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MATERIAL DIDÁTICO RACIOCÍNIO LÓGICO U N I V E R S I DA D E CANDIDO MENDES CREDENCIADA JUNTO AO MEC PELA PORTARIA Nº 1.282 DO DIA 26/10/2010 Impressão e Editoração 0800 283 8380 www.ucamprominas.com.br 2 SUMÁRIO INTRODUÇÃO ....................................................................................................... 3 UNIDADE 1 – FUNDAMENTOS DO RACIOCÍNIO LÓGICO ................................ 5 UNIDADE 2 – FERRAMENTAS MATEMÁTICAS APLICADAS AO RACIOCÍNIO LÓGICO ............................................................................................................... 48 REFERÊNCIAS .................................................................................................... 72 3 INTRODUÇÃO “Loucura é querer resultados diferentes, fazendo tudo sempre igual.” (Abert Einstein) Que as empresas continuamente procuram profissionais mais gabaritados, ou seja, mais dinâmicos, já é sabido por todos nós. Mas como poderíamos diferenciar profissionais mais gabaritados e dinâmicos? Em verdade, o mercado procura profissionais que consigam tomar decisões através de raciocínios e estratégias corretas. Mas o que seria uma argumentação correta? Nesse sentido surgem a Lógica, a Filosofia e a Matemática que formam em conjunto, as áreas do conhecimento que descrevem o raciocínio lógico, que é amplamente utilizado para a resolução de problemas diversos e comumente cobrado em concursos públicos e/ou privados. Inicialmente deve-se observar que quando falamos ou escrevemos, na grande maioria das vezes, surgem termos e expressões com sentido não muito claro, inserindo assim, várias dúvidas com relação ao sentido de nossa fala e escrita, ou seja, ambiguidade. Dessa forma, pode-se pensar numa série de indagações, tais como: Qual o significado desta expressão? Qual a sua lógica? Não são ideias contraditórias? É lógico? Tem sentido? É sabido que a terminologia “Lógica” é proveniente da Grécia significando “logos”, sendo a discussão do uso de raciocínio em alguma atividade, ou seja, o estudo normativo, filosófico do raciocínio. Historicamente, a Lógica foi estudada em várias civilizações da Antiguidade, desde a Índia, na recursão silogística, passando pela China no Moísmo e na Escola dos Nomes, bem como, na Grécia Antiga que a Lógica foi estabelecida como disciplina por Aristóteles, com a sua obra Organon. É interessante salientarmos ainda que a Lógica examina de modo geral as formas que a argumentação pode tomar, quais dessas formas são válidas e quais são sem sentido. De outra forma, ressalta-se que em Filosofia, a Lógica tem papel fundamental na metafísica, ontologia, epistemologia e ética, enquanto que na Matemática, estudam-se as formas válidas de inferência de uma linguagem formal, caracterizando o seu valor lógico. Já para a Ciência da Computação, a 4 lógica é uma ferramenta indispensável nas linguagens de programação e, por fim, a Lógica também é estudada na teoria da argumentação. Atualmente, a Lógica é utilizada em concursos de organizações privadas e governamentais nos mais variados níveis de instrução em processos seletivos. Portanto, o nosso módulo busca a apresentação de ferramentas relacionadas à teoria da argumentação e do raciocínio lógico propriamente dito, que visa a resolução de problemas de uma forma coerente e estruturada, seja em termos gerenciais ou não. As palavras acima são nossa justificativa para o módulo em estudo. “Teoria é quando nada funciona e todo mundo sabe o porquê. Prática é quando tudo funciona, mas ninguém sabe o porquê.” (Anônimo) “As soluções que mais interessam a uma organização são aquelas que aumentam a sua competitividade.” (Kaplan) “Você nunca sabe que resultados virão da sua ação. Mas se você não fizer nada, não existirão resultados.” (Gandhi) 5 UNIDADE 1 – FUNDAMENTOS DO RACIOCÍNIO LÓGICO 1.1 Aspectos introdutórios Poderíamos iniciar a abordagem do nosso texto, indagando: “O que seria a Lógica?” ou “O que seria o Raciocínio Lógico?” Ou ainda, “Você sabe utilizar o seu Raciocínio Lógico para a resolução de problemas?” De outra forma, “Saberia definir uma decisão?” “Saberia classificar os diversos problemas e as metodologias de resolução dos mesmos?” Sendo assim, esperamos responder questões como estas e outras que nos façam entender a importância do Raciocínio Lógico e, porque não da Lógica para a resolução de problemas simulados diversos. É sabido que as empresas, de forma geral, praticam de problemas deste foco em concursos diversos, desde instituições financeiras, bem como, multinacionais. Inicialmente, devemos salientar que, de acordo com Martins (2012), o termo “lógica” (do grego clássico λογική logos, que significa palavra, pensamento, ideia, argumento, relato, razão lógica ou princípio lógico), é uma ciência de índole matemática e fortemente ligada à Filosofia. Já que o pensamento é a manifestação do conhecimento, e que o conhecimento busca a verdade, é preciso estabelecer algumas regras para que essa meta possa ser atingida. Dessa maneira, a lógica é o ramo da filosofia que cuida das regras do bem pensar, ou do pensar correto, sendo, portanto, um instrumento do pensar. A aprendizagem da lógica não constitui um fim em si. Ela só tem sentido enquanto meio de garantir que nosso pensamento proceda corretamente, a fim de chegar a conhecimentos verdadeiros. Podemos, então, dizer que a lógica trata dos argumentos, isto é, das conclusões a que chegamos através da apresentação de evidências que a sustentam. O principal organizador da lógica clássica foi Aristóteles, com sua obra chamada Organon. Ele divide a lógica em formal e material. Nesse caso, note que a Lógica é o ramo do conhecimento humano que estuda as formas pelas quais se pode construir um argumento correto. Porém, como poderíamos caracterizar um raciocínio correto? Geralmente, um raciocínio é 6 considerado correto quando as conclusões a que se chega são as melhores possíveis, dada a informação disponível. Devemos ressaltar que, ao analisarmos uma determinada proposição, queremos em verdade decidir se ela é verdadeira ou não, por mais simples que seja. Exemplificando, quando você deve decidir pela direção da direita ou pela direção da esquerda, ou ainda, definir qual ramo gostaria de se formar, são proposições simples, mas que demanda de uma argumentação para a tomada de decisão. Com relação a esta decisão, pode-se mensurar o estudo da Lógica em dois tipos. Lógica Dedutiva: uma proposição pode ser apenas verdadeira ou falsa, não havendo alternativa intermediária. Lógica Indutiva: uma proposição pode ter diferentes graus de plausibilidade associados a ela, de acordo com esta parece ser mais ou menos verdadeira. Vejamos a ilustração introdutória a seguir. Situação Introdutória (Adaptada de Martins, 2012): suponhamos que você é um guarda de uma determinada rede de supermercados, e durante a sua inspeção noturna escuta um alarme disparar. O alarme que disparou é o alarme de uma joalheria dentro do hipermercado, e a mesma está com o vidro da frente totalmente estilhaçado. Saindo da joalheria, você vê um homem, vestindo uma máscara e carregando algo na mão, em verdade um saco. Após detê-lo para averiguar o que está acontecendo, você vê que o saco está cheio das joias da joalheria. Segue logicamente, de uma forma dedutiva, que o indivíduo abordado é um ladrão, ou seja, que ele estava assaltando a joalheria dentro do hipermercado.Cabe ainda comentarmos que a Lógica Dedutiva, frequentemente chamada simplesmente de Lógica, lida com a verdade de proposições. Grosso modo, uma proposição corresponde ao significado de uma dada sentença e, em lógica dedutiva, elas são afirmações que são ou verdadeiras ou falsas. De outro modo, com relação à Lógica Aristotélica, proposições são encaradas como afirmações que afirmam ou negam um predicado (uma qualidade) de um sujeito. Vamos averiguar mais um exemplo simples. 