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MATEMÁTICA Didatismo e Conhecimento 1 MATEMÁTICA 1. CONJUNTOS NUMÉRICOS (OPERAÇÕES BÁSICAS, PROPRIEDADES, MÚLTIPLOS E DIVISORES, MÁXIMO DIVISOR COMUM, MÍNIMO MÚLTIPLO COMUM E RADICAIS). Conjunto dos Números Naturais São todos os números inteiros positivos, incluindo o zero. É representado pela letra maiúscula N. N = {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10,…} O zero corresponde à ausência de unidades. A sucessão dos números naturais começa pelo zero e cada número é obtido acrescentando-se uma unidade ao anterior. Não existe o maior número natural, ou seja, a sucessão dos números naturais é infinita. Se excluirmos o zero teremos um novo conjunto: o conjunto dos números naturais não nulos, que se indica por N ∗ . N ∗ = {1, 2, 3, 4, 5...} Na sucessão de números naturais, dois ou mais números que se seguem são chamados consecutivos. Exemplo: 7 8 e 9 são números naturais consecutivos. Todo número natural tem um antecessor, com exceção do zero, que é o menor número natural. Todo número natural tem um sucessor. Ex: O sucessor de 8 é 9; o antecessor de 19 é 18. O conjunto formado por 0, 2, 4, 6, 8, 10, 12... é chamada conjunto dos números naturais pares. O conjunto formado por 1, 3, 5, 7, 9, 11,... é chamada conjunto dos números naturais ímpares. Operações fundamentais com números naturais Adição A primeira operação fundamental na Matemática é a adição. Esta operação nada mais é que o ato de adicionar algo. É reunir todos os valores ou totalidades de algo. A adição é chamada de operação. A soma dos números chamamos de resultado da operação. Ex: 10 + 5 = 15 10 e 5 são as parcelas; 15 é a soma ou resultado da operação de adição. A operação realizada acima se denomina, então, ADIÇÃO. A adição de dois ou mais números é indicada pelo sinal +. Subtração A subtração é o ato ou efeito de subtrair algo. É diminuir alguma coisa. O resultado desta operação de subtração denomina- se diferença ou resto. Exemplo: 9 – 5 = 4 Essa igualdade tem como resultado a subtração. Os números 9 e 5 são os termos da diferença 9-5. Ao número 9 dá-se o nome de minuendo e 5 é o subtraendo. Multiplicação É a ação de multiplicar. Denomina-se a operação matemática, que consiste em repetir um número, chamado multiplicando, tantas vezes quantas são as unidades de outro, chamado multiplicador, para achar um terceiro número que representa o produto dos dois. Definindo ainda, multiplicação é a adição de parcelas iguais, onde o produto é o resultado da operação multiplicação; e os fatores são os números que participam da operação. 5. 8 = 40 onde 5 e 8 são os fatores e 40 é o produto. Divisão É o ato de dividir ou fragmentar algo. É a operação na matemática em que se procura achar quantas vezes um número contém em outro ou mesmo pode ser definido como parte de um todo que se dividiu. À divisão dá o nome de operação e o resultado é chamado de Quociente. 1) A divisão exata: Veja: 8: 4 é igual a 2, onde 8 é o dividendo, 2 é o quociente, 4 é o divisor, 0 é o resto. A prova do resultado é: 2 x 4 + 0 = 8 2) A divisão não-exata: Observe este exemplo: 9: 4 é igual a resultado 2, com resto 1, onde 9 é dividendo, 4 é o divisor, 2 é o quociente e 1 é o resto. A prova do resultado é: 2 x 4 + 1 = 9 Potenciação É uma multiplicação de fatores iguais Exemplo 1: Base=2 Expoente = 4 Potência = 16 [Resultado da operação] Lê-se: Dois elevado à quarta potência. Exemplo 2: 53 = 5.5.5= 125 (3 fatores iguais) Base=5 Expoente = 3 Potência = 125 [Resultado da operação] Lê-se: Cinco elevado à terceira potência. Potências especiais: 1- O número um elevado a qualquer número é sempre igual a 1. Ex: 15= 1 2- Zero elevado a qualquer número é sempre igual a zero. Ex: 06 = 0 3- Qualquer número (diferente de zero) elevado a zero é sempre igual a 1. Ex: 50= 1 Didatismo e Conhecimento 2 MATEMÁTICA 4- Potências de base 10 é igual a 1 seguido de tantos zeros quanto estiver indicando no expoente. Ex: 104= 10000 ( 4 zeros pois o expoente é 4) 5- Qualquer número elevado a 1 é igual a ele mesmo. Ex: 81= 8 Propriedades da potenciação 1º) Multiplicação de potências de mesma base. Ex: 35 . 32 . 33 = 310 24 . 2. 23 . 22 . 2 = 211 Para escrever o produto de potências de mesma base, conservamos a base e somamos os expoentes. 2º ) Potência de potência. (22)3 = 22. 22. 22 = 22+2+2= 26 = 64 (22)4 = 22. 22. 22. 22 = 22+2+2+2= 28 = 256 Para escrever a potência elevada a outro expoente, conserva- se a base e multiplicam-se os expoentes. 3º) Divisão de potências de mesma base 128 : 126 = 128–6 = 122 25 : 23 = 25-3 = 22 Para escrever o quociente de potências de mesma base, conservamos a base e subtraímos os expoentes. Observação: Quociente significa o resultado de uma divisão. Radiciação Observe os termos da radiciação: Onde: n = representa o termo da radiciação chamado Radical. É o índice. X = representa o termo da radiciação chamado de radicando. Temos que radiciação de números naturais é a operação inversa da potenciação. Observe abaixo: bn = a⇔ b = an (n > 0) Em termos mais precisos, dado um número natural a denominado radicando e dado um número natural n denominado índice da raiz, é possível determinar outro número b, denominado raiz enésima de a, representada pelo símbolo an , tal que b elevado a n seja igual a a. Este é o símbolo de raiz ou sinal de raiz ou simplesmente radical. Ex: 25 = 5 porque 52=5.5=25 3 27 = 3 porque 33= 3.3.3=27 5 32 = 2 porque 25= 2.2.2.2.2=32 Expressões numéricas Para resolver uma expressão numérica efetuamos as operações obedecendo a seguinte ordem: 1º) Potenciação e radiciação na ordem em que aparecem 2º) Multiplicação e divisão na ordem em que aparecem 3º) Adição e subtração na ordem em que aparecem. Há expressões em que aparecem os sinais de associação que devem ser eliminados na seguinte ordem: 1º) ( ) parênteses 2º) [ ] colchetes 3º) { } chaves Ex: Resolver a expressão: [(5² - 6.2²). 3 + (13 – 7)²: 3]: 5 = = [(25 – 6.4). 3 + 6²: 3]: 5 = = [(25 – 24). 3 + 36: 3]: 5 = = [1.3 + 12]: 5 = = [3 + 12]: 5 = = 15: 5 = 3 Números Inteiros É o conjunto formado pelos números inteiros positivos, zero e números inteiros negativos. O conjunto Z é uma ampliação do conjunto N. Z= {...-3,-2,-1,0,1,2,3...} Os subconjuntos de Z são: Z*= {... -3, -2, -1, 1, 2, 3...} * = excluir o zero do conjunto. Z+ = {0, 1, 2, 3, 4...} Z- = {... -3, -2, -1, 0} Z* += {1, 2, 3, 4...} Z* -= {..., -3, -2, -1} Relação de ordem nos números inteiros Quando estabelecemos uma relação de ordem entre dois números, estamos identificando se eles são iguais, ou qual deles é o maior. Observe a reta numérica. Dados dois números inteiros, o maior é o que estiver à direita. Ex: -1 é maior que -3, 4 é maior que zero Módulo ou valor absoluto É o número sem considerar o seu sinal. Para indicar módulo escrevemos o número entre barras. Ex: 3− = 3 5+ = 5 Didatismo e Conhecimento 3 MATEMÁTICA Números opostos ou simétricos São números com o mesmo valor absoluto e sinais contrários. Ex: +4 e -4 são números opostos ou simétricos. Adição e subtração de números inteiros Para juntar números com sinais iguais, adicionamos os valores absolutos e conservamos o sinal. Quando o número tem sinais diferentes, subtraímos os valores absolutos e conservamos o sinal do maior. Ex: +5+7 = +12 -5 -7 = -12 +5 –7 = -2 -5 +7 = +2 Multiplicação e divisão de números inteiros Para multiplicar ou dividir números inteiros efetuamos a operação indicada e usamos a regra de sinais abaixo: + + = + Sinais iguais, resultado positivo. - - = + + - = - Sinais diferentes, resultado negativo. - + = - Ex: (+4) . (+5) = +20 (+30) : (+6) = +5 (-3) . (-6) = +18 (- 20) : (-5) = +4 (+8) . (-3) = -24 (+18) : (-3) = -6 (-6) (+5) = -30 (- 15) : (+5) = -3 Potenciação e radiciação de números inteiros Potenciação é uma multiplicação de fatores iguais. Ex: 23= 2.2.2=8 2 é a base, 3 é o expoente e 8 é a potência Estamos trabalhandocom números inteiros, portanto pode aparecer base negativa e positiva. Exemplo: (+3)2= (+3). (+3) = +9 (+2)3= (+2). (+2). (+2) = +8 (-2)2= (-2). (-2) = +4 (-2)3= (-2). (-2). (-2) = -8 Se a base é positiva o resultado é sempre positivo. Se a base é negativa e o expoente é par o resultado é positivo. Se a base é negativa e o expoente é impar o resultado é negativo Importante: Todo número elevado a zero é sempre igual a 1. Raiz quadrada de um número quadrado perfeito é um número positivo cujo quadrado é igual ao número dado. Ex: 25 =5, pois 52=25 OBS: 1- Para multiplicar 3 ou mais números inteiros, multiplicamos os valores absolutos e todos os números e contamos os sinais negativos. Se o número de negativos for impar e resultado terá sinal negativo, se for par o resultado será positivo. Ex: (-3). (-5). (+2). (-1) = -30 → 3 negativos(impar), resultado negativo. (-2). (-3). (+6). (-1).( -2) = +72 → 4 negativos(par), resultado positivo. 2- Para eliminar parênteses usamos a mesma regra de sinais da multiplicação e da divisão. Ex: -(+4) = -4 -(-5) = +5 Expressões Numéricas em Z Para resolver uma expressão numérica devemos obedecer a seguinte ordem: 1º) Resolver as potenciações e radiciações na ordem em que aparecem 2º) Resolver as multiplicações e divisões na ordem em que elas aparecem 3º) Resolver as adições e subtrações na ordem em elas aparecem Há expressões em que aparecem os sinais de associação que devem ser eliminados na seguinte ordem: 1º) ( ) parênteses 2º) [ ] colchetes 3º) { } chaves Exercícios Resolvidos 1- Calcule as operações indicadas: a) (+8) + (-6) – (-3) – (-2) Resolução +8 -6 +3 +2 = +13 - 6 = +7 b) -(-3). (-5) + (-4) Resolução +3. (-5)-4 = -15 – 4 = -19 c) (+55): (-5) + (-5). (-2) Resolução -11+(+10) = -11+10 = -1 2- Quais são os números inteiros entre -2 e 1 incluindo esses dois? Resolução: -2,-1,0,1 3- Calcule as potências e resolva as operações: (-5)1- [(-2)5: 4-7] + (-1)379. (-5)2R Resolução: 5-[-32:4-7]+(-1).(+25) -5-[-8-7]+(-25) 5-[-15]-25 -5+15-25 +10 -25 -15 Didatismo e Conhecimento 4 MATEMÁTICA Números Racionais - Q Um número racional é o que pode ser escrito na forma m n , onde m e n são números inteiros, sendo que n deve ser diferente de zero. Frequentemente usamos m/n para significar a divisão de m por n. Como podemos observar, números racionais podem ser obti- dos através da razão entre dois números inteiros, razão pela qual, o conjunto de todos os números racionais é denotado por Q. Assim, é comum encontrarmos na literatura a notação: Q = { m n : m e n em Z, n diferente de zero} No conjunto Q destacamos os seguintes subconjuntos: - Q* = conjunto dos racionais não nulos; - Q+ = conjunto dos racionais não negativos; - Q*+ = conjunto dos racionais positivos; - Q _ = conjunto dos racionais não positivos; - Q*_ = conjunto dos racionais negativos. Representação Decimal das Frações Tomemos um número racional p q , tal que p não seja múltiplo de q. Para escrevê-lo na forma decimal, basta efetuar a divisão do numerador pelo denominador. Nessa divisão podem ocorrer dois casos: 1º) O numeral decimal obtido possui, após a vírgula, um número finito de algarismos. Decimais Exatos: 2 5 = 0,4 1 4 = 0,25 35 4 = 8,75 153 50 = 3,06 2º) O numeral decimal obtido possui, após a vírgula, infinitos algarismos (nem todos nulos), repetindo-se periodicamente. Decimais Periódicos ou Dízimas Periódicas: 1 3 = 0,333... 1 22 = 0,04545... 167 66 = 2,53030... Representação Fracionária dos Números Decimais Trata-se do problema inverso: estando o número racional escrito na forma decimal, procuremos escrevê-lo na forma de fração. Temos dois casos: 1º) Transformamos o número em uma fração cujo numerador é o número decimal sem a vírgula e o denominador é composto pelo numeral 1, seguido de tantos zeros quantas forem as casas decimais do número decimal dado: 0,9 = 9 10 5,7 = 57 10 0,76 = 76 100 3,48 = 348 100 0,005 = 5 1000 = 1 200 2º) Devemos achar a fração geratriz da dízima dada; para tanto, vamos apresentar o procedimento através de alguns exemplos: Exemplo 1 Seja a dízima 0, 333... . Façamos x = 0,333... e multipliquemos ambos os membros por 10: 10x = 0,333 Subtraindo, membro a membro, a primeira igualdade da segunda: 10x – x = 3,333... – 0,333... ⇒ 9x = 3 ⇒ x = 3/9 Assim, a geratriz de 0,333... é a fração 3 9 . Exemplo 2 Seja a dízima 5, 1717... Façamos x = 5,1717... e 100x = 517,1717... . Subtraindo membro a membro, temos: 99x = 512 ⇒ x = 512/99 Assim, a geratriz de 5,1717... é a fração 512 99 . Exemplo 3 Seja a dízima 1, 23434... Façamos x = 1,23434... 10x = 12,3434... 1000x = 1234,34... . Subtraindo membro a membro, temos: 990x = 1234,34... – 12,34... ⇒ 990x = 1222 ⇒ x = 1222/990 Simplificando, obtemos x = 611 495 , a fração geratriz da dízima 1, 23434... Módulo ou valor absoluto: É a distância do ponto que representa esse número ao ponto de abscissa zero. Exemplo: Módulo de - 3 2 é 3 2 . Indica-se 3 2 - = 3 2 Didatismo e Conhecimento 5 MATEMÁTICA Módulo de + 3 2 é 3 2 . Indica-se 3 2 + = 3 2 Números Opostos: Dizemos que – 3 2 e 3 2 são números racionais opostos ou simétricos e cada um deles é o oposto do outro. As distâncias dos pontos – 3 2 e 3 2 ao ponto zero da reta são iguais. Soma (Adição) de Números Racionais Como todo número racional é uma fração ou pode ser escrito na forma de uma fração, definimos a adição entre os números racionais a b e c d , da mesma forma que a soma de frações, através de: a b + c d = ad + bc bd Propriedades da Adição de Números Racionais O conjunto Q é fechado para a operação de adição, isto é, a soma de dois números racionais ainda é um número racional. - Associativa: Para todos a, b, c em Q: a + ( b + c ) = ( a + b ) + c - Comutativa: Para todos a, b em Q: a + b = b + a - Elemento neutro: Existe 0 em Q, que adicionado a todo q em Q, proporciona o próprio q, isto é: q + 0 = q - Elemento oposto: Para todo q em Q, existe -q em Q, tal que q + (–q) = 0 Subtração de Números Racionais A subtração de dois números racionais p e q é a própria operação de adição do número p com o oposto de q, isto é: p – q = p + (–q) Multiplicação (Produto) de Números Racionais Como todo número racional é uma fração ou pode ser escrito na forma de uma fração, definimos o produto de dois números racionais a b e c d , da mesma forma que o produto de frações, através de: a b x c d = ac bd O produto dos números racionais a e b também pode ser indicado por a × b, axb, a.b ou ainda ab sem nenhum sinal entre as letras. Para realizar a multiplicação de números racionais, devemos obedecer à mesma regra de sinais que vale em toda a Matemática: (+1) × (+1) = (+1) (+1) × (-1) = (-1) (-1) × (+1) = (-1) (-1) × (-1) = (+1) Podemos assim concluir que o produto de dois números com o mesmo sinal é positivo, mas o produto de dois números com sinais diferentes é negativo. Propriedades da Multiplicação de Números Racionais O conjunto Q é fechado para a multiplicação, isto é, o produto de dois números racionais ainda é um número racional. - Associativa: Para todos a, b, c em Q: a × ( b × c ) = ( a × b ) × c - Comutativa: Para todos a, b em Q: a × b = b × a - Elemento neutro: Existe 1 em Q, que multiplicado por todo q em Q, proporciona o próprio q, isto é: q × 1 = q - Elemento inverso: Para todo q = a b em Q, q diferente de zero, existe q-1 = b a em Q: q × q-1 = 1 a b x b a = 1 - Distributiva: Para todos a, b, c em Q: a × ( b + c ) = ( a × b ) + ( a × c ) Divisão de Números Racionais A divisão de dois números racionais p e q é a própria operação de multiplicação do número p pelo inverso de q, isto é: p ÷ q = p × q-1 Potenciação de Números Racionais A potência qn do número racional q é um produto de n fatores iguais. O número q é denominado a base e o númeron é o expoente. qn = q × q × q × q × ... × q, (q aparece n vezes) Exemplos: a) 2 5 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ 3 = 2 5 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ . 2 5 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ . 2 5 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ = 8 125 b) − 1 2 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ = − 1 2 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ . − 1 2 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ . − 1 2 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ = − 1 8 c) (–5)² = (–5) . ( –5) = 25 d) (+5)² = (+5) . (+5) = 25 Propriedades da Potenciação: Toda potência com expoente 0 é igual a 1. + 2 5 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ 0 = 1 - Toda potência com expoente 1 é igual à própria base. − 9 4 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ 1 = - 9 4 - Toda potência com expoente negativo de um número racional diferente de zero é igual a outra potência que tem a base igual ao inverso da base anterior e o expoente igual ao oposto do expoente anterior. − 3 5 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ −2 . − 5 3 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ 2 = 25 9 Didatismo e Conhecimento 6 MATEMÁTICA - Toda potência com expoente ímpar tem o mesmo sinal da base. 2 3 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ 3 = 2 3 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ . 2 3 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ . 2 3 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ = 8 27 - Toda potência com expoente par é um número positivo. − 1 5 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ 2 = − 1 5 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ . − 1 5 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ = 1 25 - Produto de potências de mesma base. Para reduzir um produto de potências de mesma base a uma só potência, conservamos a base e somamos os expoentes. 2 5 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ 2 . 2 5 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ 3 = 2 5 .2 5 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ . 2 5 .2 5 .2 5 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ = 2 5 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ 2+3 = 2 5 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ 5 - Quociente de potências de mesma base. Para reduzir um quociente de potências de mesma base a uma só potência, conservamos a base e subtraímos os expoentes. 3 2 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ 5 . 3 2 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ 3 = 3 2 . 3 2 . 3 2 . 3 2 . 3 2 3 2 . 3 2 = 3 2 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ 5−2 = 3 2 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ 3 - Potência de Potência. Para reduzir uma potência de potência a uma potência de um só expoente, conservamos a base e multiplicamos os expoentes 1 2 2⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ ⎡ ⎣ ⎢ ⎤ ⎦ ⎥ 3 = 1 2 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ 2 . 1 2 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ 2 . 1 2 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ 2 = 1 2 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ 2+2+2 = 1 2 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ 3+2 = 1 2 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ 6 Radiciação de Números Racionais Se um número representa um produto de dois ou mais fatores iguais, então cada fator é chamado raiz do número. Vejamos alguns exemplos: Exemplo 1 4 Representa o produto 2 . 2 ou 22. Logo, 2 é a raiz quadrada de 4. Indica-se √4= 2. Exemplo 2 1 9 Representa o produto 1 3 . 1 3 ou 1 3 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ 2 . Logo, 1 3 é a raiz quadrada de 1 9 .Indica-se 1 9 = 1 3 Exemplo 3 0,216 Representa o produto 0,6 . 0,6 . 0,6 ou (0,6)3. Logo, 0,6 é a raiz cúbica de 0,216. Indica-se 0,2163 = 0,6. Assim, podemos construir o diagrama: N Z Q Um número racional, quando elevado ao quadrado, dá o número zero ou um número racional positivo. Logo, os números racionais negativos não têm raiz quadrada em Q. O número -100 9 não tem raiz quadrada em Q, pois tanto -10 3 como +10 3 , quando elevados ao quadrado, dão 100 9 . Um número racional positivo só tem raiz quadrada no conjunto dos números racionais se ele for um quadrado perfeito. O número 2 3 não tem raiz quadrada em Q, pois não existe número racional que elevado ao quadrado dê 2 3 . Exercícios 1. Calcule o valor das expressões numéricas: a) 7 24 − 5 12 − 1 8 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ − − 7 6 + 3 4 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ ⎡ ⎣⎢ ⎤ ⎦⎥ b) + 3 16 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ : − 1 12 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ + 5 2 ⎡ ⎣⎢ ⎤ ⎦⎥ − 9 4 − 7 2 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ 2. Escreva o produto 73 3 2. 3 2 + + como uma só potência. 3. Escreva o quociente − 16 25 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ 12 : − 16 25 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ 4 como uma só potência. 4. Qual é o valor da expressão − 13 24 − 1 2 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ 3 : + 3 4 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ ? 5. Para encher um álbum de figurinhas, Karina contribuiu com 1 6 das figurinhas, enquanto Cristina contribuiu com das figurinhas 3 4 . Com que fração das figurinhas as duas juntas contribuíram? 6. Ana está lendo um livro. Em um dia ela leu 1 4 do livro e no dia seguinte leu 1 6 do livro. Então calcule: a) A fração do livro que ela já leu. b) A fração do livro que falta para ela terminar a leitura. 7. Em um pacote há 4 5 de 1 Kg de açúcar. Em outro pacote há 1 3 . Quantos quilos de açúcar o primeiro pacote tem a mais que o segundo? Didatismo e Conhecimento 7 MATEMÁTICA 8. A rua onde Cláudia mora está sendo asfaltada. Os 5 9 da rua já foram asfaltados. Que fração da rua ainda resta asfaltar? 9. No dia do lançamento de um prédio de apartamentos, 1 3 desses apartamentos foi vendido e 1 6 foi reservado. Assim: a) Qual a fração dos apartamentos que foi vendida e reservada? b) Qual a fração que corresponde aos apartamentos que não foram vendidos ou reservados? 10. Transforme em fração: a) 2,08 b) 1,4 c) 0,017 d) 32,17 Respostas 1) Solução a) 7 24 − 5 12 − 1 8 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ − − 7 6 + 3 4 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ ⎡ ⎣⎢ ⎤ ⎦⎥ = 7 24 − 10 − 3 24 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ − −14 + 9 12 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ ⎡ ⎣⎢ ⎤ ⎦⎥ 7 24 − 7 24 + 5 12 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ = 7 24 − 7 +10 24 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ = 7 24 − 17 24 = − 10 24 = − 5 12 b) + 3 16 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ : − 1 12 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ + 5 2 ⎡ ⎣⎢ ⎤ ⎦⎥ − 9 4 − 7 2 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ 3 16 − 1 12 + 5 2 ⎡ ⎣ ⎢ ⎢ ⎢ ⎤ ⎦ ⎥ ⎥ ⎥ − 9 −14 4 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ = 36 16 − 5 2 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ − − 5 4 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ − 9 4 + 5 2 + 5 4 = −9 +10 + 5 4 = 6 4 = 3 2 mmc:(4;2)=4 2) Solução: + 2 3 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ 10 3) Solução: − 16 25 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ 8 4) Solução: − 13 24 − − 1 2 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ 3 : + 3 4 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ − 13 24 − 1 8 : 3 4 − 13 24 + 4 24 = −13+ 4 24 = − 9 24 = − 3 8 5) Resposta 11 12Solução: 1 6 + 3 4 = 2 12 + 9 12 = 11 12 6) Solução: a) 1 4 + 1 6 = 3 12 + 2 12 = 5 12 b) 1- 5 12 = 12 12 - 5 12 = 7 12 7) Respostas 7 15Solução: 4 5 - 1 3 = 12 15 - 5 15 = 7 15 8) Resposta 4 9Solução: 1 - 5 9 = 9 9 - 5 9 = 4 9 9) Solução: a) 1 3 + 1 6 = 2 6 + 1 6 = 3 6 = 1 2 b) 1- 1 2 = 2 2 - 1 2 = 1 2 10) Solução: a) 2,08 → 208 100 = 52 25 b) 1,4 → 14 10 = 7 5 c) 0,017 → 17 1000 d) 32,17 → 3217 100 Números Irracionais Os números racionais, aqueles que podem ser escritos na forma de uma fração a/b onde a e b são dois números inteiros, com a condição de que b seja diferente de zero, uma vez que sabemos da impossibilidade matemática da divisão por zero. Vimos também, que todo número racional pode ser escrito na forma de um número decimal periódico, também conhecido como dízima periódica. Didatismo e Conhecimento 8 MATEMÁTICA Vejam os exemplos de números racionais a seguir: 3 / 4 = 0,75 = 0, 750000... - 2 / 3 = - 0, 666666... 1 / 3 = 0, 333333... 2 / 1 = 2 = 2, 0000... 4 / 3 = 1, 333333... - 3 / 2 = - 1,5 = - 1, 50000... 