados em correspondência proporcionais. 49GUIA DO tUtOr Consideremos que uma dessas seis correspondências entre seus vértices, • A ↔ D • B ↔ E • C ↔ F, seja tal que os ângulos em correspondência sejam congruentes, ou seja: • BA BD • BB BE • BC BF Nesse caso, os triângulos ABC e DEF têm a chance de serem semelhantes. Por definição, eles serão semelhantes se os lados em correspondência forem proporcionais, isto é, se AB DE = BC EF = CA FD . Quando dois triângulos são semelhantes, eles não são necessariamente “iguaizinhos”. Eles têm, sim, a mesma forma (já que possuem os ângulos correspondentes congruentes), mas não possuem necessariamente o mesmo tamanho (pois, nesse caso, exige-se somenteque os lados correspon- dentes sejam proporcionais). Assim, triângulos semelhantes são iguais na forma, mas não necessa- riamente no tamanho. Intuitivamente: “Dois triângulos podem ser completamente diferentes na forma e no tamanho. Porém, se forem iguais na forma (são as medidas dos ângulos que caracterizam a forma do triân- gulo), eles serão triângulos semelhantes. Se, além de iguais na forma, forem também iguais no tamanho, eles serão congruentes.” Portanto, dados dois triângulos, deveríamos verificar, dentre as seis possíveis correspondências entre seus vértices, se alguma delas permite concluir a semelhança entre esses triângulos. Para tal, deveríamos verificar a ocorrência de três congruências, entre os três pares de ângulos e, também, a proporcionalidade entre os pares de lados dos dois triângulos. Assim, verificar a semelhança entre dois triângulos pela definição é bastante trabalhoso. Nesse momento, os casos de semelhan- ça podem nos socorrer. 50 GUIA DE MATEMÁTICA ENTRE JOVENS | VOLUME II 2.1. Casos de semelhança entre triângulos Caso (AA): Se dois triângulos ABC e DEF são tais que BA BD e BB BE, então ABC DEF. (Aqui é necessário e suficiente que se tenha dois pares de ângulos congruentes). Caso (LAL): Se dois triângulos ABC e DEF são tais que BB BE e AB DE = BC EF , então ABC DEF. (Aqui é necessário e suficiente que se tenha um par de ângulos congruentes e os dois pares de lados, adjacentes a esse par de ângulos congruentes, proporcionais). Caso (LLL): Se dois triângulos ABC e DEF são tais que AB DE = BC EF = CA FD , então ABC DEF. (Aqui é necessário e suficiente que se tenha os três pares de lados proporcionais). Perceba que utilizar os casos de semelhança entre triângulos é bem mais simples e mais rápido do que aplicar a definição de semelhança. Assim, os casos de semelhança servem para facilitar nosso trabalho. Em qualquer um dos casos, basta verificarmos uma quantidade menor de condições do que as descritas na definição de semelhança. É bem mais econômico, não acha? Voltemos, agora, aos problemas originalmente propostos no cenário 1: Em geral, quando os dois triângulos são apresentados na mesma posição, facilita bastante o reco- nhecimento da semelhança, bem como a montagem da proporção entre os lados. É o caso da letra (a), em que, facilmente, se percebe que os triângulos ABC e DEF possuem dois pares de ângulos congruentes, medindo 40° e 110°, o que, pelo 1o caso de semelhança (AA), garante a semelhança entre esses triângulos. Pelos ângulos congruentes, é possível saber quais são os vértices em corres- pondência: A ↔ D (pois ambos medem 110°) B ↔ E (pois ambos medem 40°) C ↔ F (que são os que restaram) Daí, fica fácil estabelecer quais lados se encontram em correspondência: wAB ↔ wDE wAC ↔ wDF wBC ↔ wEF 51GUIA DO tUtOr Para, em seguida, estabelecer a proporção correta entre as medidas dos lados: AB DE = AC DF = BC EF Pelos dados do problema, é fácil observar que basta utilizarmos a proporção AB DE = AC DF , pois ela relaciona os dados conhecidos e a medida a ser calculada: AB DE = AC DF ⇔ 2 4 = 3 x ⇔ x = 4 ? 3 2 ⇔ x = 6 cm. E no caso (b)? Bem, aí é importante conseguir identificar quais triângulos são semelhantes. Para isso, vale dese- nhar separadamente os triângulos envolvidos na figura, que, neste caso, são três, e marcar nesses triângulos todas as informações que se sabe sobre cada um deles. 3 cm 6 cm 4 cm 50o 50o J Kx L G 3 cm 6 cm 50o J K L 3 cm50o J K x G 6 cm4 cm 50o K x L G Note que no triângulo JGK só há informação sobre um de seus ângulos. Já nos triângulos JKL e GKL é possível identificar dois pares de ângulos congruentes, pois há um par de ângulos medindo 50° e outro par de ângulos congruentes, por se tratar de um ângulo comum aos dois triângulos. Portanto, pelo caso de semelhança (AA), podemos afirmar que os triângulos JKL e GKL são semelhantes. A correspondência entre os vértices é a seguinte: J ↔ K (pois ambos medem 50°) L ↔ L (pois se trata de um ângulo comum aos dois triangulos) K ↔ G (que são os que restaram) Então, pode-se montar a proporcionalidade entre os lados do triângulo da seguinte forma: JL KL = JK KG = LK LG 52 GUIA DE MATEMÁTICA ENTRE JOVENS | VOLUME II Como conhecemos JK = 3 cm, LK = 6 cm, LG = 4 cm e queremos achar KG = x, devemos utilizar a última igualdade da proporção anterior: JK KG = LK LG ⇔ 3 x = 6 4 ⇔ x = 3 ? 4 6 ⇔ x = 2 cm. 2.2. Razão de semelhança No caso de os triângulos ABC e DEF serem semelhantes e a correspondência entre os vértices ser A ↔ D, B ↔ E e C ↔ F, teremos, consequentemente, AB DE = AC DF = BC EF . Neste caso, seja k o valor comum dessas três razões, ou seja, AB DE = BC EF = CA FD = k. Dizemos que k é a razão de semelhança do triângulo ABC para o triângulo DEF. Perceba, por con- sequência, que 1 k será a razão de semelhança do triângulo DEF para o triângulo ABC, pois DE AB = EF BC = AD DF = 1 k . Se os triângulos ABC e DEF forem semelhantes e a razão de semelhança entre eles for k, então: AB DE = BC EF = CA FD = k ⇒ AB + BC + CA DE + EF + FD = AB DE = BC EF = CA FD = k, ou seja, AB + BC + CA DE + EF + FD = k. Logo, a razão entre os perímetros desses triângulos também é k. Quaisquer dois segmentos correspondentes nesses triângulos são tais que a medida de um é k vezes a medida do outro. No caso das áreas desses triângulos, temos: SABC SDEF = = baseABC ? alturaABC 2 ? 2 baseDEF ? alturaDEF SABC SDEF = baseABC ? alturaABC baseDEF ? alturaDEF ? k ? baseDEF ? k ? alturaDEF baseDEF ? alturaDEF = k2 Logo, se a razão de semelhança entre dois triângulos é k, então a razão entre suas áreas é k2. baseDEF ? alturaDEF 2 baseABC ? alturaABC 2 53GUIA DO tUtOr 2.3. Relações métricas no triângulo retângulo 1a atividade: Cenário. D12 Um aluno vê o seguinte problema em uma lista de exercícios: Calcule o valor de x na figura a seguir: A B 4 cm 3 cm C x Em seguida, resolve esse problema da seguinte maneira: x2 = 32 + 42 x2 = 25 x = 5 cm Qual é a condução a ser dada diante dessa situação? Pode-se observar, pela resposta apresentada pelo aluno, que ele empregou o Teorema de Pitágoras a esse triângulo, considerando o lado wAC como hipotenusa e os lados wAB e wBC como catetos. Entretanto, é importante observar que nem o enunciado, nem a figura do problema informam que o triângulo ABC é retângulo. Sem esse dado, não é possível considerar o triângulo ABC como retângulo. Com isso, não se pode aplicar o Teorema de Pitágoras a esse triângulo. É muito comum um aluno considerar como ângulo reto aquele que aparenta ser reto, sem que essa informação seja de alguma forma apresentada. 54 GUIA DE MATEMÁTICA ENTRE JOVENS | VOLUME II O valor de x no problema anterior não pode ser obtido, pois faltam informações necessárias para resolver o problema. É fácil perceber que há uma infinidade de triângulos que admitem dois lados com medidas 3 cm e 4 cm. A E H K 4 cm 4 cm 4 cm 4 cm 3 cm 3 cm 3 cm 3 cm 5,79 cm4,04 cm5 cm4,87 cm B C D F G I J L 86,95o 68,73o 110,81o90o O triângulo ilustrado na questão resolvida pelo aluno tem o lado wAC medindo cerca de 4,87 cm, pois o ângulo oposto a esse lado mede 86,95º (e não 90º, conforme considerado pelo aluno). É importante, nesse ponto, pedir aos alunos que desenhem triângulos diversos, com dois dos lados medindo 3 cm e 4 cm. Dessa forma, o aluno perceberá que o problema proposto não pode ser resolvido, pois, dependendo do triângulo que desenhe, a medida do 3o lado terá um valor diferen- te. Comente com os alunos que todos os triângulos que eles desenharam atendem às informações do enunciado, que é possuir dois lados medindo 3 cm e 4 cm. A medida do 3o lado só será igual a 5 cm se o ângulo oposto a esse lado for um ângulo reto. Caso contrário, a medida do 3o lado será diferente de 5 cm. O Teorema de Pitágoras é um resultado importantee central na Geometria. Há outras relações métricas possíveis em um triângulo retângulo, embora sejam pouco conhecidas dos alunos, por serem pouco exploradas. Para estabelecermos o Teorema de Pitágoras, utilizaremos um resultado básico de semelhança de triângulos. Teorema: “Em um triângulo retângulo, a altura relativa à hipotenusa divide-o em dois triân- gulos que são semelhantes um ao outro e também semelhantes ao triângulo original”. Demonstração: Considere um triângulo ABC, retângulo em A. Seja wAH a altura desse triângulo, relativa à hipotenusa. Mostraremos que ABC HBA HAC. 55GUIA DO tUtOr � � �l� �l � B A CH Como o ângulo em A é reto, tem-se que a + b‘ = 90° Como é reto, tem-se que a + b = 90° Das duas igualdades anteriores, segue b‘ = b Como b é um ângulo comum aos triângulos ABC e HBA, segue que ABC HBA, pois possuem um par de ângulos congruentes. De maneira análoga, demonstra-se que a = a‘ e, consequentemente, concluiu-se que ABC HAC. São muito frequentes exercícios envolvendo triângulos retângulos. Portanto, é útil que o aluno tenha a consciência de que, ao traçar a altura relativa à hipotenusa, em um triângulo retângulo, este fica dividido em dois triângulos retângulos menores, semelhantes entre si, e ambos semelhantes ao triângulo original. Sugerimos, neste ponto, recortar um grande triângulo retângulo em uma folha de jornal (aberta), traçar a altura relativa à hipotenusa e recortar o triângulo original em dois menores. Em seguida, com um transferidor, medir os ângulos dos triângulos resultantes. Constate as semelhanças existentes. B A CH B A H A CH 56 GUIA DE MATEMÁTICA ENTRE JOVENS | VOLUME II Corolário: Em um triângulo retângulo: (i) o quadrado da medida da altura relativa à hipotenusa é igual ao produto das medidas dos segmentos determinados pelo pé da altura sobre a hipotenusa (sinteticamente: a altura rela- tiva à hipotenusa é a média geométrica entre os segmentos determinados pelo pé da altura sobre a hipotenusa); (ii) o quadrado da medida de cada cateto é igual ao produto da medida da altura relativa à hipotenusa pela medida da projeção desse cateto sobre a hipotenusa (sinteticamente: cada cateto é a média geométrica entre a hipotenusa e o segmento da hipotenusa, que é a projeção desse cateto sobre ela). Demonstração: Seja ABC um triângulo retângulo em A, e H o pé da altura relativa à hipote- nusa. Verifique na figura a seguir as especificações das medidas desse triângulo. B A C c b h a m n H (i) Pelo teorema anterior, tem-se que HBA HAC. Portanto, pela proporcionalidade entre seus lados, conclui-se que: BH AH = AH HC , ou seja, m h = h n , o que equivale a h2 = m ? n. (iI) Também pelo teorema anterior, tem-se que ABC HBA. Portanto, pela proporcionalidade entre seus lados, conclui-se que: BH AB = AB BC , ou seja, m c = c a , o que equivale a c2 = a ? m. Analogamente, utilizando do teorema anterior o fato de que ABC HAC, conclui-se que b2 = a ? n. 57GUIA DO tUtOr Teorema de Pitágoras: “Em um triângulo retângulo, o quadrado do comprimento da hipo- tenusa é igual à soma dos quadrados dos comprimentos dos catetos.” Demonstração: Seja ABC um triângulo retângulo em A, e H o pé da altura relativa à hipotenusa. Verifique na figura a seguir as especificações das medidas deste triângulo. B A C c b h a m n H Do corolário anterior, tem-se que c2 5 a ? m e b2 5 a ? n. Somando membro a membro essas duas igualdade: b2 1 c2 5 (a ? n) 1 (a ? m) b2 1 c2 5 a ? [n 1 m] b2 1 c2 5 a ? a b2 1 c2 5 a2 É importante chamar a atenção dos alunos para a necessidade de haver uma hipótese para a vali- dade do Teorema de Pitágoras. Esse teorema só tem validade para triângulos retângulos. Portanto, antes de aplicá-lo, é necessário se certificar de que o triângulo em questão é, de fato, um triângulo retângulo. É muito comum os alunos saírem aplicando o “Teorema de Pitágoras” a qualquer triân- gulo que encontram pela frente. É comum encontrar em livros didáticos exercícios nos quais é preciso decidir se um triângulo, cujas medidas dos três lados são fornecidas, é retângulo ou não. Para resolver esse tipo de exercício, toma-se o quadrado da medida do maior dos lados desse triângulo e compara-se com a soma dos quadrados das medidas dos outros dois lados. Quando esses resultados são iguais, conclui-se que o triângulo é retângulo. A pergunta é: O que legitima esse procedimento? Seria o Teorema de Pitágoras? Uma leitura cuidadosa do teorema revela que este é tão somente uma implicação, ou seja, afirma que se um triângulo é retângulo, então o quadrado do comprimento da hipotenusa é igual à soma 5 a 58 GUIA DE MATEMÁTICA ENTRE JOVENS | VOLUME II dos quadrados dos comprimentos dos catetos. Note que o Teorema de Pitágoras, da forma como é anunciado, não representa uma equivalência, isto é, não estabelece que “ser um triângulo retân- gulo” seja equivalente a “ter o quadrado do comprimento de maior lado igual à soma dos quadrados dos comprimentos dos outros dois”. A essa altura, então, uma pergunta pertinente seria: “Vale a recíproca do Teorema de Pitágoras?” A resposta a essa pergunta é: sim, vale a recíproca! Teorema (Recíproca do Teorema de Pitágoras): “Se o quadrado da medida do maior lado de um triângulo retângulo é igual à soma dos quadrados das medidas dos outros dois lados, então o triângulo é retângulo, tendo o ângulo reto oposto ao maior lado.” Demonstração: Seja ABC um triângulo no qual a2 = b2 + c2, sendo a, b e c as medidas de seus lados, conforme indicado na figura 1. B A C c b a B’ A’ C’ c b d Construa um triângulo retângulo A’B’C’, com catetos medindo b e c, e hipotenusa medindo d. Pelo Teorema de Pitágoras, aplicado ao triângulo A’B’C’, concluímos que d2 = b2 + c2. Compa- rando essa igualdade com a2 = b2 + c2, resulta que d2 = a2, o que quer dizer que d = a. Com isso, estamos diante de dois triângulos que apresentam os três pares de lados congruentes, logo, esse é o caso LLL de congruência de triângulos. Dessa maneira, os três pares de ângulos são também congruentes e, particularmente, o ângulo BA do triângulo ABC é reto. Portanto, o triân- gulo ABC é retângulo. 