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RACIOCÍNIO LÓGICO UNIDADE 2 Conjuntos CONTEÚDO • A Necessidade de Numeração; • Conjuntos como Categorias; • Operações com Conjuntos; • Diagramas de Venn; • Conjuntos Numéricos. A NECESSIDADE DE NUMERAÇÃO O Início da Intelectualidade: • os primeiros a acrescentar à História uma herança intelectual foram os sumérios; • afinal o que é intelectualidade? • onde viveram os os sumérios? • na região onde hoje fica o Iraque, nos campos férteis entre os rios Tigre e Eufrates (Mesopotâmia). É capacidade que só os humanos têm de perceber coisas fora do alcance de seus cinco sentidos, o chamado pensamento abstrato. A NECESSIDADE DE NUMERAÇÃO A NECESSIDADE DE NUMERAÇÃO O Início da Intelectualidade: • os sumérios influenciaram o modo de pensar, agir e comunicar das pessoas desde os babilônios e egípcios, que vieram em seguida, até hoje (50 séculos depois); • as invenções dos sumérios: • cerveja; • instrumentos agrícolas; • tentativas iniciais de organização de cidades; • rudimentos do cooperativismo; • fabricação do vidro; • conceito de que os homens foram criados à imagem dos deuses. A NECESSIDADE DE NUMERAÇÃO O Início da Intelectualidade: • a maior de todas as invenções dos sumérios: • foram a primeira civilização da Terra a registrar a própria história, simplesmente por que inventaram a ESCRITA; • há 5 mil anos atrás criaram símbolos que pudessem representar sons vocais, a chamada escrita cuneiforme. Eram marcas feitas em tabletes de barro, que depois eram secados ao sol. Os estiletes de madeira usados para marcar os símbolos no barro tinham a ponta em forma de cunha (cuneiforme). A NECESSIDADE DE NUMERAÇÃO O Início da Intelectualidade: • a escrita cuneiforme: A NECESSIDADE DE NUMERAÇÃO A Importância dos Pastores: • ao contrário do que se pensa, houve um abismo de alguns séculos entre a invenção da palavra escrita e a invenção dos algarismos; • os pastores primitivos foram grandes colaboradores para o avanço da ciência do cálculo devido a uma simples rotina: • durante séculos levaram seus rebanhos para pastar pela manhã e os recolhiam no final da tarde. CONCLUSÃO aparentemente, escrever é mais fácil que calcular. A NECESSIDADE DE NUMERAÇÃO A Importância dos Pastores: • um belo dia surgiu uma questão: • a solução veio em menos de um milênio: • o pastor amontoava uma pedra para cada ovelha que saía e à noite retirava do monte uma pedra para cada ovelha que voltava. Como saber se a porção de ovelhas que saiu é mesma que voltou? A NECESSIDADE DE NUMERAÇÃO A Importância dos Pastores: • foi uma solução brilhante!!! • no final do dia, a porção de pedras que sobravam no monte era igual à porção de ovelhas desgarradas; • sem saber, aquele pastor foi o primeiro homem a calcular. CALCULAR vem do latim calculus que significa pedra A NECESSIDADE DE NUMERAÇÃO O Início do Cálculo: • calcular era muito difícil e a primeira maneira que o homem encontrou para mostrar a quantidade a que estava se referindo foi o uso dos dedos das mãos; • daí se originaram os termos: DÍGITO vem do latim digitus que significa dedo DATILOGRAFAR vem do grego datilus que significa dedo A NECESSIDADE DE NUMERAÇÃO