0 = 0, 000... Existe, entretanto, outra classe de números que não podem ser escritos na forma de fração a/b, conhecidos como números irracionais. Exemplo O número real abaixo é um número irracional, embora pareça uma dízima periódica: x = 0,10100100010000100000... Observe que o número de zeros após o algarismo 1 aumenta a cada passo. Existem infinitos números reais que não são dízimas periódicas e dois números irracionais muito importantes, são: e = 2,718281828459045..., Pi (π) = 3,141592653589793238462643... Que são utilizados nas mais diversas aplicações práticas como: cálculos de áreas, volumes, centros de gravidade, previsão populacional, etc. Classificação dos Números Irracionais Existem dois tipos de números irracionais: - Números reais algébricos irracionais: são raízes de polinômios com coeficientes inteiros. Todo número real que pode ser representado através de uma quantidade finita de somas, subtrações, multiplicações, divisões e raízes de grau inteiro a partir dos números inteiros é um número algébrico, por exemplo, . A recíproca não é verdadeira: existem números algébricos que não podem ser expressos através de radicais, conforme o teorema de Abel-Ruffini. - Números reais transcendentes: não são raízes de polinômios com coeficientes inteiros. Várias constantes matemáticas são transcendentes, como pi ( ) e o número de Euler ( ). Pode-se dizer que existem mais números transcendentes do que números algébricos (a comparação entreconjuntos infinitos pode ser feita na teoria dos conjuntos). A definição mais genérica de números algébricos e transcendentes é feita usando-se números complexos. Identificação de números irracionais Fundamentado nas explanações anteriores, podemos afirmar que: - Todas as dízimas periódicas são números racionais. - Todos os números inteiros são racionais. - Todas as frações ordinárias são números racionais. - Todas as dízimas não periódicas são números irracionais. - Todas as raízes inexatas são números irracionais. - A soma de um número racional com um número irracional é sempre um número irracional. - A diferença de dois números irracionais, pode ser um número racional. Exemplo: - = 0 e 0 é um número racional. - O quociente de dois números irracionais, pode ser um número racional. Exemplo: 8 : 2 = 4 = 2 e 2 é um número racional. - O produto de dois números irracionais, pode ser um número racional. Exemplo: . = = 5 e 5 é um número racional. - A união do conjunto dos números irracionais com o conjunto dos números racionais, resulta num conjunto denominado conjunto R dos números reais. - A interseção do conjunto dos números racionais com o conjunto dos números irracionais, não possui elementos comuns e, portanto, é igual ao conjunto vazio (∅). Simbolicamente, teremos: Q∪I = R Q∩I =∅ MDC e MMC MDC – O máximo divisor comum de dois ou mais números é o maior número que é divisor comum de todos os números dados. Consideremos: - o número 18 e os seus divisores naturais: D+ (18) = {1, 2, 3, 6, 9, 18}. - o número 24 e os seus divisores naturais: D+ (24) = {1, 2, 3, 4, 6, 8, 12, 24}. Podemos descrever, agora, os divisores comuns a 18 e 24: D+ (18) D+ (24) = {1, 2, 3, 6}. Observando os divisores comuns, podemos identificar o maior divisor comum dos números 18 e 24, ou seja: MDC (18,24) = 6. Outra técnica para o cálculo do MDC: Decomposição em fatores primos Para obtermos o mdc de dois ou mais números por esse processo, procedemos da seguinte maneira: - Decompomos cada número dado em fatores primos. - O mdc é o produto dos fatores comuns obtidos, cada um deles elevado ao seu menor expoente. Exemplo Achar o mdc entre 300 e 504. Didatismo e Conhecimento 9 MATEMÁTICA 300 2 504 2 300 = 22 . 3 . 52 150 2 252 2 504 = 23 . 32 . 7 75 3 126 2 25 5 63 3 mdc (300, 504) = 22 . 3 = 4 . 3 = 12 5 5 21 3 1 7 7 1 MMC O mínimo múltiplo comum de dois ou mais números é o menor número positivo que é múltiplo comum de todos os números dados. Consideremos: - O número 6 e os seus múltiplos positivos: M*+ (6) = {6, 12, 18, 24, 30, 36, 42, 48, 54, ...} - O número 8 e os seus múltiplos positivos: M*+ (8) = {8, 16, 24, 32, 40, 48, 56, 64, ...} Podemos descrever, agora, os múltiplos positivos comuns: M*+ (6) M*+ (8) = {24, 48, 72, ...} Observando os múltiplos comuns, podemos identificar o mínimo múltiplo comum dos números 6 e 8, ou seja: MMC (6,8) = 24 Outra técnica para o cálculo do MMC: Decomposição isolada em fatores primos Para obter o mmc de dois ou mais números por esse processo, procedemos da seguinte maneira: - Decompomos cada número dado em fatores primos. - O mmc é o produto dos fatores comuns e não-comuns, cada um deles elevado ao seu maior expoente. Exemplo Achar o mmc entre 18 e 120. 18 2 120 2 18 = 2 . 32 9 3 60 2 120 = 23 . 3 . 5 3 3 30 2 1 15 3 mmc (18, 120) = 23 . 32 . 5 = 8 . 9 . 5 = 360 5 5 1 2. POLINÔMIOS (OPERAÇÕES BÁSICAS: ADIÇÃO, SUBTRAÇÃO, MULTIPLICAÇÃO E DIVISÃO). Para polinômios podemos encontrar várias definições diferen- tes como: Polinômio é uma expressão algébrica com todos os termos semelhantes reduzidos. Polinômio é um ou mais monômios sepa- rados por operações. As duas podem ser aceitas, pois se pegarmos um polinômio encontraremos nele uma expressão algébrica e monômios separa- dos por operações. - 3xy é monômio, mas também considerado polinômio, assim podemos dividir os polinômios em monômios (apenas um monô- mio), binômio (dois monômios) e trinômio (três monômios). - 3x + 5 é um polinômio e uma expressão algébrica. Como os monômios, os polinômios também possuem grau e é assim que eles são separados. Para identificar o seu grau, basta observar o grau do maior monômio, esse será o grau do polinômio. Com os polinômios podemos efetuar todas as operações: adi- ção, subtração, divisão, multiplicação, potenciação. O procedimento utilizado na adição e subtração de polinômios envolve técnicas de redução de termos semelhantes, jogo de sinal, operações envolvendo sinais iguais e sinais diferentes. Observe os exemplos a seguir: Adição Exemplo 1 Adicionar x2 – 3x – 1 com –3x2 + 8x – 6. (x2 – 3x – 1) + (–3x2 + 8x – 6) → eliminar o segundo parênteses através do jogo de sinal. +(–3x2) = –3x2 +(+8x) = +8x +(–6) = –6 x2 – 3x – 1 –3x2 + 8x – 6 → reduzir os termos semelhantes. x2 – 3x2 – 3x + 8x – 1 – 6 –2x2 + 5x – 7 Portanto: (x2 – 3x – 1) + (–3x2 + 8x – 6) = –2x2 + 5x – 7 Exemplo 2 Adicionando 4x2 – 10x – 5 e 6x + 12, teremos: (4x2 – 10x – 5) + (6x + 12) → eliminar os parênteses utilizando o jogo de sinal. 4x2 – 10x – 5 + 6x + 12 → reduzir os termos semelhantes. 4x2 – 10x + 6x – 5 + 12 4x2 – 4x + 7 Portanto: (4x2 – 10x – 5) + (6x + 12) = 4x2 – 4x + 7 Subtração Exemplo 1 Subtraindo –3x2 + 10x – 6 de 5x2 – 9x – 8. (5x2 – 9x – 8) – (–3x2 + 10x – 6) → eliminar os parênteses utilizando o jogo de sinal. – (–3x2) = +3x2 – (+10x) = –10x – (–6) = +6 5x2 – 9x – 8 + 3x2 –10x +6 → reduzir os termos semelhantes. 5x2 + 3x2 – 9x –10x – 8 + 6 8x2 – 19x – 2 Portanto: (5x2 – 9x – 8) – (–3x2 + 10x – 6) = 8x2 – 19x – 2 Didatismo e Conhecimento 10 MATEMÁTICA Exemplo 2 Se subtrairmos 2x³ – 5x² – x + 21 e 2x³ + x² – 2x + 5 teremos: (2x³ – 5x² – x + 21) – (2x³ + x² – 2x + 5) → eliminando os parênteses através do jogo de sinais. 2x³ – 5x² – x + 21 – 2x³ – x² + 2x – 5 → redução de termos semelhantes. 2x³ – 2x³ – 5x² – x² – x + 2x + 21 – 5 0x³ – 6x² + x + 16 – 6x² + x + 16 Portanto: (2x³ – 5x² – x + 21) – (2x³ + x² – 2x + 5) = – 6x² + x + 16 Exemplo 3 Considerando os polinômios A = 6x³ + 5x² – 8x + 15, B = 2x³ – 6x² – 9x + 10 e C = x³ + 7x² + 9x + 20. Calcule: a) A + B + C (6x³ + 5x² – 8x + 15) + (2x³ – 6x² – 9x + 10) + (x³ + 7x² + 9x + 20) 6x³ + 5x² – 8x + 15 + 2x³ – 6x² – 9x + 10 + x³ + 7x² + 9x + 20 6x³ + 2x³ + x³ + 5x² – 6x² + 7x² – 8x – 9x + 9x + 15 + 10 + 20 9x³ + 6x² – 8x + 45 A + B + C = 9x³ + 6x² – 8x + 45 b) A – B – C (6x³ + 5x² – 8x + 15) – (2x³ – 6x² – 9x + 10) – (x³ + 7x² + 9x + 20) 6x³ + 5x² – 8x + 15 – 2x³ + 6x² + 9x – 10 – x³ – 7x² – 9x – 20 6x³ – 2x³ – x³ + 5x² + 6x² – 7x² – 8x + 9x – 9x + 15 – 10 – 20 6x³ – 3x³ + 11x² – 7x² – 17x + 9x + 15 – 30 3x³ + 4x² – 8x – 15 A – B – C = 3x³ + 4x² – 8x – 15 A multiplicação com polinômio (com dois ou mais monômios) pode ser realizada de três formas: Multiplicação de monômio com polinômio. Multiplicação de número natural com polinômio. Multiplicação de polinômio com polinômio. As multiplicações serão efetuadas utilizando as seguintes propriedades: - Propriedade da base igual e expoente diferente: an . am = a n + m - Monômio multiplicado por monômio é o mesmo que multiplicar parte literal com parte literal e coeficiente com coeficiente. Multiplicação de monômio com polinômio - Se multiplicarmos 3x por (5x2 + 3x – 1), teremos: 3x . (5x2 + 3x – 1) → aplicar a propriedade distributiva. 3x . 5x2 + 3x . 3x + 3x . (-1) 15x3 + 9x2 – 3x Portanto: 3x (5x2 + 3x – 1) = 15x3 + 9x2 – 3x - Se multiplicarmos -2x2 por (5x – 1), teremos: -2x2 (5x – 1) → aplicando a propriedade distributiva. -2x2 . 5x – 2x2 . (-1) - 10x3 + 2x2 Portanto: -2x2(5x – 1) = - 10x3 + 2x2 Multiplicação de número natural - Se multiplicarmos 3 por (2x2 + x + 5), teremos: 3 (2x2 + x + 5) → aplicar a propriedade distributiva. 3 . 2x2 + 3 . x + 3 . 5 6x2 + 3x + 15. Portanto: 3 (2x2 + x + 5) = 6x2 + 3x + 15. Multiplicação de polinômio com polinômio - Se multiplicarmos (3x – 1) por (5x2 + 2) (3x – 1) . (5x2 + 2) → aplicar a propriedade distributiva. 3x . 5x2 + 3x . 2 – 1 . 5x2 – 1 . 2 15x3 + 6x – 5x2 – 2 Portanto: (3x – 1) . (5x2 + 2) = 15x3 + 6x – 5x2 – 2 - Multiplicando (2x2 + x + 1) por (5x – 2), teremos: (2x2 + x + 1) (5x – 2) → aplicar a propriedade distributiva. 2x2 . (5x) + 2x2 . (-2) + x . 5x + x . (-2) + 1 . 5x + 1 . (-2) 10x3 – 4x2 + 5x2 – 2x + 5x – 2 10x3+ x2 + 3x – 2 Portanto: (2x2 + x + 1) (5x – 2) = 10x3+ x2 + 3x – 2 Divisão A compreensão de como funciona a divisão de polinômio por monômio irá depender de algumas definições e conhecimentos. Será preciso saber o que é um monômio, um polinômio e como resolver a divisão de monômio por monômio. Dessa forma, veja a seguir uma breve explicação sobre esses assuntos. • Polinômio é uma expressão algébrica racional e inteira, por exemplo: x2y 3x – 2y x + y5 + ab • Monômio é um tipo de polinômio que possui apenas um termo, ou seja, que possui apenas coeficiente e parte literal. Por exemplo: a2 → 1 é o coeficiente e a2 parte literal. 3x2y → 3 é o coeficiente e x2y parte literal. -5xy6 → -5 é o coeficiente e xy6 parte literal. • Divisão de monômio por monômio Ao resolvermos uma divisão onde o dividendo e o divisor são monômios devemos seguir a regra: dividimos coeficiente com coeficiente e parte literal com parte literal. Exemplos: 6x3 : 3x = 6 . x3 = 2x2 3x2 Observação: ao dividirmos as partes literais temos que estar atentos à propriedade que diz que base igual na divisão, repete a base e subtrai os expoentes. Didatismo e Conhecimento 11 MATEMÁTICA Depois de relembrar essas definições veja alguns exemplos de como resolver divisões de polinômio por monômio. Exemplo: (10a3b3 + 8ab2) : (2ab2) O dividendo 10a3b3 + 8ab2 é formado por dois monômios. Dessa forma, o divisor 2ab2, que é um monômio, irá dividir cada um deles, veja: (10a3b3 + 8ab2) : (2ab2) Assim, transformamos a divisão de polinômio por monômio em duas divisões de monômio por monômio. Portanto, para concluir essa divisão é preciso dividir coeficiente por coeficiente e parte literal por parte literal. ou Portanto, (10a3b3 + 8ab2) : (2ab2) = 5a2b + 4 Exemplo: (9x2y3 – 6x3y2 – xy) : (3x2y) O dividendo 9x2y3 – 6x3y2 – xy é formado por três monômios. Dessa forma, o divisor 3x2y, que é um monômio irá dividir cada um deles, veja: Assim, transformamos a divisão de polinômio por monômio em três divisões de monômio por monômio. Portanto, para concluir essa divisão é preciso dividir coeficiente por coeficiente e parte literal por parte literal. Portanto, Exercícios 1. Um Caderno custa y reais. Gláucia comprou 4 cadernos, Cristina comprou 6, e Karina comprou 3. Qual é o monômio que expressa a quantia que as três gastaram juntas? 2. Suponha que a medida do lado de um quadrado seja expressa por 6x², em que x representa um número real positivo. Qual o monômio que vai expressar a área desse quadrado? 3. Um caderno de 200 folhas custa x reais, e um caderno de 100 folhas custa y reais. Se Noêmia comprar 7 cadernos de 200 folhas e 3 cadernos de 100 folhas, qual é a expressão algébrica que irá expressar a quantia que ela irá gastar? 4. Escreve de forma reduzida o polinômio: 0,3x – 5xy + 1,8y + 2x – y + 3,4xy. 5. Calcule de dois modos (7x – 2xy – 5y) + (-2x + 4xy + y) 6. Determine P1 + P2 – P3, dados os Polinômios: P1 = 3x² + x²y² - 7y² P2 = 2x² + 8x²y² + 3y² P3 = 5x² + 7x²y² - 9y² 7. Qual é o polinômio P que, adicionado ao polinômio 2y5 – 3y4 + y² – 5y + 3, dá como resultado o polinômio 3y5 – 2y4 – 2y3 + 2y² – 4y + 1? 8. Qual é a forma mais simples de se escrever o polinômio expresso por: 2x(3a – 2x) + a(2x – a) – 3x(a + x)? 9. Qual a maneira para se calcular a multiplicação do seguinte polinômio: (2x + y)(3x – 2y)? 10. Calcule: (12a5b² – 20a4b³ + 48a³b4) (4ab). Respostas 1) Resposta “13y reais”. Solução: 4y + 6y + 3y = = (4 + 6 + 3)y = = 13y Logo, as três juntas gastaram 13y reais. 2) Resposta “36x4”. Solução: Área: (6x²)² = (6)² . (x)² = 36x4 Logo, a área é expressa por 36x4. 3) Resposta “7x + 3y”. Solução: 7 cadernos a x reais cada um: 7x reais 3 cadernos a y reais cada um: 3y reais. Portanto, a quantia que Noêmia gastará na compra dos cadernos é expressa por: 7x + 3y → uma expressão algébrica que indica a adição de monômios. 4) Resposta “2,3x – 1,65xy + 0,8y”. Solução: 0,3x – 5xy + 1,8y + 2x – y + 3,4xy = = 0,3x + 2x – 5xy + 3,4xy + 1,8y – y = → propriedade comutativa Didatismo e Conhecimento 12 MATEMÁTICA = 2,3x – 1,65xy + 0,8y → reduzindo os termos semelhantes Então: 2,3x – 1,65xy + 0,8y é a forma reduzida do polinômio dado. 5) Resposta “5x + 2xy – 4y”. Solução: 1˚ Modo: (7x – 2xy – 5y) + (–2x + 4xy + y) = = 7x – 2xy – 5y – 2x + 4xy + y = = 7x – 2x – 2xy + 4xy – 5y + y = = 5x + 2xy – 4y 2˚ Modo: 7x – 2xy – 5y – 2x + 4xy + y ------------------------- 5x + 2xy – 4y 6) Resposta “–3x² + 2x²y² + 5y²”. Solução: (3x² + x²y² - 7y²) + (x² + 8x²y² + 3y²) – (5x² + 7x²y² - 9y²) = = 3x² + x²y² – 7y² – x² + 8x²y² + 3y² – 5x² – 7x²y² + 9y² = = 3x² – x² – 5x² + x²y² + 8x²y² – 7x²y² – 7y² + 3y² + 9y² = = –3x² + 2x²y² + 5y² Logo, P1 + P2 – P3 = –3x² + 2x²y² + 5y². 7) Resposta “y5 + y4 – 2y3 + y² + y – 2”. Solução: P + (2y5 – 3y4 + y² – 5y + 3) = (3y5 – 2y4 – 2y3 + 2y² – 4y + 1). Daí: P = (3y5 – 2y4 – 2y3 + 2y² – 4y + 1) – (2y5 – 3y4 + y² – 5y + 3) = = 3y5 – 2y4 – 2y3 + 2y² – 4y + 1 – 2y5 + 3y4 – y² + 5y – 3 = = 3y5 – 2y5 – 2y4 + 3y4 – 2y3 + 2y² – y² – 4y + 5y + 1 – 3 = = y5 + y4 – 2y3 + y² + y – 2. Logo, o polinômio P procurado é y5 + y4 – 2y3 + y² + y – 2. 8)Resposta “5ax – 7x² – a²”. Solução: 2x(3a – 2x) + a(2x – a) – 3x(a + x) = = 6ax – 4x² + 2ax – a² – 3ax – 3x² = = 6ax + 2ax – 3ax – 4x² – 3x² – a² = = 5ax – 7x² – a² 9) Resposta “6x² – xy – 2y²”. Solução: Nesse caso podemos resolve de duas maneiras: 1˚ Maneira: (2x + y)(3x – 2y) = = 2x . 3x – 2x . 2y + y . 3x – y . 2y = = 6x² – 4xy + 3xy – 2y² = = 6x² – xy – 2y² 2˚ Maneira: 3x – 2y x 2x + y ------------------- 6x² – 4xy + 3xy – 2y² --------------------- 6x² – xy – 2y² 10) Resposta “3a4b – 5a³b² + 12a²b³”. Solução: (12a5b² – 20a4b³ + 48a³b4) (4ab) = = (12a5b² 4ab) – (20a4b³ 4ab) + (48a³b4 4ab) = = 3a4b – 5a³b² + 12a²b³ 3. PRODUTOS NOTÁVEIS. Os produtos notáveis obedecem a leis especiais de formação e, por isso, não são efetuados pelas regras normais da multiplicação de polinômios. Apresentam-se em grande número e dão origem a um conjunto de identidades de grande aplicação. Considere a e b, expressões em R, representando polinômios quaisquer, apresentamos a seguir os produtos notáveis. Quadrado da Soma de Dois Termos (a + b)2 = (a + b) (a + b) = a2 + 2ab + b2 (a + b)2 = a2 + 2ab + b2 Quadrado da Diferença de Dois Termos (a - b)2 = (a - b) (a - b) = a2 - 2ab + b2 (a - b)2 = a2 - 2ab + b2 Produto da Soma pela Diferença de Dois Termos (a + b) (a – b) = a2 – ab + ab - b2 (a + b)(a – b) = a2 Cubo da Soma de Dois Termos (a + b)3 = (a + b) (a + b)2 = (a + b) (a2 + 2ab + b2) (a + b)3 = a3 + 2a2b + ab2 + a2b + 2ab2 + b3 (a + b)3 = a3 + 3a2b + 3ab2 + b3 Cubo da Diferença de Dois Termos (a - b)3 = (a - b) (a2 - 2ab + b2) (a - b)3 = a3 + 2a2b + ab2 - a2b + 2ab2 - b3 (a - b)3 = a3 - 3a2b + 3ab2 - b3 Exercícios 1. Desenvolva os seguintes produtos notáveis: a) (3x+y)² b) (()+x²)² 2. Desenvolva: a) (()+4y³)² b) (2x+3y)3 3. Resolva os seguintes termos: a) (x4 + (1/x2))3 b) ((2x/3) + (4y/5)) . ((2x/3) - (4y/5) Didatismo e Conhecimento 13 MATEMÁTICA 4. Efetue as multiplicações: a) (x-2) (x-3) b) (x+5) (x-4) 5. Simplifique as expressões: a) (x + y)2 – x2 – y2 b) (x + 2) (x - 7) + (x – 5) (x + 3) 6. Resolva tal expressão: a) (a –3)² b) (x – 3y)² c) (2ª – 5)² 7. Desenvolva: a) (x + 2) (x – 2) b) (2x – 5y) (2x + 5y) 8. Resolva a expressão: (x/2 + y/3) (x/2 – y/3). 9. Calcule os seguintes termos: a) (3 + 4)² b) (5 + 4)² 10. Utilize a regra do produto notável para resolver os seguintes cálculos: a) (x + 2)² b) (4x + 4)² c) (a + 4b)² Respostas 1) Solução: a → (3x + y)2 = (3x)2 + 2 . 3x . y + y2 = 9x2 + 6xy + y2 b → (()+x2)2 = ()2 + 2.().x2 + (x2)2 = () + x2 + x4 2) Solução: a → (() + 4y3)2 = ()2 – 2 .().4y3 + (4y3)2 = ()x2 – ()xy3 + 16y6 b → (2x+3y)3 = (2x)3 + 3 .(2x)2. 3y + 3 . 2x .(3y)2 + (3y)3 = 8x 3+ 36x2y + 54xy2 + 27y3 3) Solução: a → (x4 + (1/x2))3 = (x4)3 + 3 . (x4)2 . (1/x2) + 3 . x4 . (1/x2)2 + (1/x2)3 = x12 + 3x6 + 3 + (1/x6) b → (2x/3) + (4y/5)) . ((2x/3) - (4y/5)) = (2x/3)2 - (4y/5)2 = (4/9)x2 - (16/25)y2 4) Solução: a → (x-2) (x-3) = x2 + ((-2) + (-3)) x + (-2) . (-3) = x2 – 5x + 6 b → (x+5) (x-4) = x2 + (5 + (-4)) x + 5 . (-4) = x2 + x – 20 5) Solução: a → (x + y)2 – x2 – y2 = x2 + 2xy + y2 – x2 – y2 = 2xy b → (x + 2) (x – 7) + (x – 5) (x + 3) = x2 + (2 + (-7)) x + 2 . (-7) + x2 + (-5 + 3) x + 3 . (-5) = x2 – 5x – 14 + x2 – 2x – 15 = 2x2 – 7x – 29 6) Solução: a → a² - 2 . a . 3 + 3² a² - 6ª + 9 b → (x)² - 2 . x . 3y + (3y)² x² - 6xy + 9y² c → (2ª) ² - 2 . 2ª . 5² - 5² 4ª ² - 4ª . 50 – 25 7) Solução: a → (x + 2) (x – 2) x² - 2² = x² – 4 b → (2x – 5y) (2x + 5y) (2x) ² - (5y) ² = 4x² - 25y² 8) Solução: (x/2 + y/3) (x/2 – y/3) (x/2)² - (y/3)² x²/4 - y²/9 9) Solução: Nesse caso, podemos resolver de duas maneiras: a → (3 + 4)² = 7² = 49 (3 + 4)² = 3² + 2 . 3 . 4 + 4² = 9 + 24 + 16 = 49 b → Podemos também resolver de duas maneiras: (5 + 4)² = 9² = 81 (5 + 4)² = 5² + 2 . 5 . 4 + 4² = 25 + 40 + 16 = 81 10) Solução: a → x² + 2 . x . 2 + 2² x² + 4x + 4 b → (4x)² + 2 . 4x . 4 + 4² 16x² + 32x + 16 c → (a)² + 2 . a . 4b + 4b² a² + 2 . a . 8b + 16b² Didatismo e Conhecimento 14 MATEMÁTICA 4. EQUAÇÕES DO 1º E 2º GRAUS. Equação do 1º Grau Veja estas equações, nas quais há apenas uma incógnita: 3x – 2 = 16 (equação de 1º grau) 2y3 – 5y = 11 (equação de 3º grau) 1 – 3x + 2 5 = x + 1 2 (equação de 1º grau) O método que usamos para resolver a equação de 1º grau é isolando a incógnita, isto é, deixar a incógnita sozinha em um dos lados da igualdade. Para conseguir isso, há dois recursos: - inverter operações; - efetuar a mesma operação nos dois lados da igualdade. Exemplo1 Resolução da equação 3x – 2 = 16, invertendo operações. Procedimento e justificativa: Se 3x – 2 dá 16, conclui-se que 3x dá 16 + 2, isto é, 18 (invertemos a subtração). Se 3x é igual a 18, é claro que x é igual a 18 : 3, ou seja, 6 (invertemos a multiplicação por 3). Registro 3x – 2 = 16 3x = 16 + 2 3x = 18 x = 18 3 x = 6 Exemplo 2 Resolução da equação 1 – 3x + 2 5 = x + 1 2 , efetuando a mesma operação nos dois lados da igualdade. Procedimento e justificativa: Multiplicamos os dois lados da equação por mmc (2;5) = 10. Dessa forma, são eliminados os denominadores. Fazemos as simplificações e os cálculos necessários e isolamos x, sempre efetuando a mesma operação nos dois lados da igualdade. No registro, as operações feitas nos dois lados da igualdade são indicadas com as setas curvas verticais. Registro 1 – 3x + 2/5 = x + 1 /2 10 – 30x + 4 = 10x + 5 -30x - 10x = 5 - 10 - 4 -40x = +9(-1) 40x = 9 x = 9/40 x = 0,225 Há também um processo prático, bastante usado, que se baseia nessas ideias e na percepção de um padrão visual. - Se a + b = c, conclui-se que a = c + b. Na primeira igualdade, a parcela b aparece somando no lado esquerdo; na segunda, a parcela b aparece subtraindo no lado direito da igualdade. - Se a . b = c, conclui-se que a = c + b, desde que b ≠ 0. Na primeira igualdade, o número b aparece multiplicando no lado esquerdo; na segunda, ele aparece dividindo no lado direito da igualdade. O processo prático pode ser formulado assim: - Para isolar a incógnita, coloque todos os termos com incógnita de um lado da igualdade e os demais termos do outro lado. - Sempre que mudar um termo de lado, inverta a operação. Exemplo Resolução da equação 5(x+2) 2 = (x+2) . (x-3) 3 - x 2 3 , usando o processo prático. Procedimento e justificativa: Iniciamos da forma habitual, multiplicando os dois lados pelo mmc (2;3) = 6. A seguir, passamos a efetuar os cálculos indicados. Neste ponto, passamos a usar o processo prático, colocando termos com a incógnita à esquerda e números à direita, invertendo operações. Registro 5(x+2) 2 - (x+2) . (x-3) 3 = x 2 3 6. 5(x+2) 2 - 6. (x+2) . (x-3) 3 = 6. x 2 3 15(x + 2) – 2(x + 2)(x – 3) = – 2x2 15x + 30 – 2(x2 – 3x + 2x – 6) = – 2x2 15x + 30 – 2(x2 – x – 6) = – 2x2 15x + 30 – 2x2 + 2x + 12 = – 2x2 17x – 2x2 + 42 = – 2x2 17x – 2x2 + 2x2 = – 42 17x = – 42 x = - 42 17 Note que, de início, essa última equação aparentava ser de 2º grau por causa do termo - x2 3 no seu lado direito. Entretanto, depois das simplificações, vimos que foi reduzida a uma equação de 1º grau (17x = – 42). Exercícios 1. Resolva a seguinte equação: x - 1 2 - x + 3 4 = 2x - x - 4 3 2. Resolva: x - 3 5 - 2x + 3 2 - 5 = 3x + 1 2 - 4x + 2 5 3. Calcule: Didatismo e Conhecimento 15 MATEMÁTICA a) -3x – 5 = 25 b) 2x - 1 2 = 3 c) 3x + 24 = -5x 4. Existem três números inteiros consecutivos com soma igual a 393. Que números são esses? 5. Determine um número real “a” para que as expressões (3a + 6)/ 8 e (2a + 10)/6 sejam iguais. 6. Determine o valor da incógnita x: a) 2x – 8 = 10 b) 3 – 7.(1-2x) = 5 – (x+9) 7. Verifique se três é raiz de 5x – 3 = 2x + 6. 8. Verifique se -2 é raiz de x² – 3x = x – 6. 9. Quando o número x na equação ( k – 3 ).x + ( 2k – 5 ).4 + 4k = 0 vale 3, qual será o valor de K? 10. Resolva as equações a seguir: a)18x - 43 = 65 b) 23x - 16 = 14 - 17x c) 10y - 5 (1 + y) = 3 (2y - 2) - 20 Respostas 1) Resposta “ x = -31 17 ” Solução: x - 1 2 - x + 3 4 = 2x - x - 4 3 6(x - 1) - 3(x + 3) = 24x - 4(x - 4) 12 6x – 6 – 3x – 9 = 24x – 4x + 16 6x – 3x – 24x + 4x = 16 + 9 + 6 10 x – 27x = 31 (-1) - 17x = 31 x = -31 17 2) Resposta “ x = -32 15 ” Solução: x - 3 5 - 2x + 3 2 - 5 = 3x - 1 2 - 4x + 2 5 2(x - 3) - 5(2x - 3) - 50 = 5(3x - 1) - 2(4x + 2) 10 2x – 6 – 10x + 15 – 50 = 15x – 5 – 8x – 4 2x – 10x – 15x + 8x = -5 – 4 + 50 – 15 + 6 10x – 25x = 56 – 24 (-1) -15x = 32 x = -32 15 3) Solução: a) -3x – 5 = 25 -3x = 25 + 5 (-1) -3x = 30 3x = -30 x = - 30 3 = -10 b) 2x - 1 2 = 3 2(2x) - 1 = 6 2 4x – 1 = 6 4x = 6 + 1 4x = 7 x = 7 4 c) 3x + 24 = -5x 3x + 5x = -24 8x = -24 x = - 24 8 = -3 4) Resposta “130; 131 e 132”. Solução: x + (x + 1) + (x + 2) = 393 3x + 3 = 393 3x = 390 x = 130 Então, os números procurados são: 130, 131 e 132. 5) Resposta “22”. Solução: (3a + 6) / 8 = (2a + 10) / 6 6 (3a + 6) = 8 (2a + 10) 18a + 36 = 16a + 80 2a = 44 a = 44/2 = 22 6) Solução: a) 2x – 8 = 10 2x = 10 + 8 2x = 18 x = 9 → V = {9} b) 3 – 7.(1-2x) = 5 – (x+9) 3 –7 + 14x = 5 – x – 9 14x + x = 5 – 9 – 3 + 7 15x= 0 x = 0 → V= {0} Didatismo e Conhecimento 16 MATEMÁTICA 7) Resposta “Verdadeira”. Solução: 5x – 3 = 2x + 6 5.3 – 3 = 2.3 + 6 15 – 3 = 6 + 6 12 = 12 → verdadeira Então 3 é raiz de 5x – 3 = 2x + 6 8) Resposta “Errada”. Solução: x2 – 3x = x – 6 (-2)2 – 3. (-2) = - 2 - 6 4 + 6 = - 2 – 6 10 = -8 Então, -2 não é raiz de x2 – 3x = x – 6 9) Resposta “ k = 29 15 ” Solução: (k – 3).3 + (2k – 5).4 + 4k = 0 3k – 9 + 8k – 20 + 4k = 0 3k + 8k + 4k = 9 + 20 15k = 29 k = 29 15 10) Resposta a) 18x = 65 + 43 18x = 108 x = 108/18 x = 6 b) 23x = 14 - 17x + 16 23x + 17x = 30 40x = 30 x = 30/40 = ¾ c) 10y - 5 - 5y = 6y - 6 -20 5y - 6y = -26 + 5 -y = -21 y = 21 Equação do 2º Grau Denomina-se equação do 2º grau na incógnitax toda equação da forma ax2 + bx + c = 0, em que a, b, c são números reais e a ≠ 0. Nas equações de 2º grau com uma incógnita, os números reais expressos por a, b, c são chamados coeficientes da equação: - a é sempre o coeficiente do termo em x2. - b é sempre o coeficiente do termo em x. - c é sempre o coeficiente ou termo independente. Equação completa e incompleta: - Quando b ≠ 0 e c ≠ 0, a equação do 2º grau se diz completa. Exemplos 5x2 – 8x + 3 = 0 é uma equação completa (a = 5, b = – 8, c = 3). y2 + 12y + 20 = 0 é uma equação completa (a = 1, b = 12, c = 20). - Quando b = 0 ou c = 0 ou b = c = 0, a equação do 2º grau se diz incompleta. Exemplos x2 – 81 = 0 é uma equação incompleta (a = 1, b = 0 e c = – 81). 10t2 +2t = 0 é uma equação incompleta (a = 10, b = 2 e c = 0). 5y2 = 0 é uma equação incompleta (a = 5, b = 0 e c = 0). Todas essas equações estão escritas na forma ax2 + bx + c = 0, que é denominada forma normal ou forma reduzida de uma equação do 2º grau com uma incógnita. Há, porém, algumas equações do 2º grau que não estão escritas na forma ax2 + bx + c = 0; por meio de transformações convenientes, em que aplicamos o princípio aditivo e o multiplicativo, podemos reduzi-las a essa forma. Exemplo: Pelo princípio aditivo. 2x2 – 7x + 4 = 1 – x2 2x2 – 7x + 4 – 1 + x2 = 0 2x2 + x2 – 7x + 4 – 1 = 0 3x2 – 7x + 3 = 0 Exemplo: Pelo princípio multiplicativo. 2 x - 1 2 = x x - 4 4.(x - 4) - x(x - 4) 2x(x - 4) = 2x2 2x(x - 4) 4(x – 4) – x(x – 4) = 2x2 4x – 16 – x2 + 4x = 2x2 – x2 + 8x – 16 = 2x2 – x2 – 2x2 + 8x – 16 = 0 – 3x2 + 8x – 16 = 0 Resolução das equações incompletas do 2º grau com uma incógnita. - A equação é da forma ax2 + bx = 0. x2 + 9 = 0 ⇒ colocamos x em evidência x . (x – 9) = 0 x = 0 ou x – 9 = 0 x = 9 Logo, S = {0, 9} e os números 0 e 9 são as raízes da equação. - A equação é da forma ax2 + c = 0. x2 – 16 = 0 ⇒ Fatoramos o primeiro membro, que é uma diferença de dois quadrados. (x + 4) . (x – 4) = 0 x + 4 = 0 x – 4 = 0 x = – 4 x = 4 Logo, S = {–4, 4}. Fórmula de Bhaskara Usando o processo de Bhaskara e partindo da equação escrita na sua forma normal, foi possível chegar a uma fórmula que vai nos permitir determinar o conjunto solução de qualquer equação do 2º grau de maneira mais simples. Essa fórmula é chamada fórmula resolutiva ou fórmula de Bhaskara. Didatismo e Conhecimento 17 MATEMÁTICA x =-b +- √Δ 2.a Nesta fórmula, o fato de x ser ou não número real vai depender do discriminante r; temos então, três casos a estudar. 