59GUIA DO tUtOr Resolva as atividades propostas a seguir: Atividade 1. Um terreno, em forma de triângulo, está repartido em dois lotes, por meio de um muro paralelo a um dos lados do terreno, conforme indicado na figura a seguir. Qual a extensão deste muro? D5 50 m 25 m muro 30 m Solução: 1) 25 x = 50 30 50x = 750 x = 15 m Atividade 2. Na figura a seguir, o quadrado está inscrito no triângulo ABC. Qual a medida do lado desse quadrado? D5 2 cm8 cm A B C Solução: x 8 = 2 x x2 = 16 x = 4 60 GUIA DE MATEMÁTICA ENTRE JOVENS | VOLUME II Atividade 3. Determine o valor de x no triângulo a seguir: D5 6 8 10 7 4 x Solução: x 7 = 12 6 x = 14 Atividade 4. O triângulo retângulo ABC é retângulo em B. Qual a medida h da altura relativa à hipotenusa? D12 B CA 4 cm h 5 cm Solução: 52 = 42 + a2 a = 3 a ? h = b ? c h = 2,4 cm 61GUIA DO tUtOr Atividade 5. No trapézio dado na figura a seguir, qual é a medida da base maior? D12 20cm 15 cm 13 cm 5 cm Solução: 132 = 52 + x2 x = 12 202 = 122 + y2 y = 16 base maior: 36 cm Atividade 6. Três lotes quadrados delimitam um lago em forma de um triângulo retângulo, con- forme indicado na figura a seguir: D12 Lote 2 Lote 1 Lote 3 Lago Sabe-se que as medidas das áreas desses três lotes somam 800 m². Qual a medida do maior lado do lago? Solução: x2 = y2 + z2 x2 + y2+ z2 = 800 y2+ z2 = 800 – x2 x2 = 800 – x2 2x2 = 800 x = 20 m 62 GUIA DE MATEMÁTICA ENTRE JOVENS | VOLUME II Atividade 7. Um motorista, partindo de um ponto A, corre 10 km em direção ao sul. Depois, 6 km em direção a leste e, finalmente, 2 km em direção ao norte, parando em um ponto B. Em cada etapa, ele sempre corre em linha reta. D12 Qual é a distância do ponto B ao ponto A? 10 km10 km 6 km 8 km 2 km B A Solução: A distância do ponto A ao B é 10 km. Atividade 8. A partir dos dados da figura a seguir, determine: D12 160 m 120 m a) a distância da árvore ao poço. b) a distância da árvore à casa. c) a distância da casa ao poço. Solução: a) 160 + 90 = 250 m b) 2502 = a2 + 2002 a = 150 m c) 200 m 63GUIA DO tUtOr Atividade 9. De um ponto A exterior a uma circunferência de raio 6 cm, conduz-se uma tangente AT a essa circunferência, medindo 8 cm. Calcule a distância de A ao centro da circunferência. D12 Solução: d2 = 36 + 64 d = 10 cm Atividade 10. Considere a figura a seguir como uma caixa em forma de um bloco retangular. O segmento AB representa a vareta mais longa que pode caber dentro da caixa. Quanto mede a vareta? D12 A 24 cm B 8 cm 6 cm Solução: d = a2 + b2 + c2 d = 62 + 82 + 242 d = 676 d = 26 cm 64 GUIA DE MATEMÁTICA ENTRE JOVENS | VOLUME II Esta oficina trabalha as seguintes habilidades da matriz: D13 – Reconhecer círculo/circunferência, seus elementos e algumas de suas relações. D14 – Resolver problemas envolvendo área, perímetro, ângulo interno, ângulo central e propriedades do círculo. O descritor D13 deve verificar a habilidade de o aluno reconhecer os elementos de uma circunfe- rência e de um círculo: raio, diâmetro, corda, arco, ângulo central, ângulo inscrito, ângulo exterior, secante, tangente. Essa habilidade é avaliada por meio de situações-problema contextualizadas, nas quais o aluno reco- nheça, por exemplo, que o diâmetro de uma circunferência é o dobro do raio, sendo sempre maior do que qualquer corda, e que os ângulos centrais congruentes correspondem a arcos congruentes. Inicialmente, é importante ressaltar que há diferença entre os conceitos de circunferência e círculo. Entretanto, vale registrar que alguns autores não fazem distinção entre esses conceitos. Além dos elementos de circunferência e círculo, serão revisados ângulos e arcos em circunferências, posição relativa entre reta e circunferência e entre circunferências. Para esta oficina, é proposto um jogo da memória que ajudará a fixar os conceitos e as propriedades estudados. 1. Os principais elementos de uma circunferência Dados um ponto O no plano e um número real positivo r, a circunferência de centro O e raio r é o conjunto dos pontos do plano cuja distância ao ponto O é igual a r. Denotaremos a circunferência de centro O e raio r por C (O, r). r O C (O, r) CIRCUNFERÊNCIA E CÍRCULO3 65GUIA DO tUtOr R O U Q P =r =r =r <r VS =r >r dist (P, O) = r ⇔ P C(O, r) dist (Q, O) = r ⇔ Q C(O, r) dist (R, O) = r ⇔ R C(O, r) dist (S, O) = r ⇔ S C(O, r) dist (U, O) . r ⇔ U C(O, r) dist (V, O) , r ⇔ V C(O, r) Note que um ponto do plano só pertencerá à circunferência de centro O e raio r quando a distância entre esse ponto e o ponto O for exatamente igual a r. Assim, se a distância de um ponto do plano ao ponto O for diferente de r, esse ponto não pertencerá à C (O, r). Se um ponto do plano não pertence à C (O, r) é porque d (P, O) r. Nesse caso, há duas possibilidades: • d (P, O) < r, o que implica que o ponto P está situado na região do plano delimitada por C (O, r) , ou seja, P pertence à região interior à circunferência de centro O e raio r; • d (P, O) > r, o que implica que o ponto P está situado na região do plano exterior à circun- ferência de centro O e raio r; P P O Região interna Região externa O dist(P, O) < r dist(P, O) < r A circunferência de centro O e raio r é o “lugar geométrico” dos pontos do plano que distam do ponto O uma distância r. 1.1. Elementos de uma circunferência • Corda: é um segmento de reta que une dois pontos da circunferência. • Diâmetro: é uma corda que passa pelo centro. • Raio: é um segmento de reta que une o centro a um ponto da circunferência. 66 GUIA DE MATEMÁTICA ENTRE JOVENS | VOLUME II OG C F E H D B BC, DE e GH são cordas GH é um diâmetro OG, OH e OF são raios Note que, como um diâmetro é uma corda que passa pelo centro da circunferência, o centro divide o diâmetro em dois segmentos que unem o centro a um dos pontos da circunferência, logo, são raios. É o caso do diâmetro GH na figura anterior, que é dividido pelo centro O em dois segmentos OG e OH, que são raios dessa circunferência. Portanto, o comprimento d de um diâmetro corres- ponde ao dobro do comprimento r de um raio, ou seja: d = 2r. 2. Ângulos e arcos em uma circunferência Ao selecionarmos dois pontos distintos sobre uma circunferência, ficam determinados dois arcos de circunferência, conforme ilustrado na figura a seguir: O C A D B Os pontos selecionados nessa figura foram A e B. Os pontos C e D foram utilizados simplesmente para diferenciar, por notação, os dois arcos gerados pelos pontos A e B, pois, dessa forma, podemos fazer referência aos arcos: (ADB e (ACB sem gerar qualquer confusão. Ambos os arcos têm como extremidades os pontos A e B, entretanto, o arco (ADB passa pelo ponto D, enquanto o arco (ACB passa pelo ponto C. Note que esses dois arcos completam a circunferência. 67GUIA DO tUtOr Há dois tipos principais de ângulos relacionados a circunferências: • Ângulo central: é o ângulo cujo vértice coincide com o centro da circunferência. • Ângulo inscrito: é o ângulo cujo vértice é um ponto da circunferência e cujos lados são retas secantes à circunferência. A O B O N M V Ângulo central A BOB Ângulo central M BVN Definimos a medida de um arco de circunferência como a medida do ângulo central que subentende. Na figura anterior, definimos a medida do arco menor )AB como igual à medida do ângulo A BOB. Atividade prática Proponha que cada aluno desenhe, em uma mesma circunferência, um ângulo central e um ângulo inscrito que subentendam um mesmo arco dessa circunferência. Em seguida, peça-lhes que meçam tanto o ângulo inscrito quanto o ângulo central com um transferidor. Conclua com o seguinte: A medida do ângulo inscrito é igual à metade da medida do ângulo central. 68 GUIA DE MATEMÁTICA ENTRE JOVENS | VOLUME II 3. Posição relativa entre duas circunferências Considere duas circunferências, uma de centro O e raio R e outra de centro C e raio r. Indicaremos por d (O, C) a distância entre os centros dessas duas circunferências. As posições relativas entre essas duas circunferências podem ser: Concêntricas d (O, C) = 0 Tangentes internas d (O, C) = R – r Tangentes externas d (O, C) = R + r Externas d (O, C) > R + r Internas 0 < d (O, C) < R – r Secantes R – r < d (O, C) < R + r O � C O O C C O C O C O C 4. Posição relativa entre uma reta e uma circunferência O O Od d > R d < Rd = R d d reta r é externa à circunferência r t s reta t é tangente à circunferência reta s é secante à circunferência Qualquer reta tangente a uma circunferência é perpendicular ao raio no ponto de tangência. Se de um ponto P, exterior a uma circunferência, traçarmos os segmentos wPA e wPB, tangentes à circun- ferência nos pontos A e B, então os segmentos wPA e wPB têm o mesmo tamanho (são congruentes). A O B P PA = PB 69GUIA DO tUtOr 5. Círculo Um círculo é a região do plano formada por uma circunferência e pelos pontos do seu interior. O O círculo, portanto, é uma superfície, enquanto a circunferência é uma linha. Todo círculo tem uma circunferência como contorno, como fronteira. O raio de um círculo é o raio de sua circunferência. Conforme já foi visto em oficina anterior, o comprimento C de uma circunferência de raio r é dado por: C = 2πr, e a área S de um círculo de raio r é dada por S = πr2 Resolva as atividades propostas a seguir: Atividade 1. (Saresp) Na circunferência da figura, o segmento que representa o raio é: D13 A B R Q P T a) wAB. b) wRQ. c) wPQ. d) wTR. Solução: Letra c). 70 GUIA DE MATEMÁTICA ENTRE JOVENS | VOLUME II Atividade 2. (Saresp) Na figura, cada um dos círculos dos raios r1, r2 e r3, com r1 , r2 , r3, tangencia os outros dois.D14 Assim: a) r1 + r2 = r3 b) 2r1 + 2r2 = r3 c) r3 r1 = r2 d) r1 ? r2 = r3 Solução: Letra a). Atividade 3. (OBMEP) Na figura, O é o centro do círculo e AB = 5 cm. Qual é o diâmetro desse círculo? D14 A C O 5 4 B Solução: Observe que OC é um raio do círculo. Temos que OC = AB = 5 cm, por serem as diagonais do retângulo OACB. Logo, o diâmetro mede 10 cm. 71GUIA DO tUtOr Atividade 4. Qual é o comprimento de uma circunferência que tem raio igual a 2,4 cm? Use π = 3,14. D14 Solução: C = 2 ? 2,4 ? 3,14 = 15,072 cm. Atividade 5. Calcule a área do círculo que tem diâmetro igual a 20 cm. Use π = 3,14. D14 Solução: A = 3,14 ? 102 = 314 cm2. Atividade 6. O triângulo ABC da figura a seguir tem 13,5 cm de perímetro. Qual é o comprimento do diâmetro desta circunferência? D14 AC 60o B Solução: P = 13,5 cm é d = 9 cm. 72 GUIA DE MATEMÁTICA ENTRE JOVENS | VOLUME II Atividade 7. (Cefet-MG) A medida do menor ângulo central formado pelos ponteiros de um relógio que está marcando 9h30 min, em graus, é: D14 a) 90. b) 105. c) 110. d) 120. e) 150. Solução: Em qualquer relógio analógico, o ponteiro das horas percorre um ângulo de 30° em exatamente 1 hora. Dessa forma, em 30 minutos, percorre 15°. Então: 3 ? 30° + 15° = 90° + 15° = 105°. Resposta: letra b). Atividade 8. Calcule o valor de x na figura a seguir: D14 B x A C O 42o Solução: 84°. 73GUIA DO tUtOr Atividade 9. Uma circunferência tem diâmetro medindo 80 cm. D13 a) Um ponto P pertence a essa circunferência e sua distância ao centro é expressa por (2x + 20) cm. Determine o valor de x. b) Um ponto Q é interno a essa circunferência e sua distância ao centro é expressa por (3x + 11) cm. Qual é o maior valor inteiro que x pode assumir? c) Um ponto R é externo a essa circunferência e sua distância ao centro é expressa por (4x + 16) cm. Qual é o menor valor inteiro que x pode assumir? Solução: a) d (P, O) = r 2x + 20 = 40 → x = 10 cm. b) d (P, O) , r 3x + 11 , 40 , 9,66 Maior inteiro: 9 cm. c) d (P, O) . r 4x + 16 . 40 x . 6 Menor valor: 7 cm. Atividade 10. Determine a medida do ângulo x na figura a seguir: D14 Vx 86o O Solução: 43°. 74 GUIA DE MATEMÁTICA ENTRE JOVENS | VOLUME II Esta oficina trabalha as seguintes habilidades da matriz: Descritor 1 – Identificar a localização/movimentação de objeto em mapas, croquis e outras representações gráficas. Descritor 11 – Interpretar informações apresentadas por meio de coordenadas cartesianas. O descritor 1 refere-se à habilidade de o aluno localizar-se ou movimentar-se a partir de um ponto referencial em mapas, croquis ou outras representações gráficas, utilizando um comando ou uma combinação de comandos: esquerda, direita, giro, acima, abaixo, na frente, atrás etc. Devem ser incentivadas atividades práticas em sala de aula que permitam explorar as noções de localização e movimentação de objetos no plano. O próprio plano do piso da sala de aula pode servir como plano cartesiano em exercícios nos quais os alunos se movimentem de um ponto a outro. É possível, também, expor mapas e croquis na parede, a fim de que os alunos experimentem a localização de pontos e a movimentação de objetos. Além disso, o tutor deve estimular os alunos a construir mapas e outras representações gráficas, localizando pontos e traçando rotas com base em comandos de posicionamento. 