O Início do Cálculo: • parece estranho, mas há 5 mil anos atrás, para contar até 20 eram necessárias 2 pessoas; • depois de alguns séculos, alguém fez mais uma brilhante observação: • o fato de termos 10 dedos nas mãos é a origem do sistema decimal (10 algarismos para construir os números). “Já acumulei o resultado de duas mãos e agora vou continuar, voltando à primeira mão.” A NECESSIDADE DE NUMERAÇÃO O Aprendizado da Contagem: • é importante deixar claro que mostrar os dedos era uma coisa, mas contar era outra muito diferente; • a maioria dos povos só sabia contar até 3, do 4 em diante a coisa entrava em uma dimensão meio fantástica; • o conceito de número: Trata-se da sensação instintiva que o homem tem das quantidades A NECESSIDADE DE NUMERAÇÃO O Aprendizado da Contagem: • segundo Bertrand Russel: • quando o número foi dissociado do objeto, tornando-se uma entidade independente (abstração), é que se pôde dar o primeiro passo em direção a um sistema de notação, e daí a aritmética. “foram necessários muitos anos para se descobrir que um par de faisões e um par de dias eram ambos instâncias do número dois.” ARITMÉTICA vem do grego arithmos que significa número A NECESSIDADE DE NUMERAÇÃO O Aprendizado da Contagem: • os mercadores da Mesopotâmia desenvolveram o primeiro método científico para acumular grandes quantias: • faziam um sulco na areia onde colocavam sementes (contas) até chegar a 10; • num segundo sulco colocavam uma só conta, equivalente a 10, esvaziavam o primeiro sulco e repetiam a operação; • e assim por diante... • o método deu origem à palavra contar e ao termo fazer contas. A NECESSIDADE DE NUMERAÇÃO O Aprendizado da Contagem: • qual a vantagem do método? • a representação de números grandes necessitava de um número pequeno de contas: • exemplo: número: 732 contas : 12 7 3 2 A NECESSIDADE DE NUMERAÇÃO O Aprendizado da Contagem: • apesar da fama dos árabes e dos chineses, a contribuição mais importante para a abstração matemática foi um trabalho dos hindus; • o zero e o um deram origem a tudo o que conhecemos hoje como ciências matemáticas; • os primeiros dispositivos mecânicos para fazer cálculos foram o ábaco e o mecanismo Antikythera. Há apenas 600 anos atrás os hindus inventaram o zero A NECESSIDADE DE NUMERAÇÃO O Ábaco Chinês: qual o número representado? 7.230.189 A NECESSIDADE DE NUMERAÇÃO O Mecanismo Antikythera: mecanismo encontrado raio X do mecanismo mecanismo reconstruído A NECESSIDADE DE NUMERAÇÃO Uma Dúvida ainda Persiste: • afinal, a Matemática é uma descoberta ou uma criação da humanidade? • há duas conclusões divergentes: • segundo o “intuicionismo” ou “construtivismo”, trata-se de uma “obra da humanidade”, uma vez que se assenta na intuição do homem, logo, não passa de uma “construção” ou “invenção”; • segundo o “platonismo”, trata-se de uma área infinitamente prenhe de “verdades objetivas que não criamos, mas que nos confrontam objetivamente”, podendo ser descobertas. CONJUNTOS COMO CATEGORIAS Conjuntos e Elementos: • conjuntos são coleções de objetos (elementos) que compartilham certas características; • ex.: classificação dos animais vertebrados CONJUNTOS COMO CATEGORIAS