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Xarlleslb Blog – www.xarlles.blogspot.com.br APOSTILA: APRENDENDO MATEMÁTICA COM PLANILHAS ELETRÔNICAS Volume 1 Charles Lourenço de Bastos Xarlleslb Blog – www.xarlles.blogspot.com.br O conteúdo que segue, está estruturado a partir de postagens realizadas no Xarlleslb Blog. Nesta apostila, são apresentados conteúdos matemáticos e codificações para a construção de planilhas eletrônicas no Excel. Todo este conteúdo e ainda, links para as planilhas já construídas estão disponibilizadas para uso livre no link: http://xarlles.blogspot.com.br/p/planilhas-no-excel.html Este primeiro volume apresenta planilhas com os seguintes conteúdos matemáticos: [1] Áreas de Figuras Geométricas. [2] Cálculos em P.A. e P.G. [3] Determinantes. [4] Estudo da Equação do 2º Grau. [5] Função Polinomial do Primeiro Grau. [6] Funções e Transformações Trigonométricas. [7] Relações Métricas no Triângulo Retângulo. [8] Sistemas de Equações do Primeiro Grau com Duas Incógnitas. Xarlleslb Blog – www.xarlles.blogspot.com.br Áreas de Algumas Figuras Geométricas Esta planilha é menos funcional, pois demanda bastante fórmulas e pouca relação com o entendimento do conteúdo. Nela, são retornados resultados de alguns cálculos de áreas de figuras geométricas a partir dos valores (medidas) de alguns de seus elementos. Estão presentes 13 resultados de cálculos de áreas de figuras como triângulo, quadrado, retângulo, paralelogramo, losango, trapézio, círculo, setor circular, coroa circular e hexágono. Área Quando medimos superfícies tais como um terreno, ou o piso de uma sala, ou ainda uma parede, obtemos um número, que é a sua área. Área é um número real, maior ou igual a zero, que representa a medida de uma superfície. Códigos na Planilha e Fórmulas das Áreas Xarlleslb Blog – www.xarlles.blogspot.com.br Quadrado Código na planilha: =SEERRO(SE(F5="";"";SE(F5<=0;"NE";F5^2));"NE") Fórmula: Retângulo Código na planilha: =SEERRO(SE(F10="";"";SE(F10<=0;"NE";SE(F9<=0;"NE";SE(F9="";"";F9*F10))));"NE ") Fórmula: Paralelogramo Código na planilha: =SEERRO(SE(M11="";"";SE(M10<=0;"NE";SE(M11<=0;"NE";SE(M10="";"";M10*M11) )));"NE") Fórmula: Trapézio Código na planilha: =SEERRO(SE(AA12="";"";SE(AA11="";"";SE(AA10<=0;"NE";SE(AA11<=0;"NE";SE(A A12<=0;"NE";SE(AA10="";"";(AA10+AA11)*AA12/2))))));"NE") Fórmula: Losango Xarlleslb Blog – www.xarlles.blogspot.com.br Código na planilha: =SEERRO(SE(AA6="";"";SE(AA5="";"";SE(AA5<=0;"NE";SE(AA6<=0;"NE";AA5*AA6/ 2))));"NE") Fórmula: Triângulo Código na planilha: =SEERRO(SE(F15="";"";SE(F14<=0;"NE";SE(F15<=0;"NE";SE(F14="";"";F14*F15/2)) ));"NE") Fórmula: Triângulo Equilátero Código na planilha: =SEERRO(SE(M15="";"";SE(M15<=0;"NE";M15*RAIZ(3)/2));"NE") =SEERRO(SE(M15="";"";SE(M15<=0;"NE";(M15*M15*RAIZ(3))/4));"NE") Fórmulas: Triângulo Qualquer Código na planilha: =SEERRO(SE(T16="";"";SE(T15="";"";SE(T14="";"";SE(T16<=0;"NE";SE(T15<=0;"NE ";SE(T14<=0;"NE";SE(T14>=T16+T15;"NE";SE(T15>=T16+T14;"NE";SE(T16>=T15+ T14;"NE";RAIZ((T14+T15+T16)/2*((T14+T15+T16)/2-T14)*((T14+T15+T16)/2- T15)*((T14+T15+T16)/2-T16)))))))))));"NE") Xarlleslb Blog – www.xarlles.blogspot.com.br Fórmula: Triângulo (lados adjacentes e ângulo entre eles) Código na planilha: =SEERRO(SE(AA18="";"";SE(AA17="";"";SE(AA16="";"";SE(AA16<=0;"NE";SE(AA17 <=0;"NE";SE(AA18<=0;"NE";SE(AA18>=180;"NE";(AA16*AA17*(SEN(AA18*PI()/180) ))/2)))))));"NE") O ângulo deverá ser colocado em graus pelo usuário da planilha e o código faz a conversão para radianos. Fórmula: ângulo em radianos. Círculo Código na planilha: =SEERRO(SE(T10="";"";SE(T10<=0;"NE";PI()*(T10*T10)));"NE") Fórmula: Coroa Circular Xarlleslb Blog – www.xarlles.blogspot.com.br Código na planilha: =SEERRO(SE(M6="";"";SE(M5="";"";SE(M5<=0;"NE";SE(M6<=0;"NE";IMABS(pi()*(M 5*M5-M6*M6))))));"NE") Fórmula: Setor Circular Código na planilha: =SEERRO(SE(T6="";"";SE(T5="";"";SE(T5<=0;"NE";SE(T6<=0;"NE";(PI()*T6*T5*T5)/3 60))));"NE") Ângulo em graus. Fórmulas: Hexágono Código na planilha: =SEERRO(SE(T20="";"";SE(T20<=0;"NE";1,5*(T20*T20*RAIZ(3))));"NE") Fórmula: Referência [1] GIOVANNI, José Ruy. Matemática Fundamental. Editora FTD. São Paulo, 1994. Xarlleslb Blog – www.xarlles.blogspot.com.br Cálculos em PA e PG Após algumas atualizações e ter criado uma planilha para tratar de Equações do Segundo Grau com Uma Incógnita, resolvi continuar o padrão de posts relacionados à planilhas eletrônicas. Então segue mais este post, agora tratando de Progressão Aritmética (P.A.) e Progressão Geométrica (P.G.) P.A. e P.G. são conteúdos comumente estudados no ensino médio e que lidam com sequências numéricas. A P.A. é uma sequência numérica em que cada termo, a partir do segundo, é igual ao anterior somado com o número fixo, dito razão desta progressão. A P.G. A P.G. é uma sequência de números não nulos em que cada termo posterior, a partir do segundo, é igual ao anterior multiplicado por um número fixo dito razão desta progressão. Os gráficos gerados dos números da sequência de uma P.A. ou de uma P.G. têm aparência com a logo deste post. Existem inúmeras questões a respeito destes conteúdos que demandam interpretação das situações propostas, para além dos cálculos em fórmulas como apresenta a planilha. Estes