1a atividade: Isabela participa de um coral e vai fazer uma apresentação na igreja de seu bairro. Veja, no mapa a seguir, onde ela está. Ru a Pr of es so r H ilá rio Ru a Bo m J es us Ru a N ot re D am e Rua Lafaiete da Mata Rua Madalena Ferreira Praça Praça Rua Padre Odorico D1 REPRESENTAÇÕES NO PLANO4 75GUIA DO tUtOr O caminho mais curto para Isabela chegar à igreja é: a) passando pela Rua Madalena Ferreira e subindo a Rua Professor Hilário. b) indo pela Rua Madalena Ferreira, subindo a Rua Bom Jesus e entrando na Rua Lafaiete da Mata. c) indo pela Rua Notre Dame, seguindo pela Rua Lafaiete da Mata e descendo a Rua Bom Jesus. d) pegando o caminho entre as praças e seguindo pela Rua Padre Odorico. 2a atividade: O objetivo desta atividade é mostrar aos alunos como as coordenadas podem facilitar a localização de objetos, pessoas, cidades, etc. D9/D11 Inicialmente, providencie um mapa político grande e de preferência não muito conhecido pelos alunos. Pode ser um mapa de uma cidade ou de parte dela. Utilize o Google Maps para gerar esses mapas. Se for material eletrônico, você poderá projetá-lo no quadro e, se for impresso, basta colocá-lo em um local visível para toda a turma. De acordo com o mapa escolhido, anote os nomes de alguns locais que serão utilizados na próxima etapa. Usaremos um mapa de parte da cidade de São Paulo como exemplo e escolheremos a Praça Benedito Calixto. Divida a turma em duplas, entregue a um dos membros de cada dupla um papel com o nome do local e peça que ele o localize no mapa. Enquanto isso, os demais devem ficar assentados de costas para o mapa (ou fora da sala de aula, se isso não causar tumulto), de maneira que não haja comu- nicação entre eles, no momento em que o primeiro estiver fazendo a localização. Após o primeiro aluno já ter feito a localização solicitada, ele deverá assentar em sua carteira, repassar o papel com o nome do local para seu colega (com quem forma dupla) e, sentado, orien- tá-lo para que este possa também localizar o mesmo ponto do mapa. 76 GUIA DE MATEMÁTICA ENTRE JOVENS | VOLUME II Provavelmente, enquanto um aluno apontar uma cidade qualquer no mapa, o outro usará expressões como “Mais para lá“, “Mais para cima”, “Mais para cá”, “Para a direita”, “Ao sul”, auxiliando-o na localização. Cada atividade encerra-se no momento em que a dupla localizar a cidade. Você também poderá estabelecer um tempo máximo para a localização (5 minutos), evitando que se gaste muito tempo. Ao final, quando alguns pontos tiverem sido localizados, discuta com os alunos se essas expressões são realmente eficazes ou se dão margem a muitos erros antes do acerto. Faça com que eles percebam que foi gasto muito tempo para localizar apenas um ponto. Divida o mesmo mapa em retângulos menores e identifique as linhas e as colunas usando letras e números. Se você estiver usando a lousa como apoio para o mapa ou projeção, basta desenhá-los. Caso você esteja usando uma parede branca, providencie tiras, letras e números em papel, para que possa mostrar as divisões no mapa. Veja agora o mapa da Praça Benedito Calixto. Em seguida, pergunte aos alunos: – Vocês acham que essas indicações podem ajudá-los a localizar os pontos solicitados? – Em que coluna está a Praça Cordeiro de Farias? – Em que linha está o Museu do Futebol? Encerre esta atividade explicando que as linhas e as colunas citadas nada mais são do que coorde- nadas cujo objetivo é facilitar a localização. Aqui, usamos letras e números para identificar as coordenadas, porém, mais adiante, os alunos estudarão o plano cartesiano, no qual a identificação de “linhas” e “colunas” será feita somente usando números. 77GUIA DO tUtOr O principal sistema que permite localizar pontos no plano é o chamado sistema cartesiano. O descritor 9 (Interpretar informações apresentadas por meio de coordenadas cartesianas) deve verificar a habilidade de o aluno reconhecer pontos no sistema de coordenadas cartesianas. Essa habilidade é avaliada por meio de situações-problema contextualizadas, nas quais é dado um conjunto de pares ordenados, por exemplo, e o aluno deve identificar o gráfico que contenha esses pontos (pares). 3a atividade: cenário. D1/D11 O professor mostrou aos alunos a seguinte representação de um tabuleiro. A 1 2 3 4 5 6 7 8 B C D E F G H Questionados sobre como descreveriam a posição da casa cinza desse tabuleiro, em função dos referenciais disponíveis na figura, alguns alunos responderam que a posição era 2–G, e outros que a posição era G–2. Nesse caso, o professor afirmou que ambasas respostas estavam corretas. Em seguida, o professor apresentou o mesmo tabuleiro, agora somente com referenciais numéricos. 1 1 2 3 4 5 6 7 8 2 3 4 5 6 7 8 Novamente, solicitou aos alunos que descrevessem a posição da casa cinza desse tabuleiro, em função dos referenciais disponíveis na figura. Alguns alunos responderam 7–2, e outros, 2–7. Nesse caso, qual a condução a ser dada? 78 GUIA DE MATEMÁTICA ENTRE JOVENS | VOLUME II O importante aqui é discutir a diferença entre os dois sistemas de referenciais. No primeiro caso, são utilizados símbolos de naturezas distintas: letras e números. As letras estão sendo empregadas para descrever as filas verticais (ou colunas) e os números, para descrever as filas horizontais (ou linhas). Logo, ao se responder 2–G ou G–2, não há dúvidas sobre qual casa está se referenciando: • Ao se responder 2–G, aponta-se a casa localizada na linha 2 (pois os números descrevem as linhas) e na coluna G (pois as letras descrevem as colunas). • Ao se responder G–2, aponta-se a casa localizada na coluna G (pois as letras descrevem as colunas) e na linha 2 (pois os números descrevem as linhas). Nesse caso, não há ambiguidade ao se descrever 2–G ou G–2. Entretanto, no segundo caso, ao se responder 2–7 ou 7–2, não é possível saber a qual das duas casas do tabuleiro está se referindo: 1 1 2 3 4 5 6 7 8 2 3 4 5 6 7 8 1 1 2 3 4 5 6 7 8 2 3 4 5 6 7 8 Nesse caso, como são utilizados símbolos de mesma natureza para a representação das linhas e das colunas do tabuleiro, esta fica ambígua, já que 2–7 pode designar a casa cinza tanto da figura 1 quanto da figura 2. Essa ambiguidade poderia ser evitada se convencionássemos uma ordem na descrição da linha e da coluna em que se encontra a casa. Por exemplo: • Se convencionarmos que, na descrição da posição da casa, o primeiro número representará a linha (fila horizontal) e o segundo, a coluna (fila vertical) onde esta se localiza no tabuleiro, ao se responder 2–7, saberemos se tratar de uma casa que se localiza na linha 2 e na colu- na 7, logo, estaremos nos referindo à casa cinza da figura 1. • Por outro lado, se convencionarmos que, na descrição da posição da casa, o primeiro número representará a coluna (fila vertical) e o segundo, a linha (fila horizontal) onde esta se localiza no tabuleiro, ao se responder 2–7, saberemos se tratar de uma casa que se localiza na coluna 2 e na linha 7, logo, estaremos nos referindo à casa cinza da figura 2. 79GUIA DO tUtOr Dessa forma, a ambiguidade desaparece. Portanto, quando símbolos de mesma natureza são usados para representar as linhas e as colunas em uma malha quadriculada, torna-se necessário convencionar a ordem em que serão descritas as linhas e as colunas na especificação da posição de uma casa da malha, para evitar ambiguidades. Um sistema cartesiano é um sistema de referencial empregado para a localização de pontos em um plano. Ele consiste em dois eixos (retas) perpendiculares, imaginados como retas reais, cujo ponto de interseção representa o 0 (zero) para ambas as retas reais. Em cada eixo, cada ponto representa um número real. 10 0 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 7 8 9 10 11 12 13–1 –1 –2 –2 –3 –3 –4 –4 –5 –5 –6–7–8–9–10–11–12–13 O eixo horizontal recebe o nome de eixo das abscissas e o eixo vertical é chamado de eixo das ordenadas. Com esse sistema, é possível estabelecer a localização de cada ponto do plano, descre- vendo-o em função de sua posição em relação a esses dois eixos. Considere o ponto P do plano, representado no plano cartesiano a seguir: 10 0 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 7 8 9 10 11 12 13–1 –1 –2 –2 –3 –3 –4 –4 –5 –5 –6–7–8–9–10–11–12–13 P 80 GUIA DE MATEMÁTICA ENTRE JOVENS | VOLUME II Note que, projetando perpendicularmente o ponto P sobre cada um dos eixos, podemos associar ao ponto P um valor do eixo das abscissas e um valor do eixo das ordenadas, que correspondem aos números reais que representam essas projeções nesse eixo x: • Eixo das abscissas: o número real 2. • Eixo das ordenadas: o número real 4. 10 0 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 7 8 9 10 11 12 13–1 –1 –2 –2 –3 –3 –4 –4 –5 –5 –6–7–8–9–10–11–12–13 P Dessa forma, poderíamos nos referir ao ponto P como o ponto de abscissa 2 e ordenada 4. Para facilitar nossa representação do ponto P, convencionamos a abscissa e a ordenada do ponto P por meio de um par ordenado (no qual a ordem dos elementos é importante), no qual o primeiro elemento designa a abscissa do ponto e o segundo elemento, a ordenada do ponto. Assim, o ponto P pode ser descrito simplesmente por (2, 4). A abscissa e a ordenada de um ponto são chamadas de coordenadas do ponto. Note que o ponto de coordenadas (2, 4) é diferente do ponto de coordenadas (4, 2). Este último é um ponto de abscissa 4 e ordenada 2. As coordenadas (4, 2) correspondem a outro ponto, que chamaremos de Q, que difere do ponto P. Veja a figura a seguir: 10 0 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 7 8 9 10 11 12 13–1 –1 –2 –2 –3 –3 –4 –4 –5 –5 –6–7–8–9–10–11–12–13 P Q 81GUIA DO tUtOr É usual se referir ao eixo das abscissas como o eixo x e ao eixo das ordenadas como o eixo y. Assim, é comum utilizarmos as letras x e y para rotular os eixos no plano cartesiano, conforme a figura a seguir: 10 0 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 7 8 9 10 11 12 13–1 –1 –2 –2 –3 –3 –4 –4 –5 –5 –6–7–8–9–10–11–12–13 y x Os eixos coordenados dividem o plano em quatro regiões chamadas quadrantes. 10 0 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 7 8 9 10 11 12 13–1 –1 –2 –2 –3 –3 –4 –4 –5 –5 –6–7–8–9–10–11–12–13 y x 1o- quadrante2o- quadrante 4o- quadrante3 o- quadrante Note que, em função do quadrante em que um ponto se localiza, o sinal de suas coordenadas fica previamente definido, pois os pontos pertencentes ao: • 1o quadrante têm abscissa e ordenada positivas; • 2o quadrante têm abscissa negativa e ordenada positiva; • 3o quadrante têm abscissa e ordenada negativas; • 4o quadrante têm abscissa positiva e ordenada negativa. 82 GUIA DE MATEMÁTICA ENTRE JOVENS | VOLUME II 10 0 1 2 2 3 3 4 4 5 5 –1 –1 –2 –2 –3 –3 –4 –4 –5 –5 y x 1o- quadrante (+ , +) 2o- quadrante (– , +) 4o- quadrante (+ , –) 3o- quadrante (– , –) Já os pontos que se localizam sobre os eixos possuem as seguintes características: • Sobre o eixo das abscissas: possuem a ordenada nula, portanto são da forma (x, 0); • Sobre o eixo das ordenadas: possuem a abscissa nula, portanto são da forma (0, y); Vale ainda observar que é fácil descrever pontos simétricos aos eixos coordenados em um sistema cartesiano: 10 0 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 7 8–1 –1 –2 –2 –3 –3 –4 –4 –5 –5 –6–7–8 y simétrico de P em relação ao eixo das ordenadas P „ P ‚‚‚ P P ‚ x simétrico de P em relação à origem (0, 0) simétrico de P em relação ao eixo das abscissas • P’ (simétrico de P em relação ao eixo das abscissas): mesma abscissa e ordenada simétrica; • P’’ (simétrico de P em relação ao eixo das ordenadas): mesma ordenada e abscissa simétrica; • P’’’ (simétrico de P em relação à origem): abscissa e ordenada simétricas. 83GUIA DO tUtOr Resolva as atividades propostas a seguir: Atividade 1. Identifique o par ordenado que localiza cada casa destacada no tabuleiro, indicando como primeiro elemento do par a fila horizontal e como segundo elemento a fila vertical onde a casa se posiciona. D1/D11 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 B A F D C E Solução: A (7, 2); B (2, 3); C (4, 6); D (5, 6); E (2, 8); F (8, 8). Atividade 2. Dê as coordenadas de cada ponto do plano cartesiano a seguir: D1/D11 10 0F E x 2 3 4 5 6–1–2–3–4 –1 –2 –3 –4 1 2 3 4 5 6 B C AD y Solução: A (3, 4); B (–3, –3); C (3, –4); D (– 3, 4); E (2, 0); F (–2, 0). 84 GUIA DE MATEMÁTICA ENTRE JOVENS | VOLUME II Atividade 3. Considere o quadrilátero ABCD de perímetro 28 cm. A escala nos dois eixos encon- tra-se em centímetros. Quais são as coordenadas dos vértices deste quadrilátero?D1/D11 y x –3 –2 B C A D Solução: A (–3, –2); B (–3, 5); C (4, 5); D (4, –2). Atividade 4. Um quadrilátero ABCD tem por vértices os pontos A (1, 2), B (1, −5), C (4, 0) e D (4, 5). É possível saber qual é esse tipo de quadrilátero, sem desenhá-lo. Pense a respeito. Em seguida, desenhe-o em um plano cartesiano. D1/D11 Solução: Trapézio. 1 2 3 4 5 –1 –1 10 0 2 3 4–2–3–4 –2 –3 –4 –5 85GUIA DO tUtOr Atividade 5. (Saresp) A figura abaixo mostra a localização de quatro crianças em relação às ruas Alegria e Beija-Flor. As demais ruas traçadas são paralelas à Rua Alegria ou à Rua Beija-Flor. A distância entre cada uma das ruas é de 100 m. D1/D11 Sílvia André Gil Paulo Rua Alegria 100 m 10 0 m 0 m Ru a Be ija -F lo r Assinale a alternativa correta: a) André está à mesma distância das ruas Alegria e Beija-Flor. b) Paulo está a 100 m da Rua Alegria e a 200 m da Rua Beija-Flor. c) Sílvia está a 200 m da Rua Alegria e a 100 m da Rua Beija-Flor. d) Gil está a 200 m da Rua Alegria e a 100 m da Rua Beija-Flor. Solução: Letra a). 