7 A: Sócrates é um homem. Portanto, temos que: B: Sócrates é mortal. Notemos que o raciocínio acima está correto, mas será que ele serve de um molde que garanta que qualquer raciocínio que tenha a mesma forma será correto? Em verdade, o raciocínio do exemplo anterior, possui a seguinte estrutura: dada uma premissa A, segue uma conclusão B. O problema é saber se qualquer raciocínio desta forma é correto. Vejamos outro exemplo, utilizando a mesma forma: A: Meu automóvel é verde. Portanto, B: meu carro é um vegetal. Para raciocinarmos no sentido completo, vejamos o exemplo: A B: Todo homem é mortal. A: Sócrates é um homem. B: Sócrates é mortal. Aqui, pode-se caracterizar que o esquema acima é válido para quaisquer inferências, chegando a uma conclusão correta, desde que as premissas sejam corretas. A saber, se A implica em B e se A é verdadeiro, logo B também o é. Em outro sentido, quando falamos com relação ao Raciocínio Lógico, de acordo com Braine e Rumain (1983), para a compreensão de um texto, o leitor ou ouvinte tanto utiliza o raciocínio lógico para a compreensão analítica (o que exige mais habilidade mental) quanto o raciocínio prático para compreensão ordinária (o que se revela mais superficial). Grosso modo, quando é necessária a resolução de problemas, ou nos envolvemos em discussões ou argumentações, o melhor é não se deixar levar pelo caminho mais fácil e sim procurar obter uma compreensão a respeito da situação analisando uma a uma, cuidadosamente, as premissas relacionadas, de modo a tirarmos conclusões de maneira mais exata e precisa possível. Não utilizar o raciocínio lógico, muitas vezes pode nos levar a conclusões incorretas e a recorrer a falácias na argumentação, já que, de modo prático, nos deixaremos influenciar pelo conteúdo das premissas e por nossas crenças. Lógica, portanto, parte de uma dedução formal tal que, postas duas proposições, chamadas 8 premissas, delas, por inferência, se tira uma terceira, chamada conclusão. Argumentar de forma lógica é diferente de usar manipulação, coação ou persuasão; cada estratégia melhor se aplica a contextos distintos e visa a finalidades específicas. Figura 01: Fundamentos da Lógica. Disponível: http://educacion.udd.cl/ver-diplomado/diplomado-en-neurociencia-aplicada-a- la-educacion/ Acesso em: 14 nov. 2015. Além disso, é sabido que a Lógica tem como sustentação para a sua descrição teórica três princípios fundamentais. Porém, antes de apresentarmos os mesmos, vamos exemplificar a fim de compreendermos os mesmos. Se considerarmos, LEANDRO é LEONARDO, essa premissa contraria dois princípios, que podem ser observados, a seguir. Primeiro Princípio (Identidade) (KELLER e BASTOS, 2004): esse princípio nos diz que se um enunciado é verdadeiro, ele é verdadeiro, sempre e, de outra forma, se ele é falso, ele é falso, sempre. Dessa forma, observe que: LEANDRO é LEANDRO / LEONARDO é LEONARDO 9 Segundo Princípio (Não contradição) (KELLER e BASTOS, 2004): Esse princípio nos fala que um enunciado não pode ser verdadeiro e falso ao mesmo tempo. 1.2 Terminologias fundamentais da lógica De acordo com Martins (2013), temos algumas nomenclaturas ou terminologias importantes na descrição e construção dos aspectos relacionados ao raciocínio lógico a partir da Lógica Proposicional. 1.2.1. Tipos de argumentos a) Argumentos dedutivos (tipo silogísticos). Nestes argumentos, a verdade das premissas assegura a verdade da conclusão. Se as premissas forem verdadeiras, e o seu encadeamento adequado, a conclusão será necessariamente verdadeira. Os argumentos dedutivos não acrescentam nada de novo ao que sabemos. Exemplo: Todos os homens são mortais. Francisco é homem. Logo, Francisco é mortal. b) Argumentos indutivos. Neste caso, a conclusão ultrapassa o conteúdo das premissas. Embora estas possam ser verdadeiras, a conclusão é apenas provável. Exemplo: Todos os banhistas observados até hoje em uma determinada praia brasileira estavam queimados pelo sol. Logo, o próximo banhista que for observado estará queimado pelo sol (aqui temos o argumento indutivo: generalização, previsão). c) Argumento por Analogia. Neste tipo de argumentos, parte-se da semelhança entre duas coisas para se concluir que a propriedade de uma é a mesma que podemos encontrar na outra. As diferenças específicas são ignoradas. 10 Exemplo: Marte é um astro como a Terra. A Terra é habitada. Logo, Marte é também habitado. d) Argumentos falaciosos. Argumentos com aparência de verdadeiros ou válidos, mas falsos e inválidos. 1.2.2. A nova retórica – classificação dos argumentos a) Argumentos Quase Lógicos. A sua estrutura formal confere às suas conclusões uma aparência lógica irrefutável. Exemplo: A pena de morte é contraditória com o objetivo de querer prevenir a violência, uma vez que matar é sempre considerado um ato de violência. b) Argumentos baseados na Estrutura do Real. A sua estrutura está baseada em fatos reais. As conclusões, por este motivo, têm implícita a ideia que são suscetíveis de serem confirmadas. Exemplo: Existem crimes que destroem vidas humanas, logo os seus autores devem ser castigados de acordo com a natureza dos seus atos. c) Argumentos que fundam a Estrutura do Real. Sua estruturação está centrada em princípios universais, que se supõem estruturarem a realidade. As conclusões decorrem destes princípios, impondo-se aparentemente como necessárias. Este tipo de raciocínio parte de casos conhecidos que são assumidos como modelos ou regras gerais. A argumentação tem por objetivo passar destes casos particulares para uma generalização dos exemplos. Exemplo: A Igualdade de todos os cidadãos perante a Lei é um princípio sagrado da Justiça e da coesão social; sem o respeito por este princípio, qualquer sociedade desagrega-se. 11 1.3 Dialética: tese, antítese e síntese A tese é uma afirmação ou situação inicialmente dada. A antítese é uma oposição à tese. Do conflito entre tese e antítese surge a síntese, que é uma situação nova que carrega dentro de si elementos resultantes desse embate. A síntese, então, torna-se uma nova tese, que contrasta com uma nova antítese gerando uma nova síntese, em um processo em cadeia infinito. 1.3.1 Formas de argumentação a) Argumentação por citação: sempre que queremos defender uma ideia, procuramos pessoas ‘consagradas’, que pensam como nós acerca do tema em evidência. Apresentamos no corpo de nosso texto a menção de uma informação extraída de outra fonte. O trecho citado deve estar de acordo com as ideias do texto, assim, tal estratégia poderá funcionar bem. b) Argumentação por comprovação: a sustentação da argumentação se dará a partir das informações apresentadas (dados, estatísticas, percentuais) que a acompanham. Esse recurso é explorado quando o objetivo é contestar um ponto de vista equivocado. c) Argumentação por raciocínio lógico: a criação de relações de causa e efeito é um recurso utilizado para demonstrar que uma conclusão (afirmada no texto) é necessária, e não fruto de uma interpretação pessoal que pode ser contestada. 1.4 Meios de convencimentoA busca por informações é fundamental no mundo atual para as organizações ou para as pessoas propriamente ditas, logo, em diversos casos, temos notícias sobre novos indicadores estatísticos, taxas de juros e índices de preços, sendo que alguns são corretos ou legítimos enquanto que outros são incorretos e ilegítimos. Tal fato está ligado aos meios de convencimento, sendo os argumentos o que originam a falácia ou sofisma. Dessa forma, de acordo com Martins (2013), define-se premissa e termo como segue. 12 Premissa: é uma fórmula considerada hipoteticamente verdadeira, dentro de uma dada inferência. Esta se constitui de duas partes: uma coleção de premissas, e uma conclusão. Premissa, em verdade, significa a proposição, o conteúdo, as informações importantes que servem de alicerce para o raciocínio, para um estudo que levará a uma conclusão. Termo: considerando um sistema lógico, temos que um termo é um nome associado a um objeto do universo de discussão. Falácias Lógicas: são consideradas erros de raciocínio ou de argumentação, erros estes que podem ser visualizados e corrigidos por pensadores que primam pela prudência. De acordo com Bispo (2011), as falácias são divididas em: falácia do homem espantalho – consiste em definir um termo para vantagem própria, utilizando posições definidas por um opositor. Este tipo de falácia é muito utilizado no ramo político; falácia de várias perguntas – muito utilizada no âmbito do direito pelos advogados em ocasiões oficiais, ao fazer uma pergunta que em verdade é múltipla, ou seja, uma pergunta que vale por duas ou mais perguntas, a qual não caberia como resposta um sim ou um não. Exemplificando, “Já parou de bater na sua filha?” Note que aqui, tal pergunta pode ser desdobrada em: “Alguma vez já bateu na sua filha?” e “Bate atualmente?”; falácia da inversão dos quantificadores – para este tipo de falácia, vamos observar o seguinte exemplo: “Todas as pessoas têm uma mãe, então, existe alguém que é mãe de todas as pessoas”. 13 Figura 02: Termos utilizados na Lógica. Fonte: Elaborado pelo próprio autor. 