conteúdos têm aplicações em diversas áreas, por exemplo, na Biologia com a reprodução das bactérias; ou em Química, no balanceamento e na proporção de fusão de elementos, na Economia, com crescimentos ou decrescimentos constantes ou variáveis ou com juros simples e juros compostos; ou seja, situações que envolvem sequências numéricas. A planilha aborda alguns cálculos relacionados à P.A. e à P.G., o mais importante está na leitura, no entendimento e na aplicação destes conteúdos. Os cálculos são básicos e até repetitivos quando estudados na escola. Está planilha então serve para verificar os cálculos realizados. Trabalhar a implementação desta planilha é até interessante, mas demandaria outras implementações para explorar mais o conteúdo. Xarlleslb Blog – www.xarlles.blogspot.com.br Mesmo assim, apresento as funcionalidades da planilha, bem como o modo em que a implementei. Funcionalidades da Planilha As funcionalidades da planilha já são aparentes nas imagens. São realizados 6 diferentes resultados para a P.A. e para a P.G.: # enésimo termo; # primeiro termo; # razão (r, q); # número de termos (n); # soma dos n termos (S); # 10 primeiros termos. Apesar das legendas indicarem "Cálculo" os valores obtidos na verdade são apenas resultados, já que os cálculos estão ocultos nas fórmulas. Estas fórmulas são apresentadas detalhadamente mais abaixo, tanto no formato algébrico, quanto no formato lógico-matemático (codificação Excel). Como criei a planilha Xarlleslb Blog – www.xarlles.blogspot.com.br A inserção dos dados conhecidos Os únicos espaços disponíveis para inserção de dados são as células em amarelo. É informado que se deveinserir os valores conhecidos. Comumente, haverão três dos 4 valores conhecidos e o quarto valor, assim como os já inseridos irão aparecer como resultados dos cálculos. Na planilha construída, as células que referenciam cada item são: r = C6 (razão) a1 = D6 (primeiro termo da sequência) n = E6 (número de termos) an = F6 (último termo determinado, enésimo termo) Cálculo do termo an (enésimo termo, termo geral) A codificação no Excel: =SE(E6="";"";SE(D6="";"";SE(C6="";"";D6+(E6-1)*C6))) Xarlleslb Blog – www.xarlles.blogspot.com.br A fórmula matemática: Cálculo do termo a1 A codificação no Excel: =SE(C6="";"";SE(E6="";"";SE(F6="";"";F6-(E6-1)*C6))) A fórmula matemática é a mesma do termo geral, mas evidenciando o primeiro termo: Cálculo da razão (r) A codificação no Excel: =SE(E6="";"";SE(E6=1;"";SE(D6="";"";SE(F6="";"";(F6-D6)/(E6-1))))) A fórmula matemática: Observe que temos uma observação, não pode ocorrer n = 1, como n - 1 é denominador, teríamos 0 (zero), e isso não pode ocorrer. Para que não tenhamos uma mensagem de erro, na codificação foi implementado retorno vazio quando n = 1. Cálculo do número de termos (n) A codificação no Excel: =SE(C6="";"";SE(C6=0;"";SE(D6="";"";SE(F6="";"";1+(F6-D6)/C6)))) A fórmula matemática: Xarlleslb Blog – www.xarlles.blogspot.com.br Apesar de poder existir sequências constantes na P.A., ou seja, r = 0, na implementação da fórmula para a codificação, observe que r não pode ser 0 (zero), pois está no denominador; para não haver mensagem de erro, implementamos retorno vazio quando r = 0. Cálculo da soma dos n termos A codificação no Excel: =SE(E6="";"";SE(F6="";"";SE(D6="";"";((D6+F6)*E6)/2))) A fórmula matemática: Os 10 primeiros termos A codificação no Excel: =SE(C11="";"";C11), primeiro termo. =SE(C11="";"";SE(C6="";"";C23+C6)), segundo termo. (...) As demais são semelhantes a esta última codificação e alterando a célula C23, pela célula do termo anterior. A fórmula matemática: Xarlleslb Blog – www.xarlles.blogspot.com.br A inserção dos dados conhecidos Na planilha construída, as células que referenciam cada item são: q = L6 (razão) a1 = M6 (primeiro termo da sequência) n = N6 (número de termos) an = O6 (último termo determinado, enésimo termo) Cálculo do termo an (enésimo termo) A codificação no Excel: =SE(N6="";"";SE(L6="";"";SE(M6="";"";M6*(L6^(N6-1))))) A fórmula matemática: Cálculo do termo a1 A codificação no Excel: Xarlleslb Blog – www.xarlles.blogspot.com.br =SE(N6="";"";SE(L6="";"";SE(O6="";"";O6/(L6^(N6-1))))) A fórmula matemática: Cálculo da razão (q) A codificação no Excel: =SE(M6=0;"";SE(N6="";"";SE(N6=1;"";SE(M6="";"";SE(O6="";"";(O6/M6)^(1/(N6- 1))))))) A fórmula matemática: A codificação foi realizada baseando-se na fórmula escrita no segundo formato, por desconhecer a implementação de raízes com radicais superiores a 2. Observe que poderíamos ter algum problema por haver divisão e a1 não poderia assumir 0 (zero) pela fórmula, mas isso é garantido pela definição de P.G., já que ela não pode ser nula. Teremos um problema se n = 1, ou seja, se quisermos apenas um elemento, observe na fórmula que usamos n - 1 no denominador, ou é, se n = 1 teríamos zero no denominador, o que é impossível de resolver; mas veja que não faz muito sentido procurar q para 1 elemento, já que este elemento é o próprio a1. Para não termos esse erro, observe que foi implementado na codificação um retorno vazio para n = 1. Cálculo do número de termos (n) A codificação no Excel: =SE(M6=0;"";SE(L6="";"";SE(M6="";"";SE(O6="";"";LOG(IMABS(O6/M6*L6);IMABS(L6 )))))) A fórmula matemática: Xarlleslb Blog – www.xarlles.blogspot.com.br Um destaque especial para esta fórmula, a presença dos dois módulos se deve ao não cálculo de logaritmo para números negativos, já que a razão aqui não é nula (q é diferente de zero pela definição de P.G.), mas pode ser negativa. Cálculo da soma dos n termos A codificação no Excel: =SE(N6="";"";SE(M6="";"";SE(L6="";"";(M6*((L6^N6)-1))/(L6-1)))) A fórmula matemática: Os 10 primeiros termos A codificação no Excel: =SE(L11="";"";M6) =SE(L11="";"";SE(L6="";"";M6*L6)) A fórmula matemática: Referência e recomendação GIOVANNI, José Ruy. Matemática Fundamental. Editora FTD. São Paulo, 1994. Após terminar este post, resolvi procurar planilhas sobre P.A. e P.G., encontrei uma que realiza mais funções que a que disponibilizo, mas apenas para P.A.. Vale a pena conferir no Blog Matemática na Veia. Xarlleslb Blog – www.xarlles.blogspot.com.br Determinantes Determinante é um número real que se associa a uma matriz quadrada. A teoria dos determinantes surgiu quase simultaneamente na Alemanha e no Japão. Foi desenvolvida por dois matemáticos, Leibniz (1646-1716) e Seki Shinsuke Kowa (1642-1708), ao solucionarem um problema de eliminações necessárias à resolução de um sistema de m equações lineares com m incógnitas. Este é outro post que relaciona conteúdo da matemática com planilhas eletrônicas confeccionadas no Excel. Abaixo seguem alguns procedimentos sobre como foi confeccionada a planilha e sugestões de leitura a respeito de determinantes. Esta planilha devolve resultados de determinantes de matrizes de 2ª, 3ª e 4ª ordem. Nas fórmulas é possível perceber o uso de menor complementar, cofator, Regra de Sarrus e teorema de Laplace. A planilha Xarlleslb Blog – www.xarlles.blogspot.com.br Det A =SEERRO(SE(J5="";"";SE(I5="";"";SE(J4="";"";SE(I4="";"";I4*J5-J4*I5))));"") O determinante de uma matriz de 2ª ordem é um número real obtido pela diferença entre o produto dos elementos da diagonal principal e o produto dos elementos da diagonal secundária. Det B =SEERRO(SE(L11="";"";SE(K11="";"";SE(J11="";"";SE(L10="";"";SE(K10="";"";SE(J10 ="";"";SE(L9="";"";SE(K9="";"";SE(J9="";"";(J9*K10*L11+K9*L10*J11+L9*J10*K11- (L9*K10*J11+L10*K11*J9+L11*K9*J10)))))))))));"") O método aplicado ao calcular o determinante de 3ª ordem é conhecido com teorema de Laplace. Tal teorema pode ser enunciado por: "O determinante de uma matriz quadrada B, de 3ª ordem, é igual à soma dos produtos dos elementos de uma linha ou coluna qualquer pelos respectivos cofatores.". Mas na fórmula aplicada na planilha foi utilizada a regra de Sarrus. Xarlleslb Blog – www.xarlles.blogspot.com.br Det C =SEERRO(SE(N18="";"";SE(M18="";"";SE(L18="";"";SE(K18="";"";SE(N17="";"";SE(M 17="";"";SE(L17="";"";SE(K17="";"";SE(N16="";"";SE(M16="";"";SE(L16="";"";SE(K16=" ";"";SE(N15="";"";SE(M15="";"";SE(L15="";"";SE(K15="";"";(K15*(- 1)^2*((L16*M17*N18+M16*N17*L18+N16*L17*M18) - (N16*M17*L18+N17*M18*L16+N18*M16*L17))) + (L15*(- 1)^3*((K16*M17*N18+M16*N17*K18+N16*K17*M18) - (N16*M17*K18+N17*M18*K16+N18*M16*K17))) + (M15*(- 1)^4*((K16*L17*N18+L16*N17*K18+N16*K17*L18) - (N16*L17*K18+N17*L18*K16+N18*L16*K17))) + (N15*(- 1)^5*((K16*L17*M18+L16*M17*K18+M16*K17*L18) - (M16*L17*K18+M17*L18*K16+M18*L16*K17)))))))))))))))))));"") No cálculo do determinante de matriz de 4ª ordem, foi aplicado o teorema de Laplace, até chegar em determinantes de 3ª ordem, e depois empregou-se a regra de Sarrus. Sugestões de Leitura [1] GIOVANNI, José Ruy. Matemática Fundamental. 2º Grau. Volume Único. FTD.São Paulo, 1994. [2] Uma Breve História das Matrizes e Determinantes - [Blog Fatos Matemáticos] [3] O Método de Dodgson Para Calcular Determinantes 3x3 - [Blog Fatos Matemáticos] Xarlleslb Blog – www.xarlles.blogspot.com.br Estudo da Equação do 2º Grau Esta semana atualizava um post que criei quando divulguei uma planilha que havia implementado sobre Movimento Uniformemente Variado (Física), quando pensei em criar uma planilha para estudar alguns cálculos e características presentes em equações do 2º grau com uma incógnita. Ao pesquisar a respeito, encontrei várias planilhas, algumas apresentando procedimentos de cálculos, outras com tabela para inserir valores e produzir gráficos (função) e diferentes funcionalidades. Acredito que seja importante o processo de criação da planilha, pois para implementar cálculos e funcionalidades é preciso ter conhecimento do conteúdo em questão; este seria um bom exercício de ensino e aprendizado. Neste post, relato um pouco sobre o tema, descrevo as funcionalidades da planilha, indico um passo a passo com as fórmulas que foram implementadas, mostro um exemplo e disponibilizo o arquivo da planilha para download. Não há neste post uma descrição sobre o conteúdo de estudo de equações do 2º grau. Este conteúdo é bastante extenso, e demandaria maior espaço para discussão. Confira as sugestões de leitura no final do post. O interessante aqui seria associar o conteúdo presente em livros didáticos e ir testando os exemplos e exercícios destes livros e assimilando cada um dos tópicos abordados na planilha. "Com um computador para desenhar gráficos (...), o professor e o aluno podem testar hipóteses e investigar raciocínios com defeito" Revista