Representação: • I - enumeração: listagem de todos os elementos; • II - compreensão: descrição de uma propriedade comum a todos os elementos; • III - diagrama de Venn: região delimitada por uma curva; • ex.: A = conjunto dos algarismos pares • I - A = {0, 2, 4, 6, 8}; • II - A = {x / x é maior que 0, menor que 9 e diferente de 1, 3, 5 e 7}; • III - A 0 2 4 6 8 em geral, usa- se uma letra maiúscula para nomear um conjunto OBSERVAÇÃO CONJUNTOS COMO CATEGORIAS Relações de Pertinência: • relacionam o elemento a com o conjunto A, ou seja, indicam se o elemento pertence ou não ao conjunto; • simbologia: • (pertence); • (não pertence); • ex: • 2 {0, 1, 2}; • 4 {0, 1, 2}. CONJUNTOS COMO CATEGORIAS Relações de Inclusão: • relacionam um conjunto A com um conjunto B indicando se um está incluído ou não no outro; • simbologia: • (está contido); • (não está contido); • ex: • {2, 5} {0, 1, 2, 5}; • {2, 7} {0, 1, 2, 5}; • {0, 1, 2, 5} {2, 5}; • {0, 1, 2, 5} {2, 7}. • (contém); • (não contém); CONJUNTOS COMO CATEGORIAS Conjunto Vazio: • um conjunto A é vazio quando não tem elementos;• simbologia: • { } ou ; • ex.: • A = { } ou A = ; • quando o conjunto vazio é listado em um conjunto A, deve ser tratado como um elemento de A; • ex.: • A = {, 1, 2, 3}, logo A ( é um elemento de A). para qualquer A, tem-se: • A; • A A. OBSERVAÇÃO CONJUNTOS COMO CATEGORIAS Conjunto Unitário: • um conjunto A é unitário quando tem apenas um elemento; • ex.: • A = {2}; Conjunto Universo: • o conjunto universo U é formado por todos os elementos que se deseja considerar em uma determinada situação; • todos os conjuntos possíveis daquela situação são subconjuntos do conjunto universo. CONJUNTOS COMO CATEGORIAS Conjunto Finito: • um conjunto A é finito quando é vazio ou quando é possível estabelecer uma correspondência entre cada elemento do conjunto e um número natural entre 1 e n; • ex.: • A = {10, 15, 20, 25, 30} 1 2 3 4 5 (relação); n(A) = 5 (número de elementos de A); Conjunto Infinito: • um conjunto A não finito é dito infinito; • ex.: • A = {1, 2, 3, 4, 5, ...}. CONJUNTOS COMO CATEGORIAS Subconjunto: • um conjunto A é subconjunto de um conjunto B se todo elemento que pertence a A também pertence a B; • se o conjunto A está contido no conjunto B, então A é subconjunto de B; • ex.: • {2} é subconjunto de {1, 2, 3}, ou seja, {2} {1, 2, 3}; • {1, 3} é subconjunto de {1, 3, 5}, ou seja, {1, 3} {1, 3, 5}. CONJUNTOS COMO CATEGORIAS Igualdade de Conjuntos: • um conjunto A é igual a um conjunto B quando ambos apresentam, em qualquer ordem, os mesmos elementos; • simbologia: • A = B, que corresponde a A B e B A; • ex.: • A = {1, 2, 3} e B = {3, 2, 1}; A = B, ou seja, A B e B A. CONJUNTOS COMO CATEGORIAS Conjunto das Partes de um Conjunto: • o conjunto das partes de um conjunto A é o conjunto de todos os subconjuntos de A, incluindo o conjunto vazio e o próprio conjunto A; • simbologia: • P(A); • ex.: • A = {1, 2, 3}; P(A) = {, {1}, {2}, {3}, {1, 2}, {1, 3}, {2, 3}, {1, 2, 3}}. CONJUNTOS COMO CATEGORIAS Conjunto das Partes de um Conjunto: • o número de partes (subconjuntos) de um conjunto A é dado por 2n, onde n é o número de elementos de A; • simbologia: • n(P(A)) = 2n; • ex.: • A = {1, 2, 3}; n = 3, logo n(P(A)) = 23 = 8. OPERAÇÕES COM CONJUNTOS Definições: • dados A e B subconjuntos de U, tem-se: • união: conjunto formado pela reunião dos elementos de A e de B; • notação simbólica: A B = {x / x A ou x B}; • ex.: A = {1, 2, 3}, B = {2, 3, 5, 8}, A B = {1, 2, 3, 5, 8}; • interseção: conjunto formado pela reunião dos elementos que são comuns a A e a B; • notação simbólica: A B = {x / x A e x B}; • ex.: A = {1, 2, 3}, B = {2, 3, 5, 8}, A B = {2, 3}. OPERAÇÕES COM CONJUNTOS Definições: • dados A e B subconjuntos de U, tem-se: • diferença: conjunto formado pelos elementos que estão em A e que não estão em B; • notação simbólica: A – B = {x / x A e x B}; • ex.: A = {1, 2, 3}, B = {2, 3, 5, 8}, A – B = {1}; • complementar: conjunto formado pela diferença entre os elementos de de U e de A; • notação simbólica: A = {x / x U e x A}; • ex.: U = {1, 2, 3, 4, 5}, A = {2, 3, 4}, A = {1, 5}. DIAGRAMAS DE VENN Introdução: • desenvolvidos por John Venn (séc. XIX), permitem representar graficamente relações/operações entre uma coleção finita de conjuntos; • ferramenta que auxilia na visualização e na solução de problemas envolvendo conjuntos ou categorias. A elementos de A elementos não pertencentes a A U 1 2 3 conjunto universo DIAGRAMAS DE VENN Representação de Operações entre Conjuntos: • a região de superposição entre duas figuras geométricas representa a interseção entre os conjuntos; • representa todas as possibilidades de interseção, ou seja, para n conjuntos, o diagrama deve conter 2n regiões, contando com a região externa a todos os conjuntos. A U B U A B C 𝐴 ∩ 𝐶 𝐴 ∩ 𝐵 ∩ 𝐶 4 (ou 22) regiões 8 (ou 23) regiões DIAGRAMAS DE VENN Representação de Operações entre Conjuntos: • diferentes áreas do diagrama representam as operações: 𝐴 ∩ 𝐵 𝐴 ∪ 𝐵 𝐴 − 𝐵 𝐵 DIAGRAMAS DE VENN Problemas com Categorias: • Uma escola ofereceu cursos paralelos de informática (I), xadrez (X) e fotografia (F) aos alunos da 1ª série do ensino médio. As inscrições nos cursos foram feitas segundo a tabela ao lado: Curso Número de inscritos I 24 X 10 F 22 I e X 3 I e F 5 F e X 4 I e X e F 2 Nenhum 4 DIAGRAMAS DE VENN Problemas com Categorias: • Baseando-se nas informações da tabela, determine quantos alunos: a) cursavam a 1ª série do ensino médio; b) optaram somente por um curso; c) não se inscreveram no curso de xadrez; d) se inscreveram somente no curso de informática; e) fizeram inscrição para o curso de informática ou fotografia; f) fizeram inscrição para o curso de informática e xadrez; g) não se inscreveram no curso de xadrez e nem no de fotografia. DIAGRAMAS DE VENN Problemas com Categorias: I U X F U 2 1 4 3 2 24–6 = 18 10–5 = 5 22–7 = 15 Curso Número de inscritos I 24 X 10 F 22 I e X 3 I e F 5 F e X 4 I e X e F 2 Nenhum 4 DIAGRAMAS DE VENN Problemas com Categorias: • Respostas: a) cursavam a 1ª série do ensino médio; 18 + 5 + 15 + 1 + 2 + 2 + 3 + 4 = 50 alunos b) optaram somente por um curso; 18 + 5 + 15 = 38 alunos; c) não se inscreveram no curso de xadrez; 50 – 10 = 40 alunos; d) se inscreveram somente no curso de informática; 18 alunos; I U X F U 2 1 4 3 2 24–6 = 18 10–5 = 5 22–7 = 15 DIAGRAMAS DE VENN Problemas com Categorias: • Respostas: e) fizeram inscrição para o curso de informática ou fotografia; 18 + 1 + 2 + 3 + 2 + 15 = 41 alunos f) fizeram inscrição para o curso de informática e xadrez; 3 alunos g) não se inscreveram no curso de xadrez e nem no de fotografia. 