86 GUIA DE MATEMÁTICA ENTRE JOVENS | VOLUME II Atividade 6. Para ir de casa ao trabalho ou para voltar, Letícia usa os percursos A, B ou C, indicados no mapa a seguir. Ela nunca vai e volta pelo mesmo percurso. Hoje, na ida, fez um ângulo reto e outro menor do que o reto, e na volta, fez dois ângulos maiores do que o reto. Os caminhos de ida e volta de Letícia hoje, nesta ordem, foram: D1/D11 RUA PIO XI RU A PIO XI RUA DIÓGENES RIBEIRO DE LIM A RUA DIÓGENES RIBEIRO DE LIMA R. CE RR O C OR Á R. CE RR O C OR Á AV . Q U EI RO Z FI LH O AV. PE.PEREIRA DE ANDRADE AV. PROF FONSECA RODRIGUES PARQUE VILLA-LOBOS SHOPPING VILLA-LOBOS R. T EE Rà R. S CH IL LI N G PRAÇA DO POR DO SOL AB C R. HEITOR PENTEADO LETÍCIA AV. SÃO GUALTER PRAÇA PANAMERICANA a) A e C. b) A e B. c) B e C. d) C e A. Solução: Letra b). Atividade 7. Determine o quadrante ao qual pertence cada um dos pontos a seguir: D1/D11 A (−2, 4); B (−5, −2); C (π, 10); D (−4, −7); E (7, −8). Solução: A: 2o quadrante; B: 3o quadrante; C: 1o quadrante; D: 3o quadrante; E: 4o quadrante. Atividade 8. Determine m e n, para que (3m + 5, n + 4) = (8, 2). D1/D11 Solução: m = 1 e n = −2. 87GUIA DO tUtOr Esta oficina trabalha as seguintes habilidades da matriz: D28 – Calcular o valor numérico de uma expressão algébrica. D30 – Associar a expressão algébrica que expressa uma regularidade observada em sequência de números ou figuras (padrões). D36 – Representar uma expressão algébrica usando a linguagem corrente e a linguagem algébrica para expressar a linguagem corrente. D37 – Relacionar áreas e perímetro de uma figura plana a uma expressão algébrica. Um problema central em Matemática é a identificação de padrões. Em geral, em uma sequência de números ou de imagens, é possível identificar o padrão que orienta a formulação dessa sequência. Nesta oficina, estamos interessados, particularmente, em observar regularidades em uma sequên- cia de números, e empregaremos expressões algébricas para desvendar os padrões que estão por trás dessas sequências. Além disso, calcularemos o valor numérico de uma expressão algébrica. Sequência Uma sequência é uma coleção de elementos (números, figuras, objetos etc.) dispostos em uma ordem. Portanto, em uma sequência existem o primeiro elemento, o segundo elemento, o terceiro elemento e, assim, sucessivamente. Representando o 1o termo de uma sequência por a1, o 2 o termo por a2, o 3 o termo por a3 e, mais geralmente, o n-ésimo termo (o termo que ocupa a posição n na sequência) por an, temos: (a1, a2, a3, a4, …, an, …) O termo que corresponde à n-ésima posição, ou seja, o termo an, é chamado de termo geral da sequência. Observe que o termo que antecede o termo an é o an–1 e o que o sucede é o an+1. Portanto, ao nos refe- rimos ao nono termo da sequência anterior (o termo que ocupa a nona posição), estamos nos referindo ao termo a9. SEQUÊNCIAS NUMÉRICAS E EXPRESSÕES ALGÉBRICAS5 88 GUIA DE MATEMÁTICA ENTRE JOVENS | VOLUME II 1a atividade: Observe as seguintes sequências numéricas: D30 a) (2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, ...) b) (0,1, 4, 9,16, 25, 36, 49, ...) Determine a fórmula do termo geral e o trigésimo termo de cada uma das sequências. Solução: Na sequência da letra (a), o 1o elemento é o 2, o 2o é o 4, o 3o é o 6, o 4o é o 8 etc. Note que o valor do elemento é sempre o dobro do número que representa sua posição na sequência, ou seja, se o elemento está na posição n, seu valor é 2 ? n. Designando o termo geral dessa sequência por an, temos: an = 2 ? n Daí, o trigésimo termo dessa sequência é a30 = 2 ? 30 = 60. Na sequência da letra (b), note que todos os termos são quadrados perfeitos, pois seus termos são tais que: 0 = 02, 1= 12, 4 = 22, 9 = 32, 16 = 42, 25 = 52, 36 = 62 e 49 = 72. Note que cada termo é uma potência de expoente 2, cuja base da potência é sempre uma unidade inferior à posição do termo na sequência. Logo, o termo geral dessa sequência é dado por an = (n − 1) 2. Daí, o trigésimo termo dessa sequência é a30 = (30 − 1) 2 = 292 = 841. 2a atividade: Desenhe o que seria o 6o termo da sequência formada pelas figuras a seguir: D30 4o- termo2o- termo 3o- termo1o- termo 89GUIA DO tUtOr Solução: É importante observar o padrão que revela que, para se obter cada termo com base no anterior, basta acrescentar um quadradinho acima e outro à esquerda. Assim, é possível perceber que o 6o termo dessa sequência de figuras é a figura obtida com base no 4o termo, acrescentando-lhe dois quadradinhos acima e dois à esquerda, obtendo, assim, a figura: 6o- termo 3a atividade: David e Isadora estão brincando de adedanha. Quem acertar sozinho a resposta ganha 10 pontos, quem empatar ganha 5 pontos e quem errar fica com zero. Se David tiver x acertos e y empates, qual expressão indica os pontos obtidos por ele no total? D36 Solução: a: acertos b: erros A expressão será 10a + 5b 4a atividade: Defina a expressão algébrica que representa a metade de um número somado a 7. D36 Solução: x 2 1 7 5a atividade: Obtenha a expressão algébrica que expressa a situação relatada a seguir: D36 Um sexto da vida dele foi uma bela infância. Depois de 1 12 da sua vida, a sua barba cresceu. Um sétimo da sua vida passou-se em um casamento sem filhos. Mas, cinco anos após isso, nasceu seu primeiro filho, que viveu uma vida feliz durante apenas metade do tempo de vida do seu pai. E, em profundo pesar, o pobre velho terminou seus dias na Terra quatro anos após perder o filho. 90 GUIA DE MATEMÁTICA ENTRE JOVENS | VOLUME II Solução: Representando por x a idade dessa pessoa, temos: x = x 6 + x 12 + x 7 + 5 + x 2 + 4 Valor numérico de uma expressão algébrica Para se obter o valor numérico de uma expressão algébrica, deve-se proceder do seguinte modo: 1o) Substituir as letras por números reais dados. 2o) Efetuar as operações indicadas, devendo obedecer à seguinte ordem: • Potenciação • Divisão e multiplicação • Adição e subtração Recomendação: Utilize parênteses quando substituir letras por números negativos em uma expressão algébrica. 6a atividade: Calcular o valor numérico de 2x + 3y para x = 5 e y = –5: D28 Solução: Vamos substituir x por 5 e y por – 5 na expressão 2x + 3y: 2x + 3y = 2 ? 5 + 3 ? (–5) 2x + 3y = 10 + (–15) 2x + 3y = 10 – 15 2x + 3y = –5 91GUIA DO tUtOr Resolva as atividades propostas a seguir: Atividade 1. Calcule o valor numérico das expressões em cada caso: D28 a) a3 – 3a2x2y2, sendo a = 10, x = 2 e y =1 b) A = x2 1 1 5 , sendo x = 2 5 c) a + b ab para a = 1 3 e b = 2 5 d) 3x 2 – y 5 – x para x = –2 e y = 16 Solução: a) 1 000 – 300 ? 4 ? 1 = –200 b) 4 5 + 5 25 = 9 25 c) 11 15 ? 15 2 = 11 2 d) 3 ? 4 – 4 7 = 8 7 Atividade 2. Escreva expressões algébricas para representar o perímetro e a área de cada uma das figuras a seguir: D37 a) b n x a m x b) b n xa m x c) b n x a m x Solução: a) P = 2a + 2b e A = ab b) P = m2 + n2 + m + n e A = m ? n 2 c) P = 4x e A = x2 92 GUIA DE MATEMÁTICA ENTRE JOVENS | VOLUME II Atividade 3. Continue a seguinte sequência numérica: D30 5, 9, 13, … a) Como se caracteriza essa sequência? (Termo inicial, lei de formação). a1 = 5 e an= 4n + 1 b) Qual o 15o termo dessa sequência numérica? Qual o 25o termo? a15 = 4 ? 15 + 1 = 61 e a25 = 4 ? 25 + 1 = 101 Atividade 4. Uma indústria produz apenas dois tipos de camisas: o primeiro tipo custa R$ 45,00 a unidade e o segundo custa R$ 67,00 a unidade. Se designarmos por x a quantidade vendida do primeiro tipo e por y a quantidade vendida do segundo tipo: D28 a) qual expressão algébrica fornece a venda desses dois artigos? 45x + 67y b) qual o valor arrecadado se forem vendidas 200 e 300 unidades, respectivamente? 45 ? 200 = 9 000 e 67 ? 300 = 20 100. Total R$ 29 100,00. Atividade 5. Analise a sequência dos números quadrados: D28/D30 1 (1 � 1) 4 (2 � 2) 9 (3 � 3) 16 (4 � 4) a) Qual é o próximo número quadrado nessa sequência? 52 = 25 b) Qual é o oitavo termo dessa sequência? 82 = 64 c) E o décimo? 102 =100 93GUIA DO tUtOr Atividade 6. Dadas as leis de formação, escreva suas sequências numéricas: D30 a) an = 4n b) an = 2n + n c) an = –n – 1 d) an = 4 n Solução: a) (0, 4, 8, 12, 16, …) b) (0, 3, 5, 7, 9, …) c) (–1, –1, –3, –4, –5, …) d) (1, 4, 16, 64, …) Atividade 7. (Enem) A linguagem utilizada pelos chineses há milhares de anos é repleta de sím- bolos, os ideogramas, que revelam parte da história desse povo. Os ideogramas primitivos são quase um desenho dos objetos representados. Naturalmente, esses desenhos alteraram-se com o tempo, como ilustra a seguinte evolução do ideograma, que significa cavalo e em que estão repre- sentados cabeça, cascos e cauda do animal. D30 Considerando o processo mencionado acima, escolha a sequência que poderia representar a evo- lução do ideograma chinês para a palavra luta. a) b) c) d) e) Solução: Letra b). 94 GUIA DE MATEMÁTICA ENTRE JOVENS | VOLUME II Atividade 8. Qual é o 6o e o 10o termos desta sequência? D30 1 1 2 3 4 3 6 10 Solução: 6o termo: 21; 10o termo: 55. Atividade 9. (Enem) Um forro retangular de tecido traz em sua etiqueta a informação de que encolherá após a primeira lavagem mantendo, entretanto, seu formato. A figura a seguir mostra as medidas originais do forro e o tamanho do encolhimento (x) no comprimento e ( y) na largura. A expressão algébrica que representa a área do forro após ser lavado é (5 – x)(3 – y). D37 5 3 y x Nestas condições, a área perdida do forro, após a primeira lavagem, será expressa por: a) 2xy b) 15 − 3x c) 15 − 5y d) −5y − 3x e) 5y + 3x – xy Solução: Para calcular a área perdida, faz-se a diferença entre a área antes da lavagem, 3 ? 5 = 15, pela área depois da lavagem, (5 – x)(3 – y) = 15 – 5y – 3x + xy. Assim, 15 – (15 – 5y – 3x + xy) = = 5y + 3x – xy. Resposta: Letra e). 95GUIA DO tUtOr Atividade 10. (Unicamp) Roberto disse a Valéria: “Pense um número, dobre esse número, some 12 ao resultado, divida o novo resultado por 2. Quanto deu?”. Valéria disse “15”. Roberto, imedia- tamente, revelou o número original que Valéria havia pensado. Calcule esse número. D30 Solução: 2x 1 12 2 = 15 2x = 18 → x = 9 Atividade 11. Escreva de duas maneiras diferentes a expressão que representa o perímetro de cada um dos retângulos: D37 a) 3x x b) x x + 2 c) x y Solução: a) 3x + 3x + x + x ou 8x b) x + x + x + 2 + x + 2 ou 4x + 4 c) x + x + y + y ou 2x + 2y Atividade 12. (Saresp) A expressão x + x 4 pode ser escrita como: D36 a) a soma de um número com o seu quádruplo. b) a soma de um número com o seu dobro. c) a soma de um número com a sua quarta parte. d) a soma de um número com a sua metade. Solução: Letra c). Atividade 13. Calcule o valor numérico das seguintes expressões algébricas: D28 a) x2 + y2 para x = –1 e y = 2 b) a2 – 7a + b para a = 5 e b = –1 c) x2 – 2y para x = –3 e y = 5 d) 3s2 – t2 para s = –2 e t = –7 e) 5a2 + 3ab para a = –3 e b = 4 Solução: a) 5 b) –11 c) –1 d) –37 e) 9. 96 GUIA DE MATEMÁTICA ENTRE JOVENS | VOLUME II Esta oficina trabalha a seguinte habilidade da matriz: D39 – Resolver problemas que envolvam equação do 2o grau. D40 – Resolver equações de 1o e 2o graus. Em estudos anteriores, foi trabalhada a equação de 1o grau e suas aplicações em situações-problema. Nesta oficina, temos por objetivo instrumentalizar o aluno com as técnicas resolutivas de equação do 2o grau, de forma a torná-lo hábil na resolução de problemas que envolvam modelagem mate- mática e que recaiam em uma equação do 2o grau. Inicialmente, consideraremos algumas situações hipotéticas que representam pensamentos e pro- cedimentos comuns de se encontrar nas resoluções apresentadas pelos alunos. Você é o professor! 1a atividade: Cenário 1: A solução da equação está correta? Em certa aula de Matemática, o professor propôs aos alunos que resolvessem a seguinte equação: x2 – 2x = 0. Um dos alunos apresentou a seguinte resolução: x2 = 2x x ? x = 2x x = 2 Em seguida efetuou a seguinte verificação: (2)2 – 2(2) = 4 – 4 = 0. Com isso concluiu que a equação x2 – 2x = 0 tem o conjunto solução S = {2}. Note que o conjunto-solução encontrado pelo aluno está errado. Entretanto, não é adequado, nessa situação, o professor (ou o tutor) declarar ao aluno que sua resolução está errada e, em seguida, mostrar a forma correta de proceder. EQUAÇÃO DO 2o GRAU6 97GUIA DO tUtOr É importante compreender que, para o aluno, o procedimento que ele adota é natural e consistente, pois para ele funciona. Não adianta, portanto, mostrar ao aluno “como se faz” sem antes convencê-lo de que seu procedimento é inadequado. Somente após essa etapa se deve apresentar o procedimento correto. Nesse caso, o erro que o aluno comete é efetuar o cancelamento do fator x em ambos os membros. Esse cancelamento, para o aluno, é bastante natural, pois ele está bastante habituado a executar cancelamentos de fatores comuns a dois membros de uma equação. Por exemplo, ao resolver uma equação do tipo 2x = 6 , o aluno corretamente cancela o fator 2 em ambos os membros ao dividi-los por 2. Assim, chega a x = 3 . Portanto, para o aluno, o cancela- mento que ele executou ao resolver a equação x2 − 2x = 0 lhe parece legítimo. O desafio, então, é convencê-lo do contrário. O ponto importante, então, é perceber que só é possível executar uma divisão se o divisor for diferente de zero. Não é possível dividir por zero, pois divisão por zero não é definida. Para levar o aluno a se convencer de tal fato, basta apresentar-lhe a seguinte igualdade, que é naturalmente verdadeira: 0 ? 2 = 0 ? 3 Se fosse possível dividir por zero, haveria a possibilidade de simplificar o fator 0 em ambos os membros dessa igualdade e, dessa forma, se concluiria que 2 = 3. Obviamente, essa igualdade é falsa. Logo, a divisão por zero não é possível. Uma vez convencido da impossibilidade da divisão por zero, deve-se retomar a discussão relativa ao procedimento de resolução apresentado pelo aluno. Quando se está diante de uma equação, a incógnita é, como o próprio nome diz, desconhecida. Portanto, não se sabem o(s) valor(es) que essa(s) incógnita(s) poderá(ão) assumir. É possível que uma das soluções seja o próprio zero. Nesse caso, ao simplificar ambos os membros de uma equação pela incógnita, corre-se o risco de dividir por zero, o que não é possível. Como exemplo, considere a seguinte equação: 2x = 3x. Se simplificarmos ambos os membros dessa equação por x, encontraremos 2 = 3, que é uma igualdade obviamente falsa. Alguém poderia ponderar: “Ora, se chegamos a essa igualdade falsa, significa que a equação original não admite solução, já que ela deu origem a uma igualdade falsa”. Entretanto, vale observar que essa equação tem, sim, solução: o número real zero, já que2 ? 