1.5 Elaborando a solução de problemas lógicos e matemáticos Sabemos que a tomada de decisões é levada a cabo em todos os aspectos da vida e em qualquer altura. Você com certeza já se deparou com uma situação problema, seja ela mais simples ou mais complexa. Ou seja, em algum momento teve que tomar a decisão acerca da resolução de um problema. Você saberia descrever o que seria uma solução? Saberia descrever o primeiro passo para a resolução de um problema? Saberia caracterizar as várias faces de problemas que temos? Entende perfeitamente o grau de complexidade de um problema qualquer? Primeiramente, deve-se entender o conceito de decisão. Para tal, decisão é um termo do latim decisio, a decisão é uma determinação ou resolução que se toma acerca de uma determinada coisa. Geralmente, a decisão supõe iniciar ou pôr fim a uma situação; isto é, impõe uma mudança de estado. Os especialistas definem a decisão como sendo o resultado de um processo mental-cognitivo de uma pessoa ou de um grupo de indivíduos. Conhece-se como tomada de decisões ao processo que consiste em optar por uma entre várias alternativas. Na visão organizacional das empresas, a tomada de decisões costuma ter recurso a metodologias quantitativas (com estudos de mercado, ferramentas de raciocínio lógico, estatísticas, técnicas financeiras, entre outros) para reduzir a margem de 14 erro. Salientamos que existem várias definições e conceitos de decisão, mas uma que exprime bem a forma como será tratada aqui diz que uma decisão é um curso de ação escolhido pela pessoa, como o meio mais efetivo à sua disposição para alcançar os objetivos procurados, ou seja, para resolver o problema que a incomoda. Atualmente, o nosso universo de vivência é cada vez mais globalizado, ou seja, temos que as organizações, de acordo com a concorrência contínua, acirrada e até mesmo desleal, sejam elas no âmbito público ou privado, querem a contratação de profissionais que consigam raciocinar de maneira crítica em vista dos diferentes problemas que surgem no decorrer de suas vidas sociais e profissionais, tornando-se, dessa forma, mais dinâmicos e argumentativos com base em critérios e em princípios logicamente validados. Dessa forma, é muito importante o entendimento dos tipos de problemas, bem como, os passos lógicos para a resolução e/ou encaminhamento da solução dos mesmos. 1.6 Problemas O que seria um problema? É evidente que temos algumas frases populares que fazem parte do nosso mundo atual. Quem nunca ouviu? Que falta de sorte! Justo agora fura o pneu do meu automóvel! Algum problema, meu filho! É, tenho que pensar e muito de como vou sair dessa situação agora. Grosso modo, um problema pode ser encarado como qualquer situação que exija o pensar do indivíduo para levar a sua solução. Uma exigência atual do mundo globalizado é por gestores e/ou administradores cada vez mais dinâmicos e completos, neste sentido, “o pensar produtivamente” é importante e, para isso, nada melhor do que estar familiarizado com situações problemas que os envolvam, os desafiem e os motivem a querer resolvê-las. Consequentemente, a resolução de problemas tem sido reconhecida como uma metodologia de raciocínio fundamental, logo, é necessário o desenvolvimento da habilidade de elaborar um raciocínio lógico e fazer o uso inteligente e eficaz dos recursos disponíveis, para que sejam propostas boas soluções aos problemas comuns do cotidiano. 15 1.7 Classificando os problemas Com relação aos tipos de problemas, de acordo com Dante (2000), podemos classificá-los em: exercícios de reconhecimento, exercícios de algoritmos, problemas padrão, problemas processo ou heurísticos e problemas de aplicação. Cabe ressaltar que todos eles demandam de raciocínio estruturado para resolução, bem como, de uma sequência de passos para a sua resolução. Figura 03: Classificação dos Problemas. Fonte: Elaborado pelo próprio autor. Vejamos a descrição e exemplos de cada um deles a seguir. Exercícios de reconhecimento: seu objetivo é fazer com que o indivíduo reconheça, identifique ou lembre um conceito, um fato específico, uma definição, uma propriedade, entre outros. Por exemplo: 1) Dados os números 12, 15, 100, 1003, 1560 e 2070, quais são primos? 2) Qual é o sucessor de 1000? 3) Duas centenas equivalem a quantas dezenas? Exercícios de algoritmos: são aqueles que podem ser resolvidos passo a passo, tendo como objetivo o de treinar a habilidade em executar um 16 dado algoritmo. Lembrando que um algoritmo que é um termo muito utilizado na área computacional, é entendido como uma sequência lógica de passos. Por exemplo: 1) Determinar o valor de [13 x 14) + 20] ÷ 5. 2) Efetuar a soma: (1008 + 1140) – 2004 + 70 x (30– 4) + 10. 3) Se 20 x 30 é igual a 600, dado n natural podemos afirmar que o produto n x (n + 1) sempre é um múltiplo de 2? Problemas padrão: na sua resolução temos o envolvimento de uma aplicação direta de um ou mais algoritmos anteriormente aprendidos e não exige qualquer estratégia. É interessante notarmos que aqui, a solução do problema já está contida no próprio enunciado, e a tarefa básica é transformar a linguagem usual em uma linguagem matemática, identificando as operações ou algoritmos necessários para a sua resolução. Comumente cobrado em problemas diversos de concursos. Eles podem ser divididos em problemas padrão simples e compostos. Exemplificando: 1) (Simples) Numa classe existem 45 meninos e 21 meninas. Quantos alunos existem na classe? 2) (Simples) Uma telha pesa 1 quilograma então 1 telha e meia pesa quantos quilogramas?3) (Composto) Carlos, Rodrigo e Caetano possuem juntos 90 ingressos. Sabendo que Carlos tem 32 ingressos e os outros dois possuem quantidades iguais, determine o número de ingressos de cada um. Problemas Processo: são problemas em que a solução relaciona operações não contempladas no enunciado, sendo que, em geral, não podem ser traduzidos de forma direta para a linguagem matemática e nem solucionados pela aplicação automática de algoritmos. Também são comumente reconhecidos pela nomenclatura problemas heurísticos. Exemplificando: 17 1) Em uma reunião de uma organização existem 8 gestores. Se cada um trocar um aperto de mão com todos os outros gestores, quantos apertos de mão teremos ao final desta reunião? 2) Eu, Carlos, tenho o dobro da idade que você tinha, quando eu tinha a idade que você tem, quando tiver a idade que eu tenho, a soma de nossas idades será 45 anos. Quais são nossas idades atuais? Problemas de Aplicação: são problemas que apresentam situações diversas do dia a dia e que exigem o uso das ferramentas da Matemática para serem resolvidos. Comumente recebem a nomenclatura de situações problema. Aqui, podemos citar ferramentas matemáticas simples até as mais complexas. Exemplificando, para realizar um relatório, um gerente de uma empresa precisa saber qual é o gasto mensal, por colaborador, que ele tem com a alimentação. Como podemos ajudá-lo? Neste caso, poderíamos indagar: Quantos colaboradores da empresa almoçam na empresa diariamente? E mensalmente? Quantos quilos de arroz, macarrão, tomate, cebola, sal, entre outros, a empresa consome por mês? Qual o preço atual por quilo de cada um desses alimentos? Quanto se gasta de gás? 1.8 Resolvendo um problema – passos fundamentais Para descrevermos a solução de um problema, podemos nos pautar em uma metodologia que leva em consideração quatro etapas principais, que são: compreender o problema, elaborar um plano, executar um plano e fazer o retrospecto ou verificação. Tal metodologia, segundo Dante (2000), ou mais precisamente, tais etapas não são rígidas, fixas e intocáveis, pois a resolução de um problema é um processo dinâmico, sequencial, subjetivo e rico, não se limitando a seguir instruções passo a passo, tudo depende do grau de complexidade do mesmo. Vejamos no Quadro 1, as principais características de cada uma dessas etapas. Quadro 01: Descrição das etapas de resolução de um problema. Etapa O que pode ser feito? 18 Compreensão do problema O que o problema quer? O que ele deseja? Quais são as hipóteses e as condições do problema? É possível fazer uma figura, um esquema ou um diagrama, ou ainda um fluxograma? É possível simular a resposta? Elaboração de um Plano Qual é o seu plano para a resolução do problema? Quais estratégias você tentará desenvolver? Você se lembra de um problema semelhante que pode ajudá-lo a resolver este? Já resolveu algo parecido? Tente organizar os dados na forma tabular e gráfica. Tente resolver o problema por partes. Execução do Plano Anterior Execute o plano elaborado, verificando-o passo a passo do mesmo. Faça todos os cálculos indicados no plano de ação. Execute todas as estratégias pensadas, obtendo várias maneiras de resolver o mesmo problema. Realização do retrospecto ou Verificação Observe se a solução obtida está correta. Existe um outro caminho para a resolução deste problema? É possível utilizar o método empregado para resolver problemas semelhantes? Fonte: Adaptado pelo autor de Dante (2000). Vejamos alguns exemplos que ilustram os vários tipos de problemas. Exemplo 01: Sabemos que 100 representa uma centena, enquanto que 20 representa duas dezenas, sendo assim, quantas vezes 100 é maior do que 20, ou seja, uma centena é maior do que duas dezenas? 