Cálculo, edição 15, p. 29. Há na edição 15 da Revista Cálculo, alguns exemplos do uso do Excel, vale conferir (p. 30 a p. 39). A planilha e suas funcionalidades Xarlleslb Blog – www.xarlles.blogspot.com.br A planilha foi criada para apresentar resultados e algumas características próprias da equação que for analisada. Para utilizar destes cálculos basta o usuário adicionar os coeficientes da equação do 2º grau. Como a equação do 2º grau pode ser escrita da seguinte forma ax² + bx + c = 0, e portanto, os coeficientes sendo a, b e c. As funcionalidades da planilha são: # Retorna sobre a concavidade do gráfico da equação do 2º grau em estudo; # Apresenta o resultado do cálculo do discriminante e retorna uma das três possibilidades de sua ocorrência: discriminante maior, igual ou menor que zero (número de raízes reais da equação); # Apresenta o resultado do cálculo do vértice da parábola da equação em estudo (Xv, Yv), além de indicar se a curva possui ponto de mínimo ou ponto de máximo; # Apresenta o resultado do cálculo das raízes reais da equação e os pontos P e Q em que a parábola corta o eixo X (claro que dependendo do discriminante, podendo ter nenhuma, uma ou duas raízes reais); # E ainda apresenta o gráfico da equação no intervalo de números inteiros [-10, 10] para x. A planilha - como criei Aqui indicarei as fórmulas implementadas em cada um dos cálculos, relacionando as células ao valor real de cálculo. Observe que as células poderiam variar dependendo da posição em que fossem realizadas as formatações. Xarlleslb Blog – www.xarlles.blogspot.com.br Acredito que esta é uma parte importante, pois organizar uma planilha deste modo é simples, mas demanda compreensão sobre lógica e entendimento do conteúdo (equação do 2º grau). 1º) Coeficientes (equação do 2º grau) As três células em amarelo são os únicos espaços em que o usuário poderá inserir dados. No momento em que insere um dos três valores todos os demais espaços configurados vão se alterando e apresentando resultados. Nestas células não há formulações, mas é a partir delas que são realizadas praticamente todas as fórmulas. Elas correspondem a: E7 = coeficiente a, G7 = coeficiente b, I7 = coeficiente c. Xarlleslb Blog – www.xarlles.blogspot.com.br 2º) Concavidade As células mescladas para a concavidade estão com a seguinte codificação: =SE(E7="";"";SE(E7=0;"Atenção!!! Esta não é uma equação do 2º grau";SE(E7>0;"Como a > 0, o gráfico da equação tem concavidade voltada para cima.";"Como a < 0, o gráfico da equação tem concavidade voltada para baixo."))) A célula E7 que se repete por três vezes na codificação refere-se ao coeficiente a da equação em estudo pelo usuário. Esta codificação permite um dos possíveis retornos na condicional SE: # se E7 estiver vazia, o retorno é vazio; # se E7 for preenchida com 0 (zero), o retorno é a mensagem: "Atenção!!! Esta não é uma equação do 2º grau"; # Se E7 for preenchida com um valor maior que 0 (zero), o retorno é a mensagem: Como a > 0, o gráfico da equação tem concavidade voltada para cima. # Se E7 for preenchida com um valor menor que 0 (zero), o retorno é a mensagem: Como a < 0, o gráfico da equação tem concavidade voltada para baixo. 3º) Discriminante Para o discriminante existem dois espaços de células mescladas. Um espaço reservado para o cálculo e outro para retornos a respeito deste cálculo. A codificação para o cálculo do discriminante é: =SE(E7="";"";SE(E7=0;"";G7*G7-4*E7*I7)) Observe que a condicional SE: # Verifica se o coeficiente a (E7) está vazio, se estiver, não é realizado cálculo e no espaço é retornado vazio; # Verifica se o coeficiente a (E7) é zero, se for zero, faz o mesmo retorno de vazio; # Não sendo zero ou vazio (sem preenchimento), realiza o cálculo do discriminante que está escrito por b*b - 4*a*c. A codificação para retorno sobre o resultado do discriminante: Xarlleslb Blog – www.xarlles.blogspot.com.br =SE(D12="";"";SE(D12=0;"A equação possui duas raízes reais e iguais";SE(D12>;0;"A equação possui duas raízes reais e diferentes.";"A equação não possui raízes reais."))) Observe que a codificação está em torno da célula D12, esta célula representa o valor do cálculo do discriminante, para ele são feitas as verificações: # Se o discriminante (D12) não tiver preenchimento o retorno é vazio (nada é preenchido); # Se o discriminante for 0 (zero), o retorno é: A equação possui duas raízes reais e iguais; # Se o discriminante for maior que 0 (zero), o retorno é: A equação possui duas raízes reais e diferentes. # Se o discriminante for menor que 0 (zero), o retorno é: A equação não possui raízes reais. 