18 + 4 = 22 alunos. I U X F U 2 1 4 3 2 24–6 = 18 10–5 = 5 22–7 = 15 CONJUNTOS NUMÉRICOS Introdução: • conjuntos numéricos são coleções de números que apresentam características em comum; • classificação dos conjuntos numéricos: • números Naturais (ℕ); • números Inteiros (ℤ); • números Racionais (ℚ); • números Irracionais (ℝ – ℚ); • números Reais (ℝ); • números Complexos (ℂ). CONJUNTOS NUMÉRICOS Conjunto dos Números Naturais (ℕ): • formado pelos números inteiros positivos incluindo o zero: • ℕ = {0, 1, 2, 3, 4, 5, ...}; • números naturais não nulos: • ℕ∗ = {1, 2, 3, 4, 5, ...}; • notação simbólica: ℕ∗ = {x ℕ / x > 0}. • todo número natural n tem um sucessor n + 1: • ex.: o sucessor de 1 é 2; • todo número natural n tem um antecessor n – 1 (exceto o zero): • ex.: o antecessor de 1 é 0. CONJUNTOS NUMÉRICOS Conjunto dos Números Inteiros (ℤ): • formado pelos números inteiros negativos, positivos e o zero: • ℤ = {..., –5, –4, –3, –2, –1, 0, 1, 2, 3, 4, 5, ...}; • números inteiros não nulos: • ℤ∗ = {..., –5, –4, –3, –2, –1, 1, 2, 3, 4, 5, ...}; • notação simbólica: ℤ∗ = {x ℤ / x ≠ 0}; • números inteiros não negativos: • ℤ+ = {0, 1, 2, 3, 4, 5, ...}; • notação simbólica: ℤ+ = {x ℤ / x 0}. CONJUNTOS NUMÉRICOS Conjunto dos Números Inteiros (ℤ): • números inteiros não positivos: • ℤ− = {..., –5, –4, –3, –2, –1, 0}; • notação simbólica: ℤ− = {x ℤ / x 0}; • números inteiros não negativos e não nulos: • ℤ+ ∗ = {1, 2, 3, 4, 5, ...}; • notação simbólica: ℤ+ ∗ = {x ℤ / x > 0}; • números inteiros não positivos e não nulos: • ℤ− ∗ = {..., –5, –4, –3, –2, –1}; • notação simbólica: ℤ− ∗ = {x ℤ / x < 0}. CONJUNTOS NUMÉRICOS Conjunto dos Números Inteiros (ℤ):• todo número inteiro n (exceto o zero) tem um simétrico (ou oposto) –n: • ex.: –3 é simétrico a 3 (ambos estão à mesma distância do 0); • todo número inteiro n tem tanto um sucessor n + 1 quanto um antecessor n – 1: • ex.: o sucessor de 2 é 3; o antecessor de 5 é 4; o sucessor de –6 é –5; o antecessor de –3 é –4; o sucessor de –1 é 0; o antecessor de 1 é 0. CONJUNTOS NUMÉRICOS Conjunto dos Números Racionais (ℚ): • formado pelos números que podem ser expressos por frações, onde o numerador e o denominador são números inteiros, mas o denominador deve ser diferente de zero: • notação simbólica: ℚ = { 𝑎 𝑏 / a ℤ e b ℤ ∗}; • números racionais não nulos: • notação simbólica: ℚ∗ = {x ℚ / x ≠ 0}; • números racionais não negativos: • notação simbólica: ℚ+ = {x ℚ / x 0}; • números racionais não positivos: • notação simbólica: ℚ− = {x ℚ / x 0}. CONJUNTOS NUMÉRICOS Conjunto dos Números Racionais (ℚ): • números racionais não negativos e não nulos: • notação simbólica: ℚ+ ∗ = {x ℚ / x > 0}; • números racionais não positivos e não nulos: • notação simbólica: ℚ− ∗ = {x ℚ / x < 0}. • representações: • decimal exata: • ex.: 3 / 4 = 0,75; • dízima periódica: • ex.: 2 / 3 = 0,666... = 0,6 (período simples); 24 / 45 = 0,53333... = 0,53 (período composto). CONJUNTOS NUMÉRICOS Conjunto dos Números Racionais (ℚ): • fração como decimal: • ex.: 6 / 5 = 6 ÷ 5 = 1,2; 1 / 3 = 1 ÷ 3 = 0,3333...; • dízima periódica como uma soma infinta de decimais: • ex.: 0,3333... = 0,3 + 0,03 + 0,003 + 0,0003 + ... 