19 Solução: Primeiramente, devemos calcular a diferença entre 100 e 20, ou seja, 100 – 20 = 80, na sequência dividimos 80 por 4, obtendo 80 : 20 = 4, portanto 100 é 4 vezes maior que 20, ou na forma percentual, 100 é 400% maior que 20. Exemplo 02: Um tijolo pesa um quilo mais meio tijolo. Quanto pesa um tijolo e meio? Solução: Neste caso, notemos que de acordo com os dados do problema, podemos escrever que: 1tijolo = 1 kg + ½ tijolo 1tijolo – ½ tijolo = 1 kg ½ tijolo = 1kg se ½ tijolo pesa 1 kg, logicamente 1 tijolo pesa 2 kg, e um tijolo e meio, ou seja, 1 ½ tijolo pesa 3 kg. Exemplo 03: Um senhor na terceira idade tinha como única herdeira sua filha, que estava grávida, quando ele sentiu que a vida em breve lhe faltaria, decidiu então procurar um advogado e montar o seu testamento. Sendo assim, ele deixou, então, o seguinte testamento: “Deixo 1/3 da minha fortuna para minha única filha e o restante para a criança que ela está esperando, se for homem; deixo 1/2 de minha fortuna para minha única filha e o restante para a criança que ela está esperando, se for mulher.” De acordo com o testamento deixado pelo senhor, analise e julgue os itens a seguir em Verdadeiro (V) ou Falso (F). ( V ) Se a criança for um menino a ele caberá o dobro do que sua mãe receberá como herança. ( F ) Suponha que a filha do senhor deu à luz um casal de gêmeos. Dessa forma a herança deverá ser dividida em três partes iguais pelos herdeiros do senhor. ( F ) Em qualquer caso a parte da mãe é menor do que a parte de seu(ua) filho(a). 1.9 Relacionando a lógica com a filosofia 20 É sabido que a Lógica é uma ciência de índole Matemática e intensamente ligada à Filosofia, pois o pensamento é a manifestação do conhecimento, e que o conhecimento busca a verdade, sendo assim, é preciso estabelecer algumas regras para que essa meta possa ser atingida. Dessa forma, segundo Bispo (2011), a Lógica é o ramo da Filosofia que cuida das regras do bem pensar, ou do pensar correto, sendo, portanto, um instrumento do pensar. Salienta-se que a aprendizagem da Lógica não constitui um fim em si. Ela só tem sentido enquanto meio de garantir que nosso pensamento proceda corretamente, a fim de chegar a conhecimentos verdadeiros. Podemos, então, dizer que a Lógica trata dos argumentos, isto é, das conclusões a que chegamos através da apresentação de evidências que a sustentam. O principal organizador da lógica clássica foi Aristóteles, com sua obra chamada Organon. Ele divide a lógica em formal e material. Definição (Sistema Lógico), de acordo com Bispo (2011), um sistema lógico é um conjunto de axiomas e regras de inferência que visam representar formalmente o raciocínio válido. Diferentes sistemas de lógica formal foram construídos ao longo do tempo quer no âmbito estrito da Lógica Teórica, quer em aplicações práticas na computação e em Inteligência artificial. Historicamente, Lógica é também a designação para o estudo de sistemas prescritivos de raciocínio, ou seja, sistemas que definem como se "deveria" realmente pensar para não errar, usando a razão, dedutivamente e indutivamente. A forma como as pessoas realmente raciocinam é estudado nas outras áreas, como na psicologia cognitiva. Como ciência, a Lógica define a estrutura de declaração e argumento e elabora fórmulas através das quais estes podem ser codificados. Implícita no estudo da lógica está a compreensão do que gera um bom argumento e de quais os argumentos que são falaciosos. A Lógica filosófica lida com descrições formais da linguagem natural. A maior parte dos filósofos assume que a maior parte do raciocínio "normal" pode ser capturada pela lógica, desde 21 que se seja capaz de encontrar o método certo para traduzir a linguagem corrente para essa lógica. Note então que a Lógica Formal delineia um método organizadoe cuidadoso de pensar que caracteriza qualquer investigação científica ou qualquer outra atividade de raciocínio. 1.10 Lógica Proposicional – aspectos fundamentais De acordo com Martins (2013), a linguagem natural, com a qual nos expressamos diariamente, é muito suscetível a ambiguidades e imprecisões. Existem frases não gramaticais que possuem sentido (por exemplo, anúncios de classificados no jornal) e frases perfeitamente gramaticais sem sentido ou com sentido múltiplo. Isso faz com que a linguagem não seja apropriada para o estudo das relações lógicas entre suas sentenças. Sendo assim, no estudo da Lógica Matemática e Computacional, utilizamos de uma linguagem formal. Definição (Linguagens Formais), de acordo com Bispo (2011), Linguagens Formais são objetos matemáticos, cujas regras de formação são precisamente definidas e às quais podemos atribuir um único sentido, sem ambiguidade. É interessante se observar que linguagens formais podem ter diversos níveis de expressividade. Em termos gerais, quanto maior a expressividade, maior também a complexidade de se manipular essas linguagens. Iniciaremos nosso estudo da lógica a partir de uma linguagem proposicional, que tem uma expressividade limitada, mas já permite expressar uma série de relações lógicas interessantes. Nesse contexto, uma proposição é um enunciado ao qual podemos atribuir um valor verdade (verdadeiro ou falso). É necessário lembrar que nem toda sentença pode possuir um valor verdade. Por exemplo, não podemos atribuir valor verdade a sentenças que se referem ao seu próprio valor verdade, com a sentença “esta sentença é falsa”. Esse tipo de sentença é chamado de autorreferente e deve ser excluído da linguagem em questão, pois, se a sentença é verdadeira, então ela é falsa; por outro lado, se ela for falsa, então é verdadeira. A linguagem proposicional exclui sentenças autorreferentes. Dessa maneira, a Lógica Proposicional Clássica nos permite tratar de enunciados aos 22 quais podemos atribuir valor verdade (as proposições) e as operações que permite compor proposições complexas a partir de proposições mais simples, como a conjunção “e”, a disjunção “ou”, a implicação “se...então...” e a negação “não”. A linguagem proposicional não nos permite expressar relações sobre elementos de um conjunto, como as noções de “todos”, “algum” ou “nenhum”. Tais relações são chamadas de quantificadoras. 1.11 Proposições e princípios fundamentais Definição (Proposição), de acordo com Martins (2013), define-se proposição ou sentença como sendo todo o conjunto de palavras ou símbolos que exprimem um pensamento no sentido completo. As proposições transmitem pensamentos, isto é, afirmam fatos ou exprimem juízos que formamos a respeito de determinados entes. Vejamos alguns exemplos de proposições como segue: a) A Lua é um satélite da Terra. b) Toda função é uma relação. c) Goiânia é a capital de Goiás. d) > 3 . e) O conjunto dos números primos é finito. f) O conjunto dos números racionais é enumerável. g) sen(90°) = 1. A Lógica Matemática adota como regras fundamentais do pensamento os dois seguintes princípios ou axiomas. Ressaltamos que um Axioma é uma afirmação aceita como verdadeira sem demonstração. Tais princípios são: Princípio 01: (Princípio da Não Contradição) – uma proposição não pode ser verdadeira e falsa ao mesmo tempo. Princípio 02: (Princípio do Terceiro Excluído) – toda a proposição ou é verdadeira ou é falsa, isto é, verifica-se sempre um destes casos e nunca um terceiro. 23 Figura 04: Características obrigatórias de uma proposição. Fonte: Elaborado pelo próprio autor. Segundo Bispo (2011), por conta deste segundo princípio, fala-se que a Lógica Matemática é uma Lógica Bivalente. Por exemplo, as proposições citadas anteriormente são todas verdadeiras, contrariamente das proposições seguintes, que são falsas. (a) Luís Américo descobriu o Brasil. (b) Einstein escreveu os Lusíadas. (c) O conjunto dos números reais é finito. (d) 5 3 é um número inteiro. (e) O número é irracional. (f) A constante de Euler e é um número irracional. (g) Carlos é mortal. (h) Os números transmitem conclusões do mercado. (i) A sequência dos números primos é infinita. (j) O conjunto dos números irracionais é finito. (k) tg( 4 ) = 1. 24 Sendo assim, percebemos que as proposições são expressões a respeito das quais podemos dizer que são verdadeiras ou falsas. Figura 05: Caracterização das proposições. Fonte: Elaborado pelo próprio autor. 1,12 Valores lógicos das proposições Definição (Valor Lógico), de acordo com Martins (2013), define-se valor lógico de uma proposição a verdade se a proposição é verdadeira e a falsidade se a proposição é falsa. Ressalta-se que os valores lógicos verdade e falsidade de uma proposição designam-se abreviadamente pelas letras V e F, respectivamente. Dessa maneira, o que os princípios da não contradição e do terceiro excluído afirmam é que: Importante! Toda a proposição tem um, e um só, dos valores V ou F. Consideremos, por exemplo, as seguintes proposições: a) A proposição “O mercúrio é mais pesado que a água” tem valor lógico verdade (V). 25 b) A proposição “O Sol gira em torno da Terra” tem valor lógico falsidade (F). c) A cidade de São Paulo é a capital do estado de São Paulo tem valor lógico verdade (V). d) O número 2 é o único número par primo tem valor lógico verdade (V). 1.13 Proposições – simples e compostas De acordo com Martins (2013), pode-se classificar as proposições da seguinte forma: Simples ou Atômicas e Compostas ou Moleculares Figura 06: Classificação das proposições. Fonte: Elaborado pelo próprio autor. Definição (Proposição Simples), de acordo com Martins (2013), chama- se de proposição simples ou proposição atômica aquela que não contém nenhuma outra proposição como parte integrante de si mesma. 