0 = 0 e 3 ? 0 = 0 , ou seja, 2 ? 0 = 3 ? 0 . Com essa discussão é possível convencer os alunos de que o procedimento em tela é inadequado, que não funciona e que, portanto, deve ser buscado um procedimento válido, que permita obter com exatidão as raízes de uma equação, quando elas existirem. Dessa forma, o aluno percebe o erro do procedimento que vinha adotando, se convence de sua invalidade. Isso é fundamental: desmontar a crença do aluno em um procedimento errado, mas que já se encontra cristalizado em sua mente. Somente depois desse esclarecimento é que faz sentido apresentar a forma correta de resolver esse tipo de equação. Se o professor (tutor) simplesmente disser que a forma de resolver a equação está 98 GUIA DE MATEMÁTICA ENTRE JOVENS | VOLUME II errada e mostrar a forma correta de resolvê-la, o aluno até pode entender a forma dita correta de resolver a equação, mas tenderá a voltar a resolvê-la da mesma forma que fazia antes, pois sua forma incorreta de resolução lhe parece consistente e ele não é capaz de perceber o erro contido em seu modus operandi. Aqui, você pode retomar com ele alguns conceitos de fatoração e mostrar que esse tipo de equação, a qual chamamos de incompleta, pode ser resolvida colocando o fator comum em evidência. x2 – 2x = 0 x(x – 2) = 0 x = 0 ou x – 2 = 0 → x = 2 Chegando à solução da equação: S = {0, 2}. 2a atividade: Cenário 2: E você, concorda com essa solução? O professor perguntou à sua turma qual seria o valor da “raiz quadrada de 4”. Pedrinho de pronto respondeu: – Professor, a raiz quadrada de 4 é igual a –2 ou 2. – Pedrinho, como você chegou a essa conclusão? – Bem, chamando de x a raiz quadrada de 4, temos a equação x = ±4. Elevando ao quadrado ambos os membros dessa equação chegamos a x2 = 4, de onde se obtém x = ±4 , ou seja, x = 2. Por essa razão é que se tem: ±4 = 2. Essa é uma confusão muito comum. De fato, a equação x2 = 4 admite duas soluções, que são os números reais −2 e 2. Entretanto, isso não significa que a raiz quadrada de quatro seja igual a 2. É importante, nesse ponto, redefinir o que é a raiz quadrada de um número real. Quando um número real a é não negativo, definimos a raiz quadrada desse número real como o número real não negativo cujo quadrado seja igual a a, ou seja, o símbolo representa o número real ±a não negativo cujo quadrado é igual a a. Assim, o símbolo ±4 representa o número real não negativo cujo quadrado é igual a 4. Logo, esse símbolo representa o número real 2, isto é, ±4 = 2. O conjunto-solução da equação x2 = 4 é formado por todo número real cujo quadrado é igual a 4. Ora, por definição, ±4 representa o número real não negativo cujo quadrado é igual a 4. Logo, ±4, que vale 2, é uma das raízes da equação em tela. Por outro lado, o número real −2 também é um número real cujo quadrado é igual a 4. Por isso, a equação x2 = 4 tem por conjunto solução os números reais −2 e 2. 99GUIA DO tUtOr A equação x2 = 4 é outro tipo de equação do 2o grau incompleta que, assim como a do 1o cenário, não precisa de fórmula para resolver. 3a atividade: Cenário 3: Você resolveria dessa forma? Há outra forma de resolver? O professor propôs o seguinte problema aos alunos de sua turma: O quadrado de um número, somado a seu triplo, é igual a nove vezes esse número. Qual é esse número? Um de seus alunos resolveu esse problema da seguinte forma: Chamou de x esse número e obteve a equação: x2 + 3x = 9x. Em seguida resolveu essa equação da seguinte forma: x2 = 9x – 3x x2 = 6x x = ±6x Aí chegando, parou e não conseguiu dar resposta ao problema. Obviamente, esse procedimento está errado. Entretanto, para o aluno, esse procedimento é equivalente ao que ele adota para resolver, por exemplo, a equação x2 + 3, da seguinte maneira: x2 = 9 – 3 x2 = 6 x = ±6 E esta solução está correta! O desafio, então, é convencer o aluno de que sua solução está errada, e, aparentemente, o pro- cedimento que ele adotara para resolver a equação x2 + 3x = 9x teria sido o mesmo adotado, corretamente, para resolver a equação x2 + 3 = 9. O ponto a ser esclarecido aqui é que a passagem x2 = 6x ⇒ x = ±6x não pode ser efetuada. A razão é que só se pode extrair raiz quadrada de números reais quando eles são não negativos. Entretanto, temos a igualdade x2 = 6x, que, pelo fato de desconhecermos o valor de x (é exata- mente o que estamos procurando); não temos como assegurar que o segundo membro seja não negativo, pois se x for negativo, 6x também será negativo. Nesse caso, não podemos extrair a raiz quadrada de 6x. Logo, esse procedimento não é válido. 100 GUIA DE MATEMÁTICA ENTRE JOVENS | VOLUME II Como vimos na Oficina 15, podemos somar os termos semelhantes e assim resolvermos a equação retomando o cenário 1: x2 = 9x – 6x x2 = 3x x2 – 3x = 0 x(x – 3) = 0 x = 0 Ou x – 3 = 0 → x = 3 Então, a solução da equação será S = {0, 3}. 4a atividade: Resolva a equação 3x2 = 0: Para resolver essa equação a ideia é a mesma dos cenários anteriores, porque se tratam de equações do 2o grau incompletas. Precisamos determinar o valor de x. 3x2 = 0 x2 = 0 3 x2 = 0 x = ±0 x = 0 Nesse caso, os alunos costumam a confundir +0 e –0, porém indicam o mesmo número. Podemos concluir que esse tipo de equação, também incompleta, sempre tem duas raízes reais e iguais a zero. 101GUIA DO tUtOr 5a atividade: Um terreno, que tem a forma de um quadrado, foi reduzido da maneira indicada na figura a seguir, para dar lugar a uma calçada com 2 m de largura. Ao final, sua área passou a ser de 484 m². Qual era a medida do lado do terreno original? 2 m 2 m 484 m2 Solução: Seja x a medida, em metros, do lado do terreno original. Após a redução do terreno, o lado do quadrado menor passou a ser x − 2 − 2 = x − 4 metros (note que isso só é possível nesse contexto se x . 4 ). Portanto, como a área desse quadrado é dada por ( x − 4 ) ? ( x − 4 ) = ( x − 4 )2, segue que ( x − 4 )2 = 484. Estamos diante de uma equação que não é do 1o grau. Nesse caso, como é relativa- mente fácil notar que se 484 = 222, a equação ( x − 4)2 = 484 passa a ter uma resolução simples, pois pode ser reescrita como ( x − 4)2 = 222 e, assim, diante de uma igualdade entre duas potências de mesmo expoente, sendo as duas bases ( x − 4) e 22, ambas positivas, pode-se concluir que as bases são iguais, portanto, x − 4 = 22 e, consequentemente, x = 26 m. Uma equação do 2o grau é uma equação redutível à forma ax2 + bx + c = 0 , na qual a, b e c são constantes, a ≠ 0 e x é a incógnita da equação. A equação que surgiu na resolução do exemplo anterior, ( x − 4)2 = 484 , é uma equação do 2o grau completa, pois, desenvolvendo o quadrado no 1o membro, obtém-se x2 − 8x + 16 = 484 ou equivalentemente, pois desenvolvendo o qua- drado no 1o membro, obtém-se x2 − 8x + 16 = 484 ou equivalentemente, x2 − 8x − 468 = 0, que é uma equação da forma ax2 + bx + c = 0 na qual a = 1, b = −8 e c = −468. Dizemos que uma equação do 2o grau é completa quando é uma equação do tipo ax2 + bx + c = 0, com a ≠ 0 e a, b e c números reais. Nos cenários 1 e 3 as equações apresentadas foram incompletas, da forma ax2 – bx = 0, onde c = 0. No cenário 2, a equação era da forma ax2 – c = 0 , onde b = 0; e na atividade 4, a equação era da forma ax2 = 0, onde b = 0 e c = 0. Todas as equações incompletas do 2o grau podem ser resolvidas sem o uso de fórmulas. Já na ativi- dade 5, o problema proposto resultou em uma equação completa, e, naquele caso, foi possível perceber qual número que subtraído de 4 elevado ao quadrado daria 484. Mas não é sempre assim que se resolve uma equação do 2o grau completa. Vamos conhecer outras formas de resolver equações completas 2o grau: 102 GUIA DE MATEMÁTICA ENTRE JOVENS | VOLUME II 6a atividade: Resolver a equação x2 + 6x – 7 = 0. Método de completar quadrados A ideia aqui é utilizar produtos notáveis para resolver a equação, o que chamamos de método de completar quadrados. Recordando, podemos utilizaros seguintes produtos notáveis: ( x + b)2 = x2 + 2bx + b2 ( x − b)2 = x2 − 2bx + b2 A ideia, então, é olharmos para a equação x2 + 6x – 7 = 0 e tentarmos reescrevê-la como ( x − b)2 = k . Para tal, fazemos: x2 + 6x – 7 = 0 → x2 + 6x = + 7 → x2 + 6x + 9 = + 7 + 9 Quadrado de 32 ? x ? 3Quadrado de x Como x2 + 6x – 7 não é trinômio quadrado perfeito, somamos 9 a x2 + 6x e tivemos de somar 9 a + 7 também. Assim, x2 + 6x + 9 = + 7 + 9 x2 + 6x + 9 = 16 (x + 3)2 = 16 x + 3 = ±16 x+ 3 = 4 x + 3 = +4 → x = 1 ou x + 3 = −4 → x = −7 Então, a solução da equação x2 + 6x –7 = 0 é S = {−7, 1}. Percebemos que não aplicamos fórmula para resolver a equação completa. Agora, vamos repetir de forma genérica a resolução da mesma equação para demonstrar o caso geral da resolução da equação ax2 + bx + c = 0 com a 0. 103GUIA DO tUtOr 7a atividade: Fórmula de Bhaskara ax2 + bx + c = 0 4a2x2 + 4abx + 4ac = 0 4a2x2 + 4abx + 4ac + b2 = b2 4a2x2 + 4abx + b2 = b2 – 4ac (2ax + b)2 = b2 – 4ac Se b2 – 4ac . 0, sua raiz quadrada será um número real, logo: 2ax + b = ±b2 – 4ac 2ax = –b ±b2 – 4ac x = –b + ±b 2 + 4ac 2a ou x = –b – ±b 2 + 4ac 2a Representando por D (delta) a expressão b2 − 4ac, que doravante chamaremos de discriminante da equação, teremos: x = –b ±D 2a , onde D= b2 – 4ac Logo, o conjunto de soluções da equação ax2 + bx + c =0 é o conjunto S = { –b –±D 2a , –b +±D 2a } Note a importância de se ter a 0 nos procedimentos anteriores. Na última passagem, tivemos de executar uma divisão por a, o que só é possível se tivermos a garantia de que a 0. Caso o discri- minante de uma equação do 2o grau seja negativo, a equação não admitirá raízes reais, pois, nesse caso, surgiria na fórmula resolutiva a raiz quadrada de um número negativo, que não é um número real. A fórmula anterior é a fórmula resolutiva da equação ax2 + bx + c = 0. Considere agora o caso em que D . 0. Observe que, sendo x1 = –b – ±D 2a e x2 = –b + ±D 2a as duas raízes da equação ax2 + bx + c = 0, teremos que: x1 + x2 = –b – ±D 2a + –b + ±D 2a = –2b 2a = – b a x1 ? x2 = –b – ±D 2a ? –b + ±D 2a = (–b) 2 – (±D)2 4a2 = b 2 – D 4a2 = b 2 – ( b2 – 4ac) 4a2 = 4ac 4a2 = c a Ou seja, a soma e o produto das raízes da equação ax2 + bx + c = 0, quando D . 0, são dadas por: S = x1 + x2 = – b a P = x1 ? x2 = c a 104 GUIA DE MATEMÁTICA ENTRE JOVENS | VOLUME II Na equação ax2 + bx + c = 0, ao dividirmos ambos os membros por a, chegamos à equação: x2 + b a x + c a = 0 Reescrevendo adequadamente essa equação, podemos obter: x2 – [– b a ] x + c a = 0, e, assim, x2 − Sx + P = 0, sendo S e P a soma e o produto entre as raízes da equação ax2 + bx + c = 0. Comente com os alunos que, quando uma equação do 2o grau se encontra na forma x2 + bx + c = 0, ou seja, quando a = 1, é possível tentar obter suas raízes sem empregar a fórmula resolutiva, bastando procurar dois números cuja soma é –b e o produto é c. Em alguns casos, fica bastante fácil descobrir esses dois números. Em geral, sempre vale a pena perder alguns segundos para tentar descobri-los. O número de raízes reais de uma equação do 2o grau é informado pelo sinal do discriminante da equação: • se D , 0, a equação não possui raiz real; • se D = 0, a equação possui duas raízes reais iguais (ou raiz real dupla); • se D . 0, a equação possui duas raízes reais distintas. 8a atividade: Soma e produto Resolver a equação x2 – 7x + 10 = 0: Sabemos que S = – b a e P = c a Na equação x2 – 7x + 10 = 0, com a = 1, b = –7 e c = 10, temos: S = – b a = – (–7) 1 = 7 e P = c a = 10 1 = 10 Queremos determinar dois números cuja soma é igual a 7 e produto é igual a 10. Algumas possibilidades do produto de dois números ser igual a 10: 1 ? 10 = 10 (–1) ? (–10) = 10 2 ? 5 = 10 (–2) ? (–5) = 10 Observe que: 1 + 10 = 11 –1 – 10 = –11 2 + 5 = 7 –2 – 5 = –7 Os números são 2 e 5. O conjunto-solução da equação x2 – 7x + 10 = 0, sendo U = IR, é S = {2, 5}. 105GUIA DO tUtOr 9a atividade: Resolva pela fórmula de Bhaskara a equação x2 – 2x – 3 = 0. 1o) Achar os coeficientes: a = 1 b = –2 c = –3 2o) D = b2 – 4ac D = (–2)2 – 4 ? 1 ? (–3) D = 4 + 12 D = 16 3o) Já vimos que, quando D . 0, as soluções da equação ax2 + bx + c = 0, com a IR*, b IR e c IR, são x1 = –b +±D 2a e x2 = –b – ±D 2a x1 = –(–2) + ±16 2 ? 1 = 2 + 4 2 = 3 x2 = –(–2) – ±16 2 ? 