4º) Vértice Para o vértice existem duas codificações, uma para cada coordenada: =SE(E7="";"";SE(E7=0;"#";-G7/(2*E7))) =SE(E7="";"";SE(E7=0;"#";-D12/(4*E7))) A primeira linha de codificação calcula a coordenada x do vértice e a segunda linha calcula a coordenada y do vértice. As duas linhas verificam se: # Se o coeficiente a não foi inserido, não havendo inserção não é realizado cálculo e o retorno é vazio; # Se o coeficiente a for 0 (zero), o retorno é # (indicando que isso não pode ocorrer, por se tratar de uma equação do 2º grau; # Se o coeficiente a for inserido e não for zero, o cálculo é realizado Xv = - b/2*a e Yv = - Δ/4*a; Há ainda a codificação com retornos sobre o vértice: =SE(E7="";"";SE(E7=0;"Impossível calcular o vértice";SE(E7>0;"A parábola possui ponto de mínimo em Yv.";"A parábola possui ponto de máximo em Yv."))) Esta codificação realiza as verificações: # Se o coeficiente a (E7) não for preenchido, retorna vazio (nenhuma informação); Xarlleslb Blog – www.xarlles.blogspot.com.br # Se o coeficiente a for preenchido com 0 (zero), retorna:Impossível calcular o vértice; # Se o coeficiente a é maior que 0 (zero), retorna: A parábola possui ponto de mínimo em Yv; # Se o coeficiente a é maior que 0 (zero), retorna: A parábola possui ponto de máximo em Yv. 5º) Raízes reais da equação As células mescladas para o cálculo das raízes da equação, possuem a codificação: =SE(D12="";"";SE(D12<0 br="">=SE(D12="";"";SE(D12<0 font=""> As duas codificações verificam: # se o discriminante (D12) está vazio e retorna vazio; # se o discriminante é menor que zero e retorna # (indicando que não existe raiz real para a equação e, portanto, a parábola não corta o eixo x); # se o discriminante não está vazio e não é menor que zero, as codificações realizam, respectivamente, o cálculo para x' e x'', as duas coordenadas x (raízes) dos pontos P e Q que são intersecção da parábola com o eixo x. Há ainda uma pequena codificação que copia as coordenadas x, mostrando os pontos P e Q: =SE(D19="";"";D19) =SE(G19="";"";G19) Xarlleslb Blog – www.xarlles.blogspot.com.br 6º) Gráfico Construir o gráfico com os valores dos cálculos realizados anteriormente (vértice e raízes) demanda um pouco mais de codificação e algumas outras implementações. Nesta planilha foi preferido organizar uma tabela, com duas colunas e o tipo de gráfico escolhido foi o de dispersão XY. A primeira com valores para x no intervalo de números inteiros [-10, 10] e a segunda com o cálculo dos valores y, neste caso, interpretou-se a equação na forma de função (f(x)= y = ax² + bx + c). Assim, quando são inseridos os valores para a, b e c (coeficientes) o gráfico é gerado. A codificação para a segunda coluna é baseada na codificação de uma célula e que é copiada para todas as demais da coluna y na tabela: =$E$7*AA4*AA4+$G$7*AA4+$I$7 Observe o uso de $, esse sinal fixa a linha e a coluna da célula, ou seja, permite que se copie a fórmula desta primeira célula para as demais sem alterar a célula em quem o símbolo $ aparece. Veja que apenas a célula AA4 não possui este símbolo, é ela que será alterada ao copiar o código nesta célula para as demais linhas de células na coluna. Xarlleslb Blog – www.xarlles.blogspot.com.br O cálculo presente nesta codificação é justamente a*x*x + b*x + c. Um exemplo Confira como fica a planilha após a inserção dos coeficientes da equação -4x² + 4x + 5 = 0. Sugestões de Leitura [1] Equações do Segundo Grau Com Uma Incógnita (Blog Fatos Matemáticos) [2] Função Quadrática - Aplicações (Blog Prof. Edigley Alexandre) [3] O método de completar quadrados: processo prático (Blog Vivendo Entre Símbolos) [4] Resolvendo Equações Quadráticas pelo Método Geométrico de Descartes (Blog O Baricentro da Mente) [5] Exemplo de simulador. [Professor Cardy] Xarlleslb Blog – www.xarlles.blogspot.com.br Função Polinomial do 1º Grau Em mais um exemplo de planilha eletrônica, trato da Função Polinomial do Primeiro Grau, desta vez expondo o conteúdo juntamente com as fórmulas lógicas utilizadas para criar os retornos na planilha. Uma planilha bem simples de confeccionar e que está disponível para download. A imagem por si, já traz basicamente o que propomos mais abaixo, com conteúdo, planilha, sugestões de leituras e simuladores. Funcionalidades da planilha Está planilha é bem simples, apresentando as funcionalidades: # Apresenta o zero da função (abscissa); # Retorna se a função é dita afim, linear ou constante; # Retorna os intervalos em que a função é positiva, negativa e nula; # Informa se a função é crescente, decrescente ou constante; # Representa o gráfico da função no intervalo [-10; 10]. Xarlleslb Blog – www.xarlles.blogspot.com.br A planilha e o conteúdo matemático 1º) Coeficientes da função do 1º grau Os espaços em amareço representam os dois coeficientes - a e b - da função polinomial. Estas são as duas únicas células (em amarelo) que permitem inserção de dados. Estes dados devem ser exclusivamente numéricos. Inserindo letras ou símbolos haverá erro nos retornos. Toda função polinomial representada pela fórmula matemática com a e b pertencentes ao conjunto dos números reais e a diferente de zero, definida para todo x real, é denominada função do 1º grau. 2º) Zero da função Codificação: =SE(G8=0;"";SE(I8="";"";SE(G8="";"";-I8/G8))) Denomina-se zero ou raiz da função f(x) = ax + b o valor de x que anula a função, isto é, torna f(x) = 0. Xarlleslb Blog – www.xarlles.blogspot.com.br Veja que x = -b/a é o zero da função. 