26 Além disso, segundo Martins (2013), as proposições simples são geralmente designadas pelas letras latinas minúsculas: p, q, r, s,..., chamadas letras proposicionais. Vejamos alguns exemplos de proposições simples: p: Carlos é careca. q: Pedro é estudante. r: O número 25 é quadrado perfeito. s: Recife é a capital de Pernambuco. Definição (Proposição Composta), de acordo com Martins (2013), chama-se de proposição composta ou proposição molecular, aquela formada pela combinação de duas ou mais proposições. Segundo Martins (2013), as proposições compostas são geralmente designadas pelas letras latinas maiúsculas P, Q, R, S,..., também chamadas letras proposicionais. Vejamos alguns exemplos de proposições compostas: P: Carlos é careca e Pedro é estudante. Q: Carlos é careca ou Pedro é estudante. R: Se Carlos é careca então é infeliz. Note que cada uma delas é formada por duas proposições simples. As proposições compostas também costumam serem chamadas fórmulas proposicionais ou apenas fórmulas. Quando interessa destacar ou explicar que uma proposição composta P é formada pela combinação das proposições simples p, q, r, ..., escrevemos: P(p, , r, ...) As proposições simples e as proposições compostas também são chamadas respectivamente átomos e moléculas. Deve-se ressaltar ainda que as proposições componentes de uma proposição composta podem ser, elas mesmas, proposições compostas. 1.14 Conectivos: o que são? 27 Definição: de acordo com Martins (2013), conectivos são as palavras que usamos para formar novas proposições a partir de outras. Dessa forma, por exemplo, nas seguintesproposições compostas: P: O número 6 é par e o número 8 é cubo perfeito. Q: O triângulo ABC é retângulo ou é isósceles. R: Não está chovendo. Salientamos que na literatura encontramos que o “não” é conhecido como modificador. S: Se Jorge é engenheiro, então sabe Matemática. T: O triângulo ABC é equilátero se e somente se é equiângulo. Todos estes exemplos, são de conectivos usuais da Lógica Matemática (palavras grifadas em negrito), isto é, “e” , “ou” , “não” , “se ... então” , “... se e somente se ...”. Figura 07: Conectivos usuais da Lógica Matemática. Fonte: Elaborado pelo próprio autor. 1.15 Tabela Verdade: o que são? Vimos que segundo o Princípio do Terceiro Excluído, toda proposição simples p é verdadeira ou falsa, isto é, tem valor lógico V(verdade) ou o valor lógico F (falsidade), ou seja, podemos escrever de forma simples a seguinte disposição tabular. 28 P V F Figura 08: Valores lógicos possíveis relacionados a uma proposição p. Fonte: Elaborado pelo próprio autor. Em se tratando de uma proposição composta, a determinação do seu valor lógico, conhecidos os valores lógicos das proposições simples componentes, faz-se com base no seguinte princípio: “O valor lógico de qualquer proposição composta depende unicamente dos valores lógicos das proposições simples componentes, ficando por eles univocamente determinado.”. Admitindo tal princípio, para aplicá-lo na prática à determinação do valor lógico de uma proposição composta dada, recorremos quase sempre a um dispositivo denominado tabela verdade, na qual figuram todos os possíveis valores lógicos da proposição composta correspondentes a todas as possíveis atribuições de valores lógicos às proposições simples componentes. Em verdade, segundo Martins (2013), a tabela verdade é um instrumento utilizado para determinar os valores lógicos das proposições compostas, a partir de atribuições de todos os possíveis valores lógicos das proposições simples componentes. Sendo assim, por exemplo, no caso de uma proposição composta cujas proposições simples componentes são p e q, as únicas possíveis atribuições de valores lógicos a p e a q são: p q 1 V V 2 V F 3 F V 4 F F Deve-se notar que os valores lógicos V e F se alternam dois em dois para a primeira proposição p e de um em um para a segunda proposição q, e que, 29 além disso, VV, VF, FV e FF são os arranjos binários com repetição dos dois elementos V e F. Para uma proposição composta cujas proposições simples componentes são p, q e r, as únicas possíveis atribuições de valores lógicos a p, a q e a r são mostrados abaixo: p q r 1 V V V 2 V V F 3 V F V 4 V F F 5 F V V 6 F V F 7 F F V 8 F F F Analogamente, observa-se que os valores lógicos V e F se alternam de quatro em quatro para a primeira proposição p, de dois em dois para a segunda proposição q e de um em um para a terceira proposição r, e que, além disso, VVV, VVF, VFV, VFF, FVV, FVF, FFV e FFF são os arranjos ternários com repetição dos dois elementos V e F. 1.16 Notações dos valores lógicos na tabela verdade Segundo Martins (2013), o valor lógico de uma proposição simples p será indicado por V(P). Sendo assim, exprimimos que p é verdadeira (V), escrevendo V(p) = V. Analogamente, exprimimos que p é falsa (F), escrevendo V(p) = F. Vejamos o seguinte exemplo ilustrativo, levando em conta as seguintes afirmações: p: O Sol é verde. q: Um hexágono tem 9 diagonais. r: 2 é raiz da equação x 2 + 3.x – 4 = 0. 30 Logo, temos que: V(p) = F, V(q) = V, V(r) = F Analogamente, o valor lógico de uma proposição composta P é indicado por V(P). Resumindo, podemos interpretar uma tabela verdade, ou tabela de verdade ou tabela veritativa como um tipo de tabela matemática usada em Lógica Matemática e Computacional para determinarmos se uma fórmula é válida ou se um sequente é correto. As tabelas-verdade derivam do trabalho de Gottlob Frege, Charles Peirce e outros da década de 1880, e tomaram a forma atual em 1922, através dos trabalhos de Emil Post e Ludwig Wittgenstein. A seguir, são apresentadas algumas figuras de processos diversos associados às tabelas verdade relacionadas. Figura 09: Representação de uma tabela-verdade. Fonte: Elaborado pelo próprio autor. 31 Figura 10: Representação de uma tabela-verdade. Fonte: Elaborado pelo próprio autor. 32 Figura 11: (a) Tabela-verdade e (b) Circuito para somador completo. Fonte: Elaborado pelo próprio autor. 1.17 Linguagem simbólica e linguagem corrente Segundo Martins (2013), quando uma proposição é descrita em termos de palavras, dizemos que a mesma está em linguagem corrente, enquanto que se uma proposição for caracterizada em termos dos símbolos lógicos, dizemos que ela está em linguagem simbólica. Exemplo: Traduzindo para a linguagem corrente. Sendo as proposições p: Jorge é rico, q: Carlos é feliz, então podemos escrever: a) q p Se Carlos é feliz, então Jorge é rico. b) q ~p Carlos é feliz se e somente se Jorge não é rico. c) ~p q Se Jorge não é rico, então Carlos é feliz. 33 Exemplo: Traduzindo para a linguagem simbólica. Sendo as proposições p: Marcos é alto, q: Marcos é elegante, então podemos escrever: a) Marcos é alto e elegante. p q b) Marcos é alto, mas não é elegante. p ~ q c) Não é verdade que Marcos é baixo ou elegante. ~ (~ p q) 1.18 Operações lógicas sobre proposições Da mesma forma com que trabalhamos com a soma e adição entre números, multiplicação e divisão de números, em várias situações com relação às proposições, efetuamos muitas vezes certas operações, as quais são chamadas de operações lógicas. Essas operações obedecem a regras de um cálculo, denominado cálculo proposicional, muito semelhante ao que acontece no contexto da aritmética sobre números. Aqui, estudaremos interessados em estudar as operações lógicas fundamentais, que são: negação, conjunção, disjunção, disjunção exclusiva, condicional e bicondicional. Figura 12: Principais operações lógicas fundamentais. Fonte: Elaborado pelo próprio autor. 34 Definição (Negação), segundo Martins (2013), chama-se negação de uma proposição p à proposição representada por “não p”, cujo valor lógico é a verdade (V) quando p é falsa e a falsidade (F) quando p é verdadeira. Dessa maneira, “não p” tem o valor lógico oposto daquele de p. Em símbolos, a negação de p é indicada com a notação “~ p”, onde lemos: “não p”. O valor lógico da negação de uma proposição é, portanto, definido pela seguinte tabela-verdade construída de forma muito simples: p ~ p V F F V Ou seja, pelas igualdades: ~V = F, ~F = V e V(~ p) = ~ V(p) Vejamos alguns exemplos ilustrativos. a) p: 3 + 3 = 6 (V) e ~ p: 8 + 3 5 (F) b) q: 1 < 3 (F) e ~ q: 9 > 3 (V) c) r: Roma é a capital da França (F) e ~ q: Roma não é a capital da França (V) Na linguagem comum, a negação efetua-se, nos casos mais simples, antepondo o advérbio “não” ao verbo da proposição dada. Assim, por exemplo, a negação da proposição: p: O Sol é uma estrela é ~ p: O Sol não é uma estrela 35 Outra maneira de efetuar a negação consiste em antepor à proposição dada expressões, tais como “não é verdade que”, “é falso que”. Desta forma, porexemplo, a negação da proposição: q: Carlos é engenheiro é ~ q: Não é verdade que Carlos é engenheiro Ou ~ q: É falso que Carlos é engenheiro Devemos notar ainda, que a negação de “Todos os homens são elegantes” é “Nem todos os homens são elegantes” e a de “Nenhum homem é elegante” é “Algum homem é elegante”. Definição (Conjunção), de acordo com Martins (2013), chama-se conjunção de duas proposições p e q à proposição representada por “p e q”, cujo valor lógico é a verdade (V) quando as proposições p e q são ambas verdadeiras e a falsidade (F) nos demais casos. Em símbolos, a conjunção de duas proposições p e q é indicada pela notação: “p q”, onde lemos: “p e q”. O valor lógico da conjunção de duas proposições é, portanto, definido pela seguinte tabela-verdade: p q p q V V V V F F F V F F F F Ou seja, pelas igualdades: V V = V, V F = F, F V = F, F F = F e V(p q) = V(p) V(q) Vejamos alguns exemplos ilustrativos. 