1º caso: Δ é um número real positivo ( Δ > 0). Neste caso, √Δ é um número real, e existem dois valores reais diferentes para a incógnita x, sendo costume representar esses valores por x’ e x”, que constituem as raízes da equação. x =-b +- √Δ 2.a x’ = -b +√Δ 2.a x’’ =-b - √Δ 2.a 2º caso: Δ é zero ( Δ = 0). Neste caso, √Δ é igual a zero e ocorre: x =-b +- √Δ 2.a = x =-b +- √0 2.a = -b +- √0 2.a = -b 2a Observamos, então, a existência de um único valor real para a incógnita x, embora seja costume dizer que a equação tem duas raízes reais e iguais, ou seja: x’ = x” = -b 2a 3º caso: Δ é um número real negativo ( Δ < 0). Neste caso, √Δ não é um número real, pois não há no conjunto dos números reais a raiz quadrada de um número negativo. Dizemos então, que não há valores reais para a incógnita x, ou seja, a equação não tem raízes reais. A existência ou não de raízes reais e o fato de elas serem duas ou uma única dependem, exclusivamente, do discriminante Δ= b2 – 4.a.c; daí o nome que se dá a essa expressão. Na equação ax2 + bx + c = 0 - Δ = b2 – 4.a.c - Quando Δ ≥ 0, a equação tem raízes reais. - Quando Δ < 0, a equação não tem raízes reais. - Δ > 0 (duas raízes diferentes). - Δ = 0 (uma única raiz). Exemplo: Resolver a equação x2 + 2x – 8 = 0 no conjunto R. temos: a = 1, b = 2 e c = – 8 Δ= b2 – 4.a.c = (2)2 – 4 . (1) . (–8) = 4 + 32 = 36 > 0 Como Δ > 0, a equação tem duas raízes reais diferentes, dadas por: x =-b +- √Δ 2.a = -(2)+- √36 2.(1) = -2 +- 6 2 x’ = -2 + 6 2 = 4 2 = 2 x” = -2 - 6 2 = -8 2 = -4 Então: S = {-4, 2}. Exercícios 1. Se x2 = – 4x, então: a) x = 2 ou x = 1 b) x = 3 ou x = – 1 c) x = 0 ou x = 2 d) x = 0 ou x = – 4 e) x = 4 ou x = – 1 2. As raízes reais da equação 1,5x2 + 0,1x = 0,6 são: a) 2 5 e 1 b) 3 5 e 2 3 c) - 3 5 e - 2 5 d) - 2 5 e 2 3 e) 3 5 e - 2 3 3. As raízes da equação x3 – 2x2 – 3x = 0 são: a) –2, 0 e 1 b) –1, 2 e 3 c) – 3, 0 e 1 d) – 1, 0 e 3 e) – 3, 0 e 2 4. Verifique se o número 5 é raiz da equação x2 + 6x = 0. 5. Determine o valor de m na equação x2 + (m + 1)x – 12 = 0 para que as raízes sejam simétricas. 6. Determine o valor de p na equação x2 – (2p + 5)x – 1 = 0 para que as raízes sejam simétricas. 7. (U. Caxias do Sul-RS) Se uma das raízes da equação 2x2 – 3px + 40 = 0 é 8, então o valor de p é: a) 5 b) 13 3 c) 7 d) –5 e) –7 8. O número de soluções reais da equação: -6x2 + 4x2 2x2 - 3x = -4, com x ≠ 0 e x ≠ 3 2 é: Didatismo e Conhecimento 18 MATEMÁTICA a) 0 b) 1 c) -2 d) 3 e) 4 9. O(s) valor(es) de B na equação x2 – Bx + 4 = 0 para que o discriminante seja igual a 65 é(são): a) 0 b) 9 c) –9 d) –9 ou 9 e) 16 10. Um valor de b, para que a equação 2x2 + bx + 2 = 0 tenha duas raízes reais e iguais é: a) 2 b) 3 c) 4 d) 5 e) 6 Respostas 1. Resposta “D”. Solução: x2 = – 4x x2 + 4x = 0 x (x + 4) = 0 x = 0 x + 4 = 0 x = -4 2) Resposta “E”. Solução: 1,5x2 + 0,1x = 0,6 1,5x2 + 0,1x - 0,6 = 0 (x10) 15x2 +1x - 6 = 0 Δ = b2 – 4.a.c Δ = 12 – 4 . 15 . – 6 Δ = 1 + 360 Δ = 361 x= -1 +- √361 2.15 = -1 +- 19 30 = 18 30 = 3 5 ou -20 30 = - 2 3 3) Resposta “D”. Solução x3 – 2x2 – 3x = 0 x (x2 – 2x – 3) = 0 x = 0 x2 – 2x – 3 = 0 Δ = b2 – 4.a.c Δ = -22 – 4 . 1 . – 3 Δ = 4 + 12 Δ = 16 x= -(-2) +-√16 2.1 = 2 +- 4 2 = 6 2 = 3 ou -2 2 = -1 4) Resposta “Não”. Solução: S= -b a = -6 1 = -6 P= c a = 0 1 = 0 Raízes: {-6,0} Ou x2 + 6x = 0 x (x + 6) = 0 x=0 ou x+6=0 x=-6 5) Resposta “-1”. Solução: S = -b a = -(m + 1) 1 = - m - 1 P = c a = -12 1 = -12 - m - 1 = 0 m = -1 6) Resposta “ -5/2”. Solução: x2 – (2p + 5)x – 1 = 0 (-1) -x2 +(2p + 5)x + 1 = 0 S= -b a = -(2p + 5) -1 = 2p + 5 P= c a = 1 -1 = -1 2p + 5 = 0 2p = -5 p = - 5/2 7) Resposta “C” Solução: 2x2 – 3px + 40 = 0 282 – 3p8 + 40 = 0 2.64 – 24p + 40 = 0 128 – 24p + 40 = 0 -24p = - 168 (-1) p = 168/24 p = 7 8) Resposta “C”. Solução: -6x2 + 4x3 2x2 - 3x = x(-6x + 4x2) x(2x - 3) = -4 -8x + 12 = -6x + 4x2 4x2 + 2x - 12 = 0 Δ = b2 – 4.a.c Δ = 22 – 4 . 4 . -12 Δ = 4 + 192 Didatismo e Conhecimento 19 MATEMÁTICA Δ = 196 x= -2 +-√196 2.4 = -2 +- 14 8 12 8 = 3 2 ou -16 8 = -2 9) Resposta “D”. Solução: x2 – Bx + 4 = 0 b2 – 4.a.c b2 – 4 . 1 . 4 b2 – 16 = 65 b2= 65 + 16 b = √81 b = 9 b = -B B = ±9 10) Resposta “C”. Solução: 2x2 + Bx + 2 = 0 b2 – 4.a.c b2 – 4 . 2 . 2 b2 - 16 b2 = 16 b = √16 b = 4 5. INEQUAÇÕES DO 1º E 2º GRAUS. Inequação do 1º Grau Inequação é toda sentença aberta expressa por uma desigualdade. As inequações x + 5 > 12 e 2x – 4 ≤ x + 2 são do 1º grau, isto é, aquelas em que a variável x aparece com expoente 1. A expressão à esquerda do sinal de desigualdade chama-se primeiro membro da inequação. A expressão à direita do sinal de desigualdade chama-se segundo membro da inequação. Na inequação x + 5 > 12, por exemplo, observamos que: A variável é x; O primeiro membro é x + 5; O segundo membro é 12. Na inequação 2x – 4 ≤ x + 2: A variável é x; O primeiro membro é 2x – 4; O segundo membro é x + 2. Propriedades da desigualdade Propriedade Aditiva: Mesmo sentido Exemplo: Se 8 > 3, então8 + 2 > 3 + 2, isto é: 10 > 5. Somamos +2 aos dois membros da desigualdade Uma desigualdade não muda de sentido quando adicionamos ou subtraímos um mesmo número aos seus dois membros. Propriedade Multiplicativa: Mesmo sentido Exemplo: Se 8 > 3, então 8 . 2 > 3 . 2, isto é: 16 > 6. Multiplicamos os dois membros por 2 Uma desigualdade não muda de sentido quando multiplicamos ou dividimos seus dois membros por um mesmo número positivo. Mudou de sentido Exemplo: Se 8 > 3, então 8 . (–2) < 3 . (–2), isto é: –16 < –6 Multiplicamos os dois membros por –2 Uma desigualdade muda de sentido quando multiplicamos ou dividimos seus dois membros por um mesmo número negativo. Resolver uma inequação é determinar o seu conjunto verdade a partir de um conjunto universo dado. Vejamos, através do exemplo, a resolução de inequações do 1º grau. a) x < 5, sendo U = N Os números naturais que tornam a desigualdade verdadeira são: 0, 1, 2, 3 ou 4. Então V = {0, 1, 2, 3, 4}. b) x < 5, sendo U = Z Todo número inteiro menor que 5 satisfaz a desigualdade. Logo, V = {..., –2, –1, 0, 1, 2, 3, 4}. c) x < 5, sendo U = Q Todo número racional menor que 5 é solução da inequação dada. Como não é possível representar os infinitos números racionais menores que 5 nomeando seus elementos, nós o faremos por meio da propriedade que caracteriza seus elementos. Assim: Didatismo e Conhecimento 20 MATEMÁTICA V = {x ∊ Q / x <5} Resolução prática de inequações do 1º grau: A resolução de inequações do 1º grau é feita procedendo de maneira semelhante à resolução de equações, ou seja, transformando cada inequação em outra inequação equivalente mais simples, até se obter o conjunto verdade. Exemplo Resolver a inequação 4(x – 2) ≤ 2 (3x + 1) + 5, sendo U = Q. 4(x – 2) ≤ 2 (3x + 1) + 5 4x – 8 ≤ 6x + 2 + 5 aplicamos a propriedade distributiva 4x – 6x ≤ 2 + 5 + 8 aplicamos a propriedade aditiva –2x ≤ 15 reduzimos os termos semelhantes Multiplicando os dois membros por –1, devemos mudar o sentido da desigualdade. 2x ≥ –15 Dividindo os dois membros por 2, obtemos: 2x 2 ≥ −15 2 ⇒ x ≥ −15 2 Logo, V = x ∈Q | x ≥ −15 2 ⎧ ⎨ ⎩ ⎫ ⎬ ⎭ Vamos determinar o conjunto verdade caso tivéssemos U = Z. Sendo −15 2 = −7,5 , vamos indicá-lo na reta numerada: Logo, V = {–7, –6, –5, –4, ...} ou V = {x ∊ Z| x ≥ –7}. Exercícios 1. Resolver a inequação 7x + 6 > 4x + 7, sendo U = Q. 2. Resolver a inequação x 2 ≤ 1 4 − 2x − 3x 5 , sendo U = Q. 3. Verificar se os números racionais −9 e 6 fazem parte do conjunto solução da inequação 5x − 3 . (x + 6) > x – 14. 4. Resolva as seguintes inequações, em R. a) 2x + 1 ≤ x + 6 b) 2 - 3x ≥ x + 14 5. Calcule as seguintes inequações, em R. a) 2(x + 3) > 3 (1 - x) b) 3(1 - 2x) < 2(x + 1) + x - 7 c) x/3 - (x+1)/2 < (1 - x) / 4 6. Resolva as seguintes inequações, em R. a) (x + 3) > (-x-1) b) [1 - 2*(x-1)] < 2 c) 6x + 3 < 3x + 18 7. Calcule as seguintes inequações, em R. a) 8(x + 3) > 12 (1 - x) b) (x + 10) > (-x +6) 8. Resolva a inequação: 2 – 4x ≥ x + 17 9. Calcule a inequação 3(x + 4) < 4(2 –x). 10. Quais os valores de x que tornam a inequação -2x +4 > 0 verdadeira? Respostas 1) Resposta “S= x ∈Q / x > 1 3 ⎧ ⎨ ⎩ ⎫ ⎬ ⎭ ”. Solução: 7x + 6 > 4x + 7 7x – 4x > 7 – 6 3x > 1 x > 1 3 Da inequação x > 1 3 , podemos dizer que todos os números racionais maiores que 1 3 formam o conjunto solução de inequação dada, que é representada por: S= x ∈Q / x > 1 3 ⎧ ⎨ ⎩ ⎫ ⎬ ⎭ 2) Resposta “S = x ∈Q / x > 3 2 ⎧ ⎨ ⎩ ⎫ ⎬ ⎭ ”. Solução: x 2 ≥ 1 4 − 2x − 3x 5 → 10x 20 ≤ 5 − 4.(2 + 3x) 20 = 10x ≤ 5 – 4 .(2 – 3x) 10x ≤ 5 – 8 + 12x 10x – 12 x ≤ -3 -2x ≤ -3 (-1) 2x ≥ 3 x ≥ 3 2 Todo número racional maior ou igual 3 2 a faz parte do conjunto solução da inequação dada, ou seja: S= x ∈Q / x > 3 2 ⎧ ⎨ ⎩ ⎫ ⎬ ⎭ 3) Resposta “6 faz parte; -9 não faz parte”. Solução: 5x − 3 . (x + 6) > x – 14 5x – 3x – 18 > x – 14 2x – x > -18 + 14 x > 4 Fazendo agora a verificação: - Para o número −9, temos: x > 4 → − 9 > 4 (sentença falsa) - Para o número 6, temos: x > 4 → 6 > 4 (sentença verdadeira) Então, o número 6 faz parte do conjunto solução da inequação, enquanto o número −9 não faz parte desse conjunto. Didatismo e Conhecimento 21 MATEMÁTICA 4) Solução: a) 2x - x + 1 ≤ x - x + 6 x + 1 ≤ 6 x ≤ 5 b) 2 - 3x - x ≥ x - x + 14 2 - 4x ≥ 14 -4x ≥ 12 - x ≥ 3 x ≤ -3 5) Solução: a) 2x + 6 > 3 - 3x 2x - 2x + 6 > 3 - 3x - 2x 6 - 3 > -5x 3 > - 5x -x < 3/5 x > -3/5 b) 3 - 6x < 2x + 2 + x - 7 -6x - 3x < -8 -9x < -8 9x > 8 x > 8/9 c) Primeiro devemos achar um mesmo denominador. 4x 12 − 6.(x +1) 12 < 3.(1− x) 12 4x − 6x − 6 12 − < 3− 3x 12 -2x - 6 < 3 - 3x x < 9 6) Solução: a) x + 3 > -x - 1 2x > -4 x > -4/2 x > -2 b) 1 - 2x + 2 < 2 - 2x < 2 - 1 - 2 - 2x < -1 2x > 1 x > 1/2 c) 6x - 3x < 18 - 3 3x < 15 x < 15/3 x < 5 7) Solução: a) 8x + 24 > 12 - 12x 20x > 12 - 24 20x > -12 x > -12/20 x > -3/5 b) x + x > 6 - 10 2x > -4 x > -4/2 x > -2 8) Resposta “x ≤ -3”. Solução: 2 – 4x – x ≥ x – x + 17 2 – 5x ≥ 17 -5x ≥ 17 – 2 -5x ≥ 15 5x ≤ -15 x ≤ -3 9) Resposta “x > -7/4”. Solução: 3x + 12 < 8 – 4x 3x – 3x + 12 < 8 – 4x – 3x 12 < 8 – 7x 12 – 8 < – 7x 4 < – 7x -x > 7/4 x > -7/4 10) Solução: -2x > -4 -2x > -4 (-1) 2x < 4 x< 2 O número 2 não é a solução da inequação dada, mais sim qual- quer valor menor que 2. Verifique a solução: Para x = 1 -2x +4 > 0 -2.(1) +4 > 0 -2 + 4 > 0 2 > 0 (verdadeiro) Observe, então, que o valor de x menor que 2 é a solução para inequação. Inequação do 2º Grau Chamamos inequação do 2º grau às sentenças: ax2 + bx + c > 0 ax2 + bx + c ≥ 0 ax2 + bx + c < 0 ax2 + bx + c ≤ 0 Onde a, b, c, são números reais conhecidos, a ≠ 0, e x é a incógnita. Estudo da variação de sinal da função do 2º grau: - Não é necessário que tenhamos a posição exata do vértice, basta que ele esteja do lado certo do eixo x; - Não é preciso estabelecer o ponto de intersecção do gráfico da função com o eixo y e considerando que as imagens acima do eixo x são positivas e abaixo do eixo negativas, podemos dispensar a colocação do eixo y. Didatismo e Conhecimento 22 MATEMÁTICA Para estabelecer a variação de sinal de uma função do 2º grau, basta conhecer a posição da concavidade da parábola, voltada para cima ou para baixo, e a existência e quantidade de raízes que ela apresenta. Consideremos a função f(x) = ax2 + bx + c com a ≠ 0. Finalmente, tomamos como solução para inequação as regiões do eixo x que atenderem às exigências da desigualdade. Exemplo Resolver a inequação x2 – 6x + 8 ≥ 0. - Fazemos y = x2 – 6x + 8. - Estudamos a variação de sinal da função y. - Tomamos, como solução da inequação, os valores de x para os quais y > 0: S = {x ∈ R| x < 2 ou x > 4} Observação: Quando o universo para as soluções não é fornecido, fazemos com que ele seja o conjunto R dos reais. Exercícios 1. Identifique os coeficientes de cada equação e diga se ela é completa ou não: a) 5x2 - 3x - 2 = 0 b) 3x2 + 55 = 0 2. Dentre os números -2, 0, 1, 4, quais deles são raízes da equação x2-2x-8= 0? 3. O número -3 é a raíz da equação x2 - 7x - 2c = 0. Nessas condições, determine o valor do coeficiente c: 4. Resolver a inequação 3x² + 10x + 7 < 0. 5. Determine a solução da inequação –2x² – x + 1 ≤ 0. 6. Calcule a solução da inequação x² – 6x + 9 > 0. 7. Determine a solução da inequação x² – 4x ≥ 0. 8. Resolva a inequação -x² + 4 ≥ 0. 9. Identifique os coeficientes de cada equação e diga se ela é completa ou não: a) x2 - 6x = 0 b) x2 - 10x + 25 = 0 10. Para que os valores de x a expressão x² – 2x é maior que –15? Respostas 1) Solução: a) a = 5; b = -3; c = -2 Equação completa b) a = 3; b = 0; c = 55 Equação incompleta 2) Solução: Sabemos que são duas as raízes, agora basta testarmos.(-2)2 – 2.(-2) - 8 = 0 (-2)2 + 4 - 8 4 + 4 - 8 = 0 (achamos uma das raízes) 02 – 2.0 - 8 = 0 0 - 0 - 8 0 12 – 2.1 - 8 = 0 1 - 2 - 8 0 42 – 2.4 - 8 = 0 16 - 8 - 8 = 0 (achamos a outra raiz) 3) Solução: (-3)² - 7.(-3) - 2c = 0 9 +21 - 2c = 0 30 = 2c c = 15 4) Resposta “S = {x Є R / –7/3 < x < –1}”. Solução: S = {x Є R / –7/3 < x < –1} Didatismo e Conhecimento 23 MATEMÁTICA 5) Resposta “S = {x Є R / x < –1 ou x > 1/2} ”. Solução: S = {x Є R / x < –1 ou x > 1/2} 6) Resposta “S = {x Є R / x < 3 e x > 3}”. Solução: S = {x Є R / x < 3 e x > 3} 7) Resposta “S = {x Є R / x ≤ 0 ou x ≥ 4}”. Solução: S = {x Є R / x ≤ 0 ou x ≥ 4} 8) Resposta “S = {x Є R/ -2 ≤ x ≤ 2}”. Solução: -x² + 4 = 0. x² – 4 = 0. x1 = 2 x2 = -2 S = {x Є R/ -2 ≤ x ≤ 2} 9) Solução: a) a = 1; b = -6; c = 0 Equação incompleta b) a = 1; b = -10; c = 25 Equação completa 10) Solução: x² – 2x > 15 x² – 2x – 15 > 0 Calculamos o Zero: x² – 2x – 15 = 0 x = -3 ou x = +5 6. SISTEMAS DE EQUAÇÕES DO 1º E 2º GRAUS. Definição Observe o raciocínio: João e José são colegas. Ao passarem por uma livraria, João resolveu comprar 2 cadernos e 3 livros e pagou por eles R$ 15,40, no total dos produtos. José gastou R$ 9,20 na compra de 2 livros e 1 caderno. Os dois ficaram satisfeitos e foram para casa. No dia seguinte, encontram um outro colega e falaram sobre suas compras, porém não se lembrava do preço unitário de dos livros. Sabiam, apenas que todos os livros, como todos os cadernos, tinham o mesmo preço. Bom, diante deste problema, será que existe algum modo de descobrir o preço de cada livro ou caderno com as informações que temos ? Será visto mais à frente. Um sistema de equação do primeiro grau com duas incógnitas x e y, pode ser definido como um conjunto formado por duas equações do primeiro grau. Lembrando que equação do primeiro grau é aquela que em todas as incógnitas estão elevadas à potência 1. Didatismo e Conhecimento 24 MATEMÁTICA Observações gerais Em tutoriais anteriores, já estudamos sobre equações do primeiro grau com duas incógnitas, como exemplo: X + y = 7 x – y = 30 x + 2y = 9 x – 3y = 15 Foi visto também que as equações do 1º grau com duas variáveis admitem infinitas soluções: x + y = 6 x – y = 7 x y x y 0 6 0 -7 1 5 1 -6 2 4 2 -5 3 3 3 -4 4 2 4 -3 5 1 5 -2 6 0 6 -1 ... ... Vendo a tabela acima de soluções das duas equações, é possível checar que o par (4;2), isto é, x = 4 e y = 2, é a solução para as duas equações. Assim, é possível dizer que as equações X + y = 6 X – y = 7 Formam um sistema de equações do 1º grau. Exemplos de sistemas: x + y = 4 x − y = 7 ⎧ ⎨ ⎩ 2x + 3y + 2z = 10 4x − 5y + z = 15 ⎧ ⎨ ⎩ 2x + y = 10 5x − 2y = 22 ⎧ ⎨ ⎩ ∑ Observe este símbolo. A matemática convencionou neste caso para indicar que duas ou mais equações formam um sistema. Resolução de sistemas Resolver um sistema significa encontrar um par de valores das incógnitas X e Y que faça verdadeira as equações que fazem parte do sistema. Exemplos: a) O par (4,3 ) pode ser a solução do sistema x – y = 2 x + y = 6 Para saber se estes valores satisfazem ao sistema, basta substituir os valores em ambas as equações: x - y = 2 x + y = 6 4 – 3 = 1 4 + 3 = 7 1 ≠ 2 (falso) 7 ≠ 6 (falso) A resposta então é falsa. O par (4,3) não é a solução do sistema de equações acima. b) O par (5,3 ) pode ser a solução do sistema x – y = 2 x + y = 8 Para saber se estes valores satisfazem ao sistema, basta substituir os valores em ambas as equações: x - y = 2 x + y = 8 5 – 3 = 2 5 + 3 = 8 2 = 2 (verdadeiro 8 = 8 (verdadeiro) A resposta então é verdadeira. O par (5,3) é a solução do sistema de equações acima. Métodos para solução de sistemas do 1º grau. - Método de substituição Esse método de resolução de um sistema de 1º grau estabelece que “extrair” o valor de uma incógnita é substituir esse valor na outra equação. Observe: x – y = 2 x + y = 4 Vamos escolher uma das equações para “extrair” o valor de uma das incógnitas, ou seja, estabelecer o valor de acordo com a outra incógnita, desta forma: x – y = 2 ---> x = 2 + y Agora iremos substituir o “X” encontrado acima, na “X” da segunda equação do sistema: x + y = 4 (2 + y ) + y = 4 2 + 2y = 4 ----> 2y = 4 -2 -----> 2y = 2 ----> y = 1 Temos que: x = 2 + y, então x = 2 + 1 x = 3 Assim, o par (3,1) torna-se a solução verdadeira do sistema. - Método da adição Este método de resolução de sistema do 1º grau consiste apenas em somas os termos das equações fornecidas. Observe: x – y = -2 3x + y = 5 Didatismo e Conhecimento 25 MATEMÁTICA Neste caso de resolução, somam-se as equações dadas: x – y = -2 3x + y = 5 + 4x = 3 x = 3/4 Veja nos cálculos que quando somamos as duas equações o termo “Y” se anula. Isto tem que ocorrer para que possamos achar o valor de “X”. Agora, e quando ocorrer de somarmos as equações e os valores de “x” ou “y” não se anularem para ficar somente uma incógnita ? Neste caso, é possível usar uma técnica de cálculo de multiplicação pelo valor excludente negativo. Ex.: 3x + 2y = 4 2x + 3y = 1 Ao somarmos os termos acima, temos: 5x + 5y = 5, então para anularmos o “x” e encontramos o valor de “y”, fazemos o seguinte: » multiplica-se a 1ª equação por +2 » multiplica-se a 2ª equação por – 3 Vamos calcular então: 3x + 2y = 4 ( x +2) 2x + 3y = 1 ( x -3) 6x +4y = 8 -6x - 9y = -3 + -5y = 5 y = -1 Substituindo: 2x + 3y = 1 2x + 3.(-1) = 1 2x = 1 + 3 x = 2 Verificando: 3x + 2y = 4 ---> 3.(2) + 2(-1) = 4 -----> 6 – 2 = 4 2x + 3y = 1 ---> 2.(2) + 3(-1) = 1 ------> 4 – 3 = 1 7. SISTEMA LEGAL DE UNIDADE DE MEDIDA. Um sistema de medidas é um conjunto de unidades de medida que mantém algumas relações entre si. O sistema métrico decimal é hoje o mais conhecido e usado no mundo todo. Na tabela seguinte, listamos as unidades de medida de comprimento do sistema métrico. A unidade fundamental é o metro, porque dele derivam as demais. Unidades de Comprimento km hm dam m dm cm mm quilômetro hectômetro decâmetro metro decímetro centímetro milímetro 1000m 100m 10m 1m 0,1m 0,01m 0,001m Há, de fato, unidades quase sem uso prático, mas elas têm uma função. Servem para que o sistema tenha um padrão: cada unidade vale sempre 10 vezes a unidade menor seguinte. Por isso, o sistema é chamado decimal. E há mais um detalhe: embora o decímetro não seja útil na prática, o decímetro cúbico é muito usado com o nome popular de litro. As unidades de área do sistema métrico correspondem às unidades de comprimento da tabela anterior. São elas: quilômetro quadrado (km2), hectômetro quadrado (hm2), etc. As mais usadas, na prática, são o quilômetro quadrado, o metro quadrado e o hectômetro quadrado, este muito importante nas atividades rurais com o nome de hectare (ha): 1 hm2 = 1 ha. No caso das unidades de área, o padrão muda: uma unidade é 100 vezes a menor seguinte e não 10 vezes, como nos comprimentos. Entretanto, consideramos que o sistema continua decimal, porque 100 = 102. Unidades de Área km2 hm2 dam2 m2 dm2 cm2 mm2 quilômetro quadrado hectômetro quadrado decâmetro quadrado metro quadrado decímetro quadrado centímetro quadrado milímetro quadrado 10000m 1000m 100m 1m 0,01m 0,001m 0,0001m Agora, vejamos as unidades de volume. De novo, temos a lista: quilômetro cúbico (km3), hectômetro cúbico (hm3), etc. Na prática, são muitos usados o metro cúbico e o centímetro cúbico. Nas unidades de volume, há um novo padrão: cada unidade vale 1000 vezes a unidade menor seguinte. Como 1000 = 103, o sistema continua sendo decimal. Unidades de Volume km3 hm3 dam3 m3 dm3 cm3 mm3 quilômetro cúbico hectômetro cúbico decâmetro cúbico metro cúbico decímetro cúbico centímetro cúbico milímetro cúbico 100000m 10000m 1000m 1m 0,001m 0,0001m 0,00001m A noção de capacidade relaciona-se com a de volume. Se o volume da água que enche um tanque é de 7 000 litros, dizemos que essa é a capacidade do tanque. A unidade fundamental para medir capacidade é o litro (l); 1l equivale a 1 dm3. Cada unidade vale 10 vezesa unidade menor seguinte. Unidades de Capacidade kl hl dal l dl cl ml quilolitro hectolitro decalitro litro decilitro centímetro mililitro 1000l 100l 10l 1l 0,1l 0,01l 0,001l O sistema métrico decimal inclui ainda unidades de medidas de massa. A unidade fundamental é o grama. Unidades de Massa kg hg dag g dg cg mg quilograma hectograma decagrama grama decigrama centigrama miligrama 1000m 100m 10m 1m 0,1m 0,01m 0,001m Didatismo e Conhecimento 26 MATEMÁTICA Dessas unidades, só têm uso prático o quilograma, o grama e o miligrama. No dia-a-dia, usa-se ainda a tonelada (t): 1t = 1000 kg. Não Decimais Desse grupo, o sistema hora – minuto – segundo, que mede intervalos de tempo, é o mais conhecido. 2h = 2 . 60min = 120 min = 120 . 60s = 7 200s Para passar de uma unidade para a menor seguinte, multiplica- se por 60. 0,3h não indica 30 minutos nem 3 minutos; como 1 décimo de hora corresponde a 6 minutos, conclui-se que 0,3h = 18min. Para medir ângulos, também temos um sistema não decimal. Nesse caso, a unidade básica é o grau. Na astronomia, na cartografia e na navegação são necessárias medidas inferiores a 1º. Temos, então: 1 grau equivale a 60 minutos (1º = 60’) 1 minuto equivale a 60 segundos (1’ = 60”) Os minutos e os segundos dos ângulos não são, é claro, os mesmos do sistema hora – minuto – segundo. Há uma coincidência de nomes, mas até os símbolos que os indicam são diferentes: 1h32min24s é um intervalo de tempo ou um instante do dia. 1º 32’ 24” é a medida de um ângulo. Por motivos óbvios, cálculos no sistema hora – minuto – segundo são similares a cálculos no sistema grau – minuto – segundo, embora esses sistemas correspondam a grandezas distintas. Há ainda um sistema não-decimal, criado há algumas décadas, que vem se tornando conhecido. Ele é usado para medir a informação armazenada em memória de computadores, disquetes, discos compacto, etc. As unidades de medida são bytes (b), kilobytes (kb), megabytes (Mb), etc. Apesar de se usarem os prefixos “kilo” e “mega”, essas unidades não formam um sistema decimal. Um kilobyte equivale a 210 bytes e 1 megabyte equivale a 210 kilobytes. Exercícios 1. Raquel saiu de casa às 13h 45min, caminhando até o curso de inglês que fica a 15 minutos de sua casa, e chegou na hora da aula cuja duração é de uma hora e meia. A que horas terminará a aula de inglês? a) 14h b) 14h 30min c) 15h 15min d) 15h 30min e) 15h 45min 2. 348 mm3 equivalem a quantos decilitros? 3. Quantos decalitros equivalem a 1 m3? 4. Passe 50 dm2 para hectômetros quadrados. 5. Quantos quilômetros cúbicos equivalem a 14 mm3? 6. Quantos centilitros equivalem a 15 hl? 7. Passe 5.200 gramas para quilogramas. 8. Converta 2,5 metros em centímetros. 9. Quantos minutos equivalem a 5h05min? 10. Quantos minutos se passaram das 9h50min até as 10h35min? Respostas 1) Resposta “D”. Solução: Basta somarmos todos os valores mencionados no enunciado do teste, ou seja: 13h 45min + 15 min + 1h 30 min = 15h 30min Logo, a questão correta é a letra D. 2) Resposta “0, 00348 dl”. Solução: Como 1 cm3 equivale a 1 ml, é melhor dividir- mos 348 mm3 por mil, para obtermos o seu equivalente em centí- metros cúbicos: 0,348 cm3. Logo 348 mm3 equivalem a 0, 348 ml, já que cm3 e ml se equi- valem. Neste ponto já convertemos de uma unidade de medida de volume, para uma unidade de medida de capacidade. Falta-nos passarmos de mililitros para decilitros, quando en- tão passaremos dois níveis à esquerda. Dividiremos então por 10 duas vezes: 0,348 :10 :10 0,00348ml dl⇒ Logo, 348 mm³ equivalem a 0, 00348 dl. 3) Resposta “100 dal”. Solução: Sabemos que 1 m3 equivale a 1.000 l, portanto para convertermos de litros a decalitros, passaremos um nível à esquer- da. Dividiremos então 1.000 por 10 apenas uma vez: 1000 :10l dal⇒ Isto equivale a passar a vírgula uma casa para a esquerda. Poderíamos também raciocinar da seguinte forma: Como 1 m3 equivale a 1 kl, basta fazermos a conversão de 1 kl para decalitros, quando então passaremos dois níveis à direita. Multiplicaremos então 1 por 10 duas vezes: 1 .10.10 100kl dal⇒ Logo, 100 dal equivalem a 1 m³. Didatismo e Conhecimento 27 MATEMÁTICA 4) Resposta “0, 00005 hm²”. Solução: Para passarmos de decímetros quadrados para hectô- metros quadrados, passaremos três níveis à esquerda. Dividiremos então por 100 três vezes: 2 250 :100 :100 :100 0,00005dm hm⇒ Isto equivale a passar a vírgula seis casas para a esquerda. Portanto, 50 dm² é igual a 0, 00005 hm². 5) Resposta“0,000000000000000014 km3, ou a 1,4 x 10- 17 km3”. Solução: Para passarmos de milímetros cúbicos para quilôme- tros cúbicos, passaremos seis níveis à esquerda. Dividiremos então 14 por 1000 seis vezes: 3 18 3 18 17 3 3 14 :1000 :1000 :1000 :1000 :1000 :1000 14 :10 14.10 1,4.10 0.000000000000000 mm km km km km − − ⇒ ⇒ ⇒ ⇒ Portanto, 0, 000000000000000014 km3, ou a 1,4 x 10-17 km3 se expresso em notação científica equivalem a 14 mm3. 