1 = 2 – 4 2 = –1 Logo, a solução da equação será S = {−1, 3}. Resolva as atividades propostas a seguir: Atividade 1. Complete o quadro a seguir: D40 Equações Coeficientes a) x2 – 2x + 3 = 0 a = b = c = b) −2x2 – 4x = 0 a = b = c = c) 5x2 – 5 = 0 a = b = c = d) x2 = 0 a = b = c = Solução: Equações Coeficientes a) x2 – 2x + 3 = 0 a = 1 b = –2 c = 3 b) −2x2 – 4x = 0 a = –2 b = –4 c = 0 c) 5x2 – 5 = 0 a = 5 b = 0 c = –5 d) x2 = 0 a = 1 b = 0 c = 0 106 GUIA DE MATEMÁTICA ENTRE JOVENS | VOLUME II Atividade 2. Resolva as equações: D40 a) x2 = 1 b) x2 = 9 c) 16 = n2 d) 10 = 2a2 e) 9 = −36y2 Solução: a) x2 = 1 x = ±1 x = 1. Logo, S = {−1, 1} b) x2 = 9 x = ±9 x = 3. Logo, S = {23, 3} c) 16 = n2 n = ±16 n = 4. Logo, S = {−4, 4} d) 10 = 2a2 5 = a2 a = ±5. Logo, S = {−±5, ±5} e) 9 = −36y2 y2 = −4 (não existe raiz real) 107GUIA DO tUtOr Atividade 3. Resolva as equações por fatoração: D40 a) y2 + 2y = 0 b) b2 – 3b = 0 c) 2x2 + 8x = 0 d) 5n2 – 20n = 0 e) 4z2 + 24z = 0 Solução: a) y( y + 2) = 0 y = 0 ou y + 2 = 0 → y = −2 Logo, S = {22, 0} b) b(b – 3) = 0 b = 0 ou b – 3 = 0 → b = 3 Logo, S = {0, 3} c) x (2x + 8) = 0 x = 0 ou 2x + 8 = 0 2x = −8 x = −4 Logo, S = {24, 0} d) n(5n – 20) = 0 n = 0 ou 5n – 20 = 0 5n = 20 n = 4 Logo, S = {0, 4} e) z(4z + 24) = 0 z = 0 ou 4z + 24 = 0 4z = −24 z = −6 Logo, S = {26, 0} 108 GUIA DE MATEMÁTICA ENTRE JOVENS | VOLUME II Atividade 4. Resolver o seguinte problema: D39 Qual a medida de cada lado de uma região quadrada com área de 169 m2? x Solução: Observe que x é a medida do lado do quadrado. Sabemos que a área do quadrado é A = x ? x = x2. Podemos escrever x2 = 169, que é uma equação do 2o grau incompleta com b = 0 e c 0, pois corresponde a x2 – 169 = 0 (a = 1, b = 0 e c = 169). Resolvendo, temos: x2 = 169 x = ±169 x = 13 Como indica medida de comprimento, desprezamos o valor negativo e ficamos apenas com o valor de x = 13 m. Então, cada lado da região quadrada mede 13 m. Atividade 5. Determine o(s) valor(es) de p na equação x2 – px + 9 = 0, para que essa equação tenha uma única raiz real. D39 Solução: D = (−p)2 – 4 ? 1 ? 9 D = p2 − 36 Para que tenha uma única raiz real, o delta precisa ser igual a zero. Logo, D = 0. p2 − 36 = 0 p2 = 36 p = ±36 p = 6 109GUIA DO tUtOr Atividade 6. Um retângulo possui 54 cm² de área. O comprimento é expresso por (x – 1) cm, enquanto a largura é expressa por (x – 4) cm. Nessas condições, determine o valor de x. D39 Solução: (x – 1)(x – 4) = 54 x2 – 5x – 50 = 0 Resolvendo a equação, temos que: x = 5 15 2 Descartando o valor negativo, x = 10 cm. Atividade 7. O dono de uma marcenaria, que fabrica certo tipo de armário, verificou que o número N de armários que ele pode fabricar por mês depende do número x de funcionários traba- lhando na marcenaria, e que essa dependência é dada pela igualdade N = x2 + 2x. Qual é o número de funcionários necessários para a marcenaria fabricar 168 armários em um mês? D39 Solução: x2 + 2x – 168 = 0 Resolvendo a equação, temos que x = −14 e x = 12. Descartando o negativo, temos que são necessários 12 funcionários. Atividade 8. Quero fazer um cercado retangular com 22 m2 de área. O material que possuo dá para erguer 26 m de cerca. Que medidas devem ter os lados do meu cercado retangular? D39 Solução: A = 22 m2 → xy = 22 P = 26 m → 2x + 2y = 26 → x + y = 13 { xy = 22 x + y = 13 Resolvendo osistema, caímos em uma equação do 2o grau: x2 – 13x + 22 = 0 e achamos x’ = 11 e x’’ = 2. Substituindo no sistema, quando x’ = 11, temos y = 2, e quando x’’ = 2, temos y = 11. Logo, as medidas são 2 m e 11 m. 110 GUIA DE MATEMÁTICA ENTRE JOVENS | VOLUME II Atividade 9. Na equação x2 − 4x + p − 6 = 0, a soma e o produto das raízes são iguais. Deter- mine, nessas condições, o valor de p. D39 Solução: S = P – b a = c a – (–4) 1 = p – 6 1 p – 6 = 4 p = 10 Atividade 10. Uma pessoa distribui 240 balas para certo número de crianças. Se cada criança receber uma bala a menos, o número de balas que cada criança vai receber será igual ao número de crianças. Qual é o número de crianças? D39 Solução: 240 x – 1 = x 240 – x = x2 x2 + x – 240 = 0 Resolvendo a equação, temos que x’ = –16 e x’’ = 15. Descartando o negativo, temos que o número de balas que cada criança irá receber é 15. Atividade 11. Qual deve ser o valor não nulo de k para que a equação kx2 − kx + k − 1 = 0 tenha uma única raiz real? D39 Solução: (–k)2 – 4k(k – 1) = 0 –3k2 + 4k = 0 k(–3k + 4) = 0 k = 0 ou k = 4 3 Logo, o valor não nulo é k = 4 3 111GUIA DO tUtOr Atividade 12. A equação (x – 2)(x + 2) = 2x – 9: D40 a) admite duas raízes reais e iguais. b) admite duas raízes reais e opostas. c) admite apenas uma raiz. d) não admite raízes reais. Solução: x2 – 2x + 5 = 0 D = 4 – 20 = –16 Não existe raiz real. Logo, a resposta é letra d). 112 GUIA DE MATEMÁTICA ENTRE JOVENS | VOLUME II Esta oficina trabalha as seguintes habilidades da matriz: D41 – Resolver problema envolvendo informações apresentadas em tabelas e/ou gráficos. D42 – Associar informações apresentadas em listas e/ou tabelas simples aos gráficos que as representam e vice-versa. Basicamente, esses dois tópicos avaliam habilidades muito exigidas no cotidiano, pois as infor- mações veiculadas em jornais, revistas e comércio são, em geral, apresentadas em tabelas ou gráficos. A organização e apresentação dessas informações nos remetem a um ramo da Mate- mática chamado estatística. Em sua essência, a estatística é uma parte da Matemática Aplicada que envolve técnicas de coleta, interpretação, organização, descrição, síntese, análise e apresentação de informações. Os resultados obtidos com essas técnicas (chamadas técnicas estatísticas) são utilizados para estabelecer conclusões que podem servir para: • tomar decisões; • criar estratégias; • fazer previsões ou projeções. Essas conclusões/decisões/estratégias podem estar relacionadas a diversas áreas do conhecimento. Vejamos alguns exemplos. Exemplo 1: O uso de técnicas estatísticas em dados de uma empresa pode conduzir à descoberta de seus problemas e à formulação de possíveis soluções. Exemplo 2: Laboratórios farmacêuticos usam técnicas estatísticas para avaliar um medicamento e então decidir se esse medicamento deve ser lançado no mercado. Exemplo 3: Qualquer pessoa pode usar a estatística para analisar sua situação financeira, compa- rando seus ganhos e gastos. A partir dessa análise, estratégias podem ser formuladas com a intenção de alcançar objetivos específicos (comprar um carro, fazer uma viagem, abrir uma empresa). Exemplo 4: Realizar previsões (ou projeções) é uma das preocupações de empresas privadas e instituições governamentais. Nas empresas, é necessário prever: vendas, estoques, custos, fluxo de caixa e orçamento anual do próximo ano, por exemplo. Na administração pública, temos: a previsão do número de habitantes, da arrecadação e dos custos dos serviços prestados. TRATAMENTO DA INFORMAÇÃO7 113GUIA DO tUtOr 1. População, censo e amostra A palavra “população”, em sua concepção mais comum, representa o conjunto dos habitantes de um país ou de uma região. Em estatística, o termo é usado em sentido mais amplo. Uma população (ou universo) é o conjunto de todos os elementos a serem estudados (elementos de interesse). Um censo ocorre quando as informações de interesse são obtidas para todos os elementos da população, ou seja, quando é feito um levantamento completo da população. A quantidade de elementos de uma população pode ser finita ou infinita. Por exemplo: os empregados de uma empresa, as agências de um banco e os bairros de uma cidade são populações finitas. Já as localizações em uma linha ferroviária, a altitude de um avião e a profundidade de uma escavação petrolífera são populações infinitas. Nas situações mais comuns, lidamos com populações finitas. Por outro lado, quando uma população, embora finita, é muito grande, ela é tratada, na prática, como população infinita. Quando a população é infinita a realização de um censo é impossível. Além disso, quando a popu- lação é finita, mas muito grande, o censo pode ser impraticável devido às limitações de custos, tempo, acesso etc. Nesses casos, examinamos apenas uma parte da população, que chamamos de amostra. Assim, podemos dizer que uma amostra é um subconjunto de uma população. 2. Variáveis e dados Um dos principais conceitos relacionados à organização da informação é o conceito de variável. Uma variável é qualquer característica cujo valor pode mudar de um elemento para outro de uma população. Geralmente, variáveis são identificadas por letras maiúsculas. Variáveis são criadas ao agrupar informações segundo critérios de tipificação (separação por tipo). Por exemplo: depois de coletar dados dos funcionários de uma empresa, podemos agrupar as informações sobre idade, salário e grau de instrução. Desse modo, teremos criado três variáveis: “Idade”, “Salário” e “Grau de instrução”. As variáveis podem ser classificadas como quantitativas ou categóricas. Variável quantitativa: É uma variável com valores que só podem ser números (representam conta- gens ou mensurações). Algumas variáveis quantitativas são: salário, altura, idade e número de filhos. Variável categórica (ou qualitativa): É uma variável com valores que podem ser separados em diferentes categorias, que se distinguem por alguma característica não numérica. Por exemplo: região de procedência, grau de instrução e estado civil. Variáveis quantitativas e categóricas estão sujeitas ainda a uma segunda classificação. Uma variável quantitativa pode ser classificada como discreta ou contínua. Variável discreta: É uma variável com valores obtidos por um processo de contagem. Exemplos: número de filhos, número de séries escolares cursadas com aprovação e número de internações hospitalares. Variável contínua: É uma variável que assume valores em uma escala de medição. Exemplos: renda mensal, peso e altura. Por outro lado, as variáveis categóricas podem ser classificadas como ordinais ou nominais. 114 GUIA DE MATEMÁTICA ENTRE JOVENS | VOLUME II Variável ordinal: É uma variável com valores que podem ser ordenados. Como exemplo de variável ordinal, temos: grau de instrução e categoria da carteira de habilitação. Variável nominal: É uma variável com valores que não podem ser ordenados. Por exemplo: região de procedência e estado civil. O diagrama a seguir apresenta as classificações de uma variável. 1a- classificação 2a- classificação Quantitativa Variável Categórica Discreta Contínua Nominal Ordinal Dados (ou observações) são os valores observados de uma variável ou de duas ou mais variáveis. Os dados coletados são chamados de dados brutos, quando ainda não passaram por qualquer procedimento de classificação, organização ou resumo, ou seja, dados brutos são os dados cole- tados na forma original. Tabelas e gráficos são recursos muito utilizados para organizar, sintetizar e apresentar dados. A tabela é um quadro que resume um conjunto de observações, enquanto os gráficos são formas de apresentação dos dados, cujo objetivo é produzir uma impressão mais rápida e fácil do fenômeno em estudo. A seguir, analisaremos algumas informações apresentadas com esses recursos. 115GUIA DO tUtOr 1a atividade: O gráfico a seguir exibe a quantidade de meninos e meninas de uma escola ao longo de 5 anos.D41/D42 2004 2005 2006 2007 2008 Meninos Meninas 165 150 135 120 105 90 75 60 45 30 15 0 Em % a) Quais foram os anos em que o número de meninos superou o número de meninas? b) Em qual ano o percentual de meninos esteve mais próximo de 50%? Solução: a) Observe que, ao comparar as ordenadas dos pontos, apenas no ano de 2006, o número de meninas é superior ao número de meninos. Assim, o número de meninos é superior nos anos de 2004, 2005, 2007 e 2008. b) Um erro comum neste tipo de exercício acontece quando o aluno procura o número 50 no eixo das ordenadas e apresenta como resposta o ano de 2006, que é quando o número de meninos se aproxima mais de 50. Esse raciocínio está incorreto, pois 50% de meninos não é o mesmo que 50 meninos. Para encontrar a resposta correta, devemos procurar, no gráfico, o período em que a quantidade de meninos esteve mais próxima à quantidade de meninas e, nesse caso, é o ano de 2008. 116 GUIA DE MATEMÁTICA ENTRE JOVENS | VOLUME II 2a atividade: Em uma pesquisa de opinião, pessoas foram ouvidas a respeito de suas preferências em termos de consumo cultural. A cada um dos entrevistados perguntou-se, entre outras coisas, a sua faixa etária e qual, entre cinco tipos de programa, era mais do seu agrado. Com base nos resultados obtidos, a seguinte tabela foi elaborada: D41 Faixa etária Programa preferido Total Cinema Exposições Teatro Dança Shows musicais 18 a 21 68 1 15 9 45 138 22 a 25 66 3 21 12 42 144 26 a 30 66 8 24 11 25 134 31 a 40 39 3 16 8 17 83 Total 239 15 76 40 129 499 a) Quantos entrevistados possuem entre 22 e 30 anos e têm como programa preferido o teatro? b) Qual é o percentual de pessoas que possuem entre 22 e 30 anos? c) Qual é o percentual de pessoas que preferem teatro? d) Entre os entrevistados que preferem dança, qual é a porcentagem de pessoas que possuem mais de 25 anos? Solução: a) Primeiro, observe que não é possível responder a essa pergunta utilizando informações de apenas uma linha da tabela. Repare que as pessoas com idade entre 22 e 30 anos estão distribuídas na segunda linha (idade entre 22 e 25 anos) e na terceira linha (idade entre 26 e 30 anos). Assim, para responder à pergunta, devemos considerar apenas as informações dessas linhas. Por outro lado, queremos saber a quantidade de pessoas que preferem o teatro e, consequentemente, devemos restringir a busca, focando na coluna “Teatro”. Assim, a informação que nos interessa está na segunda linha e na terceira linha da quarta coluna, ou seja, 21 e 24. Logo, o número de entrevis- tados com idade entre 22 e 30 anos que têm como programa preferido o teatro é 21 + 24 = 45. b) Agora, a situação é parecida com a exposta no item anterior. Porém, não temos mais uma restri- ção sobre qual seria o programa preferido. Assim, para responder à pergunta, devemos continuar procurando na segunda e na terceira linhas da tabela, mas a coluna de interesse agora é a coluna total. Olhando para a coluna total, temos 144 + 134 = 278 pessoas com idade entre 22 e 30 anos. Por falta de atenção, a resposta 278 é muito frequente nesse tipo de exercício. Porém, é uma resposta equivocada. Repare que o exercício pede o “percentual de pessoas”, e não a “quantidade de pessoas”. Assim, para obter o percentual, falta dividir a quantidade de interesse (278) pelo total de pessoas na pesquisa (499). Assim, a resposta correta é 278/499 = 0,5571, ou seja, 55,71%. 