36 a) )(52: )(: Vq VbrancaéneveAp p q: A neve é branca e 2 < 5 (V) V(p q) = V(p) V(q) = V V = V b) )(7: )(: Vprimonúmerouméq FverdeéenxofreOp p q: O enxofre é verde e 7 é um número primo (F) V(p q) = V(p) V(q) = F V = F c) )(: )(: FmédicoeraFERMATq VRússiananasceuCANTORp p q: CANTOR nasceu na Rússia e FERMAT era médico (F) V(p q) = V(p) V(q) = V F = F d) )(0 2 : )(4: Fsenq Fp p q: 4 e 0 2 sen (F) V(p q) = V(p) V(q) = F F = F Definição (Disjunção), de acordo com Martins (2013), chama-se disjunção de duas proposições p e q à proposição representada por “p ou q”, cujo valor lógico é a verdade (V) quando ao menos uma das proposições p e q é verdadeira e a falsidade (F) quando as proposições p e q são ambas falsas. Em símbolos, a disjunção de duas proposições p e q é indicada pela notação: “p q”, que se lê: “p ou q”. 37 O valor lógico da disjunção de duas proposições é, portanto, definido pela seguinte tabela-verdade: p q p q V V V V F V F V V F F F Ou seja, pelas igualdades: V V = V, V F = V, F V = V, F F = F e V(p q) = V(p) V(q) Vejamos alguns exemplos ilustrativos. a) )(549: )(: Vq VFrançadacapitalaéParisp p q: Paris é a capital da França ou 9 – 4 = 5 (V) V(p q) = V(p) V(q) = V V = V b) )(3: )(: Fq VLusíadasosescreveuCAMÔESp p q: CAMÔES escreveu os Lusíadas ou = 3 (V) V(p q) = V(p) V(q) = V F = V c) )(7/5: )(: Vprópriafraçãoumaéq FRússiadacapitalaéRomap 38 p q: Roma é a capital da Rússia e 5/7 é uma fração própria (V) V(p q) = V(p) V(q) = F V = V d) )(11: )(: Fq FBahiananasceuGOMESCARLOSp p q: CARLOS GOMES nasceu na Bahia ou 11 (F) V(p q) = V(p) V(q) = F F = F Definição (Disjunção Exclusiva), conforme Martins (2013), chama-se disjunção exclusiva de duas proposições p e q a proposição representada simbolicamente por “p q”, que se lê: “ou p ou q” ou “p ou q, mas não ambos”, cujo valor lógico é a verdade (V) somente quando p é verdadeira ou q é verdadeira, mas não quando p e q são ambas verdadeiras, e a falsidade (F) quando p e q são ambas verdadeiras ou ambas falsas. Na linguagem comum, a palavra “ou” tem dois sentidos. Assim, por exemplo, consideremos as duas seguintes proposições compostas: P: Carlos é médico ou professor. Q: Mário é alagoano ou gaúcho. Na proposição P se está a indicar que uma pelo menos das proposições “Carlos é médico”, “Carlos é professor” é verdadeira, podendo ser ambas verdadeiras: “Carlos é médico e professor”. Porém, na proposição Q, se está a precisar que uma e somente uma das proposições “Mário é alagoano”, “Mário é gaúcho” é verdadeira, pois, não é possível ocorrer “Mário é alagoano e gaúcho”. Dessa forma, a proposição P é a disjunção inclusiva ou apenas disjunção das proposições simples “Carlos é médico”, “Carlos é professor”, isto é: P: Carlos é médico Carlos é professor Ao passo que a proposição Q é a disjunção exclusiva das proposições simples “Mário é alagoano”, “Mário é gaúcho’’, isto é: Q: Mário é alagoano Mário é gaúcho 39 Sendo assim, o valor lógico da disjunção exclusiva de duas proposições é definido pela seguinte tabela-verdade: p q p q V V F V F V F V V F F F Ou seja, pelas igualdades: V V = F, V F = V, F V = V, F F = V e V(p q) = V(p) V(q) Definição (Condicional), conforme Martins (2013), chama-se proposição condicional ou apenas condicional uma proposição representada por “se p então q”, cujo valor lógico é a falsidade (F) no caso em que p é verdadeira e q é falsa e a verdade (V) nos demais casos. Em símbolos, a condicional de duas proposições p e q é indicada pela notação: “p q”, que também de uma de duas maneiras: (i) p é condição suficiente para q. (ii) q é condição necessária para p. Além disso, na condicional “p q”, dizemos que p é o antecedente e q é o consequente. O símbolo “ ” é denominado símbolo de implicação. O valor lógico da condicional de duas proposições é, portanto, definido pela seguinte tabela-verdade: p q p q V V V V F F F V V F F V 40 Ou seja, pelas igualdades: V V = V, V F = F, F V = V, F F = V e V(p q) = V(p) V(q) Importante! Portanto, vemos que uma condicional é verdadeira todas as vezes que o seu antecedente é uma proposição falsa. Vejamos alguns exemplos ilustrativos. a) )(: )(: Vrealnúmerouméq VdueloemmorreuGALOISp p q: Se GALOIS morreu em duelo, então é um número real (V) V(p q) = V(p) V(q) = V V = V b) )(: )(31: FplanaéTerraAq VdiastemmaiodemêsOp p q: Se o mês de Maio tem 31 dias, então a Terra é plana (F) V(p q) = V(p) V(q) = V F = V c) )(: )(: VConjuntosdosTeoriaacriouCANTORq FLusíadasosescreveuDANTEp p q: Se DANTE escreveu os Lusíadas, então CANTOR criou a Teoria dos Conjuntos (V) V(p q) = V(p) V(q) = F V = V d) )(9: )(: FmesestemanoOq FCearánonasceuDUMONTSANTOSp 41 p q: Se SANTOS DUMONT nasceu no Ceará, então o ano tem 9 meses (V) V(p q) = V(p) V(q) = F F = V Importante! Uma condicional p q não afirma que o consequente q se deduz ou é consequência do antecedente p. Assim, por exemplo, as condicionais: 7 é um número ímpar Brasília é uma cidade; 3 + 5 = 9 SANTOS DUMONT nasceu no Ceará; não estão a afirmar, de modo nenhum, que o fato de “Brasília ser uma cidade” se deduz do fato de “7 ser um número ímpar” ou que a proposição “SANTOS DUMONT nasceu no Ceará” é consequência da proposição “3 + 5 = 9”. O que uma condicional afirma é unicamente uma relação entre os valores lógicos do antecedente e doconsequente de acordo com a tabela-verdade anterior. Definição (Bicondicional), conforme Martins (2013), chama-se proposição bicondicional ou apenas bicondicional uma proposição representada por “p se e somente se q”, cujo valor lógico é a verdade (V) quando p e q são ambas verdadeiras ou ambas falsas, e a falsidade (F) nos demais casos. Em símbolos, a bicondicional de duas proposições p e q é indicada pela notação: “p q”, que também de uma de duas maneiras: (i) p é condição necessária e suficiente para q. (ii) q é condição necessária e suficiente para p. O valor lógico da bicondicional de duas proposições é, portanto, definido pela seguinte tabela-verdade: p q p q V V V V F F F V F F F V Ou seja, pelas igualdades: 42 V V = V, V F = F, F V = F, F F = V e V(p q) = V(p) V(q) Importante! Portanto, vemos que uma bicondicional é verdadeira somente quando também o são as duas condicionais: p q e q p. Vejamos alguns exemplos ilustrativos. a) )(: )(: VbrancaéneveAq VEuropanaficaRomap p q: Roma fica na Europa se e somente se a neve é branca (V) V(p q) = V(p) V(q) = V V = V b) )(3 4 : )(: Ftgq VPortugaldecapitalaéLisboap p q: Lisboa é a capital de Portugal se e somente se 3 4 tg (F) V(p q) = V(p) V(q) = V F = F c) )(: )(: VenforcadofoiTIRADENTESq FBrasilodescobriuGAMADAVASCOp p q: VASCO DA GAMA descobriu o Brasil se e somente se TIRADENTES enforcado (F) V(p q) = V(p) V(q) = F V = F d) )(2: )(: Fracionalnúmerouméq FplanaéTerraAp 43 p q: A Terra é plana se e somente se 2 é um número racional (V) V(p q) = V(p) V(q) = F F = V 1.19 Caracterizando a tabela verdade de uma proposição composta Se considerarmos uma série de proposições simples p, q, r, s,..., podemos combiná-las com a utilização dos conectivos lógicos: ~, ,,, . Além disso, vimos que podemos construir proposições compostas, como por exemplo: P(p, q) = ~ p (p q) Q(p, q) = (p ~q) q R(p, q, r) = (p ~q r) ~(q (p ~ r)) Dessa maneira, se utilizarmos as tabelas-verdade das operações lógicas fundamentais: ~ p, p q, p q, p q, p q É possível construirmos uma tabela-verdade correspondente a qualquer proposição composta dada, tabela-verdade esta que mostrará exatamente os casos em que a proposição composta será verdadeira (V) ou falsa (F), admitindo-se, como é sabido, que o seu valor lógico só depende dos valores lógicos das proposições simples componentes. Salientamos que primeiramente, para a construção de uma tabela-verdade para uma dada composição composta, vamos discutir com relação ao número de linhas desta nova tabela. Sabemos que o número de linhas da tabela-verdade de uma proposição composta depende do número de proposições simples que a integram, sendo dado pelo seguinte Teorema 01 abaixo. Teorema 01 (Número de Linhas da Tabela-verdade de uma Proposição Composta), segundo Martins (2013), a tabela-verdade de uma proposição composta com n proposições simples componentes contém 2 n linhas. Para a construção prática da tabela-verdade de uma proposição composta, iniciamos por contar o número de proposições simples que a integram. Se há n proposições simples componentes: p 1 , p 2 , p 3 ,..., p n , então a 44 tabela-verdade contém 2 n linhas. Para isto, à 1 a proposição simples p 1 atribuem- se 2 2n = 2 1n valores V seguidos de 2 1n valores F; à 2 a proposição simples p 2 atribuem-se 4 2n = 2 2n valores V, seguidos de 2 2n valores F, seguidos de 2 2n valores V, seguidos, finalmente, de 2 2n valores F; e assim por diante. Genericamente, a k-ésima proposição simples p k (k n) atribui-se alternadamente k n 2 2 = 2 kn valores V seguidos de igual número de valores F. No caso, por exemplo, de uma proposição composta com cinco (5) proposições simples componentes, a tabela-verdade contém 2 5 linhas, e os grupos de valores V e F se alternam de 16 em 16 para a 1 a proposição simples p 1 , de 8 em 8 para a 2 a proposição simples p 2 , de 4 em 4 para a 3 a proposição simples p 3 , de 2 em 2 para a 4 a proposição simples p 4 , e, enfim de 1 em 1 para a 5 a proposição simples p 5 . Vejamos um exemplo ilustrativo. Exemplo: Vamos construir a tabela-verdade da proposição composta: P(p, q) = ~ (p ~ q) Solução: Apresentaremos a construção da tabela-verdade solicitada no exemplo, de três modos diferentes. 