6) Resposta “150.000 cl”. Solução: Para irmos de hectolitros a centilitros, passaremos quatro níveis à direita. Multiplicaremos então 15 por 10 quatro vezes: 15 .10.10.10.10 150.000hl cl⇒ Isto equivale a passar a vírgula quatro casas para a direita. Logo, 150.000 cl equivalem a 15 hl. 7) Resposta “5,2 kg”. Solução: Para passarmos 5.200 gramas para quilogramas, devemos dividir (porque na tabela grama está à direita de qui- lograma) 5.200 por 10 três vezes, pois para passarmos de gra- mas para quilogramas saltamos três níveis à esquerda. Primeiro passamos de grama para decagrama, depois de de- cagrama para hectograma e finalmente de hectograma para qui- lograma: 5200 :10 :10 :10 5,2g kg⇒ Isto equivale a passar a vírgula três casas para a esquerda. Portanto, 5.200 g são iguais a 5,2 kg. 8) Resposta “250 cm”. Solução: Para convertermos 2,5 metros em centímetros, de- vemos multiplicar (porque na tabela metro está à esquerda de centímetro) 2,5 por 10 duas vezes, pois para passarmos de me- tros para centímetros saltamos dois níveis à direita. Primeiro passamos de metros para decímetros e depois de de- címetros para centímetros: 2,5 .10.10 250m cm⇒ Isto equivale a passar a vírgula duas casas para a direita. Logo, 2,5 m é igual a 250 cm. 9) Resposta “305min”. Solução: (5 . 60) + 5 = 305 min. 10) Resposta “45 min”. Solução: 45 min 8. RAZÕES E PROPORÇÕES. Razão Sejam dois números reais a e b, com b ≠ 0. Chama-se razão entre a e b (nessa ordem) o quociente a b, ou . A razão é representada por um número racional, mas é lida de modo diferente. Exemplos a) A fração 5 3 lê-se: “três quintos”. b) A razão 5 3 lê-se: “3 para 5”. Os termos da razão recebem nomes especiais. O número 3 é numerador a) Na fração 5 3 O número 5 é denominador O número 3 é antecedente a) Na razão 5 3 O número 5 é consequente Exemplo 1 A razão entre 20 e 50 é 20 50 = 2 5 ; já a razão entre 50 e 20 é 50 20 = 5 2 . Exemplo 2 Numa classe de 42 alunos há 18 rapazes e 24 moças. A razão entre o número de rapazes e o número de moças é 18 24 = 3 4 , o que significa que para “cada 3 rapazes há 4 moças”. Por outro lado, Didatismo e Conhecimento 28 MATEMÁTICA a razão entre o número de rapazes e o total de alunos é dada por 18 42 = 3 7 , o que equivale a dizer que “de cada 7 alunos na classe, 3 são rapazes”. Razão entre grandezas de mesma espécie A razão entre duas grandezas de mesma espécie é o quociente dos números que expressam as medidas dessas grandezas numa mesma unidade. Exemplo Uma sala tem 18 m2. Um tapete que ocupar o centro dessa sala mede 384 dm2. Vamos calcular a razão entre a área do tapete e a área da sala. Primeiro, devemos transformar as duas grandezas em uma mesma unidade: Área da sala: 18 m2 = 1 800 dm2 Área do tapete: 384 dm2 Estando as duas áreas na mesma unidade, podemos escrever a razão: 384dm2 1800dm2= 384 1800 = 16 75 Razão entre grandezas de espécies diferentes Exemplo 1 Considere um carro que às 9 horas passa pelo quilômetro 30 de uma estrada e, às 11 horas, pelo quilômetro 170. Distância percorrida: 170 km – 30 km = 140 km Tempo gasto: 11h – 9h = 2h Calculamos a razão entre a distância percorrida e o tempo gasto para isso: 140km 2h = 70km / h A esse tipo de razão dá-se o nome de velocidade média. Observe que: - as grandezas “quilômetro e hora” são de naturezas diferentes; - a notação km/h (lê-se: “quilômetros por hora”) deve acompanhar a razão. Exemplo 2 A Região Sudeste (Espírito Santo, Minas Gerais, Rio de Janeiro e São Paulo) tem uma área aproximada de 927 286 km2 e uma população de 66 288 000 habitantes, aproximadamente, segundo estimativas projetadas pelo Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE) para o ano de 1995. Dividindo-se o número de habitantes pela área, obteremos o número de habitantes por km2 (hab./km2): 6628000 927286 ≅ 71,5hab. / km2 A esse tipo de razão dá-se o nome de densidade demográfica. A notação hab./km2 (lê-se: ”habitantes por quilômetro quadrado”) deve acompanhar a razão. Exemplo 3 Um carro percorreu, na cidade, 83,76 km com 8 L de gasolina. Dividindo-se o número de quilômetros percorridos pelo número de litros de combustível consumidos, teremos o número de quilômetros que esse carro percorre com um litro de gasolina: 83,76km 8l ≅ 10,47km / l A esse tipo de razão dá-se o nome de consumo médio. A notação km/l (lê-se: “quilômetro por litro”) deve acompanhar a razão. Exemplo 4 Uma sala tem 8 m de comprimento. Esse comprimento é representado num desenho por 20 cm. Qual é a escala do desenho? Escala = comprimento i no i desenho comprimento i real = 20cm 8m = 20cm 800cm = 1 40 ou1: 40 A razão entre um comprimento no desenho e o correspondente comprimento real, chama-se Escala. Proporção A igualdade entre duas razões recebe o nome de proporção. Na proporção 3 5 = 6 10 (lê-se: “3 está para 5 assim como 6 está para 10”), os números 3 e 10 são chamados extremos, e os números 5 e 6 são chamados meios. Observemos que o produto 3 x 10 = 30 é igual ao produto 5 x 6 = 30, o que caracteriza a propriedade fundamental das proporções: “Em toda proporção, o produto dos meios é igual ao produto dos extremos”. Exemplo 1 Na proporção 9 6 3 2 = , temos 2 x 9 = 3 x 6 = 18; e em 1 4 = 4 16 , temos 4 x 4 = 1 x 16 = 16. Exemplo 2 Na bula de um remédio pediátrico recomenda-se a seguinte dosagem: 5 gotas para cada 2 kg do “peso” da criança. Se uma criança tem 12 kg, a dosagem correta x é dada por: Didatismo e Conhecimento 29 MATEMÁTICA 5gotas 2kg = x 12kg → x = 30gotas Por outro lado, se soubermos que foram corretamente ministradas 20 gotas a uma criança, podemos concluir que seu “peso” é 8 kg, pois: 5gotas 2kg = 20gotas / p→ p = 8kg (nota: o procedimento utilizado nesse exemplo é comumente chamado de regra de três simples.) Propriedades da Proporção O produto dos extremos é igual ao produto dos meios: essa propriedade possibilita reconhecer quando duas razões formam ou não uma proporção. 4 3 e12 9 formam uma proporção, pois Produtos dos extremos ← 4.9 36 = 3.12 36 → Produtos dos meios. A soma dos dois primeiros termos está para o primeiro (ou para o segundo termo) assim como a soma dos dois últimos está para o terceiro (ou para o quarto termo). 5 2 = 10 4 ⇒ 5 + 2 5 ⎧ ⎨ ⎩ = 10 + 4 10 ⇒ 7 5 = 14 10 ou 5 2 = 10 4 ⇒ 5 + 2 2 ⎧ ⎨ ⎩ = 10 + 4 4 ⇒ 7 2 = 14 4 A diferença entre os dois primeiros termos está para o primeiro (ou para o segundo termo) assim como a diferença entre os dois últimos está para o terceiro (ou para o quarto termo). 8 2 4 1 8 68 4 34 6 8 3 4 =⇒ − = − ⇒= ou 6 2 3 1 6 68 3 34 6 8 3 4 =⇒ − = − ⇒= A soma dos antecedentes está para a soma dos consequentes assim como cada antecedente está para o seu consequente. 12 8 = 3 2 ⇒ 12 + 3 8 + 2 ⎧ ⎨ ⎩ = 12 8 ⇒ 15 10 = 12 8 ou 12 8 = 3 2 ⇒ 12 + 3 8 + 2 ⎧ ⎨ ⎩ = 3 2 ⇒ 15 10 = 3 2 A diferença dos antecedentes está para a diferença dos consequentes assim como cada antecedente está para o seu consequente. 3 15 = 1 5 ⇒ 3−1 15 − 5 ⎧ ⎨ ⎩ = 3 15 ⇒ 2 10 = 3 15 ou 3 15 = 1 5 ⇒ 3−1 15 − 5 ⎧ ⎨ ⎩ = 1 5 ⇒ 2 10 = 1 5 Exercícios 1. Em um mapa verifica-se que a escala é 1 : 22 000 000. Duas cidades estão distantes de São Paulo, respectivamente, 4 e 6 cm. Se fosse feita uma estrada ligando as três cidades, qual seria o mínimo de extensão que ela teria? 2. Em um mapa, a distância em linha reta entre Brasília e Palmas, no Tocantins é de 10 cm. Sabendo que a distância real entre as duas cidades é de 700 km, qual a escala utilizada na confecção do mapa? 3. Uma estátua de bronze tem 140 kg de massa e seu volume é de 16 dm³. Qual é a sua densidade? 4. Um trem percorreu 453 km em 6 horas. Qual a velocidade média do trem nesse percurso? 5. O estado de Tocantins ocupada uma área aproximada de 278 500 km². De acordo com o Censo/2000 o Tocantins tinha uma população de aproximadamente 1 156 000 habitantes. Qual é a densidade demográfica do estado de Tocantins? 6. A diferença entre a idade de Ângela e a idade de Vera é 12 anos. Sabendo-se que suas idades estão uma para a outra assim como 2 5 , determine a idade de cada uma. 7. Um segmento de 78 cm de comprimento é dividido em duas partes na razão de 4 9 . Determine o comprimento de cada uma das partes. 8. Sabe-se que as casas do braço de um violão diminuem de largura seguindo uma mesma proporção. Se a primeira casa do braço de um violão tem 4 cm de largura e a segunda casa, 3 cm, calcule a largura da quarta casa. 9. Água e tinta estão misturadas na razão de 9 para 5. Sabendo- se que há 81 litros de água na mistura, o volume total em litros é de: a) 45 b) 81 c) 85 d) 181 e) 126 10. A diferença entre dois números é 65. Sabe-se que o primeiro está para 9 assim como o segundo está para 4. Calcule esses números. Didatismo e Conhecimento 30 MATEMÁTICA Respostas 1) Resposta “1320 km”. Solução: 1cm (no mapa) = 22.000.000cm (na realidade) *SP ---------------------- cidade A ------------------------ cidade B 4cm 6cm O mínimo de extensão será a da cidade mais longe (6cm) 22.000.000 x 6 = 132.000.000 cm = 1320 km. Logo, o mínimo de extensão que ela teria corresponde à 1320 km. 2) Resposta “1: 7 000 000”. Solução: Dados: Comprimento do desenho: 10 cm Comprimento no real: 700 km = (700 . 100 000) cm = 70 000 000 cm Escala = comprimentododesenho comprimentoreal = 10 70000000 = 1 7000000 ou1: 7000000 A escala de 1: 7 000 000 significa que: - 1 cm no desenho corresponde a 7 000 000 cm no real; - 1 cm no desenho corresponde a 70 000 m no real; - 1 cm no desenho corresponde a 70 km no real. 3) Resposta “8,75 kg/dm³”. Solução: De acordo com os dados do problema, temos: densidade = 140kg 16dm3 = 8,75kg / dm 3 Logo, a densidade da estátua é de 8,75 kg/dm³, que lemos como: 8,75 quilogramas por decímetro cúbico. 4) Resposta “75,5 km/h”. Solução: De acordo com que o enunciado nos oferece, temos: velocidademédia = 453km 6h = 75,5km / h Logo, a velocidade média do trem, nesse percurso, foi de 75,5 km/h, que lemos: 75,5 quilômetros por hora. 5) Resposta “4,15 hab./km² Solução: O problema nos oferece os seguintes dados: Densidadedemográfica = 1156000hab. 278500km2 = 4,15hab. / km2 6) Resposta “Ângela 20; Vera 8”. Solução: A – V = 12 anos A = 12 + V A V = 5 2 → 12 +V V = 5 2 2 (12+V) = 5V 24 + 2V = 5V 5V – 2V = 24 3V = 24 V = 24 3 V (Vera) = 8 A – 8 = 12 A = 12 + 8 A (Ângela) = 20 7) Resposta “24 cm; 54 cm”. Solução: x + y = 78 cm x = 78 - y x y = 4 9 → 78 − y y = 4 9 9 (78 - y) = 4y 702 – 9y = 4y 702 = 4y + 9y 13y = 702 y = 702 13 y = 54cm x + 54 = 78 x = 78 - 54 x = 24 cm 8) Resposta “ 27 16 cm ”. Solução: Caso a proporção entre a 2ª e a 1ª casa se mantenha constante nas demais, é só determinar qual é esta proporção existente entre elas:no caso, = 0,75, ou seja, a largura da 2ª casa é 75% a largura da 1ª; Portanto a largura da 3ª casa é (3 . 0,75) = 2,25 cm. Logo, a largura da 4ª casa é de (2,25 . 0,75) = 1,69 cm. Portanto a sequência seria: (4...3... ... ...) e assim por diante. Onde a razão de proporção é ... e pode ser representada pela expressão: Ti . P elevado à (n - 1) Onde: Ti = termo inicial, neste caso: 4 P = proporção entre Ti e o seguinte (razão), neste caso: n = número sequencial do termo que se busca, neste caso: 4 Teremos: (Ti = 4; P = ; n – 1 = 3) Didatismo e Conhecimento 31 MATEMÁTICA 4 . = 9) Resposta “E”. Solução: A = 81 litros A T = 9 5 → 81 T = 9 5 9T = 405 T = T = 45 A + T = ? 81 + 45 = 126 litros 10) Resposta “117 e 52”. Solução: x – y = 65 x = 65 + y x y = 9 4 → 65 + y y = 9 4 9y = 4 (65 + y) 9y = 260 + 4y 9y – 4y = 260 5y = 260 y = y = 52 x – 52 = 65 x = 65 + 52 x = 117 9. GRANDEZAS DIRETAS E INVERSAMENTE PROPORCIONAIS. Números diretamente proporcionais Considere a seguinte situação: Joana gosta de queijadinha e por isso resolveu aprender a fazê-las. Adquiriu a receita de uma amiga. Nessa receita, os ingredientes necessários são: 3 ovos 1 lata de leite condensado 1 xícara de leite 2 colheres das de sopa de farinha de trigo 1 colher das de sobremesa de fermento em pó 1 pacote de coco ralado 1 xícara de queijo ralado 1 colher das de sopa de manteiga Veja que: - Para se fazerem 2 receitas seriam usados 6 ovos para 4 colheres de farinha; - Para se fazerem 3 receitas seriam usados 9 ovos para 6 colheres de farinha; - Para se fazerem 4 receitas seriam usados 12 ovos para 8 colheres de farinha; - Observe agora as duas sucessões de números: Sucessão do número de ovos: 6 9 12 Sucessão do número de colheres de farinha: 4 6 8 Nessas sucessões as razões entre os termos correspondentes são iguais: 6 4 = 3 2 9 6 = 3 2 12 8 = 3 2 Assim: 6 4 = 9 6 = 12 8 = 3 2 Dizemos, então, que: - os números da sucessão 6, 9, 12 são diretamente proporcio- nais aos da sucessão 4, 6, 8; - o número 2 3 , que é a razão entre dois termos corresponden- tes, é chamado fator de proporcionalidade. Duas sucessões de números não-nulos são diretamente pro- porcionais quando as razões entre cada termo da primeira sucessão e o termo correspondente da segunda sucessão são iguais. Exemplo1: Vamos determinar x e y, de modo que as sucessões sejam diretamente proporcionais: 2 8 y 3 x 21 Como as sucessões são diretamente proporcionais, as razões são iguais, isto é: 2 3 = 8 x = y 21 3 2 = x 8 3 2 = 21 y 2x = 3 . 8 3y = 2 . 21 2x = 24 3y = 42 x= 24 2 y= 42 3 x=12 y=14 Logo, x = 12 e y = 14 Didatismo e Conhecimento 32 MATEMÁTICA Exemplo 2: Para montar uma pequena empresa, Júlio, César e Toni formaram uma sociedade. Júlio entrou com R$ 24.000,00, César com R$ 27.000,00 e Toni com R$ 30.000,00. Depois de 6 meses houve um lucro de R$ 32.400,00 que foi repartido entre eles em partes diretamente proporcionais à quantia investida. Calcular a parte que coube a cada um. Solução: Representando a parte de Júlio por x, a de César por y, e a de Toni por z, podemos escrever: == =++ 300002700024000 32400 zyx zyx x 24000 = y 27000 = z 30000 = x + y + z 32400 24000 + 27000 + 30000 81000 Resolvendo as proporções: x 24000 = 32400 4 8100010 10x = 96 000 x = 9 600 y 27000 = 4 10 10y = 108 000 y = 10 800 z 3000 = 4 10 10z = 120 000 z = 12 000 Logo, Júlio recebeu R$ 9.600,00, César recebeu R$ 10.800,00 e Toni, R$ 12.000,00. Números Inversamente Proporcionais Considere os seguintes dados, referentes à produção de sorvete por uma máquina da marca x-5: 1 máquina x-5 produz 32 litros de sorvete em 120 min. 2 máquinas x-5 produzem 32 litros de sorvete em 60 min. 4 máquinas x-5 produzem 32 litros de sorvete em 30 min. 6 máquinas x-5 produzem 32 litros de sorvete em 20 min. Observe agora as duas sucessões de números: Sucessão do número de máquinas: 1 2 4 6 Sucessão do número de minutos: 120 60 30 20 Nessas sucessões as razões entre cada termo da primeira sucessão e o inverso do termo correspondente da segunda são iguais: 1 1 120 = 2 1 60 = 4 1 30 = 6 1 20 = 120 Dizemos, então, que: - os números da sucessão 1, 2, 4, 6 são inversamente propor- cionais aos da sucessão 120, 60, 30, 20; - o número 120, que é a razão entre cada termo da primeira sucessão e o inverso do seu correspondente na segunda, é chamado fator de proporcionalidade. Observando que 1 1 20 é o mesmo que 1.120=120 4 1 30 é mesmo que 4.30=120 2 1 60 é o mesmo que 2.60=120 6 1 20 é o mesmo que 6.20= 120 Podemos dizer que: Duas sucessões de números não-nulos são inversamente proporcionais quando os produtos de cada termo da primeira sucessão pelo termo correspondente da segunda sucessão são iguais. Exemplo 1: Vamos determinar x e y, de modo que as sucessões sejam inversamente proporcionais: 4 x 8 20 16 y Para que as sucessões sejam inversamente proporcionais, os produtos dos termos correspondentes deverão ser iguais. Então devemos ter: 4 . 20 = 16 . x = 8 . y 16 . x = 4 . 20 8 . y = 4 . 20 16x = 80 8y = 80 x = 80/16 y = 80/8 x = 5 y = 10 Logo, x = 5 e y = 10. Exemplo 2: Vamos dividir o número 104 em partes inversamente proporcionais aos números 2, 3 e 4. Representamos os números procurados por x, y e z. E como as sucessões (x, y, z) e (2, 3, 4) devem ser inversamente proporcionais, escrevemos: 4 1 3 1 2 1 zyx == 4 1 3 1 2 1 zyx == = 4 1 3 1 2 1 104 ++ ++ zyx Como, vem Didatismo e Conhecimento 33 MATEMÁTICA Logo, os números procurados são 48, 32 e 24. Grandezas Diretamente Proporcionais Considere uma usina de açúcar cuja produção, nos cinco primeiros dias da safra de 2005, foi a seguinte: Dias Sacos de açúcar 1 5 000 2 10 000 3 15 000 4 20 000 5 25 000 Com base na tabela apresentada observamos que: - duplicando o número de dias, duplicou a produção de açúcar; - triplicando o número de dias, triplicou a produção de açúcar, e assim por diante. Nesse caso dizemos que as grandezas tempo e produção são diretamente proporcionais. Observe também que, duas a duas, as razões entre o número de dias e o número de sacos de açúcar são iguais: Isso nos leva a estabelecer que: Duas grandezas são diretamente proporcionais quando a razão entre os valores da primeira é igual à razão entre os valores da segunda. Tomemos agora outro exemplo. Com 1 tonelada de cana-de-açúcar, uma usina produz 70l de álcool. De acordo com esses dados podemos supor que: - com o dobro do número de toneladas de cana, a usina produza o dobro do número de litros de álcool, isto é, 140l; - com o triplo do número de toneladas de cana, a usina produza o triplo do número de litros de álcool, isto é, 210l. Então concluímos que as grandezas quantidade de cana-de- açúcar e número de litros de álcool são diretamente proporcionais. Grandezas Inversamente Proporcionais Considere uma moto cuja velocidade média e o tempo gasto para percorrer determinada distância encontram-se na tabela: Velocidade Tempo 30 km/h 12 h 60 km/h 6 h 90 km/h 4 h 120 km/h 3 h Com base na tabela apresentada observamos que: - duplicando a velocidade da moto, o número de horas fica reduzido à metade; - triplicando a velocidade, o númerode horas fica reduzido à terça parte, e assim por diante. Nesse caso dizemos que as grandezas velocidade e tempo são inversamente proporcionais. Observe que, duas a duas, as razões entre os números que indicam a velocidade são iguais ao inverso das razões que indicam o tempo: 30 60 6 12 = inverso da razão 12 6 30 90 4 12 = inverso da razão 12 4 30 120 3 12 = inverso da razão 12 3 60 90 4 6 = inverso da razão 6 4 60 120 3 6 = inverso da razão 6 3 90 120 3 6 = inverso da razão 4 3 Podemos, então, estabelecer que: Duas grandezas são inversamente proporcionais quando a razão entre os valores da primeira é igual ao inverso da razão entre os valores da segunda. Acompanhe o exemplo a seguir: Cinco máquinas iguais realizam um trabalho em 36 dias. De acordo com esses dados, podemos supor que: - o dobro do número de máquinas realiza o mesmo trabalho na metade do tempo, isto é, 18 dias; - o triplo do número de máquinas realiza o mesmo trabalho na terça parte do tempo, isto é, 12 dias. Então concluímos que as grandezas quantidade de máquinas e tempo são inversamente proporcionais. Didatismo e Conhecimento 34 MATEMÁTICA Exercícios 1- Calcule x e y nas sucessões diretamente proporcionais: a) 1 x 7 5 15 y b) 5 10 y x 8 24 c) x y 21 14 35 49 d) 8 12 20 x y 35 2- Calcule x e y nas sucessões inversamente proporcionais: a) 4 x y 25 20 10 b) 30 15 10 x 8 y c) 2 10 y x 9 15 d) x y 2 12 4 6 3- Divida 132 em partes inversamente proporcionais a 2, 5 e 8. 4- Reparta 91 em partes inversamente proporcionais a 6 1 4 1, 3 1 e . 5- Divida 215 em partes diretamente proporcionais a 3 1 2 5, 4 3 e . 6- Marcelo repartiu entre seus filhos Rafael (15 anos) e Ma- theus (12 anos) 162 cabeças de gado em partes diretamente pro- porcionais à idade de cada um. Qual a parte que coube a Rafael? 7- Evandro, Sandro e José Antônio resolveram montar um pequeno negócio, e para isso formaram uma sociedade. Evandro entrou com R$ 24.000,00, Sandro com R$ 30.000,00, José Antônio com R$ 36.000,00. Depois de 4 meses tiveram um lucro de R$ 60.000,00, que foi repartido entre eles. Quanto recebeu cada um? (Nota: A divisão do lucro é diretamente proporcional à quantia que cada um empregou.) 8- Leopoldo e Wilson jogam juntos na Sena e acertam os seis números, recebendo um prêmio de R$ 750.000,00. Como Leopoldo participou com R$ 80,00 e Wilson com R$ 70,00, o prêmio foi dividido entre eles em partes diretamente proporcionais à participação de cada um. Qual a parte que coube a Wilson? 9- O proprietário de uma chácara distribuiu 300 laranjas a três famílias em partes diretamente proporcionais ao número de filhos. Sabendo-se que as famílias A, B e C têm respectivamente 2, 3 e 5 filhos, quantas laranjas recebeu cada família? 10- (UFAC) João, Paulo e Roberto formam uma sociedade comercial e combinam que o lucro advindo da sociedade será dividido em partes diretamente proporcionais às quantias que cada um dispôs para formarem a sociedade. Se as quantias empregadas por João, Paulo e Roberto foram, nesta ordem, R$ 1.500.000,00, R$ 1.000.000,00 e R$ 800.000,00, e o lucro foi de R$ 1.650.000,00, que parte do lucro caberá a cada um? Respostas 1- a) x = 3 y = 35 b) x = 4 y = 30 c) x = 6 y = 15 d) x = 14 y = 21 2- a) x = 5 y = 10 b) x = 4 y = 12 c) x = 45 y = 6 d) x = 1 y = 3 3- 80, 32, 20 4- 21, 28, 43 5- 45, 150, 20 6- 90 7- Evandro R$16.000,00 Sandro R$20.000,00 José Antônio R$24.000,00 8- R$350.000,00 9- 60, 90, 150 10- João R$750.000,00 Paulo R$500.000,00 Roberto R$400.000,00 Resolução 04 x+y+z --------- = x/3 ou y/4 ou z/6 (as frações foram invertidas porque 3+4+6 as partes são inversas) 91/13=x/3 13x=273 x=21 91/13=y/4 13y=364 y=28 91/13=z/6 13z=546 z=42 Resolução 05 x/(3/4) = y/(5/2) = z/(1/3) = k (constante) x + y + z = 215 3k/4 + 5k/2 + k/3 = 215 (18k + 60k + 8k)/24 = 215 → k = 60 x = 60.(3/4) = 45 y = 60.(5/2) = 150 z = 60/3 = 20 (x, y, z) → partes diretamente proporcionais Didatismo e Conhecimento 35 MATEMÁTICA Resolução 06 x = Rafael y = Mateus x/15 + y /12 = 160/27 (dividindo 160 por 27 (dá 6), e fazendo proporções, só calcular) x/15=6 x=90 y/12=6 y=72 10. REGRA DE TRÊS SIMPLES E COMPOSTA. Regra de Três Simples Os problemas que envolvem duas grandezas diretamente ou inversamente proporcionais podem ser resolvidos através de um processo prático, chamado regra de três simples. Exemplo 1: Um carro faz 180 km com 15L de álcool. Quantos litros de álcool esse carro gastaria para percorrer 210 km? Solução: O problema envolve duas grandezas: distância e litros de álcool. Indiquemos por x o número de litros de álcool a ser consumido. Coloquemos as grandezas de mesma espécie em uma mesma coluna e as grandezas de espécies diferentes que se correspondem em uma mesma linha: Distância (km) Litros de álcool 180 15 210 x Na coluna em que aparece a variável x (“litros de álcool”), vamos colocar uma flecha: Distância (km) Litros de álcool 180 15 210 x Observe que, se duplicarmos a distância, o consumo de álcool também duplica. Então, as grandezas distância e litros de álcool são diretamente proporcionais. No esquema que estamos montando, indicamos esse fato colocando uma flecha na coluna “distância” no mesmo sentido da flecha da coluna “litros de álcool”: Distância (km) Litros de álcool 180 15 210 x mesmo sentido Armando a proporção pela orientação das flechas, temos: x 15 210 180 7 6 = 6x = 7 . 15 6x = 105 x = 6 105 x = 17,5 Resposta: O carro gastaria 17,5 L de álcool. Exemplo 2: Viajando de automóvel, à velocidade de 60 km/h, eu gastaria 4 h para fazer certo percurso. Aumentando a velocidade para 80 km/h, em quanto tempo farei esse percurso? Solução: Indicando por x o número de horas e colocando as grandezas de mesma espécie em uma mesma coluna e as grandezas de espécies diferentes que se correspondem em uma mesma linha, temos: Velocidade (km/h) Tempo (h) 60 4 80 x Na coluna em que aparece a variável x (“tempo”), vamos colocar uma flecha: Velocidade (km/h) Tempo (h) 60 4 80 x Observe que, se duplicarmos a velocidade, o tempo fica reduzido à metade. Isso significa que as grandezas velocidade e tempo são inversamente proporcionais. No nosso esquema, esse fato é indicado colocando-se na coluna “velocidade” uma flecha em sentido contrário ao da flecha da coluna “tempo”: Velocidade (km/h) Tempo (h) 60 4 80 x sentidos contrários Na montagem da proporção devemos seguir o sentido das flechas. Assim, temos: 3 4 60 804 = x 4x = 4 . 3 4x = 12 x = 4 12 x = 3 Resposta: Farei esse percurso em 3 h. Exemplo 3: Ao participar de um treino de Fórmula 1, um competidor, imprimindo velocidade média de 200 km/h, faz opercurso em 18 segundos. Se sua velocidade fosse de 240 km/h, qual o tempo que ele teria gasto no percurso? Vamos representar pela letra x o tempo procurado. Estamos relacionando dois valores da grandeza velocidade (200 km/h e 240 km/h) com dois valores da grandeza tempo (18 s e x s). Queremos determinar um desses valores, conhecidos os outros três. Didatismo e Conhecimento 36 MATEMÁTICA Velocidade Tempo gasto para fazer o percurso 200 km/h 18 s 240 km/h x Se duplicarmos a velocidade inicial do carro, o tempo gasto para fazer o percurso cairá para a metade; logo, as grandezas são inversamente proporcionais. Assim, os números 200 e 240 são inversamente proporcionais aos números 18 e x. Daí temos: 200 . 18 = 240 . x 3 600 = 240x 240x = 3 600 x = 240 3600 x = 15 O corredor teria gasto 15 segundos no percurso. Regra de Três Composta O processo usado para resolver problemas que envolvem mais de duas grandezas, diretamente ou inversamente proporcionais, é chamado regra de três composta. Exemplo 1: Em 4 dias 8 máquinas produziram 160 peças. Em quanto tempo 6 máquinas iguais às primeiras produziriam 300 dessas peças? Solução: Indiquemos o número de dias por x. Coloquemos as grandezas de mesma espécie em uma só coluna e as grandezas de espécies diferentes que se correspondem em uma mesma linha. Na coluna em que aparece a variável x (“dias”), coloquemos uma flecha: Máquinas Peças Dias 8 160 4 6 300 x Comparemos cada grandeza com aquela em que está o x. As grandezas peças e dias são diretamente proporcionais. No nosso esquema isso será indicado colocando-se na coluna “peças” uma flecha no mesmo sentido da flecha da coluna “dias”: Máquinas Peças Dias 8 160 4 6 300 x Mesmo sentido As grandezas máquinas e dias são inversamente proporcionais (duplicando o número de máquinas, o número de dias fica reduzido à metade). No nosso esquema isso será indicado colocando-se na coluna (máquinas) uma flecha no sentido contrário ao da flecha da coluna “dias”: Máquinas Peças Dias 8 160 4 6 300 x Sentidos contrários Agora vamos montar a proporção, igualando a razão que contém o x, que é x 4 , com o produto das outras razões, obtidas segundo a orientação das flechas 300 160. 