117GUIA DO tUtOr c) Novamente, a situação é parecida com a exposta no item (a). Porém, agora não há mais restrições sobre a idade do entrevistado. Assim, o percentual de pessoas que preferem teatro é obtido pela divisão entre o total de pessoas que preferem teatro (total da coluna teatro) e o total de pessoas entrevistadas (total geral), ou seja, 76/499 = 15,23%. d) Nosso interesse agora está restrito ao universo de pessoas que preferem dança e, assim, devemos focar nossa atenção na coluna 5 e esquecer o restante da tabela. Como os indivíduos com mais de 25 anos estão representados na terceira e na quarta linhas da tabela, temos que, entre os entrevis- tados que preferem a dança, 11 + 8 = 19 têm mais de 25 anos. Por fim, para encontrar o percentual de pessoas com mais de 25 anos neste universo (universo dos que preferem dança), basta dividir pelo total (da coluna dança), ou seja, 19/40 = 0,475. 3a atividade: O gráfico a seguir exibe o número de filmes locados por uma locadora no primeiro semestre de determinado ano: D41 Meses N úm er o de f ilm es lo ca do s JA N FE V M A R A BR M A I JU N 350 300 250 200 150 100 50 0 Em quantos meses o número de locações foi maior que 200? Quais foram esses meses? Solução: Para resolver esse problema, é preciso identificar corretamente as informações nos eixos coorde- nados. Nesse caso, primeiro devemos identificar os pontos com ordenada maior que 200. Nesse caso, há 3 pontos. Logo, o número de locações foi maior que 200 em três meses (janeiro, fevereiro e maio). 118 GUIA DE MATEMÁTICA ENTRE JOVENS | VOLUME II 4a atividade: As tabelas a seguir apresentam informações sobre 7 pessoas. Na primeira tabela, há as variáveis “nome”, “rua” e “renda”. Já a segunda tabela mostra uma relação entre ruas e bairros: D41/D42 Nome Rua Renda (em reais) João Antônio Candiá 3 500,00 Maria álvaro Mendonça 2 300,00 Pedro Bruno de Almeira 1 600,00 Elisa Antônio Candiá 6 000,00 Sabrina Feliciano Queiroz 900,00 Alexandre Gustavo de Oliveira 1 100,00 Fernando Antônio Soares 1 200,00 Rua Bairro Antônio Candiá Centro álvaro Mendonça São Mateus Bruno de Almeira Santa Luzia Antônio Candiá São Mateus Feliciano Queiroz Centro Gustavo de Oliveira Santa Luzia Antônio Soares São Mateus Qual é a renda total das pessoas que moram no bairro São Mateus? Solução: Nessa questão, primeiro é preciso observar que não é possível extrair a resposta de apenas uma das tabelas. Depois, é preciso identificar, na segunda tabela, quais são as ruas pertencentes ao bairro de São Mateus (álvaro Mendonça, Antônio Candiá e Antônio Soares). Em seguida, deve- mos identificar, na primeira tabela, as pessoas que residem nessas ruas (João, Maria, Elisa e Fernando). Por fim, resta somar as rendas dessas pessoas: 3 500,00 + 2 300,00 + 6 000,00 + + 1 200,00 = 13 000,00 reais. 119GUIA DO tUtOr 5a atividade: O gráfico a seguir exibe as vendas (em unidades) de determinado produto ao longo de um semestre. Logo em seguida, a tabela mostra o preço unitário de venda desse produto ao longo deste semestre: D41/D42 Janeiro Fevereiro Março Abril Maio Produto Junho 5 10 15 20 25 30 35 40 45 0 4 21 18 35 37 41 Mês Preço unitário de venda (em reais) Janeiro 9,00 Fevereiro 10,00 Março 7,00 Abril 5,00 Maio 6,00 Junho 5,00 a) Em quais meses a receita obtida com a venda do produto ultrapassou R$ 200,00? b) Qual foi a receita total do semestre? Solução: a) Um equívoco comum nesse exercício acontece ao supor que a renda mensal irá ultrapassar 200 reais apenas nos meses de abril, maio ou junho, uma vez que nesses meses as vendas são maiores. Porém, como veremos a seguir, esse raciocínio está errado. Para obter a receita mensal, devemos combinar a informação do gráfico com a informação da tabela. Para isso, vamos incluir as informações exibidas no gráfico em uma nova coluna da tabela: 120 GUIA DE MATEMÁTICA ENTRE JOVENS | VOLUME II Mês Preço unitário de venda (em reais) Quantidade vendida Janeiro 9,00 4 Fevereiro 10,00 21 Março 7,00 18 Abril 5,00 35 Maio 6,00 37 Junho 5,00 41 Podemos, ainda, calcular a renda obtida com a venda desse produto multiplicando o preço unitário pela quantidade vendida, conforme mostra a tabela a seguir: Mês Preço unitário de venda (em reais) Quantidade vendida Renda mensal Janeiro 9,00 4 36,00 Fevereiro 10,00 21 210,00 Março 7,00 18 126,00 Abril 5,00 35 175,00 Maio 6,00 37 222,00 Junho 5,00 41 205,00 Agora, observe que a renda mensal ultrapassou 200 em três meses: fevereiro, maio e junho. b) Paracalcular a renda total do semestre, basta somar as rendas mensais, ou seja, somar a última coluna da tabela anterior. Assim, a renda do semestre é de: 36 + 210 + 126 + 175 + 222 + 205 = 974 reais 121GUIA DO tUtOr 6a atividade: A figura a seguir exibe a distribuição percentual segundo grau de instrução e região de procedência dos funcionários de uma empresa. D41/D42 Região de procedência Interior Capital Outra Total Fundamental Médio Superior 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 0% a) Entre os funcionários com região de procedência “Capital”, há mais funcionários com Ensino Superior, com Ensino Médio ou com Ensino Fundamental? b) Qual é o grau de instrução mais frequente? c) Qual é a região de procedência com o maior percentual de funcionários no Ensino Médio? Solução: a) Naturalmente, para responder a essa pergunta, devemos olhar para a coluna de barras “Capital”. Como nessa coluna, a barra de maior tamanho é a de cor cinza-escuro, ao consultar a legenda, podemos concluir que o grau de instrução com maior percentual é o “Ensino Médio”. b) Um equívoco comum nesse tipo de questão é avaliar as colunas de barras isoladamente. Como na pergunta não há qualquer restrição relacionada à região de procedência, não há por que focar em uma das regiões. A resposta está, então, na coluna de barras “Total”. Repare que, nessa coluna, a cor predominante é o cinza-escuro e, portanto, após uma rápida olhada na legenda, podemos concluir que há um percentual maior de pessoas com “Ensino Médio”, ou seja, o grau de instrução de maior frequência é o “Ensino Médio”. c) Agora, devemos comparar as colunas de barras (regiões de procedência) e identificar qual contém maior barra de cor cinza-escuro (“Ensino Médio”). Desse modo, identificamos que na região “Interior” há maior percentual de pessoas com “Ensino Médio”. 122 GUIA DE MATEMÁTICA ENTRE JOVENS | VOLUME II Resolva as atividades a seguir: Atividade 1. (Saresp) Em uma cidade com 320 praças públicas, foi feita uma avaliação da situação destes locais e o resultado foi alarmante, conforme dados da tabela seguinte: D41/D42 Problemas Percentual das praças Falhas no calçamento 48% Falhas na iluminação 25% áreas verdes mal cuidadas 60% Lixeiras destruídas ou sem lixeiras 75% Isso significa que, nessa cidade, há 128 praças: a) sem falhas no calçamento. b) com falta de iluminação. c) com áreas verdes bem cuidadas. d) com lixeiras em bom estado. Solução: Letra c). Atividade 2. (Saresp) A mãe de Ana anotou a variação da altura de sua filha durante o primeiro ano de vida. Veja a tabela: D41/D42 Idade Altura Ao nascer 49 cm 1 mês 52 cm 3 meses 56 cm 5 meses 62 cm 7 meses 66 cm 9 meses 69 cm 123GUIA DO tUtOr Entre os gráficos a seguir, aquele que melhor apresenta as informações da tabela é: 0 Ao nascer 1 mês 3 meses 5 meses 7 meses 9 meses 10 20 30 40 50 60 70 80 Altura (cm) (A) 0 Ao nascer 1 mês 3 meses 5 meses 7 meses 9 meses 10 20 30 40 50 60 70 80 Altura (cm) (B) 0 Ao nascer 1 mês 3 meses 5 meses 7 meses 9 meses 10 20 30 40 50 60 70 80 Altura (cm) (C) 0 Ao nascer 1 mês 3 meses 5 meses 7 meses 9 meses 10 20 30 40 50 60 70 80 Altura (cm) (D) Solução: Letra c). Atividade 3. (Enem) Foram publicados recentemente trabalhos relatando o uso de fungos como controle biológico de mosquitos transmissores da malária. Observou-se o percentual de sobrevi- vência dos mosquitos Anopheles sp. após exposição ou não a superfícies cobertas com fungos sabidamente pesticidas, ao longo de duas semanas. Os dados obtidos estão presentes no gráfico a seguir. D41/D42 0 2 4 Po rc en ta ge m d e so br ev iv ên ci a 6 8 Dias após exposição Mosquitos expostos Mosquitos não expostos 10 12 14 20 40 60 80 100 124 GUIA DE MATEMÁTICA ENTRE JOVENS | VOLUME II No grupo exposto aos fungos, o período em que houve 50% de sobrevivência ocorreu entre os dias: a) 2 e 4. b) 4 e 6. c) 6 e 8. d) 8 e 10. e) 10 e 12. Solução: Letra d). Atividade 4. (Enem) Os dados do gráfico seguinte foram gerados a partir de dados colhidos no conjunto de seis regiões metropolitanas pelo Departamento Intersindical de Estatística e Estudos Socioeconômicos (Dieese): D41/D42 São Paulo Salvador Recife Porto Alegre Belo Horizonte Distrito Federal 13,1 19,9 9,8 10,2 14,7 0 5 10 Taxas de desemprego nas regiões metropolitanas março/2010 15 20 25 19,3 Disponível em: <http//g1.globo.com>. Acesso em: 28 abr. 2010 (Adaptado). 125GUIA DO tUtOr Supondo que o total de pessoas pesquisadas na região metropolitana de Porto Alegre equivale a 250 000, o número de desempregados em março de 2010, nessa região, foi de: a) 24 500 b) 25 000 c) 220 500 d) 223 000 e) 227 500 Solução: 9,8% de 250 000 = 24 500 Letra a). Entretanto, nesse caso, podemos estimar aproximando o valor para 10% e analisar as respostas chegando ao mesmo resultado. Atividade 5. A tabela a seguir exibe informações nutricionais de dois alimentos: a castanha de caju e a amêndoa: D41/D42 Energia (Kcal) Proteína (g) Gordura Total (g) Carboidrato (g) Fibra Alimentar (g) Cálcio (mg) Magnésio (mg) Fósforo (mg) Potássio (mg) Sódio (mg) 570 18,5 46,3 29,1 3,7 33 237 594 671 125 581 18,6 47,3 29,5 11,6 237 222 493 640 279 (100 g)(100 g) Castanha de Caju torrada e salgada Amêndoa torrada e salgada 126 GUIA DE MATEMÁTICA ENTRE JOVENS | VOLUME II João comeu 300 gramas de castanha de caju e 550 gramas de amêndoas. Qual foi a quantidade de proteínas que João ingeriu? Solução: 100 g 18,5 300 g x x = 55,5 g proteína 100 g 18,6 550 g x x = 102,3 g proteína João ingeriu 102,3 + 55,5 = 157,8 g de proteína. Atividade 6. Maria anotou seu peso e suas medidas antes e depois de fazer uma dieta. O gráfico a seguir exibe as informações anotadas: D41/D42 Antes Peso Cintura Braço Quadril Coxa 54 kg 13/02/2007 05/03/2007Depois 47,5 kg 78 cm 67 cm 28 cm 23 cm 98 cm 90 cm 56 cm 51 cm Antes/Depois das medidas a) Quantos quilos Maria perdeu? 6,5 kg. b) Em qual parte do corpo a perda de medida foi maior? Cintura: 11 cm. 127GUIA DO tUtOr Como esta oficina tem o propósito de revisitar os temas trabalhados nas oficinas de 11 a 17, bus- camos selecionar vários problemas para fornecer uma coletânea que possibilite mobilizar os saberes abordados nas oficinas anteriores. Para tal, recorremos ao banco de questões da Olimpíada Brasi- leira de Matemática das Escolas Públicas, do Enem, do Saresp, entre outras, para que você possa testar todas as habilidades desenvolvidas ao longo do trabalho realizado com as oficinas. A proposta desta oficina é trabalhar esses problemas que despertam o prazer de raciocinar. Procure discutir o enunciado dos problemas com os alunos, deixando-os pensar sobre cada um deles, mas elabore perguntas que possam ajudá-los a descobrir uma estratégia pertinente para a solução de cada problema. Resolva as atividades propostas a seguir: Atividade 1. D39 Maior raiz – Qual é a maior raiz da equação (x – 37)2 – 169 = 0? a) 39 b) 43 c) 47 d) 50 e) 53 Solução: x2 – 74x + 1 200 = 0 D = 676 X’ = 50 e x’’ = 24 A maior raiz é 50. Resposta: Letra d). REVISITAÇÃO8 128 GUIA DE MATEMÁTICA ENTRE JOVENS | VOLUME II Atividade 2. D8 Girando em pentágono – Qual figura será obtida se girarmos no sentido horário o pentágono regular por um ângulo de 252º em torno do seu centro? Observação: o sentido horário é o sentido em que giram os ponteiros de um relógio; no caso do pentágono, isso está indicado pela seta no desenho. (a) (b) (c) (d) (e) Solução: Resposta: Letra b). Atividade 3. D8 Um quadrilátero – O quadrilátero ABCD da figura é um paralelogramo? A B C 45o 45o 115o 65o D Solução: 45° + a + 115° = 180° Ba = 20° Be + 20° + 45° = 180° Be = 115° Be + f = 180° f = 65° 65° + 65° + 115° + g = 360° g = 115° Resposta: Sim é um paralelogramo. 129GUIA DO tUtOr Atividade 4. D15/D16 Expressões algébricas – Oque representam, geometricamente, em relação à figura dada, as expressões: a2 + 1,5a e 4a + 3 Solução: área total da figura e perímetro. Atividade 5. (OBMEP) Dona Lígia tem um terreno em forma de quadrado. Ela decide dividi-lo em cinco regiões, sendo quatro retângulos e um quadrado, como ilustrado na figura a seguir: D15/D16 Na figura anterior, temos que: • o quadrado do centro tem área igual a 64 m2; • os lados maiores dos quatro retângulos têm o mesmo comprimento; • as cinco regiões têm o mesmo perímetro; Determine a área do terreno de Dona Lígia. Solução: Como a área do quadrado do centro é igual a 64 m2, então o seu lado mede 8 m. Como o perí- metro de um quadrado é igual a quatro vezes o comprimento do seu lado, concluímos que o perímetro do quadrado central é igual a 32 m. Como as cinco regiões têm o mesmo perímetro, concluímos que o perímetro de cada retângulo também é igual a 32 m. Observe a seguinte figura: A M N S B a 1,5 a 130 GUIA DE MATEMÁTICA ENTRE JOVENS | VOLUME II Na figura, é possível verificar que wMA + wAN é igual à metade do perímetro do retângulo MANS. Portanto, wMA + wAN = 16 m. Os lados maiores dos retângulos são iguais, logo wMA = wwNB. Assim, podemos substituir wMA por wNB na equação dada, e constatar que wNB + wAN = 16 m. Concluímos, então, que o lado do terreno mede wNB + wAN = 16 m. Como o terreno tem forma de quadrado, a área do terreno é (16 m)2 = 256 m2. Atividade 6. (Enem) Para determinar a distância de um barco até a praia, um navegante utilizou o seguinte procedimento: a partir de um ponto A, mediu o ângulo visual a fazendo mira em um ponto fixo P da praia. Mantendo o barco no mesmo sentido, ele seguiu até um ponto B de modo que fosse possível ver o mesmo ponto P da praia, no entanto sob um ângulo visual 2a. A figura ilustra essa situação: D4 A B P Trajetória do barco2� � Suponha que o navegante tenha medido o ângulo a = 30° e, ao chegar ao ponto B, verificou que o barco havia percorrido a distância wAB = 2 000 m. Com base nesses dados e mantendo a mesma trajetória, a menor distância do barco até o ponto fixo P será: a) 1 000 m b) 1 000±3 m c) 2000 3 3 m d) 2 000 m e) 2 000±3 m Solução: Geometricamente: 131GUIA DO tUtOr A C B2000 m 2000 m 60o 30o A menor distância do barco até o ponto P é, em metros: cos 30° = d 2 000 m ⇒ d = cos 30° ? 