1° Modo de Resolução: Formamos em primeiro lugar, o par de colunas correspondentes às duas proposições simples componentes p e q. A seguir, formamos a coluna para ~q. Depois, formamos a coluna para (p ~q). E, por fim, formamos a coluna relativa aos valores lógicos da proposição composta dada. p q ~q p ~q ~ (p ~ q) V V F F V V F V V F F V F F V F F V F V 45 2° Modo de Resolução: formamos em primeiro lugar as colunas correspondentes às duas proposições simples p e q. Em seguida, à direita, traçamos uma coluna para cada uma dessas proposições e para cada um dos conectivos que figuram na proposição composta dada. p q ~ (p ~ q) V V V F F V F F Depois, numa certa ordem, completamos essas colunas, escrevendo em cada uma delas os valores lógicos convenientes, no modo abaixo indicado: p q ~ (p ~ q) V V V V F F F V F F V V V F F V V F F F V F F V F F V F 4 1 3 2 1 Os valores lógicos da proposição composta dada encontram-se na coluna completada em último lugar (Coluna 4). Portanto, os valores lógicos da proposição composta dada correspondem a todas as possíveis atribuições dos valores lógicos V e F às proposições simples componentes p e q (VV, VF, FV e FF) são V, F, V e V, isto é, simbolicamente: P(VV) = V, P(VF) = F, P(FV) = V, P(FF) = V Ou seja, de forma simplificada: P(VV, VF, FV, FF) = VFVV 46 Note que a proposição P(p, q) associa a cada um dos elementos do conjunto U = {VV, VF, FV, FF} um único elemento do conjunto {V, F}, isto é, P(p, q) outra coisa não é que uma função de U em {V, F}: P(p, q): U {V, F} 1.20 Tautologias, contradições e contingências Poderíamos iniciar a abordagem do nosso texto, indagando: “O que seria a Lógica?” ou “O que seria o Raciocínio? Definição (Tautologia), chamamos de tautologia ou proposição logicamente verdadeira, a toda proposição composta cujo valor lógico será sempre V (Verdade) independentemente dos valores lógicos das proposições simples que a compõem. Definição (Contradição), chamamos de contradição ou proposição logicamente falsa, a toda proposição composta cujo valor lógico será sempre F (Falsidade), independentemente dos valores lógicos das proposições simples que a compõem. Definição (Contingência), chamamos de contingência a uma proposição composta em que possui tanto valores lógicos V como F é dita uma contingencia, ou seja, uma contingência nada mais é do que uma proposição em que na última coluna comparece tanto V quanto F. 1.21 Implicação e equivalência lógica Segundo Martins (2013), dizemos que uma proposição P implica logicamente ou apenas implica uma proposição Q, se Q é verdadeira (V) todas as vezes que P é verdadeira (V). Observeclaramente, que dizermos que uma proposição P implica logicamente Q significa que todas as vezes que nas respectivas tabelas verdade dessas duas proposições não aparece V na última coluna de P e F na última coluna de Q, com V e F em linha comum, isto é, não ocorre de modo simultâneo valores lógicos V e F para P e Q. Exemplo: Consideremos a tabela verdade a seguir que nos mostra as proposições p, p q, e p q . 47 p q p q p q p q V V V V V V F F V F F V F V F F F F F V De acordo com a mesma, percebemos que a proposição “p q” é verdadeira (V) somente na linha 1 e, nesta linha, as proposições “p q” e “p q” também são verdadeiras (V). Dessa forma, a partir da definição formal descrita anteriormente da implicação, notamos que a proposição “p q” implica p q, bem como, “p q” implica p q, donde escrevemos em símbolos p q p q e p q p q. De outra forma, segundo Martins (2013), fala-se que uma proposição P é logicamente equivalente ou apenas equivalente a uma proposição Q, se as tabelas verdade destas duas proposições são idênticas, ou seja, quando apresentam os mesmos valores lógicos respectivamente. Exemplo: Consideremos a tabela verdade a seguir que nos mostra as proposições “p” e “~ ~ p”. p ~ p ~ ~ p V F V F V F Ou seja, este exemplo, nos mostra que a dupla negação equivale à afirmação. Dessa forma, a partir da definição formal descrita anteriormente da equivalência, notamos que as proposições p e (~ ~ p) são logicamente equivalentes ou equivalentes, donde escrevemos em símbolos “p” “~ ~ p”. 48 UNIDADE 2 – FERRAMENTAS MATEMÁTICAS APLICADAS AO RACIOCÍNIO LÓGICO 2.1 Aspectos Introdutórios Agora estaremos interessados em apresentar algumas ferramentas da Matemática, da Matemática Aplicada para a resolução de problemas envolvendo o raciocínio lógico. Em verdade, temos diversas ferramentas desde as mais simples até as mais complicadas no intuito da resolução de problemas diversos. 2.2 Grandezas Proporcionais Se uma propriedade X de uma substância está relacionada à outra propriedade Y e se uma depende da outra, dizemos que X é proporcional a Y. O símbolo α (alfa) indica a proporcionalidade. Ou seja, em geral dizemos que: duas grandezas são diretamente proporcionais quando, aumentando (ou diminuindo) uma delas numa determinada razão, a outra aumenta (ou diminui) nessa mesma razão. Notação: X α Y (X é diretamente proporcional a Y) A densidade, por exemplo, é a constante que relaciona a proporcionalidade direta entre a massa e o volume de qualquer substância. Por definição, sabemos que a densidade é igual à massa dividida pelo volume. Dessa forma: d = V m m α V (Massa é diretamente proporcional ao volume) m = dV (Massa é igual à densidade multiplicada pelo volume) Contrariamente, temos também a proporcionalidade inversa ou indireta, acontecendo quando qualquer aumento de X, acarreta em uma diminuição proporcional em Y e vice-versa. Em geral, temos que: duas grandezas são inversamente proporcionais quando, diminuindo (ou aumentando) uma delas numa determinada razão, a outra diminui (ou aumenta) nessa mesma razão. Neste caso, a relação de pressão com o volume é uma relação inversamente 49 proporcional, pois para uma mesma massa e mantida a mesma temperatura, um aumento de pressão irá acarretar em uma diminuição do volume e vice-versa. P α V 1 (Pressão é inversamente proporcional ao volume) Os problemas de proporcionalidade são resolvidos por Regra de Três, que se trata de uma maneira bastante prática e simples que discutiremos a seguir. Figura 13: Tipos de Regra de Três. Fonte: Elaborado pelo próprio autor. 2.3 Regra de três simples Ao analisarmos grandezas proporcionais, procuramos apenas reconhecer a natureza da dependência entre elas. Aqui, vamos ampliar nossa análise incluindo valores numéricos envolvidos nessa dependência e determinando os que são desconhecidos. Para tal, vejamos a seguinte situação introdutória. Situação Problema: Suponha que seja de seu interesse determinar a distância que um automóvel percorrerá em 8 horas, sabendo que, se a mesma velocidade for mantida durante 6 horas o carro percorrerá 900 km. Primeiramente, para a resolução desta situação, duas questões são colocadas: a primeira é quanto à natureza da proporção entre as grandezas envolvidas, e a segunda refere-se à montagem da proporção. Ao conjunto de respostas dessas duas questões e à determinação do valor desconhecido denominamos de Regra de Três. Solução: Neste caso, montamos a regra de três da seguinte forma, dispondo as grandezas, bem como os valores envolvidos, de modo que 50 possamos reconhecer a natureza da proporção e escrevê-la. Desta maneira, podemos escrever: Grandeza 1 (Tempo) Grandeza 2 (Tempo Percorrido) 6 8 900 x Observemos que colocamos na mesma linha valores que se correspondem: 6 horas e 900 km, 8 horas e o valor desconhecido. Além disso, utilizamos as setas para indicar a natureza da proporção entre as grandezas. Caso elas estejam no mesmo sentido, as grandezas são diretamente proporcionais. Caso estejam em sentidos contrários, são inversamente proporcionais. Nesta situação introdutória, para estabelecer se as setas têm o mesmo sentido, é necessário respondermos à indagação: Considerando a mesma velocidade, se aumentarmos o tempo, aumentará a distância percorrida? Como a resposta a essa questão é afirmativa, descobrimos que as grandezas são diretamente proporcionais. Sendo assim, podemos escrever: 8 6 = x 900 Ou seja: 6.x = 8.900 x = 6 7200 x = 1200 Portanto, concluímos que o automóvel percorrerá 1200 km em 8 horas. Notemos que claramente neste exemplo, temos uma Regra de Três do tipo Simples Direta. 