8 6 : 5 1 15 8 1 2 300 160. 8 64 = x 5 24 = x => 2x = 4 . 5 a x = 1 2 2 5.4 => x = 10 Resposta: Em 10 dias. Exercícios 1. Completamente abertas, 2 torneiras enchem um tanque em 75 min. Em quantos minutos 5 torneiras completamente abertas encheriam esse mesmo tanque? 2. Um trem percorre certa distância em 6 h 30 min, à velocidade média de 42 km/h. Que velocidade deverá ser desenvolvida para o trem fazer o mesmo percurso em 5 h 15 min? 3. Usando seu palmo, Samanta mediu o comprimento e a largura de uma mesa retangular. Encontrou 12 palmos de comprimento e 5 palmos na largura. Depois, usando palitos de fósforo, mediu novamente o comprimento do tampo da mesa e encontrou 48 palitos. Qual estratégia Samanta usou para obter largura do tampo da mesa em palitos de fósforo? 4. Ao participar de um treino de fórmula Indy, um competidor, imprimindo a velocidade média de 180 km/h, faz o percurso em 20 segundos. Se a sua velocidade fosse de 200 km/h, que tempo teria gasto no percurso? 5. Com 3 pacotes de pães de fôrma, Helena faz 63 sanduíches. Quantos pacotes de pães de fôrma ela vai usar para fazer 105 sanduíches? 6. Uma empreiteira contratou 210 pessoas para pavimentar uma estrada de 300 km em 1 ano. Após 4 meses de serviço, apenas 75 km estavam pavimentados. Quantos empregados ainda devem ser contratados para que a obra seja concluída no tempo previsto? a) 315 b) 2 2520 c) 840 d) 105 e) 1 260 7. Numa gráfica, 7 máquinas de mesmo rendimento imprimem 50 000 cartazes iguais em 2 horas de funcionamento. Se duas dessas máquinas não estiverem funcionando, as 5 máquinas restantes farão o mesmo serviço em: a) 3 horas e 10 minutos Didatismo e Conhecimento 37 MATEMÁTICA b) 3 horas c) 2 horas e 55 minutos d) 2 horas e 50 minutos e) 2 horas e 48 minutos 8. Funcionando 6 dias, 5 máquinas produziram 400 peças de uma mercadoria. Quantas peças dessa mesma mercadoria são produzidas por 7 máquinas iguais às primeiras, se funcionarem 9 dias? 9. Um motociclista rodando 4 horas por dia, percorre em média 200 km em 2 dias. Em quantos dias esse motociclista vai percorrer 500 km, se rodar 5 horas por dia? 10. Na alimentação de 02 bois, durante 08 dias, são consumidos 2420 kgs de ração. Se mais 02 bois são comprados, quantos quilos de ração serão necessários para alimentá-los durante 12 dias. Respostas 1) Resposta “30min”. Solução: Como aumentar as torneiras diminui o tempo, então a regra de três é inversa: 5 tor. ------ 75min 2 tor. ------ x 5x = 2 . 75 = 5x = 150 = x = 2) Resposta “52 km/h”. Solução: Como diminuir o tempo aumentaria a velocidade, então a regra de três é inversa: 6h30min = 390min 5h15min = 315min 315min ------ 42km/h 390min ------ x 315x = 390 . 42 = 315x = 16380 = X = km/h. 3) Resposta “20 palitos de fósforo”. Solução: Levando os dados dado no enunciado temos: Palmos: 12 palmos de comprimento e 5 palmos de largura. Palitos de Fósforo: 48 palitos de comprimento e x palitos de largura. Portanto temos: Comprimento Largura 12 palmos 5 palmos 48 palitos X palitos Observe que o comprimento da mesa aumentou 4 vezes quando passamos de “palmo” para “palito”. O que ocorre da mesma forma na largura. As grandezas são diretamente proporcionais. Daí podemos fazer: Logo, concluímos que o tampo da mesa tem 20 palitos de fósforo de largura. 4) Resposta “18 segundos”. Solução: Levando em consideração os dados: Velocidade média: 180 km/h → tempo do percurso: 20s Velocidade média: 200 km/h → tempo do percurso: ? Vamos representar o tempo procurado pela letra x. Estamos relacionando dois valores de grandeza “velocidade” (180 km/h e 200 km/h) com dois valores de grandeza “tempo” ( 20s e xs). Conhecido os 3 valores, queremos agora determinar um quarto valor. Para isso, organizamos os dados na tabela: Velocidade km/h Tempo (s) 180 20 200 x Observe que, se duplicarmos a velocidade inicial, o tempo gasto para percorrer o percurso vai cair para a metade. Logo, as grandezas são “inversamente proporcionais”. Então temos: 180 . 20 = 200 . x → 200x = 3600 → Conclui-se, então, que se o competidor tivesse andando em 200 km/h, teria gasto 18 segundos para realizar o percurso. 5) Resposta “5 pacotes”. Solução: Analisando os dados dado no enunciado temos: Pacotes de Pães: 3 pacotes → Sanduíches: 63. Pacotes de Pães: x pacotes → Sanduíches: 105. Pacotes de Pães Sanduíches 3 63 x 105 Basta fazermos apenas isso: 63 . x = 3 . 105 → 63x = 315 → Concluímos que ela precisará de 5 pacotes de pães de forma. 6) Resposta “D”. Solução: Em de ano foi pavimentada de estrada Didatismo e Conhecimento 38 MATEMÁTICA Pessoas estrada tempo 210 75 4 X 225 8 = = = x = x = 315 pessoas para o término 315 210 que já trabalham = 105 pessoas. 7) Resposta “E”. Solução: Primeiro descobrimos quanto cada máquina produz por minuto. Para isso temos que dividir: Agora multiplicamos por 5 e descobrimos quanto as 5 máquinas juntas produzem (min) 5 . 59,524 = 297, 62. Portanto temos: 1 min --------------------- 297,62 x min --------------------- 50000 Fazendo a regra de 3 teremos: 297,62 . x = 50000 . 1 → 297,62x = 50000 → 168 min. o que equivale a 2 horas e 48 minutos. 8) Resposta “840 peças”. Solução: Dados: 5 máquinas em 6 dias produzem400 peças 7 máquinas em 9 dias produzem x peças. Organizando os dados no quadro temos: N˚ de Máquinas (A) N˚ de Máquinas (B) Número de Peças (C) 5 6 400 7 9 x Fixando a grandeza A, podemos relacionar as grandezas B e C. Se dobrarmos o número de dias, o número de peças também dobrará, Logo, as grandezas B e C são “diretamente proporcionais”. Fixando a grandeza B, podemos relacionar as grandezas A e C. Se dobrarmos o número de máquinas, o número de peças também dobrará, Logo, as grandezas A e C são “diretamente proporcionais”. Quando uma grandeza é “diretamente proporcional” a duas outras, a variação da primeira é diferentemente proporcional ao produto da variação das outras duas. De acordo com o quadro, temos: Resolvendo a proporção: 30 . x = 63 . 400 → 30x = 25200 → Logo, se as máquinas funcionarem 9 dias, serão produzidas 840 peças. 9) Resposta “4 dias”. Solução: Dados: 4 horas por dia, 200 km em 2 dias 5 horas por dia, 500 km em x dias Organizando um quadro temos: N˚ km (A) N˚ horas/dias (B) Número de dias (C) 200 4 2 500 5 x Fixando a grandeza A, podemos relacionar as grandezas B e C. Se dobrarmos o número de horas que o motociclista roda por dia, o número de dias que ele leva para percorrer a mesma distância cairá para a metade. Logo, as grandezas B e C são “inversamente proporcionais”. Fixando a grandeza B, podemos relacionar as grandezas A e C. Se dobrarmos o número de quilômetros percorridos, o número de dias dobrará, considerando que o motociclista rode o mesmo número de horas por dia. Logo, as grandezas A e C são “diretamente proporcionais”. Assim a grandeza C é diretamente proporcional à grandeza A e inversamente proporcional à grandeza B. Para que a variação da grandeza C seja diretamente proporcional ao produto da variação das duas outras, escrevemos a razão inversa dos valores que expressam a grandeza B. A razão inversa de Daí, temos: 1000 . x = 2000 . 2 → 1000x = 4000 → . Didatismo e Conhecimento 39 MATEMÁTICA 10) Resposta “7260 kgs”. Solução: Ração Dias Bois 2420 8 2 x 12 4 11. FUNÇÕES. Função do 1˚ Grau Dados dois conjuntos A e B, não-vazios, função é uma relação binária de A em B de tal maneira que todo elemento x, pertencente ao conjunto A, tem para si um único correspondente y, pertencente ao conjunto B, que é chamado de imagem de x. Notemos que, para uma relação binária dos conjuntos A e B, nesta ordem, representarem uma função é preciso que: - Todo elemento do conjunto A tenha algum correspondente (imagem) no conjunto B; - Para cada elemento do conjunto A exista um único correspondente (imagem) no conjunto B. Assim como em relação, usamos para as funções, que são relações especiais, a seguinte linguagem: Domínio: Conjunto dos elementos que possuem imagem. Portanto, todo o conjunto A, ou seja, D = A. Contradomínio: Conjunto dos elementos que se colocam à disposição para serem ou não imagem dos elementos de A. Portanto, todo conjunto B, ou seja, CD = B. Conjunto Imagem: Subconjunto do conjunto B formado por todos os elementos que são imagens dos elementos do conjunto A, ou seja, no exemplo anterior: Im = {a, b, c}. Exemplo Consideremos os conjuntos A = {0, 1, 2, 3, 5} e B = {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8}. Vamos definir a função f de A em B com f(x) = x + 1. Tomamos um elemento do conjunto A, representado por x, substituímos este elemento na sentença f(x), efetuamos as operações indicadas e o resultado será a imagem do elemento x, representada por y. f: A → B y = f(x) = x + 1 Tipos de Função Injetora: Quando para ela elementos distintos do domínio apresentam imagens também distintas no contradomínio. Reconhecemos, graficamente, uma função injetora quando, uma reta horizontal, qualquer que seja interceptar o gráfico da função, uma única vez. f(x) é injetora g(x) não é injetora (interceptou o gráfico mais de uma vez) Sobrejetora: Quando todos os elementos do contradomínio forem imagens de pelo menos um elemento do domínio. Didatismo e Conhecimento 40 MATEMÁTICA Reconhecemos, graficamente, uma função sobrejetora quando, qualquer que seja a reta horizontal que interceptar o eixo no contradomínio, interceptar, também, pelo menos uma vez o gráfico da função. f(x) é sobrejetora g(x) não é sobrejetora (não interceptou o gráfico) Bijetora: Quando apresentar as características de função injetora e ao mesmo tempo, de sobrejetora, ou seja, elementos distintos têm sempre imagens distintas e todos os elementos do contradomínio são imagens de pelo menos um elemento do domínio. Função crescente: A função f(x), num determinado intervalo, é crescente se, para quaisquer x1 e x2 pertencentes a este intervalo, com x1<x2, tivermos f(x1)<f(x2). x1<x2 → f(x1)<f(x2) Função decrescente: Função f(x), num determinado intervalo, é decrescente se, para quaisquer x1 e x2 pertencente a este intervalo, com x1 < x2, tivermos f(x1)>f(x2). x1<x2 → f(x1)>f(x2) Função constante: A função f(x), num determinado intervalo, é constante se, para quaisquer x1 < x2, tivermos f(x1) = f(x2). Gráficos de uma Função A apresentação de uma função por meio de seu gráfico é muito importante, não só na Matemática como nos diversos ramos dos estudos científicos. Exemplo Consideremos a função real f(x) = 2x – 1. Vamos construir uma tabela fornecendo valores para x e, por meio da sentença f(x), obteremos as imagens y correspondentes. x y = 2x – 1 –2 –5 –1 –3 0 –1 1 1 2 3 3 5 Transportados os pares ordenados para o plano cartesiano, vamos obter o gráfico correspondente à função f(x). Didatismo e Conhecimento 41 MATEMÁTICA Exemplo para a > 0 Consideremos f(x) = 2x – 1. x f(x) -1 -3 0 -1 1 1 2 3 Exemplo para a < 0 Consideremos f(x) = –x + 1. x f(x) -1 2 0 1 1 0 2 -1 Consideremos a função f(x) = ax + b com a ≠ 0, em que x0 é a raiz da função f(x). a>0 a<0 x>x0⇒f(x)>0 x>x0⇒f(x)<0 x=x0⇒f(x)=0 x=x0⇒f(x)=0 x<x0⇒f(x)<0 x<x0⇒f(x)>0 Conclusão: O gráfico de uma função do 1º grau é uma reta crescente para a > 0 e uma reta decrescente para a < 0. Zeros da Função do 1º grau: Chama-se zero ou raiz da função do 1º grau y = ax + b o valor de x que anula a função, isto é, o valor de x para que y seja igual à zero. Assim, para achar o zero da função y = ax + b, basta resolver a equação ax + b = 0. Exemplo Determinar o zero da função: y = 2x – 4. 2x – 4 = 0 2x = 4 x = 4 2 x = 2 O zero da função y = 2x – 4 é 2. No plano cartesiano, o zero da função do 1º grau é representado pela abscissa do ponto onde a reta corta o eixo x. x y (x,y) 1 -2 (1, -2) 3 2 (3,2) Observe que a reta y = 2x – 4 intercepta o eixo x no ponto (2,0), ou seja, no ponto de abscissa 2, que é o zero da função. Conhecido o zero de uma função do 1º grau e lembrando a inclinação que a reta pode ter, podemos esboçar o gráfico da função. Didatismo e Conhecimento 42 MATEMÁTICA Estudo do sinal da função do 1º grau: Estudar o sinal da função do 1º grau y = ax + b é determinar os valores reais de x para que: - A função se anule (y = 0); - A função seja positiva (y > 0); - A função seja negativa (y < 0). Exemplo Estudar o sinal da função y = 2x – 4 (a = 2 > 0). a) Qual o valor de x que anula a função? y = 0 2x – 4 = 0 2x = 4 x = 4 2 x = 2 A função se anula para x = 2. b) Quais valores de x tornam positiva a função? y > 0 2x – 4 > 0 2x > 4 x > 4 2 x > 2 A função é positiva para todo x real maior que 2. c) Quais valores de x tornam negativa a função? y < 0 2x – 4 < 0 2x < 4 x < 4 2 x < 2 A função é negativa para todo x real menor que 2. Podemos também estudar o sinal da função por meio de seu gráfico: - Para x = 2 temos y = 0; - Para x > 2 temos y > 0; - Para x < 2 temos y < 0. Relação Binária Par Ordenado Quando representamos o conjunto (a, b) ou (b, a) estamos, na verdade, representando o mesmo conjunto. Porém, em alguns casos, é conveniente distinguir a ordem dos elementos. Para isso, usamos a idéia de par ordenado. A princípio, trataremos o par ordenado como um conceito primitivo e vamos utilizar um exemplopara melhor entendê-lo. Consideremos um campeonato de futebol e que desejamos apresentar, de cada equipe, o total de pontos ganhos e o saldo de gols. Assim, para uma equipe com 12 pontos ganhos e saldo de gols igual a 18, podemos fazer a indicação (12, 18), já tendo combinado, previamente, que o primeiro número se refere ao número de pontos ganhos, e o segundo número, ao saldo de gols. Portanto, quando tivermos para outra equipe a informação de que a sua situação é (2, -8) entenderemos, que esta equipe apresenta 2 pontos ganhos e saldo de gols -8. Note que é importante a ordem em que se apresenta este par de números, pois a situação (3, 5) é totalmente diferente da situação (5,3). Fica, assim, estabelecida a idéia de par ordenado: um par de valores cuja ordem de apresentação é importante. Observações: (a, b) = (c, d) se, e somente se, a = c e b = d (a, b) = (b, a) se, o somente se, a = b Produto Cartesiano Dados dois conjuntos A e B, chamamos de produto cartesiano A x B ao conjunto de todos os possíveis pares ordenados, de tal maneira que o 1º elemento pertença ao 1º conjunto (A) e o 2º elemento pertença ao 2º conjunto (B). A x B= {(x,y) / x ∈ A e y ∈ B} Quando o produto cartesiano for efetuado entre o conjunto A e o conjunto A, podemos representar A x A = A2. Vejamos, por meio de o exemplo a seguir, as formas de apresentação do produto cartesiano. Exemplo Sejam A = {1, 4, 9} e B = {2, 3}. Podemos efetuar o produto cartesiano A x B, também chamado A cartesiano B, e apresentá-lo de várias formas. a) Listagem dos elementos Apresentamos o produto cartesiano por meio da listagem, quando escrevemos todos os pares ordenados que constituam o conjunto. Assim, no exemplo dado, teremos: A e B = {(1, 2),(1, 3),(4, 2),(4, 3),(9, 2),(9, 3)} Didatismo e Conhecimento 43 MATEMÁTICA Vamos aproveitar os mesmo conjuntos A e B e efetuar o produto B e A (B cartesiano A): B x A = {(2, 1),(2, 4),(2, 9),(3, 1),(3, 4),(3, 9)}. Observando A x B e B x A, podemos notar que o produto cartesiano não tem o privilégio da propriedade comutativa, ou seja, A x B é diferente de B x A. Só teremos a igualdade A x B = B x A quando A e B forem conjuntos iguais. Observação: Considerando que para cada elemento do conjunto A o número de pares ordenados obtidos é igual ao número de elementos do conjunto B, teremos: n(A x B) = n(A) x n(B). b) Diagrama de flechas Apresentamos o produto cartesiano por meio do diagrama de flechas, quando representamos cada um dos conjuntos no diagrama de Euler-Venn, e os pares ordenados por “flechas” que partem do 1º elemento do par ordenado (no 1º conjunto) e chegam ao 2º elemento do par ordenado (no 2º conjunto). Considerando os conjuntos A e B do nosso exemplo, o produto cartesiano A x B fica assim representado no diagrama de flechas: c) Plano cartesiano Apresentamos o produto cartesiano, no plano cartesiano, quando representamos o 1º conjunto num eixo horizontal, e o 2º conjunto num eixo vertical de mesma origem e, por meio de pontos, marcamos os elementos desses conjuntos. Em cada um dos pontos que representam os elementos passamos retas (horizontais ou verticais). Nos cruzamentos dessas retas, teremos pontos que estarão representando, no plano cartesiano, cada um dos pares ordenados do conjunto A cartesiano B (B x A). Domínio de uma Função Real Para uma função de R em R, ou seja, com elementos no conjunto dos números reais e imagens também no conjunto dos números reais, será necessária, apenas, a apresentação da sentença que faz a “ligação” entre o elemento e a sua imagem. Porém, para algumas sentenças, alguns valores reais não apresentam imagem real. Por exemplo, na função f(x) = √(x-1) , o número real 0 não apresenta imagem real e, portanto, f(x) características de função, precisamos limitar o conjunto de partida, eliminando do conjunto dos números reais os elementos que, para essa sentença, não apresentam imagem. Nesse caso, bastaria estabelecermos como domínio da função f(x) o conjunto D = {x∈R/x ≥ 1}. Para determinarmos o domínio de uma função, portanto, basta garantirmos que as operações indicadas na sentença são possíveis de serem executadas. Dessa forma, apenas algumas situações nos causam preocupação e elas serão estudadas a seguir. 1ª y= √f(x) 2n f(x)≥(n∈N*) 2ª y= 1 f(x( ⇒ f(x)≠0 Vejamos alguns exemplos de determinação de domínio de uma função real. Exemplos Determine o domínio das seguintes funções reais. - f(x)=3x2 + 7x – 8 D = R - f(x)=√x+7 x – 7 ≥ 0→ x ≥ 7 D = {x∈R/x ≥ 7} - f(x)= √x+13 D = R Observação: Devemos notar que, para raiz de índice impar, o radicando pode assumir qualquer valor real, inclusive o valor negativo. - f(x)= √x+8 3 x + 8 > 0 → x > -8 D = {x∈R/x > -8} - f(x)= √x+5 x-8 x – 5 ≥ 0 → x ≥ 5 x – 8 ≥ 0 → x ≠ 8 D = {x∈R/x ≥ 5 e x ≠ 8} Exercícios 1. Determine o domínio das funções reais apresentadas abaixo. Didatismo e Conhecimento 44 MATEMÁTICA a) f(x) = 3x2 + 7x – 8 b) f(x)= 3 3x-6 c) f(x)= √x+2 d) f(x)= √2x+13 e) f(x)= 4x √7x+5 2. Um número mais a sua metade é igual a 150. Qual é esse número? 3. Considere a função f, de domínio N, definida por f(1) = 4 e f(x+1) = 3f(x)-2. O valor de f(0) é: a) 0 b) 1 c) 2 d) 3 e) 4 4. Sejam f e g funções definidas em R por f(x)=2x-1 e g(x)=x-3. O valor de g(f(3)) é: a) -1 b) 1 c) 2 d) 3 e) 4 5. Numa loja, o salário fixo mensal de um vendedor é 500 reais. Além disso, ele recebe de comissão 50 reais por produto vendido. a) Escreva uma equação que expresse o ganho mensal y desse vendedor, em função do número x de produto vendido. b) Quanto ele ganhará no final do mês se vendeu 4 pro- dutos? c) Quantos produtos ele vendeu se no final do mês recebeu 1000 reais? 6. Considere a função dada pela equação y = x + 1, deter- mine a raiz desta função. 7. Determine a raiz da função y = - x + 1 e esboce o gráfico. 8. Determine o intervalo das seguintes funções para que f(x) > 0 e f(x) < 0. a) y = f(x) = x + 1 b) y = f(x) = -x + 1 9. Determine o conjunto imagem da função: D(f) = {1, 2, 3} y = f(x) = x + 1 10. Determine o conjunto imagem da função: D(f) = {1, 3, 5} y = f(x) = x² Respostas 1) Solução: a) D = R b) 3x – 6 ≠ 0 x ≠ 2 D = R –{2} c) x + 2 ≥ 0 x ≥ -2 D = {x ∈ R/ x ≥ -2} d) D = R Devemos observar que o radicando deve ser maior ou igual a zero para raízes de índice par. e) Temos uma raiz de índice par no denominado, assim: 7x + 5 > 0 x > - 7/5 D = {x ∈ R/ x > -5/7}. 2) Resposta “100”. Solução: n + n/2 = 150 2n/2 + n/2 = 300/2 2n + n = 300 3n = 300 n = 300/3 n = 100. 3. Resposta “C”. Solução : Com a função dada f(x + 1) = 3f(x) – 2 substituímos o valor de x por x = 0: f(0 + 1) = 3f (0) – 2 f(1) = 3f(0) - 2 É dito que f(1) = 4, portanto: 4 = 3f(0) - 2 Isolando f(0): 4+2 = 3f(0) 6 = 3f(0) f(0) = 6/3 = 2. 4) Resposta “E”. Solução: Começamos encontrando f(3): f(3) = 2.(3) + 1, ou seja, f(3) = 7 Se está pedindo g[f(3)] então está pedindo g(7): g(7) = 7 - 3 = 4 Logo, a resposta certa, letra “E”. 5) Solução a) y = salário fixo + comissão y = 500 + 50x b) y = 500 + 50x , onde x = 4 y = 500 + 50 . 4 = 500 + 200 = 700 Didatismo e Conhecimento 45 MATEMÁTICA c) y = 500 + 50x , onde y = 1000 1000 = 500 + 50x 50x = 1000 – 500 50x = 500 x = 10. 6) Solução: Basta determinar o valor de x para termos y = 0 x + 1 = 0 x = -1 Dizemos que -1 é a raiz ou zero da função. Note que o gráfico da função y = x + 1, interceptará (cortará) o eixo x em -1, que é a raiz da função. 7) Solução: Fazendo y = 0, temos: 0 = -x + 1 x = 1 Gráfico: Note que o gráfico da função y = -x + 1, interceptará (cortará) o eixo x em 1, que é a raiz da função. 8) Solução: a) y = f(x) = x + 1 x + 1 > 0 x > -1 Logo, f(x) será maior que 0 quando x > -1 x + 1 < 0 x < -1 Logo, f(x) será menor que 0 quando x < -1 b) y = f(x) = -x + 1 * -x + 1 > 0 -x > -1 x < 1 Logo, f(x) será maior que 0 quando x < 1 -x + 1 < 0 -x < -1 x > 1 Logo, f(x) será menor que 0 quando x > 1 (*ao multiplicar por -1, inverte-se o sinalda desigualdade). 9) Solução: f(1) = 1 + 1 = 2 f(2) = 2 + 1 = 3 f(3) = 3 + 1 = 4 Logo: Im(f) = {2, 3, 4}. 10) Solução: f(1) = 1² = 1 f(3) = 3² = 9 f(5) = 5² = 25 Logo: Im(f) = {1, 9, 25} Função do 2º Grau Chama-se função do 2º grau ou função quadrática toda função f de R em R definida por um polinômio do 2º grau da forma f(x) = ax2 + bx + c ou y = ax2 + bx + c , com a, b e c reais e a ≠ 0. Exemplo - y = x2 – 5x + 4, sendo a = 1, b = –5 e c = 4 - y = x2 – 9, sendo a = 1, b = 0 e c = –9 - y = x2, sendo a = 1, b = 0 e c = 0 Representação gráfica da Função do 2º grau Exemplo Se a função f de R em R definida pela equação y = x2 – 2x – 3. Atribuindo à variável x qualquer valor real, obteremos em correspondência os valores de y: Para x = –2 temos y = (–2)2 – 2(–2) –3 = 4 + 4 – 3 = 5 Para x = –1 temos y = (–1)2 – 2(–1) –3 = 1 + 2 – 3 = 0 Para x = 0 temos y = (0)2 – 2(0) –3 = – 3 Para x = 1 temos y = (1)2 – 2(1) –3 = 1 – 2 – 3 = –4 Para x = 2 temos y = (2)2 – 2(2) –3 = 4 – 4 – 3 = –3 Para x = 3 temos y = (3)2 – 2(3) –3 = 9 – 6 – 3 = 0 Para x = 4 temos y = (4)2 – 2(4) –3 = 16 – 8 – 3 = 5 Didatismo e Conhecimento 46 MATEMÁTICA x y (x,y) –2 5 (–2,5) –1 0 (–1,0) 0 –3 (0, –3) 1 –4 (1, –4) 2 –3 (2, –3) 3 0 (3,0) 4 5 (4,5) O gráfico da função de 2º grau é uma curva aberta chamada parábola. O ponto V indicado na figura chama-se vértice da parábola. Concavidade da Parábola No caso das funções do 2º grau, a parábola pode ter sua concavidade voltada para cima (a > 0) ou voltada para baixo (a < 0). a>0 a<0 Podemos por meio do gráfico de uma função, reconhecer o seu domínio e o conjunto imagem. Consideremos a função f(x) definida por A = [a, b] em R. Domínio: Projeção ortogonal do gráfico da função no eixo x. Assim, D = [a, b] = A Conjunto Imagem: Projeção ortogonal do gráfico da função no eixo y. Assim, Im = [c, d]. Zeros da Função do 2º grau As raízes ou zeros da função quadrática f(x) = ax2 + bx + c são os valores de x reais tais que f(x) = 0 e, portanto, as soluções da equação do 2º grau. ax2 + bx + c = 0 A resolução de uma equação do 2º grau é feita com o auxílio da chamada “fórmula de Bhaskara”. x =-b +- √Δ 2.a Onde Δ = b2 – 4.a.c As raízes (quando são reais), o vértice e a intersecção com o eixo y são fundamentais para traçarmos um esboço do gráfico de uma função do 2º grau. Didatismo e Conhecimento 47 MATEMÁTICA f(x) = ax2 + bx + c com a ≠ 0 Δ>0 Δ=0 Δ<0 a>0 a<0 Coordenadas do vértice da parábola A parábola que representa graficamente a função do 2º grau apresenta como eixo de simetria uma reta vertical que intercepta o gráfico num ponto chamado de vértice. As coordenadas do vértice são: xv = -b 2a e xv = -Δ 4a Vértice (V) O Conjunto Imagem de uma função do 2º grau está associado ao seu ponto extremo, ou seja, à ordenada do vértice (yv). Exemplo Vamos determinar as coordenadas do vértice da parábola da seguinte função quadrática: y = x2 – 8x + 15. Cálculo da abscissa do vértice: xv= -b 2a = -(-8) 2(1) = 8 2 = 4 Cálculo da ordenada do vértice: Substituindo x por 4 na função dada: yV = (4)2 – 8(4) + 15 = 16 – 32 + 15 = –1 Logo, o ponto V, vértice dessa parábola, é dado por V (4, –1). Valor máximo e valor mínimo da função do 2º grau - Se a > 0, o vértice é o ponto da parábola que tem ordenada mínima. Nesse caso, o vértice é chamado ponto de mínimo e a ordenada do vértice é chamada valor mínimo da função; - Se a < 0, o vértice é o ponto da parábola que tem ordenada máxima. Nesse caso, o vértice é ponto de máximo e a ordenada do vértice é chamada valor máximo da função. Construção do gráfico da função do 2º grau - Determinamos as coordenadas do vértice; - Atribuímos a x valores menores e maiores que xv e calculamos os correspondentes valores de y; - Construímos assim uma tabela de valores; - Marcamos os pontos obtidos no sistema cartesiano; - Traçamos a curva. Exemplo y = x2 – 4x + 3 Coordenadas do vértice: xv = -b 2a = -(-4) 2(1) = 4 2 = 2 V (2, –1) yV = (2)2 – 4(2) + 3 = 4 – 8 + 3 = –1 Tabela: Para x = 0 temos y = (0)2 – 4(0) + 3 = 0 – 0 + 3 = 3 Para x = 1 temos y = (1)2 – 4(1) + 3 = 1 – 4 + 3 = 0 Para x = 3 temos y = (3)2 – 4(3) + 3 = 9 – 12 + 3 = 0 Para x = 4 temos y = (4)2 – 4(4) + 3 = 16 – 16 + 3 = 3 x y (x,y) 0 3 (0,3) 1 0 (1,0) 2 –1 (2,–1)Vértice 3 0 (3,0) 4 3 (4,3) Didatismo e Conhecimento 48 MATEMÁTICA Gráfico: Estudos do sinal da função do 2º grau Estudar o sinal de uma função quadrática é determinar os valores reais de x que tornam a função positiva, negativa ou nula. Exemplo y = x2 – 6x + 8 Zeros da função: Esboço do Gráfico y = x2 – 6x + 8 Δ = (–6)2 – 4(1)(8) Δ = 36 – 32 = 4 √Δ= √4 = 2 Estudo do Sinal: 4 2 8 2 26 == + Para x < 2 ou x > 4 temos y > 0 2 26 ± =x Para x = 2 ou x = 4 temos y = 0 2 2 4 2 26 == − Para 2 < x < 4 temos y < 0 Exercícios 1. O triplo do quadrado do número de filhos de Pedro é igual a 63 menos 12 vezes o número de filhos. Quantos filhos Pedro tem? 2. Uma tela retangular com área de 9600cm2 tem de largura uma vez e meia a sua altura. Quais são as dimensões desta tela? 3. O quadrado da minha idade menos a idade que eu tinha 20 anos atrás e igual a 2000. Quantos anos eu tenho agora? 