3º) Características da função Codificação: =SE(I8="";"";SE(G8="";"";SE(G8<>0;SE(I8<>0;"A função é dita função afim, pois a e b são diferentes de zero.";"A função é dita função linear, pois b é nulo.");"Está é uma função constante, pois a é nulo."))) Observando os coeficientes determina-se a função como afim, linear ou constante. # Uma função polinomial do 1º grau é dita função afim quando a e b são diferentes de zero. # Uma função polinomial do 1º grau é dita função linear quando a é diferente de zero e b é nulo (zero). # Uma função polinomial do 1º grua é dita função constante quando a é nulo (zero) e b é diferente de zero. Codificação: =SE(G8=0;"";SE(G8>0;"A função é positiva (f(x)> 0)para x > ";"A função é positiva (f(x)> 0)para x <")) =SE(G8="";"";SE(G8=0;"A função é CONSTANTE em y = ";SE(G8>0;"A função é negativa (f(x)<0 0="" f="" fun="" negativa="" o="" para="" x="">"))) =SE(G8=0;"";SE(G8>0;"A função é nula (f(x)=0) para x = ";"A função é nula (f(x)=0) para x = ")) Geometricamente, o zero da função do 1º grau f(x) = ax + b, com a diferente de zero, é aabscissa do ponto em que a reta corta o eixo x. Chamemos o zero da função de k. Quando a > 0, a função é positiva para x > k e a função é negativa para x < k. Quando a < 0, a função é positiva para x < k e a função é negativa para x > k. Xarlleslb Blog – www.xarlles.blogspot.com.br Se a = 0, com b diferente de zero, a reta não corta o eixo x e então a função é constante. Tendo que se b > 0, a reta está acima do eixo da abscissa; se b < 0, a reta está abaixo do eixo da abscissa. 4º) Crescimento ou decrescimento Codificação: =SE(G8="";"";SE(G8=0;"f(x) é uma função CONSTANTE";SE(G8>0;"A função é CRESCENTE";"A função é DECRESCENTE"))) Uma função f(x) é crescente quando a > 0 e é decrescente quando a < 0. Se o coeficiente a é nulo, a função é constante. 5º) Gráfico O gráfico é construído com a organização de uma tabela que fica mais a frente na planilha, em que x varia de - 10 a 10. Referências e sugestões de leitura e uso [1] GIOVANNI, José Ruy. Matemática Fundamental. Editora FTD. São Paulo, 1994. [2] Simulador. Este simulador permite movimentar (alterar o valor) os coeficientes e verificar o que ocorre com o gráfico da função do primeiro grau. [3] Calculadora Gráfica. Simulador que gera diversos tipos de gráficos. Xarlleslb Blog – www.xarlles.blogspot.com.br Funções e Transformações Trigonométricas Esta planilha é uma complementação da planilha sobre Relações Trigonométricas no Triângulo Retângulo. Nela tratamos de algumas funções trigonométricas e transformações trigonométricas. O trabalho ao organizar esta planilha foi um pouco maior, algumas das codificações utilizaram relações diferentes das fórmulas estudadas. Não se trata de uma planilha muito usual para testes e estudo, como algumas outras já construídas.É mais para a verificação de cálculos; o que uma calculadora científica faz facilmente. Foram realizados vários testes para ângulos variando de 0º a 360º, mas pelo grande número de codificação, pode haver alguma falha. Percebido algo erro de codificação, por favor, retorne aqui mesmo no post. As funcionalidades Nesta planilha o usuário irá indicar o ângulo desejado e serão apresentados: # os resultados das funções trigonométricas: seno, cosseno, tangente, cossecante, secante e cotangente. # os resultados de algumas transformações trigonométricas: sen(a + b) sen(a - b) cos(a + b) cos(a - b) tg(a + b) tg(a - b) sen2a cos2a Xarlleslb Blog – www.xarlles.blogspot.com.br tg2a sen a + sen b sen a - sen b cos a + cos b cos a - cos b E ainda mostra os gráficos para as funções trigonométricas: seno, cosseno, tangente, cossecante, secante e cotangente. Apesar destas funcionalidades, ela não permite muita manipulação e por isso não é uma boa planilha para testes de possibilidades e de estudos. A codificação Optei por não adicionar as codificações da planilha neste post por duas questões: #1 parte da codificação está sendo interpretada como html e tem alterado a configuração do post, não mostrando a codificação correta e #2 o post ficaria mais pesado se, por exemplo, transformasse os códigos em imagem. Mas as codificações podem ser vistas facilmente nas células de retornos (resultados), destacadas em rosa na planilha. Os gráficos foram construídos a partir dos cálculos de cada uma destas funções para ângulos no intervalo de 0º a 360º em uma tabela oculta na planilha. Xarlleslb Blog – www.xarlles.blogspot.com.br O Curioso é que algumas das funções não estão definidas para alguns ângulos; nestas situações os gráficos no Excel, acabam por unir a curva com um segmento de reta, pra que esse segmento de reta não apareça, foi necessário retirar um valor antes e um valor depois do que não está definido na função; por exemplo, a tangente não está definida para o ângulo 90º, já que tangente = seno/cosseno, e cosseno de 90º é Zero (não há divisão por zero), então foram retirados os resultados para os ângulos 89º e 91º e assim a curva perde parte de sua extensão em y, mas não apresenta continuidade neste ponto. As codificações para estas fórmulas não seguiu a escrita matemática convencional, pois isso demandaria maior codificação para contemplar as fórmulas como elas estão apresentadas a seguir, devido às particularidades de cada função. Procure perceber a diferença entre a codificação e a fórmula matemática em cada uma destas funções conferindo as fórmulas aqui no post e a codificação na planilha. Estas fórmulas da adição são válidas para arcos a e b positivos, do primeiro quadrante (0º a 90º), cuja soma ainda pertence ao primeiro quadrante. Xarlleslb Blog – www.xarlles.blogspot.com.br Estas fórmulas são válidas para a soma de dois arcos quando eles têm a mesma medida; são ditas fórmulas do arco duplo. As fórmulas a seguir são de transformação em produto, ou seja, a forma fatorada das expressões. Referência [1] GIOVANNI, José Ruy. Matemática Fundamental. Editora FTD. São Paulo, 1994. Xarlleslb Blog – www.xarlles.blogspot.com.br Relações Métricas no Triângulo Retângulo Apresentamos neste post mais uma planilha relacionada à matemática. Desta vez, tratando das relações métricas no triângulo retângulo. A planilha tratará de cálculos dos três conteúdos descritos a seguir: O Teorema de Pitágoras Em todo triângulo retângulo, o quadrado da medida da hipotenusa é igual à soma dos quadrados das medidas dos catetos. As relações métricas no triângulo retângulo # Em qualquer triângulo retângulo, a altura relativa à hipotenusa divide o triângulo em dois outros triângulos retângulos, semelhantes ao triângulo dado e semelhantes entre si. # 1ª relação métrica: Em qualquer triângulo retângulo, o quadrado da medida de um cateto é igual ao produto da medida da hipotenusa pela medida da projeção desse cateto sobre a hipotenusa. # 2ª relação métrica: Em qualquer triângulo retângulo, o quadrado da medida da altura relativa à hipotenusa é igual ao produto das medidas dos segmentos que essa altura determina sobre a hipotenusa (que são as projeções dos dois catetos sobre a hipotenusa). # 3ª relação métrica: Em qualquer triângulo retângulo, o produto das medidas dos catetos é igual ao produto da medida da hipotenusa pela medida da altura relativa à hipotenusa. # 4º relação métrica (Teorema de Pitágoras): Em qualquer triângulo retângulo, o quadrado da medida da hipotenusa é igual à soma dos quadrados das medidas dos catetos. Xarlleslb Blog – www.xarlles.blogspot.com.br Um pouco de Trigonometria - Relações trigonométricas # O seno de um ângulo é a razão entre a medida do cateto oposto ao ângulo e a medida da hipotenusa, em qualquer triângulo retângulo. # O cosseno de um ângulo é a razão entre a medida do cateto adjacente ao ângulo e a medida da hipotenusa, em qualquer triângulo retângulo. # A tangente de um ângulo é a razão entre a medida do cateto oposto e a medida do cateto adjacente a este ângulo, em qualquer triângulo retângulo. Funcionalidades da Planilha Está planilha apresenta as funcionalidades: # Resultado do terceiro lado de um triângulo retângulo, baseando-se no Teorema de Pitágoras; # Resultado para valores a, b, c, m, n e h, a partir das relações métricas no triângulo retângulo; # Resultado do seno, do cosseno e da tangente de dois ângulos internos em um triângulo, a partir da medida dos lados. Codificação da Planilha 1ª Parte Xarlleslb Blog – www.xarlles.blogspot.com.br Nesta primeira parte é preciso apenas inserir dois dos três lados do triângulo retângulo e o valor numérico do terceiro lado surge na área reservada para cálculo. É preciso se atentar para a descrição do lado, pois a codificação na planilha foi organizada para retornar apenas o terceiro lado além dos outros dois informados pelo usuário; além de algumas outras funcionalidades. Cálculo da hipotenusa: =SEERRO(SE(G7<>"";"";SE(E12="";"";SE(C8="";"";RAIZ(C8^2+E12^2))));"") Cálculo do cateto 1: =SEERRO(SE(C8<>"";"";SE(E12="";"";SE(G7="";"";RAIZ(G7^2-E12^2))));"") Cálculo do cateto 2: =SEERRO(SE(E12<>"";"";SE(C8="";"";SE(G7="";"";RAIZ(G7^2-C8^2))));"") A condição seerro elimina a possibilidade de apresentar erro para o caso do usuário inserir a < b ou a < c, o que é impossível em um triângulo retângulo, já que a é a hipotenusa (maior dos três lados). A condição que está verificando uma célula diferente de vazio <>""; faz com que o cálculo não seja realizado caso a célula seja preenchida. Isso é feito, procurando evitar erro, se o usuário tentar inserir três valores aleatórios em a, b e c, simultaneamente, ou se inserir um valor na variável que deseja calcular. Xarlleslb Blog – www.xarlles.blogspot.com.br 2ª Parte Nesta parte, o usuário deve perceber que há mais de um modo para encontras as medidas indicadas nas figuras (triângulos retângulos) presentes na planilha e que para cada uma das medidas, ele deve utilizar a linha que tiver os valores das medidas que se relacionam a ela e o cálculo será apresentado. Sugere-se um teste com os valores: a = 5, b = 4, c = 3, m = 3,2,n = 1,8 e h = 2,4; será possível verificar que para quaisquer linhas de uma mesma medida, o resultado se repete e é exatamente um dos valores indicados como sugestão. Cálculo de a: =SEERRO(SE(W12>0;SE(V12>0;SE(W12="";"";SE(V12="";"";RAIZ(V12^2+W12^2)));" ");"");"") =SEERRO(SE(Y13>0;SE(W13>0;SE(Y13="";"";SE(W13="";"";W13^2/Y13));"");"");"") Xarlleslb Blog – www.xarlles.blogspot.com.br =SEERRO(SE(X14>0;SE(V14>0;SE(X14="";"";SE(V14="";"";V14^2/X14));"");"");"") =SEERRO(SE(Y15>0;SE(X15>0;SE(Y15="";"";SE(X15="";"";X15+Y15));"");"");"") Cálculo de b: =SEERRO(SE(X16>0;SE(U16>0;SE(X16="";"";SE(U16="";"";RAIZ(U16*X16)));"");"");" ") =SEERRO(SE(Z17>0;SE(W17>0;SE(U17>0;SE(Z17="";"";SE(W17="";"";SE(U17="";"" ;U17*Z17/W17)));"");"");"");"") =SEERRO(SE(W18>0;SE(U18>0;SE(W18="";"";SE(U18="";"";RAIZ(U18^2- W18^2)));"");"");"") Cálculo de c: =SEERRO(SE(Y19>0;SE(U19>0;SE(Y19="";"";SE(U19="";"";RAIZ(U19*Y19)));"");"");" Xarlleslb Blog – www.xarlles.blogspot.com.br ") =SEERRO(SE(Z20>0;SE(V20>0;SE(U20>0;SE(Z20="";"";SE(V20="";"";SE(U20="";""; U20*Z20/V20)));"");"");"");"") =SEERRO(SE(V21>0;SE(U21>0;SE(V21="";"";SE(U21="";"";RAIZ(U21^2- V21^2)));"");"");"") Cálculo de m: =SEERRO(SE(V22>0;SE(U22>0;SE(V22="";"";SE(U22="";"";V22^2/U22));"");"");"") Cálculo de n: =SEERRO(SE(W23>0;SE(U23>0;SE(W23="";"";SE(U23="";"";W23^2/U23));"");"");"") Xarlleslb Blog – www.xarlles.blogspot.com.br Cálculo de h: =SEERRO(SE(W24>0;SE(V24>0;SE(U24>0;SE(W24="";"";SE(V24="";"";SE(U24="";"" ;V24*W24/U24)));"");"");"");"") 3ª Parte =SEERRO(SE(AG11>0;SE(AE11>0;SE(AG11="";"";SE(AE11="";""; AG11/AE11));"");"");"") =SEERRO(SE(AF11>0;SE(AE11>0;SE(AF11="";"";SE(AE11="";""; AF11/AE11));"");"");"") =SEERRO(SE(AG11>0;SE(AF11>0;SE(AG11="";"";SE(AF11="";""; AG11/AF11));"");"");"") =SEERRO(SE(AF11>0;SE(AE11>0;SE(AF11="";"";SE(AE11="";""; AF11/AE11));"");"");"") Xarlleslb Blog – www.xarlles.blogspot.com.br =SEERRO(SE(AG11>0;SE(AE11>0;SE(AG11="";"";SE(AE11="";""; AG11/AE11));"");"");"") =SEERRO(SE(AG11>0;SE(AF11>0;SE(AG11="";"";SE(AF11="";""; AF11/AG11));"");"");"") Pra finalizar, organizei uma pequena introdução sobre relações trigonométricas, apresentado o resultado para o seno, o cosseno e a tangente (funções) de dois ângulos, a partir dos lados de um triângulo qualquer. Posts Relacionados Triângulo Retângulo O Teorema é do Pitágoras? Referencias [1] CASTRUCCI, Benedicto. A conquista da Matemática. 9º ano. Editora FTD. São Paulo, 2009. [2] GIOVANNI, José Ruy. Matemática Fundamental. Editora FTD. São Paulo, 1994. Xarlleslb Blog – www.xarlles.blogspot.com.br Sistemas de Equações do 1º grau com duas incógnitas Neste post construímos uma planilha que encontra a solução de sistemas de equações do primeiro grau com duas incógnitas e para isso, resolvemos por expressar x e y (solução do sistema) por meio dos coeficientes das equações. Acredito que seja interessante visualizar o processo; então, além de dispor algum conteúdo e a planilha a respeito do tema, indicamos os passos para encontrar x e y em função dos coeficientes das equações. O procedimento para encontrar x e y Partindo do sistema com as equações ax + by = c e dx + ey = f, em que a, b, c, d, e e f são números reais quaisquer, evidenciamos x nas duas equações, obtendo: Das igualdades temos: Xarlleslb Blog – www.xarlles.blogspot.com.br Agora, evidenciando y nas duas equações temos, analogamente: Das igualdades: Xarlleslb Blog – www.xarlles.blogspot.com.br Funcionalidades na Planilha A planilha realiza as funcionalidades: # Especifica local para os números a, b, c, d, e e f nas equações; # Encontra, caso exista, a solução do sistema; # Indica se o sistema possui infinitas soluções ou nenhuma; # Classifica o sistema em SPD (sistema possível e determinado), SPI (sistema possível e indeterminado) ou SI (sistema impossível); # Apresenta o plano cartesiano com as duas retas geradas das equações. Os códigos Excel na planilha Equações Os espaços em amarelo indicam os locais em que se devem ser colocados os números a, b, c, d, e e f, de acordo com o sistema à esquerda (na figura). As únicas células que permitem a inserção de dados são as em amarelo. Solução A solução S = {x, y} é dada a partir do procedimento indicado anteriormente. A codificação de x e de y na planilha é dada por: x: =SE(R6="";"";SE(O6="";"";SE(L6="";"";SE(R5="";"";SE(O5="";"";SE(L5="";"";SE(O5*L6 -L5*O6=0;"#";(O5*R6-R5*O6)/(O5*L6-L5*O6)))))))) y: Xarlleslb Blog – www.xarlles.blogspot.com.br =SE(R6="";"";SE(O6="";"";SE(L6="";"";SE(R5="";"";SE(O5="";"";SE(L5="";"";SE(L5*O6 -O5*L6=0;"#";(L5*R6-R5*L6)/(L5*O6-O5*L6)))))))) Há ainda espaço reservado para indicar retorno sobre a solução do sistema: =SE(O10="";"";SE(O13="Sistema Possível e Determinado";"Admite uma única solução!";SE(O13="Sistema Possível e Indeterminado"; "Admite infinitas soluções!"; "Não admite soluções!"))) Foram organizadas algumas condições para os casos em que o sistema admita infinitas soluções ou não admita solução real. Ocorrendo um destes dois casos, a solução x e y irá apresentar o símbolo #, que é interpretado na classificação do sistema e na informação sobre o número de soluções. Classificação do Sistema A classificação é dada por: =SE(O10="";"";SE(O10="#";SE(L5/L6=R5/R6;"Sistema Possível e Indeterminado";"Sistema Impossível");"Sistema Possível e Determinado")) Gráfico São geradas duas retas para as equações num mesmo plano cartesiano. Elas servem, entre outros, para evidenciar as classificações do sistema. Caso as duas retas se cruzem em um único ponto, significa que o sistema é POSSÍVEL e DETERMINADO, contendo uma única solução. Caso as duas retas estejam sobrepostas, significa que o sistema é POSSÍVEL e INDETERMINADO, contendo infinitas soluções. Caso as duas retas sejam paralelas, significa que o sistema é IMPOSSÍVEL, ou é, não existe solução real para o sistema. Para a construção das retas, foi estipulado um intervalo em x [-10, 10], com tabela em três colunas: coluna x, coluna equação 1 (y1) e coluna equação 2 (y2). Referência [1] GIOVANNI, José Ruy. Matemática Fundamental. Editora FTD. São Paulo, 1994.
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