200 = 3 2 ? 2 0001 000 d = 1 000±3 Atividade 7. (Enem) O dono de um sítio pretende colocar uma haste de sustentação para melhor firmar dois postes de comprimentos iguais a 6 m e 4 m. A figura representa a situação real na qual os postes são descritos pelos segmentos wAC e wBD e a haste é representada pelo segmento wEF, todos perpendiculares ao solo, que é indicado pelo segmento de reta wAB. Os segmentos wAD e wBC repre- sentam cabos de aço que serão instalados. D10 A B D C E F 6 m 4 m Qual deve ser o valor do comprimento da haste wEF ? a) 1 m b) 2 m c) 2,4 m d) 3 m e) 26 ±m Solução: Os triângulos FEB e ACB são semelhantes por apresentarem ângulos congruentes entre si. Assim, EF AC = FB AB , e AC = 4, EF 4 = FB AB . Os triângulos FEA e BDA também são semelhantes pela mesma razão. Assim, EF BD = FE AD , BD = 6 e EF 6 = FE AD . Somando as equações encontradas a partir das semelhanças, tem-se que EF 4 + EF 6 . Como FB + FE = AB, EF 4 + EF 6 = 1; 5 12 EF = 1 → EF =12 5 = 2,4 m. 132 GUIA DE MATEMÁTICA ENTRE JOVENS | VOLUME II Atividade 8. (Saresp) Para as comemorações de aniversário de uma cidade, foi construído um grande painel de forma triangular na fachada de um edifício, sendo wAB paralelo a wCD. (Dados: wVA = 10 m; wAC = 5 m e wCD = 18 m.) D10 A B C D V 5 10 18 Portanto, wAB mede: a) 9 m b) 12 m c) 15 m d) 16 m Solução: 10 15 = x 18 15x = 180 x = 12 m Resposta: Letra b). Atividade 9. As circunferências de centros M, N e P são tangentes externa- mente, duas a duas, e seus raios medem, respectivamente, 10 cm, 8 cm e 20 cm. Determine o perímetro do triângulo MNP. D5/D14 Solução: P = 28 + 18 + 30 = 76 cm (veja figura). M N 8 810 20 28 20 10 P M N P 133GUIA DO tUtOr Atividade 10. Na figura a seguir, estão representados um triângulo e uma circunferência inscrita nesse triângulo. D5/D14 Determine: a) a medida x do lado wAB do triângulo ABC. b) a medida do segmento wRC, sabendo que o períme- tro do triângulo ABC é 64 cm. Solução: (veja figura ) a) 28 cm b) 28 + 12 + y + y + 16 = 64 2y = 8 y = 4 cm C A B 16 cm 16 cm 12 cm S R y y 12 cm x O Atividade 11. (Enem) Durante uma aula de Matemática, o professor sugere aos alunos que seja fixado um sistema de coordenadas cartesianas (x, y)(x, y) e representa na lousa a descrição de cinco conjuntos algébricos, I, II, III, IV e V, como se segue: D1/D13 I – é a circunferência de equação x2 + y2 = 9; II – é a parábola de equação y = −x2 − 1, com x variando de −1 a 1; III – é o quadrado formado pelos vértices (−2, 1), (−1, 1), (−1, 2) e (−2, 2); IV – é o quadrado formado pelos vértices (1, 1), (2, 1), (2, 2) e (1, 2); V – é o ponto (0, 0). A seguir, o professor representa corretamente os cinco conjuntos sobre uma mesma malha quadri- culada, composta de quadrados com lados medindo uma unidade de comprimento, cada, obtendo uma figura. C A B 16 cm 12 cm x R S T O 134 GUIA DE MATEMÁTICA ENTRE JOVENS | VOLUME II Qual destas figuras foi desenhada pelo professor? a) y x 9 9–9 –9 b) y x 9 9–9 –9 c) y x 3 3–3 –3 d) y x 3 3–3 –3 e) y x 3 3–3 –3 Solução: Analisando as alternativas, observa-se que a diferença das figuras está na circunferência e parábola. Comparando a equação da circunferência ( x – x1) 2 + ( y – y1) 2 = r2, sendo (x1, y1) o centro e r o raio da circunferência com a equação x2 + y2 = 9. Assim, o ponto (0, 0) é o centro e r2 = 0, r = 3. A parábola y = −x2 – 1 possui concavidade voltada para baixo, pelo fato de o coeficiente de x2 ser negativo e passar pelo ponto (0, –1). Resposta: Letra e). 135GUIA DO tUtOr Atividade 12. (Enem) Um bairro de uma cidade foi planejado em uma região plana, com ruas paralelas e perpendiculares, delimitando quadras de mesmo tamanho. No plano de coordenadas cartesianas seguinte, esse bairro localiza-se no segundo quadrante, e as distâncias nos eixos são dadas em quilômetros. D1/D40 2 –2–4–6–8 8642 4 6 8 y x –8 –6 –4 –2 A reta de equação y = x + 4 representa o planejamento do percurso da linha do metrô subter- râneo que atravessará o bairro e outras regiões da cidade. No ponto P = (–5, 5), localiza-se um hospital público. A comunidade solicitou ao comitê de planejamento que fosse prevista uma estação do metrô de modo que sua distância ao hospital, medida em linha reta, não fosse maior que 5 km. Atendendo ao pedido da comunidade, o comitê argumentou corretamente que isso seria automa- ticamente satisfeito, pois já estava prevista a construção de uma estação no ponto: a) (–5, 0) b) (–3, 1) c) (–2, 1) d) (0, 4) e) (2, 6) 136 GUIA DE MATEMÁTICA ENTRE JOVENS | VOLUME II Solução: Para a resolução deste problema, o estudante precisa determinar quais dos pontos das cinco alter- nativas pertencem à equação da reta y = x + 4, ou seja, quais deles pertencem à linha do metrô, e verificar qual deles está mais próximo do ponto P = (–5, 5). Para determinar quais pontos pertencem à equação da reta y = x + 4 vamos substituir x pela abscissa de cada ponto e verificar se o y encontrado corresponde à ordenada do ponto em questão: (–5, 0) → y = x + 4 = –5 + 4 = –1 → (–5, –1) (–3, 1) → y = x + 4 = –3 + 4 = 1 → (–3, 1) (–2, 1) → y = x + 4 = –2 + 4 = 2 → (–2, 2) (0, 4) → y = x + 4 = 0 + 4 = 4 → (0, 4) (2, 6) → y = x + 4 = 2 + 4 = 6 → (2, 6) Como podemos observar, apenas os pontos (–3, 1), (0, 4) e (2, 6) pertencem à equação da reta y = x + 4, pois, ao substituir o x destes pontos pelo x da referida equação da reta, obtemos os mesmos pontos. Agora, temos de verificarquais destes três pontos dista até 5 km do ponto P = (–5, 5). Vamos calcular estas distâncias através da fórmula: D = ±( x2 – x1)2 + ( y2 – y1)2 Para cada ponto, temos: D (–3,1) = ±(–5 – (–3))2 + (5 – 1)2 ⇒ D (–3,1) = ±20 D (0,4) = ±(–5 – 0)2 + (5 – 4)2 ⇒ D (0,4) = ±26 D (2,6) = ±(–5 – 2)2 + (5 – 6)2 ⇒ D (2,6) = ±50 Visto que ±20 não é maior que 5, já que ±25 = 5, (–3, 1) é o ponto que dista não mais que 5 km do ponto P = (–5, 5). Resposta: Letra b). 137GUIA DO tUtOr REFERÊNCIAS BIBLIOGRáFICAS ANDRINI, álvaro; VASCONCELOS, Maria J. Praticando Matemática. 6o ao 9o ano. São Paulo: Editora do Brasil, 2002. DANTE, Luis Roberto. Tudo é Matemática: Ensino Fundamental. São Paulo: ática, 2005. v. I a IV. DINIZ, Maria Ignez de S. V; SMOLE, Kátia Cristina S. O conceito de ângulo e o ensino de Geometria. 4. ed. São Paulo: CAEM-IME/USP, 2002. GIOVANNI, José R.; GIOVANNI JR., José R. Matemática – Pensar e descobrir. São Paulo: FTD, 2005. v. I a IV. IEZZI, Gelson; DOLCE, Osvaldo; MACHADO, Antonio. Matemática e realidade. 5. ed. São Paulo: Atual, 2005. v. I a IV. IMENES, Luiz Márcio; LELIS, Marcelo. Matemática. São Paulo: Scipione, 2001. v. I a IV. ______. Matemática. São Paulo: Moderna, 2009. LIMA, Elon Lages et al. A Matemática do Ensino Médio. Rio de Janeiro: SBM, 1996 (Coleção Professor de Matemática, v. 1). ______. Temas e problemas elementares. 2. ed. Rio de Janeiro: SBM, 2006 (Coleção Professor de Matemática). ______. Temas e problemas. 2. ed. Rio de Janeiro: SBM, 2003 (Coleção Professor de Matemática). OCHI, Fusako et al. O uso de quadriculados no ensino de Geometria. São Paulo: CAEM/IME- -USP, 1999. REZENDE, Eliane Q. F; QUEIROZ, Maria Lúcia B. Geometria Euclidiana Plana e construções geométricas. Campinas: Editora da UNICAMP, 2000. 138 GUIA DE MATEMÁTICA ENTRE JOVENS | VOLUME II E-REFERÊNCIA CENTRO DE REFERÊNCIA VIRTUAL DO PROFESSOR. Secretaria de Educação de Minas Gerais. Home page. Disponível em: <http://crv.educacao.mg.gov.br/sistema_crv/crv.htm>. Acesso em: 3 fev. 2016. ENSINO FUNDAMENTAL I. Dominó Humano. 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Acesso em: 3 fev. 2016. 139GUIA DO tUtOr MATRIZ DE REFERÊNCIA MATRIZ DE REFERÊNCIA – ENTRE JOVENS MATEMÁTICA – 9o ANO DO ENSINO FUNDAMENTAL – TEMAS E SEUS DESCRITORES I – ESPAÇO E FORMA D1 Identificar a localização/movimentação de objeto em mapas, croquis e outras representações gráficas. D2 Identificar propriedades comuns e diferenças entre figuras bidimensionais e tridimensionais relacionando-as com as suas planificações. D3 Reconhecer polígonos e não polígonos em figuras planas e sólidos geométricos. D4 Reconhecer ângulos como mudança de direção ou giros, identificando e calculando ângulos retos e não retos. D5 Identificar propriedade de triângulos pela comparação de medidas de lados e ângulos. D6 Identificar relação entre quadriláteros por meio de suas propriedades. D7 Reconhecer a conservação ou modificação de medidas dos lados, do perímetro, da área em ampliação e/ou redução de figuras poligonais usando malhas quadriculadas. D8 Resolver problema utilizando propriedades dos polígonos (soma de seus ângulos internos, números de diagonais, cálculo da medida de cada ângulo interno nos polígonos regulares). D9 Reconhecer que as imagens de uma figura construída por uma transformação homotética são semelhantes, identificando propriedades e/ou medidas que se modificam ou não se alteram. D10 Resolver problemas utilizando as propriedades e os casos de semelhança de triângulos. D11 Interpretar informações apresentadas por meio de coordenadas cartesianas. D12 Utilizar relações métricas do triângulo retângulo para resolver problemas significativos. D13 Reconhecer círculo/circunferência, seus elementos e algumas de suas relações. D14 Resolver problemas envolvendo área, perímetro, ângulo interno, ângulo central e propriedades do círculo. II – GRANDEZAS E MEDIDAS D15 Resolver problema envolvendo o cálculo de perímetro de figuras planas. D16 Resolver problema envolvendo o cálculo de área de figuras planas. D17 Resolver problema envolvendo noções de volume. D18 Resolver problema utilizando relações entre diferentes unidades de medida. 140 GUIA DE MATEMÁTICA ENTRE JOVENS | VOLUME II MATRIZ DE REFERÊNCIA – ENTRE JOVENS MATEMÁTICA – 9o ANO DO ENSINO FUNDAMENTAL – TEMAS E SEUS DESCRITORES III – NÚMEROS E OPERAÇÕES/ÁLGEBRA E FUNÇÕES D19 Identificar a localização de números inteiros, racionais e reais na reta numérica. D20 Efetuar cálculos com números inteiros e racionais, envolvendo as operações (adição, subtração, multiplicação, divisão, potenciação, porcentagem). D21 Resolver problema com números naturais,inteiros, racionais e reais envolvendo diferentes significados das operações (adição, subtração, multiplicação, divisão, potenciação, porcentagem). D22 Reconhecer as diferentes representações de um número racional e seus diferentes significados. D23 Identificar frações equivalentes. D24 Reconhecer as representações decimais dos números racionais como uma extensão do sistema de numeração decimal, identificando a existência de “ordens” como décimos, centésimos e milésimos. D25 Efetuar cálculos simples com valores aproximados de radicais. D26 Resolver problema que envolva porcentagem. D27 Resolver problema que envolva variação proporcional, direta ou inversa, entre grandezas. D28 Calcular o valor numérico de uma expressão algébrica. D29 Resolver problemas que envolvam equação do 1o grau. D30 Associar a expressão algébrica que expressa uma regularidade observada em sequência de números ou figuras (padrões). D31 Identificar uma inequação do 1o grau que expressa um problema. D32 Identificar um sistema de equação do 1o grau que expressa um problema. D33 Identificar a relação entre as representações algébrica e geométrica de um sistema de equação do 1o grau. D34 Resolver problemas e efetuar cálculos envolvendo mmc e mdc. D35 Utilizar conhecimento de notação científica para resolução de problemas. D36 Representar uma expressão algébrica usando a linguagem corrente e a linguagem algébrica para expressar a linguagem corrente. D37 Relacionar áreas e perímetro de uma figura plana a uma expressão algébrica. D38 Realizar operações e problemas com monômios e polinômios. D39 Resolver problemas que envolvam equação do 2o grau. D40 Resolver equações de 1o e 2o graus. IV - TRATAMENTO DA INFORMAÇÃO D41 Resolver problema envolvendo informações apresentadas em tabelas e/ou gráficos. D42 Associar informações apresentadas em listas e/ou tabelas simples aos gráficos que as representam e vice-versa. * Foi usada a Matriz de Referência do SAEB para Matemática – 9o ano do Ensino Fundamental. 141GUIA DO tUtOr ANExOS 142 GUIA DE MATEMÁTICA ENTRE JOVENS | VOLUME II 143GUIA DO tUtOr 2ππ 2 d = 2 r a c = 2 a 1 P P JO G O D A M EM Ó RI A 144 GUIA DE MATEMÁTICA ENTRE JOVENS | VOLUME II 145GUIA DO tUtOr JO G O D A M EM Ó RI A Ci rc un fe rê nc ia s se ca nt es D iâ m et ro A rc o M ed id a da ár ea d e umcí rc ul o de ra io r Co m pr im en to da ci rc un fe rê nc ia de r ai o r  ng ul o in sc rit o Po nt o in te rio r Ci rc un fe rê nc ia s ta ng en te s ex te rn as Ci rc un fe rê nc ia Po nt o ex te rio r Re ta ta ng en te à ci rc un fe rê nc ia Re ta s ec an te à ci rc un fe rê nc ia Re la çã o en tr e ra io e di âm et ro Re la çã o en tr e o ân gu lo ce nt ra l e ân gu lo in sc rit o Co rd a Ra io  ng ul o ce nt ra l Ci rc un fe rê nc ia s ta ng en te s in te rn as Cí rc ul o Ci rc un fe rê nc ia s co nc ên tr ic as Re ta e xt er na à ci rc un fe rê nc ia Matematica_Tutor_1Ano_Vol2_Web200dpi Matematica_Tutor_1Ano_Vol2_Web200dpi