4. Comprei 4 lanches a um certo valor unitário. De outro tipo de lanche, com o mesmo preço unitário, a quantidade comprada foi igual ao valor unitário de cada lanche. Paguei com duas notas de cem reais e recebi R$ 8,00 de troco. Qual o preço unitário de cada produto? 5. O produto da idade de Pedro pela idade de Paulo é igual a 374. Pedro é 5 anos mais velho que Paulo. Quantos anos tem cada um deles? 6. Há dois números cujo triplo do quadrado é a igual 15 vezes estes números. Quais números são estes? 7. Quais são as raízes da equação x2 - 14x + 48 = 0? 8. O dobro do quadrado da nota final de Pedrinho é zero. Qual é a sua nota final? 9. Solucione a equação biquadrada: -x4 + 113x2 - 3136 = 0. 10. Encontre as raízes da equação biquadrada: x4 - 20x2 - 576 = 0. Respostas 1) Resposta “3”. Solução: Sendo x o número de filhos de Pedro, temos que 3x2 equivale ao triplo do quadrado do número de filhos e que 63 - 12x equivale a 63 menos 12 vezes o número de filhos. Mon- tando a sentença matemática temos: 3x2 = 63 - 12x Que pode ser expressa como: 3x2 + 12x - 63 = 0 Temos agora uma sentença matemática reduzida à for- ma ax2 + bx + c = 0, que é denominada equação do 2° grau. Vamos então encontrar as raízes da equação, que será a solução do nosso problema: Primeiramente calculemos o valor de Δ: Δ = b2 - 4.a.c = 122 - 4 . 3 .(-63) = 144 + 756 = 900 Como Δ é maior que zero, de antemão sabemos que a equação possui duas raízes reais distintas. Vamos calculá-las: 3x2 + 12 - 63 = 0 ⇒ x = -12 ± √Δ 2 . 3 ⇒ x1 = -12 + √900 6 ⇒x1 = -12 ± 30 6 ⇒ x1 = 18 6 ⇒ x1 = 3 x2 = -12 - √900 6 ⇒x1 = -12 - 30 6 ⇒ x2 = -42 6 ⇒ x2 = -7 A raízes encontradas são 3 e -7, mas como o número de filhos de uma pessoa não pode ser negativo, descartamos então a raiz -7. Portanto, Pedro tem 3 filhos. 2) Resposta “80cm; 120 cm”. Solução: Se chamarmos de x altura da tela, temos que 1,5x será a sua largura. Sabemos que a área de uma figura geométrica retan- gular é calculada multiplicando-se a medida da sua largura, pela medida da sua altura. Escrevendo o enunciado na forma de uma sentença matemática temos: x . 1,5x = 9600 Que pode ser expressa como: 1,5x2 - 9600 = 0 Note que temos uma equação do 2° grau incompleta, que como já vimos terá duas raízes reais opostas, situação que ocorre sempre que o coeficiente b é igual a zero. Vamos aos cálculos: 1,5x2 - 9600 = 0 ⇒ 1,5x2 = 9600 ⇒ x2 = 9600 1,5 ⇒ x = ±√6400 ⇒ x = ±80 Didatismo e Conhecimento 49 MATEMÁTICA As raízes reais encontradas são -80 e 80, no entanto comouma tela não pode ter dimensões negativas, devemos desconsiderar a raiz -80. Como 1,5x representa a largura da tela, temos então que ela será de 1,5 . 80 = 120. Portanto, esta tela tem as dimensões de 80cm de altura, por 120cm de largura. 3) Resposta “45”. Solução: Denominando x a minha idade atual, a partir do enunciado podemos montar a seguinte equação: x2 - (x - 20) = 2000 Ou ainda: x2 - (x - 20) = 2000 ⇒ x2 - x + 20 = 2000 ⇒ x2 - x - 1980 =0 A solução desta equação do 2° grau completa nós dará a res- posta deste problema. Vejamos: x2 - x - 1980 = ⇒ x = -(-1) ± √(-1)2 - 4 . 1 . (-1980) 2.1 ⇒ x = 1 ± √7921 2 ⇒ x = 1 ± 89 2 ⇒ x1 = 1 + 89 2 ⇒ x1 = 45 x2 = 1 - 89 2 ⇒ x2 = -44 As raízes reais da equação são -44 e 45. Como eu não posso ter -44 anos, é óbvio que só posso ter 45 anos. Logo, agora eu tenho 45 anos. 4) Resposta “12”. Solução: O enunciado nos diz que os dois tipos de lanche têm o mesmo valor unitário. Vamos denominá-lo então de x. Ainda segundo o enunciado, de um dos produtos eu com- prei 4 unidades e do outro eu comprei x unidades. Sabendo-se que recebi R$ 8,00 de troco ao pa- gar R$ 200,00 pela mercadoria, temos as informações necessárias para montarmos a seguinte equação: 4 . x + x . x + 8 = 200 Ou então: 4.x + x . x + 8 = 200 ⇒ 4x + x2 + 8 = 200 ⇒ x2 + 4x - 192=0 Como x representa o valor unitário de cada lanche, vamos so- lucionar a equação para descobrimos que valor é este: x2 + 4x - 192 = 0 ⇒ x = -4 ± √42 - 4 . 1 . (-192) 2.1 ⇒ x = -4 ± √784 2 ⇒ x = -4 ± 28 2 ⇒ x1 = -4 + 28 2 ⇒ x1 = 12 x2 = -4 - 89 2 ⇒ x2 = -16 As raízes reais da equação são -16 e 12. Como o preço não pode ser negativo, a raiz igual -16 deve ser descartada. Assim, o preço unitário de cada produto é de R$ 12,00. 5) Resposta “22; 17”. Solução: Se chamarmos de x a idade de Pedro, teremos que x - 5 será a idade de Paulo. Como o produto das idades é igual a 374, temos que x . (x - 5) = 374. Esta sentença matemática também pode ser expressa como: x.(x - 5) = 374 ⇒ x2 - 5x = 374 ⇒ x2 - 5x - 374 = 0 Primeiramente para obtermos a idade de Pedro, vamos solu- cionar a equação: x2 - 5x - 374 = 0 ⇒ -(-5) ± √(-5)2 - 4 . 1 . (-374) 2.1 ⇒ x = 5 ± √1521 2 ⇒ x = 5 ± 39 2 ⇒ x1 = 5 + 39 2 ⇒ x1 = 22 x2 = 5 - 39 2 ⇒ x2 = -17 As raízes reais encontradas são -17 e 22, por ser negativa, a raiz -17 deve ser descartada. Logo a idade de Pedro é de 22 anos. Como Pedro é 5 anos mais velho que Paulo, Paulo tem en- tão 17 anos. Logo, Pedro tem 22 anos e Paulo tem 17 anos. 6) Resposta “0; 5”. Solução: Em notação matemática, definindo a incógnita como x, podemos escrever esta sentença da seguinte forma: 3x2 = 15x Ou ainda como: 3x2 - 15x = 0 A fórmula geral de resolução ou fórmula de Bhaskara pode ser utilizada na resolução desta equação, mas por se tratar de uma equação incompleta, podemos solucioná-la de outra forma. Como apenas o coeficiente c é igual a zero, sabemos que esta equação possui duas raízes reais. Uma é igual azero e a outra é dada pelo oposto do coeficiente b dividido pelo coeficiente a. Re- sumindo podemos dizer que: ax2 + bx = 0 ⇒ x1 = 0 x2 = - b a Temos então: x = - b a ⇒ x = -15 3 ⇒ x = 5 7) Resposta “6; 8”. Solução: Podemos resolver esta equação simplesmente res- pondendo esta pergunta: Quais são os dois números que somados totalizam 14 e que multiplicados resultam em 48? Didatismo e Conhecimento 50 MATEMÁTICA Sem qualquer esforço chegamos a 6 e 8, pois 6 + 8 = 14 e 6 . 8 = 48. Segundo as relações de Albert Girard, que você encontra em detalhes em outra página deste site, estas são as raízes da referida equação. Para simples conferência, vamos solucioná-la também através da fórmula de Bhaskara: x2 - 14x + 48 = 0 ⇒ x = -(-14) ± √(-14)2 - 4 . 1 . 48 2.1 ⇒ x = 14 ± √4 2 ⇒ x = 14 ± 2 2 ⇒ x1 = 14 + 2 2 ⇒ x1 = 8 x2 = 14 - 2 2 ⇒ x2 = 6 8) Resposta “0”. Solução: Sendo x a nota final, matematicamente temos: 2x2 = 0 Podemos identificar esta sentença matemática como sen- do uma equação do segundo grau incompleta, cujos coeficien- tes b e c são iguais a zero. Conforme já estudamos este tipo de equação sempre terá como raiz real o número zero. Apenas para verificação vejamos: 2x2 = 0 ⇒ x2 = 0 2 ⇒ x2 = 0 ⇒ x ±√0 ⇒ x =0 9) Resposta “-8; -7; 7 e 8”. Solução: Substituindo na equação x4 por y2 e também x2 e y te- mos: -y2 + 113y - 3136 = 0 Resolvendo teremos: -y2 + 113y - 3136 = 0 ⇒ y = −113± 1132 − 4.(−1).(−3136) 2 + (−1) ⇒ y1 = −113+ 225 −2 ⇒ y1 = -113 + 15 -2 y2 = −113− 225 −2 ⇒ y2 = -113 - 15 -2 ⇒ y1 = -98 -2 ⇒ y1 = 49 y2 = -128 -2 ⇒ y2 = 64 Substituindo os valores de y na expressão x2 = y temos: Para y1 temos: x2 = 49 ⇒ x ±√49 ⇒ x1 = √49 ⇒ x1 = 7 x2 = - √49 ⇒ x2 = -7 Para y2 temos: x2 = 64 ⇒ x ±√64 ⇒ x3 = √64 ⇒ x3 = 8 x4 = - √64 ⇒ x4 = -8 Assim sendo, as raízes da equação biquadrada -x4 + 113x2 - 3136 = 0 são: -8, -7, 7 e 8. 10) Resposta “-6; 6”. Solução: Iremos substituir x4 por y2 e x2 e y, obtendo uma equa- ção do segundo grau: y2 - 20y - 576 = 0 Ao resolvermos a mesma temos: y2 - 20y - 576 = 0 ⇒ −20 ± (−20)2 − 4.1.(−576) 2.3 y1= 20 + 2704 2 ⇒y1= 20 + 52 2 ⇒y1= 72 2 ⇒y1=36 y2= 20 − 2704 2 ⇒y2= 20 − 52 2 ⇒y2= −32 2 ⇒y2=-16 Substituindo os valores de y na expressão x2 = y obtemos as raízes da equação biquadrada: Para y1 temos: x2 = 36 ⇒ x = ±√36 ⇒ x1 = √36 ⇒ x1= 6 x2 = -√36 ⇒ x2= -6 Para y2, como não existe raiz quadrada real de um número negativo, o valor de -16 não será considerado. Desta forma, as raízes da equação biquadrada x4 - 20x2 - 576 = 0 são somente: -6 e 6. 12. FUNÇÃO EXPONENCIAL. Uma função é uma maneira de associar a cada valor do ar- gumento x um único valor da função f(x). Isto pode ser feito es- pecificando através de uma fórmula um relacionamento gráfico entre diagramas representando os dois conjuntos, e/ou uma regra de associação, mesmo uma tabela de correspondência pode ser Didatismo e Conhecimento 51 MATEMÁTICA construída; entre conjuntos numéricos é comum representarmos funções por seus gráficos, cada par de elementos relacionados pela função determina um ponto nesta representação, a restrição de uni- cidade da imagem implica em um único ponto da função em cada linha de chamada do valor independente x. Como um termo matemático, “função” foi introduzido por Leibniz em 1694, para descrever quantidades relacionadas a uma curva; tais como a inclinação da curva ou um ponto específico da dita curva. Funções relacionadas à curvas são atualmente chama- das funções diferenciáveis e são ainda o tipo de funções mais en- contrado por não-matemáticos. Para este tipo de funções, pode-se falar em limites e derivadas; ambos sendo medida da mudança nos valores de saída associados à variação dos valores de entrada, for- mando a base do cálculo infinitesimal. A palavra função foi posteriormente usada por Euler em mea- dos do século XVIII para descrever uma expressão envolvendo vários argumentos; i.e:y = F(x). Ampliando a definição de fun- ções, os matemáticos foram capazes de estudar “estranhos” ob- jetos matemáticos tais como funções que não são diferenciáveis em qualquer de seus pontos. Tais funções, inicialmente tidas como puramente imaginárias e chamadas genericamente de “monstros”, foram já no final do século XX, identificadas como importantes para a construção de modelos físicos de fenômenos tais como o movimento Browniano. Durante o Século XIX, os matemáticos começaram a formali- zar todos os diferentes ramos da matemática. Weierstrass defendia que se construisse o cálculo infinitesimal sobre a Aritmética ao invés de sobre a Geometria, o que favorecia a definição de Euler em relação à de Leibniz (veja aritmetização da análise). Mais para o final do século, os matemáticos começaram a tentar formalizar toda a Matemática usandoTeoria dos conjuntos, e eles consegui- ram obter definições de todos os objetos matemáticos em termos do conceito de conjunto. Foi Dirichlet quem criou a definição “for- mal” de função moderna. Função Exponencial Conta a lenda que um rei solicitou aos seus súditos que lhe in- ventassem um novo jogo, a fim de diminuir o seu tédio. O melhor jogo teria direito a realizar qualquer desejo. Um dos seus súditos inventou, então, o jogo de xadrez. O Rei ficou maravilhado com o jogo e viu-se obrigado a cumprir a sua promessa. Chamou, então, o inventor do jogo e disse que ele poderia pedir o que desejasse. O astuto inventor pediu então que as 64 casas do tabuleiro do jogo de xadrez fossem preenchidas com moedas de ouro, seguindo a seguinte condição: na primeira casa seria colocada uma moeda e em cada casa seguinte seria colocado o dobro de moedas que havia na casa anterior. O Rei considerou o pedido fácil de ser atendido e ordenou que providenciassem o pagamento. Tal foi sua surpresa quando os tesoureiros do reino lhe apresentaram a suposta conta, pois apenas na última casa o total de moedas era de 263, o que corresponde a aproximadamente 9 223 300 000 000 000 000 = 9,2233.1018. Não se pode esquecer ainda que o valor entregue ao inventor seria a soma de todas as moedas contidas em todas as casas. O rei estava falido! A lenda nos apresenta uma aplicação de funções exponen- ciais, especialmente da função y = 2x. As funções exponenciais são aquelas que crescem ou decres- cem muito rapidamente. Elas desempenham papéis fundamentais na Matemática e nas ciências envolvidas com ela, como: Física, Química, Engenharia, Astronomia, Economia, Biologia, Psicolo- gia e outras. Definição A função exponencial é a definida como sendo a inversa da função logarítmica natural, isto é: logab = x ⇔ ax = b Podemos concluir, então, que a função exponencial é definida por: y= ax , com 1 ≠ a > 0 Gráficos da Função Exponencial Propriedades da Função Exponencial Se a, x e y são dois números reais quaisquer e k é um número racional, então: - ax ay= ax + y - ax / ay= ax - y - (ax) y= ax.y - (a b)x = ax bx - (a / b)x = ax / bx - a-x = 1 / ax Estas relações também são válidas para exponenciais de base e (e = número de Euller = 2,718...) - y = ex se, e somente se, x = ln(y) - ln(ex) =x - ex+y= ex.ey - ex-y = ex/ey - ex.k = (ex)k Didatismo e Conhecimento 52 MATEMÁTICA A Constante de Euler Existe uma importantíssima constante matemática definida por e = exp(1) O número e é um número irracional e positivo e em função da definição da função exponencial, temos que: Ln(e) = 1 Este número é denotado por e em homenagem ao matemático suíço Leonhard Euler (1707-1783), um dos primeiros a estudar as propriedades desse número. O valor deste número expresso com 40 dígitos decimais, é: e = 2,718281828459045235360287471352662497757 Se x é um número real, a função exponencial exp(.) pode ser escrita como a potência de base e com expoente x, isto é: ex = exp(x) 13. PROBABILIDADE. Os cálculos hebreus sobre a posição dos astros, realizados Ben Ezra no século XII com a finalidade de fazer previsões astrológicas podem ser considerados como os primeiros passos rumo à teoria das probabilidades. O Livros dos jogos de azar, de Girolamo Cardano (1501-1576) publicado em torno de 1550 é o primeiro manual organizado que traz algumas noções de probabilidade. Nesse livro, Cardano, que era um jogador, além de matemático, astrólogo e médico desenvolve cálculos de expectativas acerca de jogos dados e também dá conselhos sobre como trapacear no jogo. No entanto o estudo sistemático das probabilidades começou realmente em 1654 quando um jogador francês, o Chevalier de Méré escreveu a Blaise Pascal (1623-1662) fazendo várias perguntas sobre o jogo de dados ou de azar. Uma das perguntas era: Dois jogadores igualmente hábeis querem interromper sua partida. Sabendo-se que o montante das apostas e situação do jogo (quantas partidas cada um ganhou), como deverá ser repartido o dinheiro? Pascal extremamente religioso não era jogador escreveu a outro matemático francês Pierre Fermat (1601-1665) sobre as perguntas feitas por Chevalier de Méré. A partir dessa correspondência, Pascal e Fermat aprofundaram estudos conjuntos sobre probabilidade e apesar de não terem publicado seus estudos chegaram a definir conceitos como expectativa, chance e média, além de estabelecer técnicas de contagem e estatísticas de incidência de casos num dado fenômeno. Também no século XVII, mas precisamente em 1657, o holandês Christian Hiygens (1629 – 1695) publicou seu livro O raciocínio nos jogos de dados, onde apresentou importantes contribuições ao estudo das probabilidades. O suíço Jacques Bernouilli (1654 – 1705) na mesma época deu uma grande contribuição aos estudos das probabilidades ao propor um teorema onde afirmava que a probabilidade de um evento ocorrer tente a um valor constante quando o número de ensaios desse evento tende ao infinito. Depois de Bernouilli, Abraham De Moivre (1667 – 1751) publicou o livro A doutrina do azar onde também faz análise dos jogos que contribuíram para o estudo das probabilidades. Foi em 1812 que Pierre Laplace (1749 – 1827) deu forma a uma estrutura de raciocínio e a um conjunto de definições no seu livro Teoria analítica da probabilidade. A teoria moderna das probabilidades hoje constitui a base de um dos ramos de maior aplicação nas ciências, a Estatística. Experimentos Aleatórios Os experimentos cujos resultados podem ser previsto, isto é, podem ser determinados antes mesmo de sua realização, são chamados experimentos determinísticos. Por exemplo, é possível prever a temperatura em que a água entrará em ebulição desde que conhecidas as condições em que o experimento se realiza. Alguns experimentos, contudo, não são assim previsíveis. Por mais que sejam mantidas as mesmas condições, não podemos prever qual será o resultado ao lançarmos uma moeda. Esses são chamados experimentos aleatórios (em latim alea = sorte). Experimentos aleatórios: São aqueles, que repetidos em condições idênticas, não produzem sem o mesmo resultado. A teoria das probabilidades estuda a forma de estabelecermos as possibilidades de ocorrência num experimento aleatório. Espaço Amostral e Eventos Vamos estudar experimentos aleatórios com resultados equiprováveis (mesma chance de ocorrência) e em número determinado, isto é, finito. Desta forma definimos: Espaço amostral: É o conjunto de todos os resultados possíveis de um experimento aleatório. Indicaremos o espaço amostral por U. Evento: É qualquer subconjunto do espaço amostral. Exemplo Lançaremos três moedas e observamos as faces que ficaram voltadas para cima. Representar: a) O espaço amostral do experimento; b) O evento A: chances de sair faces iguais; c) O evento B: sair exatamente uma face “cara”; d) O evento C: chances de sair, pelo menos, uma face “cara”. Resolução a) U = {(Ca, Ca, Ca), (Ca, Ca, Co), (Ca, Co, Ca), (Ca, Co, Co), (Co, Ca, Ca), (Co, Ca, Co), (Co, Co, Ca), (Co, Co, Co)} b) A = {(Ca, Ca, Ca), (Co, Co, Co)} c) B = {(Ca, Co, Co), (Co, Ca, Co), (Co, Co, Ca)} d) C = {(Ca, Ca, Ca), (Ca, Ca, Co), (Ca, Co, Ca), (Co, Ca, Ca), (Ca, Co, Co), (Co, Ca, Co), (Co, Co, Ca)} Observação: Os números de elementos do espaço amostral e dos eventos de um experimento aleatório são calculados com a análise combinatória. Tipos de Eventos Consideremos o experimento aleatório: lançamento de um dado comum e observação do número representado na face voltada para cima. Didatismo e Conhecimento 53 MATEMÁTICA O espaço amostral será: U = {1, 2, 3, 4, 5, 6} Analisemos os diversos tipos de eventos que podemos definir neste experimento. Evento Elementar: Qualquer subconjunto unitário de U. Exemplo Ocorrência de um número múltiplo de 5. A = {5} Evento Certo: É o próprio espaço amostral U. Exemplo Ocorrência de um divisor de 60. B = {1, 2, 3, 4, 5, 6} Evento Impossível: É o conjunto vazio (∅). ExemploOcorrência de múltiplo de 8. C = { } = ∅ Evento União: É a reunião de dois eventos. Exemplo Evento A: Ocorrência de um número primo A = {2, 3, 5} Evento B: Ocorrência de um número ímpar B = {1, 3, 5} Evento A ∩ B: Ocorrência de um número primo ou ímpar A ∩ B = {1, 2, 3, 5} Evento Intersecção: É a intersecção de dois eventos. Exemplo Evento A: Ocorrência de um número primo A = {2, 3, 5} Evento B: Ocorrência de um número ímpar B = {1, 3, 5} Evento A ∩ B: Ocorrência de um número primo ou ímpar A ∩ B = {3, 5} Evento Mutuamente Exclusivo: Dois eventos E1 e E2 de um espaço amostral U são chamados mutuamente exclusivos quando E1 ∩ E2 = ∅ Exemplo Evento A: Ocorrência de um número par A = {2, 4, 6} Evento B: Ocorrência de um número ímpar B = {1, 3, 5} A e B são eventos mutuamente exclusivos, pois A ∩ B = ∅ Evento Complementar: É o evento Ē = U – E. Exemplo Evento A: Ocorrência de um número primo A = {2, 3, 5} Evento Ā: Ocorrência de um numero não primo Ā = U – A = {1, 4,6} Observação: No caso do exemplo, podemos dizer que o evento Ā é a não-ocorrência de um número primo. Probabilidade Estatística e Probabilidade Teórica Imaginamos a seguinte situação: em uma turma do segundo colegial, existem 25 garotas e 10 garotos e um brinde foi sorteado para um dos membros da turma. Temos que adivinhar o sexo do contemplado. Intuitivamente, “sabemos” que é “mais fácil” ter sido sorteada uma garota que um garoto, no entanto não podemos afirmar com certeza o sexo do contemplado. A “chance” de uma garota ter sido sorteada pode ser traduzida por um numero que chamamos probabilidade. Uma observação que pode ser feita é que a teoria das probabilidades é uma maneira matemática de lidar com a incerteza. O cálculo da probabilidade de um evento acontecer, muitas vezes, é feito experimentalmente, e essa probabilidade é chamada de experimental ou estatística. Exemplo A probabilidade de uma pessoa morrer aos 25 anos é obtida através do levantamento e do tratamento adequado de um grande número de casos. No entanto, para calcularmos a probabilidade de ao jogarmos dois dados obtermos, nas faces voltadas para cima, dois números iguais, não precisamos realizar o experimento, ela pode ser conseguida a partir de uma analise teórica do espaço amostral e do evento, e neste caso chamamos de probabilidade teórica. No 2º grau, não desenvolvemos estudos da probabilidade estatística, que será estudada na maioria dos cursos de 3º grau. Probabilidade Teórica de um Evento Se num fenômeno aleatório, o número de elementos do espaço amostral é n(U) e o número de elementos do evento A é n(A), então a probabilidade de ocorrer o evento A é o número P(A) tal que: P(A) = n(A) n(U) Outra forma de definir a probabilidade de ocorrer o evento A é: P(A) = Número de casos favoráveis a A Número de casos possíveis Didatismo e Conhecimento 54 MATEMÁTICA Exemplos - Retirando-se uma carta de um baralho normal de 52 cartas, qual é a probabilidade de que a carta retirada seja um rei? Resolução P(E) = Número de resultados favoráveis Número de resultados possíveis P(E) = 4 = 1 52 13 - Em um lançamento de dois dados, um preto e outro branco, qual é a probabilidade de que os dois números obtidos sejam iguais? Resolução U = {(1,1), (1,2), (1,3), ..., (6,4), (6,5), (6,6)} n(U) = 6 . 6 = 36 U = {(1,1), (2,2), (3,3), (4,4), (5,5), (6,6)} n(E) = 6 Assim, P(E) = n(E) = 6 = 1 n(U) 36 6 - Dentre as seis permutações dos números 1, 2, e 3, uma é escolhida ao acaso. Considerando o número de três algarismos assim escolhido, determine a probabilidade de ele: a) Ser par; b) Ser múltiplo de três; c) Ser múltiplo de cinco. Resolução O espaço amostral é: U = {123, 132, 213, 231, 312, 321} a) Evento A: ocorrer número par. A = {132, 312} P(A) = n(A) = 2 = 1 n(U) 6 3 b) Evento B: ocorrer número múltiplo de três. B = {123, 132, 213, 231, 312, 321} P(B) = n(B) = 6 1 n(U) 6 (evento certo) c) Evento C: ocorrer número múltiplo de cinco. C = { } P(C) = n(C) = 0 0 n(U) 6 (evento impossível) Observação: Através da teoria determinamos que, em um lançamento de um dado “não viciado”, a probabilidade de que se obtenha o número 3 é 1/6, isto não significa que, sempre que forem feitos seis lançamentos de um dado, certamente ocorrerá em um deles, e apenas um, resultado 2. Na prática, o que se verifica é que, considerado um grande número de lançamentos, a razão entre o número de vezes que ocorre o resultado 2 e o número de lançamentos efetuados se aproxima de 1/6. Propriedade das Probabilidades P1) A probabilidade do evento impossível é 0. (P(∅)= 0) P(∅)= n(∅) = 0 = 0 n(U) n(U) P2) A probabilidade do evento certo é 1. (P(U ∅)= 1) P(U) = n(U) = 1n(U) P3) Sendo A um evento de um espaço amostral U, a probabilidade de A é um número racional entre 0 e 1, inclusive. (0≤ P(A) ≤ 1). 0≤ n(A) 0≤ n(U) => 0 ≤ n(A) ≤ n(U) n(U) n(U) n(U) Como P(A) = n(A) temos:n(U) 0≤ P(A) ≤ 1 P4) Sendo A um evento e Ā seu complementar, então P(A) + P(Ā) = 1. Didatismo e Conhecimento 55 MATEMÁTICA U Ā A n(U) = n(A) + n(Ā) n(U) = n(A) + n(Ā) n(U) n(U) n(U) Assim, P(A) + P(Ā) = 1 Observação: É comum expressarmos a probabilidade de um evento na forma de porcentagem. Assim, se P(A) = 0,82, por exemplo, podemos dizer que P(A) = 82%. Exemplo Os 900 números de três algarismos estão colocados em 900 envelopes iguais. Um dos envelopes é sorteado. Qual a probabilidade de ele conter um número que tenha, pelo menos, dois algarismos iguais? Resolução Sendo A o evento: ocorrer um número com pelo menos dois algarismos iguais. É mais fácil calcular P(Ā), a probabilidade do evento complementar de A. Assim, U Ā A Números com algarismos distintos Números com pelo menos dois algarismos repetidos Propriedade do Evento União Dados dois eventos A e B de um espaço amostral U, dizemos que ocorrer o evento A ∩ (evento união) é ocorrer pelo menos um dos eventos A ou B. n(A ∩ B) = n(A) + n(B) – n(A ∩ B) Assim: n(A∩ B) = n(A) + n(B) - n(A∩B) n(U) n(U) n(U) n(U) Ou seja: P (A ∩ B) = P(A) + P(B) – P(A∩B) Podemos enunciar essa conclusão assim: A probabilidade de ocorrer o evento A ou o evento B é dada pela soma da probabilidade de ocorrer A com a probabilidade de ocorrer B, menos a probabilidade de ocorrer os dois eventos (A e B). Caso particular: se os eventos A e B são mutuamente exclusivos, isto é, A ∩ B = ∅, P(A ∩ B) = 0 a formula acima se reduz a: P(A ∩ B) = PA + PB Exemplo De um baralho comum de 52 cartas, uma carta é retirada aleatoriamente. Qual a probabilidade de sair um valete ou uma carta de paus. Resolução Sendo: Evento A: “a carta e um valete” P(A) = 4 52 Evento B: “a carta de paus” P(B) = 13 52 Evento A ∩ B: “a carta é um valete de paus” P(A∩B) = 1 52 Evento A ∩ B: “a carta é um valete ou é de paus” P( A ∩ B) = P(A) +P(B) – P(A ∩ B) P(A ∩ B) = 4 + 13 - 1 = 16 = 4 52 52 52 52 13 Didatismo e Conhecimento 56 MATEMÁTICA Probabilidades num Espaço Amostral não Equiprovável No espaço amostral equiprovável todos os resultados possíveis têm a mesma chance de ocorrência e por isso que nos problemas com dados e moedas estudados anteriormente sempre tomamos o cuidado de especificar que os dados e moedas eram “honestos” ou “não viciados”. Como estudar as probabilidades com dados ou moedas “viciados”? A fórmula que usamos até agora P(E) = Número de resultados favoráveis de E Número de resultados possíveis Não é válida, pois não importa apenas a quantidade de resul- tados favoráveis já que esses resultados não têm necessariamente a mesma “chance” de ocorrência. Consideramos um experimento, com espaço amostral U = {a1, a2..., a n}. Chamando de p(a1), p(a2),..., p(an) as probabilidades de ocorrência dos resultados a1, a2,..., na, respectivamente temos que: - p(a1) + p(a2) +...