1,2344... = 1,23 + 0,004 + 0,0004 + ... • decimal exato como uma fração: • ex.: 0,3 = 3 / 10; 0,73 = 73 / 100; 5,157 = 5157 / 1000; 1,5 = 15 / 10 = 3 / 2 (fração simplificada). CONJUNTOS NUMÉRICOS Conjunto dos Números Racionais (ℚ): • dízima periódica como uma fração: • ex.: 0,7777... = 0,7 = 7 / 9 (fração geratriz); 0,151515... = 0,15 = 15 / 99 = 5 / 33; 0,122122... = 0,122 = 122 / 999; 0,07777... = 7 / 90; 0,0001111... = 1 / 9000; 0,0141414... = 14 / 990; 0,27777... = 0,2 + 0,07777... = 25 / 90; 0,15555... = 0,1 + 0,05555... = 7 / 45; 0,73333... = 0,7 + 0,03333... = 11 / 15. a fração que origina a dízima periódica é denominada geratriz OBSERVAÇÃO CONJUNTOS NUMÉRICOS Conjunto dos Números Irracionais (ℝ – ℚ): • formado pelos números decimais infinitos não periódicos, ou seja, números com infinitas casas decimais, mas que não têm um período; • números que não podem ser escritos na forma de fração; • ex.: 2 = 1,414213...; 3 = 1,732050...; = 3,141592...; e = 2,718281... (número de Euler); = 1,618033... (proporção áurea). CONJUNTOS NUMÉRICOS Conjunto dos Números Reais (ℝ): • formado pela união do conjunto dos números racionais com o conjunto dos números irracionais; • notação simbólica: ℝ = {x / x ℚ ou x (ℝ – ℚ)}; • relações entre os conjuntos: • ℕ ℤ ℚ ℝ; • (ℝ – ℚ) ℝ; • ℚ (ℝ – ℚ) = ℝ; • ℚ (ℝ – ℚ) = . CONJUNTOS NUMÉRICOS Conjunto dos Números Reais (ℝ): • números reais não nulos: • notação simbólica: ℝ∗ = {x ℝ / x ≠ 0}; • números reais não negativos: • notação simbólica: ℝ+ = {x ℝ / x 0}; • números reais não positivos: • notação simbólica: ℝ− = {x ℝ / x 0}; • números reais não negativos e não nulos: • notação simbólica: ℝ+ ∗ = {x ℝ / x > 0}; • números reais não positivos e não nulos: • notação simbólica: ℝ− ∗ = {x ℝ / x < 0}. CONJUNTOS NUMÉRICOS Conjunto dos Números Reais (ℝ): • relações de ordem: • para a, b ℝ, tem-se: • a = b (a é igual a b); • a > b (a é maior que b); • a < b (a é menor que b); • a b (a é menor ou igual a b); • a b (a é maior ou igual a b); • no conjunto dos números reais desconsidera-se os conceitos de antecessor e sucessor e considera-se as relações de ordem. CONJUNTOS NUMÉRICOS Conjunto dos Números Reais (ℝ): • intervalos reais: • são subconjuntos dos números reais. intervalo aberto {x ℝ / a < x < b} ]a, b[ (a, b) intervalo fechado {x ℝ / a x b} [a, b] [a, b] intervalo semi- aberto à direita {x ℝ / a x < b} [a, b[ [a, b) intervalo semi- aberto à esquerda {x ℝ / a < x b} ]a, b] (a, b] intervalos finitos CONJUNTOS NUMÉRICOS Conjunto dos Números Reais (ℝ): • intervalos reais: • são subconjuntos dos números reais. {x ℝ / x > a} ]a, +[ (a, +) {x ℝ / x a} [a, +[ [a, +) {x ℝ / x < a} ] –, a[ (–, a) {x ℝ / x a} ] –, a] (–, a] intervalos infinitos o conceito de intervalo se aplica apenas ao conjunto dos números reais OBSERVAÇÕES operações com conjuntos também se aplicam a intervalos
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