+ p (an) =1 - 0 ≤ p(a1) ≤ 1, para i = 1, 2, ..., n Desta forma para calcularmos a probabilidade do evento A = {a1, a2,..., am}(m≤n), fazemos: P(A) = p(a1) + p(a2) +...+ p(am) ExemploConsideramos um experimento com espaço amostral U = {a, b, c} sendo p(a), p(b), p(c) as possibilidades dos resultados a, b e c de modo que p(a) = 1 ep(b) = 1 3 2 calcule : a) p(c) b) a probabilidade do evento A ={a,c} Resolução a) p(a) + p(b) + p(c) = 1 1 + 1 +p(c) = 13 2 p(c) = 1 - 1 - 1 = 6–2 – 3 = 1 3 2 6 6 b) P(A) = p(a) + p(c) P(A) = 1 + 1 = 2+1 = 3 3 6 6 6 Assim,P(A) = 1 2 Probabilidade Condicional Consideremos num experimento aleatório de espaço amostral U os eventos A e B, com A ∩ B ≠ ∅, conforme o diagrama abaixo: Na medida em que conhecemos a informação de que ocorreu o evento B, este passa a ser o espaço amostral do experimento, pois todos os resultados agora possíveis pertencem a A. assim, a probabilidade de ocorrer o evento A, dado que o evento B já ocorreu, será: P(A/B) = n(A ∩ B) n(B) Exemplo Numa turma de 50 alunos do colégio, 15 são homens e 35 são mulheres. Sabe-se que 10 homens e 15 mulheres foram aprovados num exame de seleção. Uma pessoa é sorteada ao acaso. Qual a probabilidade de: a) Ela ser do sexo feminino se foi aprovada no exame? b) Ela ter sido aprovada no exame se é do sexo masculino? Resolução O quando abaixo resume os dados do problema: Foi Aprovado Não foi Aprovado Total Homem 10 5 15 Mulher 15 20 35 Total 25 25 50 a) Sendo: Evento A: “a pessoa sorteada foi aprovada”. Evento B: “a pessoa sorteada é mulher”. P(B/A) = n (A ∩ B) = 15 = 3 n (A) 25 5 b) Sendo: Evento A: “a pessoa sorteada foi aprovada”. Evento B: “a pessoa sorteada é homem”. P(A/C) = n (A ∩C) = 10 = 2 n (C) 15 3 Didatismo e Conhecimento 57 MATEMÁTICA Probabilidade do Evento Intersecção Dados dois eventos A e B de um espaço amostral U, dizemos que ocorrer o evento A ∩ B (evento intersecção) é ocorrer simultaneamente os eventos A e B. Para calcular a probabilidade de ocorrer A ∩ B, vamos utilizar a fórmula da probabilidade condicional. P(A/B) = n (A ∩B) , n (B) Dividido por n(U), temos: P(A/B) = n (A ∩B) = P (A ∩ B)n (U) n (B) P (B)n (U) Assim: P(A∩B) = P (B) . P (A/B) (I) Podemos também usar a fórmula de P (B/A), assim: P(B/A) = n (A ∩B) = n (A ∩B) = P (A ∩ B) n (U) n (A) n (A) P (A) n (U) Então: P(A∩B) = P (A) . P (B/A) (II) A partir das fórmulas (I) e (II), citadas anteriormente, concluímos: Dados dois eventos A e B de um espaço amostral U, a probabilidade de eles ocorrerem simultaneamente é dada pelo produto da probabilidade de um deles pela probabilidade do outro, dado que ocorreu o primeiro. Exemplo Consideremos uma urna contendo 5 bolas numeradas de 1 a 5. qual a probabilidade de retirarmos a bola 1 e, sem sua reposição, a bola 2? Resolução A probabilidade de sair a bola 1 na primeira retirada é P (A) = 1/5 Restando 4 bolas na urna, a probabilidade de ocorrer a bola na segunda, tendo ocorrido a bola 1 na primeira é: P (A/B) = 1/4 Como devem ocorrer os dois eventos, temos: P (A ∩ B) =P (A) . P(B/A) = 1 = 1 = 1 5 4 20 Eventos Independentes Dados dois eventos A e B de um espaço amostral U, dizemos que eles são independentes se a ocorrência de um deles não modificar a probabilidade de ocorrência do outro. A e B independentes <=> P (B/A) = P(B) e P (A/B) = PA Quando A e B são eventos independentes. P (A ∩ B) = P(A) . P(B) Então se P (A ∩ B) ≠ P(A) . P(B), dizemos que os eventos são dependentes. Exemplos de Eventos Independentes - No lançamento simultâneo de dois dados, o resultado de um deles não influi no resultado do outro. - No lançamento sucessivo de dois dados, o resultado de um deles não influi no resultado do outro. - Na extração de duas cartas de um baralho se antes de extrair a segunda carta for feita a reposição da primeira, o resultado da primeira não influi no resultado da segunda. Exemplo de Eventos Dependentes Na extração de duas cartas de um baralho se antes de extrair a segunda carta não for feita a reposição da segunda, o resultado da primeira influencia o resultado da segunda, pois o espaço amostral passa a ter 51 elementos. Exemplo Sejam A e B dois eventos independentes tais que: P(A) = 1 eP(A ∩ B)= 1 4 3 Calcule P (B). Resolução P(A ∩ B) = P(A) + P(B) – P(A ∩ B) Como A e B são independentes P (A Ç B) = P(A) . P(B) :. P(A ∩ B) = P(A) + P(B) – P(A) . P(B) ou seja: 1 = 1 +P(B - 1 P (B) 3 4 4 4 = 3 + 12 P (B) – 3 P (B) 9 P (B) = 1 => P (B) = 1 9 14. MATEMÁTICA FINANCEIRA. A Matemática Financeira é uma ferramenta útil na análise de algumas alternativas de investimentos ou financiamentos de bens de consumo. Consiste em empregar procedimentos matemáticos para simplificar a operação financeira a um Fluxo de Caixa. Capital: é o valor aplicado através de alguma operação finan- ceira. Também conhecido como: Principal, Valor Atual, Valor Pre- sente ou Valor Aplicado. Em inglês usa-se Present Value (indicado pela tecla PV nas calculadoras financeiras). Didatismo e Conhecimento 58 MATEMÁTICA Juros: representam a remuneração do Capital empregado em alguma atividade produtiva. Os juros podem ser capitalizados se- gundo dois regimes: simples ou compostos. Juros (Capitalização) Simples: o juro de cada intervalo de tempo sempre é calculado sobre o capital inicial emprestado ou aplicado. Juros (Capitalização) Compostos: o juro de cada intervalo de tempo é calculado a partir do saldo no início de correspondente intervalo. Ou seja: o juro de cada intervalo de tempo é incorporado ao capital inicial e passa a render juros também. O juro é a remuneração pelo empréstimo do dinheiro. Ele existe porque a maioria das pessoas prefere o consumo imediato, e está disposta a pagar um preço por isto. Por outro lado, quem for capaz de esperar até possuir a quantia suficiente para adquirir seu desejo, e neste ínterim estiver disposta a emprestar esta quantia a alguém, menos paciente, deve ser recompensado por esta absti- nência na proporção do tempo e risco, que a operação envolver. O tempo, o risco e a quantidade de dinheiro disponível no mercado para empréstimos definem qual deverá ser a remuneração, mais conhecida como taxa de juros. Quando usamos juros simples e juros compostos? A maioria das operações envolvendo dinheiro utiliza juros compostos. Estão incluídas: compras a médio e longo prazo, com- pras com cartão de crédito, empréstimos bancários, as aplicações financeiras usuais como Caderneta de Poupança e aplicações em fundos de renda fixa, etc. Raramente encontramos uso para o regi- me de juros simples: é o caso das operações de curtíssimo prazo, e do processo de desconto simples de duplicatas. Taxa de juros: indica qual remuneração será paga ao dinheiro emprestado, para um determinado período. Ela vem normalmente expressa da forma percentual, em seguida da especificação do pe- ríodo de tempo a que se refere: 8 % a.a. - (a.a. significa ao ano). 10 % a.t. - (a.t. significa ao trimestre). Outra forma de apresentação da taxa de juros é a unitária, que é igual a taxa percentual dividida por 100, sem o símbolo %: Juros Simples O regime de juros será simples quando o percentual de juros incidir apenas sobre o valor principal. Sobre os juros gerados a cada período não incidirão novos juros. Valor Principal ou sim- plesmente principal é o valor inicial emprestado ou aplicado, antes de somarmos os juros. Transformando em fórmula temos: J = P . i . n Onde: J = juros P = principal (capital) i = taxa de juros n = número de períodos Exemplo: Temos uma dívida de R$ 1000,00 que deve ser paga com juros de 8% a.m. pelo regime de juros simples e devemos pagá-la em 2 meses. Os juros que pagarei serão: J = 1000 x 0.08 x 2 = 160 Ao somarmos os juros ao valor principal temos o montante. Montante = Principal + Juros Montante = Principal + (Principal x Taxa de juros x Número de períodos) M = P . ( 1 + ( i . n ) ) Exemplo: Calcule o montante resultante da aplicação de R$70.000,00 à taxa de 10,5% a.a. durante 145 dias. Solução: M = P . ( 1 + (i.n) ) M = 70000 [1 + (10,5/100).(145/360)] = R$72.960,42 Observe que expressamosa taxa i e o período n, na mesma unidade de tempo, ou seja, anos. Daí ter dividido 145 dias por 360, para obter o valor equivalente em anos, já que um ano comercial possui 360 dias. Exercícios sobre juros simples: 1) Calcular os juros simples de R$ 1200,00 a 13 % a.t. por 4 meses e 15 dias. 0.13 / 6 = 0.02167 logo, 4m15d = 0.02167 x 9 = 0.195 j = 1200 x 0.195 = 234 2 - Calcular os juros simples produzidos por R$40.000,00, aplicados à taxa de 36% a.a., durante 125 dias. Temos: J = P.i.n A taxa de 36% a.a. equivale a 0,36/360 dias = 0,001 a.d. Agora, como a taxa e o período estão referidos à mesma uni- dade de tempo, ou seja, dias, poderemos calcular diretamente: J = 40000.0,001.125 = R$5000,00 3 - Qual o capital que aplicado a juros simples de 1,2% a.m. rende R$3.500,00 de juros em 75 dias? Temos imediatamente: J = P.i.n ou seja: 3500 = P.(1,2/100). (75/30) Observe que expressamos a taxa i e o período n em relação à mesma unidade de tempo, ou seja, meses. Logo, 3500 = P. 0,012 . 2,5 = P . 0,030; Daí, vem: P = 3500 / 0,030 = R$116.666,67 4 - Se a taxa de uma aplicação é de 150% ao ano, quantos meses serão necessários para dobrar um capital aplicado através de capitalização simples? Didatismo e Conhecimento 59 MATEMÁTICA Objetivo: M = 2.P Dados: i = 150/100 = 1,5 Fórmula: M = P (1 + i.n) Desenvolvimento: 2P = P (1 + 1,5 n) 2 = 1 + 1,5 n n = 2/3 ano = 8 meses 0,15 a.m. - (a.m. significa ao mês). 0,10 a.q. - (a.q. significa ao quadrimestre) Juros Compostos O regime de juros compostos é o mais comum no sistema financeiro e portanto, o mais útil para cálculos de problemas do dia-a-dia. Os juros gerados a cada período são incorporados ao principal para o cálculo dos juros do período seguinte. Chamamos de capitalização o momento em que os juros são incorporados ao principal. Após três meses de capitalização, temos: 1º mês: M =P.(1 + i) 2º mês: o principal é igual ao montante do mês anterior: M = P x (1 + i) x (1 + i) 3º mês: o principal é igual ao montante do mês anterior: M = P x (1 + i) x (1 + i) x (1 + i) Simplificando, obtemos a fórmula: M = P . (1 + i)n Importante: a taxa i tem que ser expressa na mesma medida de tempo de n, ou seja, taxa de juros ao mês para n meses. Para calcu- larmos apenas os juros basta diminuir o principal do montante ao final do período: J = M - P Exemplo: Calcule o montante de um capital de R$6.000,00, aplicado a juros compostos, durante 1 ano, à taxa de 3,5% ao mês. (use log 1,035=0,0149 e log 1,509=0,1788) Resolução: P = R$6.000,00 t = 1 ano = 12 meses i = 3,5 % a.m. = 0,035 M = ? Usando a fórmula M=P.(1+i)n, obtemos: M = 6000.(1+0,035)12 = 6000. (1,035)12 Fazendo x = 1,03512 e aplicando logaritmos, encontramos: log x = log 1,03512 → log x = 12 log 1,035 → log x = 0,1788 → x = 1,509 Então M = 6000.1,509 = 9054. Portanto o montante é R$9.054,00 Exercícios 1) Comprei um novo computador, mas como não tinha o di- nheiro todo, fiz um empréstimo para pagá-lo. Ao final do emprés- timo terei pago R$ 4.300,00. Só de juros pagarei R$ 1.800,00. A taxa foi de 3% a.m. Por quantos anos pagarei pelo empréstimo? Qual o preço do computador sem os juros? Primeiramente iremos calcular o valor do capital. A diferença entre o montante (R$ 4.300,00) e o valor total do juro (R$ 1.800,00), nos dá o valor do capital: Veja que neste caso a taxa de juros e o período não estão na mesma unidade de tempo. Neste caso, devemos converter uma das unidades. Montando uma regra de três simples direta, temos: Resolvendo: Identificando-se os termos disponíveis, temos: Para calcularmos o período de tempo utilizaremos a fórmula: Substituindo o valor dos termos temos: Logo: Portanto: O valor do computador sem os juros era de R$ 2.500,00 e o prazo de pagamento foi de 2 anos. Sem utilizarmos fórmulas, poderíamos chegar ao mesmo re- sultado, pelo seguinte raciocínio: Ao multiplicarmos o valor do capital pela taxa de juros, ire- mos obter o juro referente a cada período: Neste caso, basta-nos dividir o valor de R$ 1.800,00, referente ao valor total do juro, por R$ 900,00 correspondente ao valor do juro em cada período, obtendo assim o período de tempo procu- rado: Primeiramente iremos calcular o valor do capital. A di- ferença entre o montante (R$ 4.300,00) e o valor total do juro (R$ 1.800,00), nos dá o valor do capital: M= R$4.300,00 j= R$ 1.800,00 C = M – j → C = 4.300,00 – 1.800,00 → C = 2.500,00 Didatismo e Conhecimento 60 MATEMÁTICA Veja que neste caso a taxa de juros e o período não estão na mesma unidade de tempo. Neste caso, devemos converter uma das unidades. Montando uma regra de três simples direta, temos: ↓ 3% ------------- ½ ano (1 mês) i % ------------ 1ano Resolvendo: 1 0,03 0,03.1 12 3612 0,03.1. 0,36 36% . . 11 1 100 12 i i i i i a a i = → = → = → = → = → = Identificando-se os termos disponíveis, temos: C= R$ 2.500,00 i= 3% a.m.→ 36% a.a. → a.a. → 0,36 a.a. j= R$ 1.800,00 Para calcularmos o período de tempo utilizaremos a fórmula: n = . j C i Substituindo o valor dos termos temos: n = 1.800,00 2.500,00,36Logo: n = 2 anos Portanto: o valor do computador sem os juros era de R$ 2.500,00 e o prazo de pagamento foi de 2 anos. Sem utili- zarmos fórmulas, poderíamos chegar ao mesmo resultado, pelo seguinte raciocínio: Ao multiplicarmos o valor do capital pela taxa de juros, iremos obter o juro referente a cada período: 2.500,00 . 0,36 → 900,00 Neste caso, basta-nos dividir o valor de R$ 1.800,00, referente ao valor total do juro, por R$ 900,00 correspondente ao valor do juro em cada período, obtendo assim o período de tempo procu- rado: 1.800,00 2 900,00 → 2) Comprei o material para a reforma da minha casa, pelo qual pagarei um total de R$ 38.664,00. O seu valor à vista era de R$ 27.000,00 e a taxa de juros é de 2,4% a.m. Por quantos anos eu pagarei por este material? Em primeiro lugar, devemos calcular o valor do juro total. Obtemos o valor do juro total ao subtrairmos do montante (R$ 38.664,00), o valor do capital (R$ 27.000,00): M= R$38.664,00 C= R$ 27.000,00 j = M – C → j = 38.664,00 – 27.000,00 → j = 11.664,00 Observe que neste caso a taxa de juros e o período não estão na mesma unidade de tempo. Nestas condições, devemos conver- ter uma das unidades. Montando uma regra de três simples direta, temos: ↓ 2,4% ------------- ½ ano (1 mês) ↓ i % ------------ 1ano Resolvendo: 1 0,024 0,024.1 12 28,812 0,024.1. 0,288 28,8% . . 11 1 100 12 i i i i i a a i = → = → = → = → = → = Identificando-se as variáveis disponíveis, temos: C= R$ 27.000,00 i= 2,4% a.m.→ 28,8% a.a. → 28,8/100 a.a. → 0,288 a.a. j= R$ 11.664,00 Para calcularmos o período de tempo utilizaremos a fórmula: Substituindo o valor dos termos temos: Logo: Portanto: Eu ficarei pagando pelo material da reforma por 1,5 anos. Sem utilizarmos fórmulas, poderíamos chegar ao mesmo re- sultado, pelo seguinte raciocínio: Ao multiplicarmos o valor do capital pela taxa de juros, ire- mos obter o juro referente a cada período: 27.000,00 . 0,288 → 7.776,00 Desta forma, basta-nos dividir o valor de R$ 11.664,00, re- ferente ao valor total do juro, por R$ 7.776,00 correspondente ao valor do juro em cada período, obtendo assim o período de tempo procurado: 3) Aninha retirou de uma aplicação o total R$ 74.932,00, após decorridos 3,5 semestres. O valor dos juros obtidos foi de R$ 22.932,00. Qual a taxa de juros a.b.? Inicialmente o valor do capital será obtido subtraindo-se do montante (R$ 74.932,00), o valor total do juro (R$ 22.932,00): M= R$74.932,00 j= R$ 22.932,00 C = M – j → C = 74.932,00 – 22.932,00 → C = 52.000,00 Veja bem que neste caso a taxa de juros e o período não es- tão na mesma unidade de tempo. Sendo assim, devemos converter uma das unidades. Montando uma regra de três simples direta, temos: ↓ 3 bimestres ------------- 1 semestre ↓ n bimestres ------------ 3,5 semestresDidatismo e Conhecimento 61 MATEMÁTICA Resolvendo: 3 1 3.3,5 10,5 3,5 1 n n bimestres n = → = → = Identificando-se os termos disponíveis, temos: C= R$ 52.000,00 j= R$ 22.932,00 n= 3,5 semestres → 10,5 bimestres Para calcularmos a taxa de juros utilizaremos a fórmula: Substituindo o valor dos termos temos: Logo: Portanto: 4,2% a.b. é a taxa de juros da aplicação na qual Ani- nha investiu. Alternativamente poderíamos dividir o valor total dos juros, R$ 22.932,00, pelo valor do principal, R$ 52.000,00, de sorte a encontrar a taxa de juros total do período: Dividindo-se então, esta taxa de 0,441 pelo período de tempo, 10,5, obteríamos a taxa desejada: 4) O valor principal de uma aplicação é de R$ 2.000,00. Res- gatou-se um total de R$ 2.450,00 após 1 mês. Qual o valor da taxa de juros a.d.? Para começar, devemos calcular o valor do juro total subtrain- do-se do montante (R$ 2.450,00), o valor do capital (R$ 2.000,00): Esteja atento que neste caso a taxa de juros e o período não estão na mesma unidade de tempo. Quando isto acontece, devemos converter uma das unidades. Identificando-se as variáveis disponíveis, temos: M= R$ 2.450,00 C= R$ 2.000,00 j = M – C → j = 2.450,00 – 2.000,00 → j = 450,00 Para calcularmos a taxa de juros utilizaremos a fórmula: Substituindo o valor dos termos temos: Logo: Portanto: A taxa de juros da aplicação resgatada é de 0,75% a.d. Alternativamente poderíamos dividir o valor total dos juros, R$ 450,00, pelo valor do principal, R$ 2.000,00, de forma a encon- trar a taxa de juros total do período: Dividindo-se então, esta taxa de 0,225 pelo período de tempo, 30, obteríamos a taxa desejada: 5) Timóteo pagou mensalmente, pelo período de 1 ano, por um curso que à vista custava R$ 1.800,00. Por não ter o dinheiro, financiou-o a uma taxa de juros simples de 1,3% a.m. Qual o valor total pago pelo curso? Qual o valor dos juros? Veja que neste caso a taxa de juros e o período não estão na mesma unidade de tempo. Neste caso, devemos converter uma das unidades. Identificando-se os termos disponíveis, temos: C= R$ 1.800,00 i= 1,3% a.m. → 1,3/100 a.m. → 0,013 a.m. n = 1 ano → 12 meses Para calcularmos o juro utilizaremos a fórmula: j = C . i . n Substituindo o valor dos termos temos: j = 1.800,00. 0,013 . 12 Logo: j = 280,80 O montante é obtido somando-se ao valor do capital, o valor total dos juros. Tal como na fórmula: M = C+ j Ao substituirmos o valor dos termos temos: M = 1.800,00 + 280,80 → M= 2.080,80 Portanto: o valor dos juros foi de R$ 280,80, que acrescentado ao preço do curso de R$ 1.800,00, totalizou R$ 2.080,80. Ao invés de utilizarmos fórmulas, poderíamos chegar ao mesmo resultado, apenas pela aplicação de alguns conceitos. Como sabemos, o juro referente a cada período é calculado multiplicando-se o valor do capital pela taxa de juros. Então o valor do juro por período seria: 1.800,00 . 0,013 → 23,40 Ora, sendo o valor do juro em cada período correspondente a R$ 23,40, resta-nos multiplicar este valor por 12, correspondente ao período de tempo, para termos o valor procurado: 23,40 . 12 → 280,80 Didatismo e Conhecimento 62 MATEMÁTICA O valor do montante será encontrado, simplesmente soman- do-se ao valor do principal, o valor total dos juros: 1.800,00 + 280,80 → 2.080,80 6) Um aplicador investiu R$ 35.000,00 por 1 semestre, à taxa de juros simples de 24,72% a.a. Em quanto o capital foi aumentado por este investimento? Observe que neste caso a taxa de juros e o período não estão na mesma unidade de tempo. Nestas condições, devemos conver- ter uma das unidades. Montando uma regra de três simples direta, temos: ↓ 24,72% ------------- 2 semestres (1 ano) ↓ i % ------------ 1 semestre Resolvendo: 0,2472 2 0,2472.1 12,360,1236 12,36% . . 2 100 i i i i a s i i = → = → = → = → = Identificando-se as variáveis disponíveis, temos: C= R$ 35.000,00 i= 24,72% a.a. → 12,36% a.s. → 12,36/100 a.s → 0,1236 a.s. n = 1 semestre Para calcularmos o juro utilizaremos a fórmula: Substituindo o valor dos termos temos: Logo: Portanto: Com investimento o capital aumentou R$ 4.326,00. Ao invés de utilizarmos fórmulas, poderíamos chegar ao mes- mo resultado, apenas pela aplicação de alguns conceitos. Como sa- bemos, o juro referente a cada período é calculado multiplicando- -se o valor do capital pela taxa de juros. Então o valor do juro por período seria: 35.000,00 . 0,1236 → 4.326,00 Ora, sendo o valor do juro em cada período correspondente a R$ 4.326,00, resta-nos multiplicar este valor por 1, correspondente ao período de tempo, para termos o valor procurado: 4.326,00 . 1 → 4.326,00 7) Em uma aplicação recebi de juros R$ 141,75. O dinheiro ficou aplicado por 45 dias. Eu tinha aplicado R$ 3.500,00. Qual foi a taxa de juros a.a. da aplicação? Identificando-se os termos disponíveis, temos: C= R$ 3.500,00 j= R$ 141,75 n = 45 dias Para calcularmos a taxa de juros utilizaremos a fórmula: Substituindo o valor dos termos temos: No entanto, como a unidade de tempo da taxa solicitada está em anos (‘a.a.’) e o cálculo foi realizado na unidade do período de tempo que está em ‘dias’, devemos converter a unidade de tempo da taxa calculada de a.d. (‘dias’) para a.a. (‘anos’). Logo: ↓ i ------------- 360 dias (1 ano) ↓ 0,0009 ------------ 1 dia Resolvendo: 360 32,40,324 32,4% . . 0,0009 1 100 i i i i a a= → = → = → = Portanto: 32,4% a.a. foi a taxa de juros simples da aplicação. Alternativamente poderíamos dividir o valor total dos juros, R$ 141,75, pelo valor do principal, R$ 3.500,00, de forma a encon- trar a taxa de juros total do período: Dividindo-se então, esta taxa de 0,0405 pelo período de tem- po, 45, obteríamos a taxa desejada: Resta ainda converter a taxa de juros para a unidade de tempo solicitada, o que pode ser feito se realizando o procedimento de conversão conforme efetuado acima. 8) Maria realizou uma aplicação por um período de 1 bi- mestre. Em tal período o capital de R$ 18.000,00 rendeu a ela R$ 1.116,00 de juros. Qual foi a taxa de juros a.a. utilizada? Identificando-se as variáveis disponíveis, temos: C= R$ 18.000,00 j= R$ 1.116,00 n = 1 bimestre Para calcularmos a taxa de juros utilizaremos a fórmula: Substituindo o valor dos termos temos: Didatismo e Conhecimento 63 MATEMÁTICA No entanto, como a unidade de tempo da taxa solicitada está em anos (‘a.a.’) e o cálculo foi realizado na unidade do período de tempo que está em ‘bimestres’, devemos converter a unidade de tempo da taxa calculada de a.b. (‘bimestres’) para a.a. (‘anos’). Logo: ↓ i ------------- 6 bimestres (1 ano) ↓ 0,062 ------------ 1 bimestre Resolvendo: 6 0,062.6 37,20,372 37,2% . 0,062 1 1 100 i i i i i a a= → = → = → = → = Portanto: A aplicação de Maria Gorgonzola foi realizada à uma taxa de juros simples de 37,2% a.a. Alternativamente pode- ríamos dividir o valor total dos juros, R$ 1.116,00, pelo valor do principal, R$ 18.000,00, de maneira a encontrar a taxa de juros total do período: Dividindo-se então, esta taxa de 0,062 pelo período de tempo, 1, obteríamos a taxa desejada: Resta ainda converter a taxa de juros para a unidade de tempo solicitada, o que pode ser feito se realizando o procedimento de conversão conforme efetuado acima. 9) Maria recebeu R$ 5.000,00 de juros, por um empréstimo de 1 mês. A taxa de juros aplicada foi de 37,5% a.a. Quanto Maria havia emprestado? Veja que neste caso a taxa de juros e o período não estão na mesma unidade de tempo. Neste caso, devemos converter uma das unidades. Montando uma regra de três simples direta, temos: ↓ 37,5% ------------- 12 meses (1 ano) ↓ i% ------------ 1 mês Resolvendo: 0,375 12 0,375.1 3,1250,03125 3,125% . 1 12 100 i i i i a m i = → = → = → = → = Identificando-se os termos disponíveis, temos: i= 37,5% a.a. → 3,125% a.m. → 3,125/100 a.m. → 0,03125 a.m. j= R$ 5.000,00 n = 1 mês Para calcularmos o capital vamos utilizara fórmula: C = . j i n Substituindo o valor dos termos temos: C = 5.000,00/(0,03125 .1) Logo: C = 160.000,00 Portanto: Maria havia emprestado R$ 160.000,00, pelo qual recebeu R$ 5.000,00 de juros, à taxa de 37,5% a.a. pelo período de 1 mês. Poderíamos chegar à mesma conclusão pela seguinte forma: Se dividirmos o valor total dos juros pelo período de tempo, iremos obter o valor do juro por período: 5.000,00 5.000,00 1 → Portanto, ao dividirmos o valor do juro por período, R$ 5.000,00, pela taxa de juros de 3,125%, iremos obter o valor do capital: 5.000,00 160.000,00 0,03125 → 10) Ambrózio recebeu R$ 1.049,60 de juros ao aplicar R$ 8.200,00 à taxa de 19,2% a.s. Qual foi o prazo da aplicação em meses? Observe que neste caso a taxa de juros e o período não estão na mesma unidade de tempo. Nestas condições, devemos conver- ter uma das unidades. Montando uma regra de três simples direta, temos: ↓ 19,2% ------------- 6 meses (1 semestre) ↓ i% ------------ 1 mês Resolvendo: 0,192 6 0,192.1 3,20,032 3,2% . 1 6 100 i i i i a m i = → = → = → = → = Identificando-se as variáveis disponíveis, temos: C = R$ 8.200,00 i= 19,2% a.s. → 3,2% a.m. → 3,2/100 a.m. → 0,032 a.m. j= R$ 1.049,60 Para calcularmos o período de tempo utilizaremos a fórmula: Substituindo o valor dos termos temos: Logo: n = 4 meses Didatismo e Conhecimento 64 MATEMÁTICA Portanto: O prazo da aplicação foi de 4 meses. Aplicação esta que rendeu a Ambrózio R$ 1.049,60 de juros ao investir R$ 8.200,00 à taxa de 19,2% a.s. Sem utilizarmos fórmulas, po- deríamos chegar ao mesmo resultado, pelo seguinte raciocínio: Ao multiplicarmos o valor do capital pela taxa de juros, iremos obter o juro referente a cada período: 8.200,00 . 0,032 → 262,40 Neste caso, basta-nos dividir o valor de R$ 1.049,60, referente ao valor total do juro, por R$ 262,40 correspondente ao valor do juro em cada período, obtendo assim o período de tempo procu- rado: 11) Aplicando-se R$ 15.000,00 a uma taxa de juro com- posto de 1,7% a.m., quanto receberei de volta após um ano de aplicação? Qual o juro obtido neste período? Primeiramente vamos identificar cada uma das variáveis for- necidas pelo enunciado do problema: C = R$ 15.000,00 i= 1,7% a.m. → 1,7/100 a.m. → 0,017 a.m. n= 1 ano → 12 meses Como a taxa de juros está em meses, também iremos trabalhar com o período de tempo em meses e não em anos como está no enunciado do problema. Pelo enunciado identificamos que foram solicitados o mon- tante e o juro, utilizaremos, portanto a fórmula abaixo que nos dá o montante: M = C . (1+ i)n Ao substituirmos cada uma das variáveis pelo seu respectivo valor teremos: M = 15.000,00 . (1 + 0,017)12 Podemos então realizar os cálculos para encontramos o valor do montante: M = 15.000,00 . (1 + 0,017)12 → M = 15.000,00 . 1,01712 → M = 15.000,00 . 1,224197 → M = 18362,96 Logo o montante a receber será de R$ 18.362,96. Sabemos que a diferença entre o montante e o capital aplicado nos dará os juros do período. Temos então: j = M – C → j = 18362,96 – 15.000,00 → j = 3362,96 Portanto: Após um ano de aplicação receberei de volta um to- tal de R$ 18.362,96, dos quais R$ 3.362,96 serão recebidos a título de juros. 12) Paguei de juros um total R$ 2.447,22 por um emprésti- mo de 8 meses a uma taxa de juro composto de 1,4% a.m. Qual foi o capital tomado emprestado? Calculando o valor da entrada para financiar a compra do seu carro a partir do valor da prestação Em primeiro lugar vamos identificar as variáveis fornecidas pelo enunciado: j = R$ 2.447,22 n = 8 meses i= 1,4% a.m. → 1,4/100 a.m. → 0,014 a.m. Como sabemos a fórmula básica para o cálculo do juro com- posto é: M = C . (1+ i)n Mas como estamos interessados em calcular o capital, é me- lhor que isolemos a variável C como a seguir: .(1 ) (1 ) n MM C i C i n = + → = + Note que a variável M não consta no enunciado, mas ao in- vés disto temos a variável j, no entanto sabemos que o valor do montante é igual à soma do valor principal com o juro do período, então temos: M = C + j Podemos então substituir M por C + j na expressão anterior: (1 )n C jC i + = + Vamos então novamente isolar a variável C: (1 )n C jC i + = + C . (1 + i)n = C + j → C . (1 + i)n - C = j → C . [(1 + i)n – 1] = j → Finalmente podemos substituir as variáveis da fórmula pelos valores obtidos do enunciado: 8 8 (1 ) 1 2447,22 (1 0,0014) 1 2447,22 1,014 1 2447,22 1,117644 1 2447,22 0,117644 20801,91 n jC i C C C C C = → + − = → + − = → − = → − = → = Logo: O capital tomado emprestado foi de R$ 20.801,96. 13) Planejo emprestar R$ 18.000,00 por um período de 18 meses ao final do qual pretendo receber de volta um total de R$ 26.866,57. Qual deve ser o percentual da taxa de juro composto para que eu venha a conseguir este montante? Didatismo e Conhecimento 65 MATEMÁTICA Do enunciado identificamos as seguintes variáveis: C = R$ 18.000,00 n = 18 meses M = R$ 26.866,57 A partir da fórmula básica para o cálculo do juro composto iremos isolar a variável i, que se refere à taxa de juros que estamos em busca: M = C . (1+ i)n Como já vimos na parte teórica, esta variável pode ser isolada com os seguintes passos: .(1 ) (1 ) (1 ) 1 1 n n nnn n n M C i M i C M i C M i C Mi C = + → = + → = + → = + → = = − Por fim substituiremos as variáveis da fórmula pelos valores obtidos do enunciado: 18 18 1 268866,57 1 18000 1,492587 1 1,0225 1 0,0225 1 n Mi C i i i i = = − → = = − → = = − → = − → = − O valor decimal 0,0225 corresponde ao valor percentual de 2,25%. 14) Preciso aplicar R$ 100.000,00 por um período de quantos meses, a uma taxa de juro composto de 1,7% a.m., para que ao final da aplicação eu obtenha o dobro deste capital? Do enunciado identificamos as seguintes variáveis: C = R$ 100.000,00 i = 1,7% a.m. → 1,7/100 a.m. → 0,017 a.m. M = R$ 200.000,00 Tendo por base a fórmula básica para o cálculo do juro com- posto isolemos a variável n, que se refere ao período de tempo que estamos a procura: .(1 ) (1 ) log(1 ) log log log(1 ) n n n M C i Mi C Mi C M Cn i = + → + = → + = → = + Substituindo o valor das variáveis na fórmula: log log(1 ) log(2) log(1,017) 0,301030 0,007321 41,12 M Cn i n n n = → + = → = → = Assim sendo: Para que eu consiga dobrar o valor do meu ca- pital precisarei de 41,12 meses de aplicação. 15) Se um certo capital for aplicado por um único período a uma determinada taxa de juros, em qual das modalidades de juros, simples ou composta, se obterá o maior rendimento? Na modalidade de juros simples, temos que o montante pode ser obtido através da seguinte fórmula: M = C + j Mas como já sabemos, o juro é obtido através da fórmula: j = C . i . n Logo substituindo j na fórmula do montante, chegamos à seguinte expressão: M = C + C . i . n Que após colocarmos C em evidência teremos: M = C . (1 + i + n) Como o enunciado diz se tratar de apenas um período de aplicação, ao substituirmos n por 1 e realizarmos a multiplicação, a fórmula ficará apenas como: M = C . (1 + i) Já na modalidade de juros compostos, o montante é obtido através da fórmula: M = C . (1 + i)n Com a substituição de n por 1, segundo o enunciado, chegaremos à expressão: Didatismo e Conhecimento 66 MATEMÁTICA M = C . (1 + i) Como já era de se esperar, em ambas as modalidades chegamos à mesma fórmula. Por quê? Como sabemos, o que difere uma modalidade da outra é que no caso dos juros simples o juro não é integrado ao capital ao final de cada período, assim como acontece na modalidade de juros compostos. Como há apenas um período, não há distinção entre uma modalidade e outra, já que após a integração do juro ao valor principal, não haverá um outro cálculo para um próximo período, por se tratar de apenas um período de aplicação. Temos então que: Em qualquer uma das modalidades o rendimento será o mesmo. Taxa Nominal A taxa nominal de juros relativa auma operação financeira, pode ser calculada pela expressão: Taxa nominal = Juros pagos / Valor nominal do empréstimo Assim, por exemplo, se um empréstimo de $100.000,00, deve ser quitado ao final de um ano, pelo valor monetário de $150.000,00, a taxa de juros nominal será dada por: Juros pagos = Jp = $150.000 – $100.000 = $50.000,00 Taxa nominal = in = $50.000 / $100.000 = 0,50 = 50% Sem dúvida, se tem um assunto que gera muita confusão na Matemática Financeira são os conceitos de taxa nominal, taxa efe- tiva e taxa equivalente. Até na esfera judicial esses assuntos geram muitas dúvidas nos cálculos de empréstimos, financiamentos, con- sórcios e etc. Hoje vamos tentar esclarecer esses conceitos, que na maioria das vezes nos livros e apostilas disponíveis no mercado, não são apresentados de um maneira clara. Temos a chamada taxa de juros nominal, quando esta não é realmente a taxa utilizada para o cálculo dos juros (é uma taxa “sem efeito”). A capitalização (o prazo de formação e incorpora- ção de juros ao capital inicial) será dada através de uma outra taxa, numa unidade de tempo diferente, taxa efetiva. Como calcular a taxa que realmente vai ser utilizada; isto é, a taxa efetiva? Vamos acompanhar através do exemplo: Calcular o montante de um capital de R$ 1.000,00 aplicados durante 18 meses, capitalizados mensalmente, a uma taxa de 12% a.a. Explicando o que é taxa Nominal, efetiva mensal e equi- valente mensal: Respostas e soluções: 1) A taxa Nominal é 12% a.a; pois o capital não vai ser capita- lizado com a taxa anual. 2) A taxa efetiva mensal a ser utilizada depende de duas con- venções: taxa proporcional mensal ou taxa equivalente mensal. a) Taxa proporcional mensal (divide-se a taxa anual por 12): 12%/12 = 1% a.m. b) Taxa equivalente mensal (é aquela que aplicado aos R$ 1.000,00, rende os mesmos juros que a taxa anual aplicada nesse mesmo capital). Cálculo da taxa equivalente mensal: i q= (1+ it ) q t −1 onde: iq : taxa equivalente para o prazo que eu quero it : taxa para o prazo que eu tenho q : prazo que eu quero t : prazo que eu tenho i q= (1+ 0,12) 1 12 −1 = (1,12)0,083333 – 1 iq = 0,009489 a.m ou iq = 0,949 % a.m. 3) Cálculo do montante pedido, utilizando a taxa efetiva mensal a) pela convenção da taxa proporcional: M = c (1 + i)n M = 1000 (1 + 0,01) 18 = 1.000 x 1,196147 M = 1.196,15 b) pela convenção da taxa equivalente: M = c (1 + i)n M = 1000 (1 + 0,009489) 18 = 1.000 x 1,185296 M = 1.185,29 NOTA: Para comprovar que a taxa de 0,948% a.m é equiva- lente a taxa de 12% a.a, basta calcular o montante utilizando a taxa anual, neste caso teremos que transformar 18 meses em anos para fazer o cálculo, ou seja : 18: 12 = 1,5 ano. Assim: M = c (1 + i)n M = 1000 (1 + 0,12) 1,5 = 1.000 x 1,185297 M = 1.185,29 Conclusões: - A taxa nominal é 12% a.a, pois não foi aplicada no cálculo do montante. Normalmente a taxa nominal vem sempre ao ano! - A taxa efetiva mensal, como o próprio nome diz, é aque- la que foi utilizado para cálculo do montante. Pode ser uma taxa proporcional mensal (1 % a.m.) ou uma taxa equivalente mensal (0,949 % a.m.). - Qual a taxa efetiva mensal que devemos utilizar? Em se tra- tando de concursos públicos a grande maioria das bancas exami- nadores utilizam a convenção da taxa proporcional. Em se tratando do mercado financeiro, utiliza-se a convenção de taxa equivalente. Resolva as questões abaixo para você verificar se entendeu os conceitos acima. 1) Um banco paga juros compostos de 30% ao ano, com capi- talização semestral. Qual a taxa anual efetiva? a) 27,75 % b) 29,50% c) 30 % d) 32,25 % e) 35 % Didatismo e Conhecimento 67 MATEMÁTICA 2) Um empresa solicita um empréstimo ao Banco no regime de capitalização composta à base de 44% ao bimestre. A taxa equi- valente composta ao mês de: a) 12% b) 20% c) 22% d) 24% Respostas: 1) d 2) b Taxas Equivalentes e Capitais Equivalentes A equivalência de capitais é uma das ferramentas mais pode- rosas da matemática financeira e tem sido constantemente pedida nas provas de concursos públicos. Aprendemos a calcular o Montante, em uma Data Fatura, de um capital que se encontrava na data presente. Relativo a descon- tos, aprendemos a calcular o Valor Atual, em uma Data Presente, de um valor nominal que se encontrava em uma data futura. Gostaríamos que você notasse que, ao calcular o montante, estávamos movendo o capital inicial a favor do eixo dos tempos ou capitalizando-o, enquanto que, ao calcularmos o valor atual, está- vamos movendo o valor nominal (que também é um capital) contra o eixo dos tempos ou descapitalizando-o, conforme se encontra ilustrado nos esquemas a seguir. Conceito de Equivalência Dois ou mais capitais que se encontram em datas diferentes, são chamados de equivalentes quando, levados para uma mesma data, nas mesmas condições, apresentam o mesmo VALOR nessa data. Para você entender melhor esse conceito, vamos lhe propor um problema. Vamos fazer de conta que você ganhou um prêmio em dinheiro no valor de R$ 100,00, que se encontra aplicado, em um banco, à taxa de juros simples de 10% a.m. O banco lhe oferece três opções para retirar o dinheiro: 1a) você retira R$ 100,00 hoje; 2a) você deixa o dinheiro aplicado e retira R$ 140,00 dentro de 4 meses; 3a) você deixa o dinheiro aplicado e retira R$ 190,00 em 9 meses. Qual delas é a mais vantajosa para você? Para sabermos a resposta, precisamos encontrar um jeito de comparar os capitais R$ 100,00, R$ 140,00, e R$ 190,00, que se encontram em datas diferentes. Vamos determinar, então, o valor dos três capitais numa mesma data ou seja, vamos atualizar os seus valores. Escolheremos a data de hoje. A Data Comum, também chamada de Data de Comparação ou Data Focal, portanto, vai ser hoje (= data zero). O capital da primeira opção (R$ 100,00) já se encontra na data de hoje; portanto, já se encontra atualizado. Calculemos, pois, os valores atuais Va1 e Va2 dos capitais fu- turos R$ 140,00 e R$ 190,00 na data de hoje (data zero). Esquema- tizando, a situação seria esta: Podemos fazer este cálculo usando desconto comercial sim- ples ou desconto racional simples. Vamos, arbitrariamente, esco- lher a fórmula do valor atual racional simples: Vars = N/1 + in Vars1 = 140,00/(1 + 0,10 . 4) = 100,00 Vars2 = 190,00/(1 + 0,10 . 9) = 100,00 Verificamos que os três capitais têm valores atuais idênticos na data focal considerada (data zero). Podemos, portanto, dizer que eles são Equivalentes: tanto faz receber R$ 100,00 hoje, ou R$ 140,00 daqui a 4 meses ou R$ 190,00 daqui a nove meses, se a taxa de juros for de 10% ao mês e o desconto racional simples. Vejamos o que acontece se utilizarmos o critério do desconto comercial, em vez do desconto racional, para calcular os valores atuais dos capitais R$ 140,00 e R$ 190,00: Vacs = N (1 – in) Vacs1 = 140 ( 1 – 0,10 . 4) = 140 (0,6) = 84 Vacd2 = 190 (1 – 0,10 . 9) = 190 (0,1) = 19 Mudando-se a modalidade de desconto, portanto, os três capi- tais deixam de ser equivalentes. E se mudarmos a data de comparação, ou data focal, para o mês 2, por exemplo, continuando a utilizar o desconto racional simples? Acontecerá o seguinte: O capital R$ 140,00, resgatável na data 4, será antecipado de 2 meses, ficando com o seguinte valor atual racional simples: Vars1 = 140,00/(1 + 0,10 . 2) = 116,67 O capital R$ 190,00, resgatável na data 9, será antecipado de 7 meses, ficando com o seguinte valor atual racional simples: Vars2 = 190,00/(1 + 0,10 . 7) = 111,76 Ao capital R$ 100,00 (resgatável na data zero) acrescentar-se- -ão dois meses de juros, conforme segue: Vars3 = C (1 + in) = 100 (1 + 0,10 . 2) = 120 No mês dois, portanto, temos que os capitais nominais R$ 140,00; R$ 190,00 e R$ 100,00 estarão valendo, respectivamente, R$ 116,67; R$ 111,76 e R$ 120,00. Na data focal 2, portanto, eles não serão mais equivalentes. No regime de capitalização Simples a equivalência ocorre em apenas uma única data, para uma determinadataxa e modalidade de desconto. Ao mudarmos a Data Focal, capitais que antes eram equivalentes podem deixar sê-lo. É bom você saber desde já que, no regime de capitalização Composta, isto não acontece: na capi- talização composta, para a mesma taxa, capitais equivalentes para uma determinada data o são para qualquer outra data. Podemos então concluir que: Para juros simples, a equivalência entre dois ou mais capitais somente se verifica para uma determinada taxa, para uma determi- nada data focal e para uma determinada modalidade de desconto. Podemos, agora, definir equivalência de dois capitais de uma mesma maneira mais rigorosa da seguinte forma: Dois capitais C1 e C2, localizados nas datas n1 e n2, medidas a partir da mesma origem, são ditos equivalentes com relação a uma data focal F, quando os seus respectivos valores atuais, Va1 e Va2 , calculados para uma determinada taxa de juros e modalidade de desconto nessa data focal F, forem iguais. Didatismo e Conhecimento 68 MATEMÁTICA A equivalência de capitais é bastante utilizada na renegocia- ção de dívidas, quando há necessidade de substituir um conjunto de títulos por um outro conjunto, equivalente ao original (isto por- que o conceito de equivalência é aplicado não só para dois capitais, mas também para grupos de capitais). Às vezes um cliente faz um empréstimo num banco e se com- promete e quitá-lo segundo um determinado plano de pagamento. Todavia, devido a contigências nos seus negócios, ele percebe que não terá dinheiro em caixa para pagar as parcelas do financiamento nas datas convencionadas. Então, propõe ao gerente do banco um outro esquema de pagamento, alterando as datas de pagamento e os respectivos valores nominais de forma que consiga honrá-los, mas de tal sorte que o novo esquema seja EQUIVALENTE ao pla- no original. No cálculo do novo esquema de pagamento, a visualização do problema fica bastante facilitada com a construção de um dia- grama de fluxo de caixa no qual representa-se a dívida original na parte superior, e a proposta alternativa de pagamento na parte de baixo, conforme se vê nos problemas a seguir. Equação de Valor Em síntese, para que um conjunto de títulos de valores nomi- nais N1, N2, N3 …, exigíveis nas datas n1, n2, n3 …, seja equivalente a um outro conjunto de títulos Na , Nb , Nc …, exigíveis nas datas na , nb , nc …, basta impormos que a soma dos respectivos valores atuais Va1 , Va2 , Va3 … dos títulos do primeiro conjunto, calculados na data focal considerada, seja igual à soma dos valores atuais Vaa , Vab , Vac … dos títulos do segundo conjunto, calculados para essa mesma data, isto é: Va1 + Va2 + Va3 + … = Vaa + Vab + Vac + … A equação acima é chamada de Equação de Valor. Roteiro para Resolução de Problemas de Equivalência Ao começar a resolução de problemas que envolvem equiva- lência de capitais utilize o seguinte roteiro: 1. leia o problema todo; 2. construa, a partir do enunciado do problema, um diagrama de fluxo de caixa esquemático, colocando na parte de cima o plano original de pagamento e na parte de baixo o plano alternativo pro- posto, indicando todos os valores envolvidos, as datas respectivas e as incógnitas a serem descobertas – esse diagrama é importante porque permite visualizar os grupos de capitais equivalentes e esta- belecer facilmente a equação de valor para resolução do problema; 3. observe se os prazos de vencimento dos títulos e compro- missos estão na mesma unidade de medida de tempo periodicidade da taxa; se não estiverem, faça as transformações necessárias (ou você expressa a taxa na unidade de tempo do prazo ou expressa o prazo na unidade de tempo da taxa – escolha a transformação que torne os cálculos mais simples); 4. leve todos os valores para a data escolhida para a nego- ciação (data focal), lembrando sempre que capitais exigíveis an- tes da data focal deverão ser capitalizados através da fórmula do montante M = C (1 + in), dependendo da modalidade de desconto utilizada; 5. tendo transportado todos os capitais para a data focal e com base no diagrama de fluxo de caixa que você esquematizou, monte a EQUAÇÃO DE VALOR, impondo que a soma dos valores dos títulos (transportados para a data focal) da parte de cima do dia- grama de fluxo de caixa seja igual à soma dos valores dos títulos (transportados para a data focal) da parte de baixo do diagrama de fluxo de caixa; 6. resolva a equação de valor; 7. releia a PERGUNTA do problema e verifique se o valor que você encontrou corresponde ao que o problema está pedindo (às vezes, devido à pressa, o candidato se perde nos cálculos, encontra um resultado intermediário e assinala a alternativa que o contém, colocada ali para induzi-lo em erro, quando seria necessário ainda uma passo a mais para chegar ao resultado final correto). Desconto e Equivalência Por fim, gostaríamos de dar uma dica para ajudá-lo a perceber quando um problema é de desconto e quando é de equivalência. Em linhas gerais, nos problemas de Desconto, alguém quer vender papéis (duplicatas, promissórias, letras de câmbio, etc.), enquanto que nos problemas de Equivalência, alguém quer financiar ou re- financiar uma dívida. Rendas Uniformes Matéria com o mesmo objetivo da Equivalência de Capitais, mas com títulos apresentando os mesmos valores e com vencimen- tos consecutivos - tornando assim sua solução mais rápida, através de um método alternativo. Há dois casos: o cálculo do valor atual dos pagamentos iguais e sucessivos (que seria igual ao valor do financiamento obtido por uma empresa ou o valor do empréstimo contraído); e o cálculo do montante, do valor que a empresa obterá se aplicar os pagamentos dos clientes em uma data futura às datas dos pagamentos. 1º Caso: Cálculo do Valor Atual a) Renda Certa Postecipada (Imediata): aquela onde o primei- ro pagamento acontecerá em UM período após contrair o emprés- timo ou financiamento. Para calcular o valor atual dessa renda certa, a fórmula é a seguinte: A = P . a[n,i], onde: A = valor atual da renda certa; P = valor de cada pagamento da renda certa; n = número de prestações; i = taxa empregada. O fator a[n,i] é normalmente dado nas provas. b) Renda Certa Antecipada: aquela onde o primeiro pagamen- to acontecerá no ato do empréstimo ou financiamento. Para calcular o valor atual dessa renda certa, a fórmula é a seguinte: A = P . a[n-1,i] + P, onde: A = valor atual da renda certa; P = valor de cada pagamento da renda certa; n = número de prestações; Didatismo e Conhecimento 69 MATEMÁTICA i = taxa empregada. c) Renda Certa Diferida: aquela onde o primeiro pagamento acontecerá vários períodos após ser feito o empréstimo ou finan- ciamento. Para calcular o valor atual dessa renda certa, a fórmula é a seguinte: A = P . ( a[n+x,i] - a[x,i] ), onde: A = valor atual da renda certa; P = valor de cada pagamento da renda certa; n = número de prestações; x = número de prestações acrescentadas; i = taxa empregada. 2º Caso: Cálculo do Montante a) Quando o montante é calculado no momento da data do último pagamento: Para calcular o valor do montante nesse caso, a fórmula é a seguinte: M = P . s[n,i], onde: M = valor do montante; P = valor de cada pagamento da renda certa; n = número de prestações; i = taxa empregada. O fator s[n,i] é normalmente dado nas provas. b) Quando o montante é calculado em um momento que não coincide com a data do último pagamento: Para calcular o valor do montante nesse caso, a fórmula é a seguinte: M = P . (s[n+x,i] - s[x,i]), onde: M = valor do montante; P = valor de cada pagamento da renda certa; n = número de prestações; x = número de prestações acrescentadas; i = taxa empregada. Rendas Variáveis Ativos de renda variável são aqueles cuja remuneração ou re- torno de capital não pode ser dimensionado no momento da apli- cação, podendo variar positivamente ou negativamente, de acor- do com as expectativas do mercado. Os mais comuns são: ações, fundos de renda variável (fundo de ação, multimercadoe outros), quotas ou quinhões de capital, Commodities (ouro, moeda e ou- tros) e os derivativos (contratos negociados nas Bolsas de Valores, de mercadorias, de futuros e assemelhadas). ANOTAÇÕES ————————————————————————— ————————————————————————— ————————————————————————— ————————————————————————— ————————————————————————— ————————————————————————— ————————————————————————— ————————————————————————— ————————————————————————— ————————————————————————— ————————————————————————— ————————————————————————— ————————————————————————— ————————————————————————— ————————————————————————— ————————————————————————— ————————————————————————— ————————————————————————— ————————————————————————— ————————————————————————— ————————————————————————— ————————————————————————— ————————————————————————— ————————————————————————— ————————————————————————— ————————————————————————— ————————————————————————— ————————————————————————— ————————————————————————— ————————————————————————— ————————————————————————— Didatismo e Conhecimento 70 MATEMÁTICA ANOTAÇÕES ———————————————————————————————————————————————————— ———————————————————————————————————————————————————— ———————————————————————————————————————————————————— ———————————————————————————————————————————————————— ———————————————————————————————————————————————————— ———————————————————————————————————————————————————— ———————————————————————————————————————————————————— ———————————————————————————————————————————————————— ———————————————————————————————————————————————————— ———————————————————————————————————————————————————— ———————————————————————————————————————————————————— ———————————————————————————————————————————————————— ———————————————————————————————————————————————————— ——————————————————————————————————————————————————— ——————————————————————————————————————————————————— ———————————————————————————————————————————————————— ———————————————————————————————————————————————————— ———————————————————————————————————————————————————— ———————————————————————————————————————————————————— ———————————————————————————————————————————————————— ———————————————————————————————————————————————————— ———————————————————————————————————————————————————— ———————————————————————————————————————————————————— ———————————————————————————————————————————————————— ———————————————————————————————————————————————————— ———————————————————————————————————————————————————— ———————————————————————————————————————————————————— ———————————————————————————————————————————————————— ———————————————————————————————————————————————————— ——————————————————————————————————————————————————— ———————————————————————————————————————————————————