51 Vejamos outra situação que ilustraremos um exemplo envolvendo uma Regra de Três do tipo Simples Inversa. Situação Problema: Suponha que um automóvel, com velocidade média de 90 km/h, percorre um certo espaço durante 8 horas. Qual seria o tempo necessário para percorrer o mesmo espaço com uma velocidade média de 60 km/h? Solução: Neste caso, podemos montar a seguinte disposição: Grandeza 1 (Tempo) Grandeza 2 (Velocidade) 8 x 90 60 Agora devemos responder a seguinte indagação: Mantendo o mesmo espaço percorrido, se aumentarmos a velocidade, o tempo aumentará? A resposta é portanto Negativa. Vemos, então, que as grandezas envolvidas são inversamente proporcionais. Como a proporção é inversa, será necessário invertermos a ordem dos termos de uma das colunas, tomando a proporção direta. Sendo assim, modificamos a disposição acima, reescrevendo agora da seguinte forma: Grandeza 1 (Tempo) Grandeza 2 (Velocidade) 8 x 60 90 Logo, podemos escrever a proporção: x 8 = 90 60 52 Ou seja: 60.x = 8.90 x = 60 90.8 x = 12 Vejamos mais alguns exemplos resolvidos envolvendo, Regra de Três Simples Direta e Regra de Três Simples Inversa. Situação Problema: Numa determinada indústria farmacêutica, 16 funcionários com igual capacidade de trabalho realizam uma tarefa durante 45 dias. Com apenas 10 funcionários, em quantos dias será realizada a mesma tarefa? Solução: Neste caso, podemos montar a seguinte disposição: Grandeza 1 (Número de Funcionários) Grandeza 2 (Dias de Trabalho) 16 10 45 x Notemos que colocamos as setas com sentidos contrários,já que se aumentarmos o número de funcionários, diminuirá o tempo necessário para efetuar a mesma tarefa. Então, temos uma proporção inversa, o que torna necessária uma inversão de termos em qualquer uma das colunas. Sendo assim, escrevemos: 16 x 10 5 Daí, segue que: 53 10 16 = 45 x Ou seja: x = 72 Em outras palavras, a mesma tarefa será executada em 72 dias. Situação Problema: Comprei 15 kg de feijão por R$ 360,00. Quantos quilos poderia comprar, se tivesse R$ 1.200,00? Solução: Neste caso, podemos montar a seguinte disposição: Grandeza 1 (Quantidade de feijão) Grandeza 2 (Preço) 15 x 360 1200 A proporção entre as grandezas é direta, porque, se aumentarmos a quantidade de feijão que vamos comprar, aumentaremos o gasto. Dessa maneira, a proporção necessária será : x 15 = 1200 360 Ou seja: x = 50 Em outras palavras, poderia comprar 50 kg de feijão. Importante! Regra de Três Simples é um processo prático utilizado para resolver problemas que envolvam pares de grandezas direta ou 54 inversamente proporcionais. Essas grandezas formam uma proporção em que se conhecem três termos e o quarto termo é procurado. 2.4 Regra de três Composta Como resolver problemas semelhantes aos anteriores, mas apresentando mais de duas grandezas? Ou seja, vamos agora utilizar a Regra de Três para resolver algumas situações em que nos deparamos com mais de duas grandezas, ou seja, estão envolvidas mais de duas grandezas proporcionais. Como exemplo introdutório, analisemos a seguinte situação. Situação Problema: Numa empresa alimentícea, 10 máquinas trabalhando 20 dias produzem 2000 unidades de determinado produto. Quantas máquinas serão necessárias para produzir 1680 unidades deste produto em 6 dias? Solução: Como nos exemplos anteriores, devemos verificar a natureza da proporção entre as grandezas e escrever essa proporção. Vamos utilizar o mesmo modo para dispor as grandezas e os valores envolvidos. Grandeza 1 (Número de Máquinas) Grandeza 2 (Dias) Grandeza 3 (Unidades do produto) 10 x 20 6 2000 1680 Para estabelecermos o sentido das setas, é necessário que fixemos uma das grandezas e relacioná-la com as outras. Suponhamos então que o número de dias seja fixo e, consideremos a seguinte indagação: Aumentando o número de máquinas, aumentará o número de unidades produzidas do produto? A resposta a essa questão é Afirmativa. Dessa forma, as grandezas 1 e 3 são diretamente proporcionais. 55 Agora, suponhamos fixo o número de unidades produzidas do produto, respondemos a seguinte questão: Aumentando o número de máquinas, aumentará o número de dias necessários para o trabalho? Neste caso, percebemos que a resposta é Negativa. Logo, as grandezas 1 e 2 são inversamente proporcionais. Para escrevermos corretamente a proporção, devemos fazer com que todas estejam no mesmo sentido, invertendo os termos das colunas convenientes. Naturalmente, neste exemplo, fica mais fácil inverter a coluna da grandeza 2, daí podemos dispor da seguinte forma: Grandeza 1 (Número de Máquinas) Grandeza 2 (Dias) Grandeza 3 (Unidades do produto) 10 x 6 20 2000 1680 Vamos utilizar agora (lembrarmos) que uma grandeza proporcional a duas outras é também proporcional ao produto delas. Assim, vamos escrever a proporção: x 10 = 1680 2000 . 20 6 Ou seja, x = 28 Portanto, concluímos que serão necessárias 28 máquinas para produzir 1680 unidades do produto. Vejamos mais alguns exemplos resolvidos envolvendo a interpretação de Regra de Três Composta. Situação Problema: Uma torneira enche um tanque em 20 horas, com uma vazão de 1 L por minuto. Quanto tempo será necessário para que duas torneiras, com vazão de 2 L por minuto, encham o mesmo tanque? 56 Solução: Neste caso, temos a seguinte disposição: Grandeza 1 (Torneiras) Grandeza 2 (Horas) Grandeza 3 (Vazão) 1 2 20 x 1 2 Comparando as grandezas número de torneiras e vazão com a grandeza número de horas, que mantém a incógnita x, percebemos que: i) Mantendo fixo o número de torneiras e aumentando a vazão, o tempo de encher o tanque deverá ser menor. Desse modo, diminuirá o número de horas. Essas grandezas são, portanto, inversamente proporcionais. Logo, as setas devem ser colocadas em sentidos contrários. ii) Mantendo fixa a vazão e aumentando o número de torneiras, o tempo para encher o tanque deverá ser menor. Desse modo, diminuirá o número de horas. Essas grandezas são, portanto, inversamente proporcionais. Logo, as setas devem ser colocadas em sentidos contrários. Dessa forma, já considerando a inversão das colunas, a proporção deve ser: x 20 = 1 2 . 1 2 Ou seja, x = 5 Portanto, concluímos que serão necessárias 5 horas para encher o tanque. 2.5 Teoria dos conjuntos e aplicações 57 A partir da segunda metade do século passado, os pesquisadores passaram a se preocupar, cada vez mais, com modelos teóricos capazes de abranger também os aspectos qualitativos, além dos aspectos quantitativos, de cada um dos infinitos fenômenos que compõem o nosso mundo real. Procurou-se, portanto, uma linguagem universal que permitisse descrever, de maneira precisa e concisa, todos estes modelos, desde os existentes até aqueles que porventura viessem a ser criados, sendo assim, nasce e é estruturada a teoria dos conjuntos, que também constitui uma poderosa ferramenta para a resolução de problemas de raciocínio lógico. Especificamente falando, o diagrama de Venn é uma ferramenta prática para a resolução de problemas. 2.6 Conceitos fundamentais da teoria de conjuntos O pontapé inicial da teoria dos conjuntos consiste nos conceitos primitivos de conjunto, elemento de um conjunto e igualdade de conjuntos. Dessa maneira, para indicarmos que x é um elemento do conjunto A, escrevemos x A (leia-se x pertence a A). Contrariamente, se escrevermos x A, significa que x não é elemento do conjunto A. Conjunto é uma estrutura que agrupa objetos e constitui uma base para a construção de estruturas mais complexas, logo, além de representarmos um conjunto por uma letra, na maioria das vezes maiúscula, podemos usar mais três representações distintas, que são: a) Enumerando os seus elementos: {a, e, i, o, u} conjunto das vogais, {0, 1, 2, 3, 4,..., 2009,...} conjunto dos números naturais (IN) b) Descrevendo os elementos do conjunto por uma propriedade exclusiva dos mesmos: IN = {x / x é um número natural}; V = {x/ x é uma vogal}. c) Representação Gráfica pelo Diagrama de Venn, que constitui uma excelente ferramenta para visualizarmos as relações entre elementos e conjuntos, bem como entre os conjuntos, como mostrado na Figura 14 a seguir. 58 Figura 14: Exemplos de Diagramas de Venn. Fonte: Elaborado pelo próprio autor. Dessa maneira, de acordo com Dante (2000), dizemos que dois conjuntos A e B são iguais quando possuem os mesmos elementos, isto é, todo elemento de A é também elemento de B e, todo elemento de B é elemento de A. Tal fato é denotado por A = B. Por exemplo, os conjuntos A = {3, 4, 7} e B = {4, 7, 3} são iguais. Além disso, dados os conjuntos A e B, dizemos que B é subconjunto de A se, e somente se, todo elemento de B é elemento de A. Esta relação é dita relação de inclusão, sendo denotada por B A (lemos B está contido em A). Por outro lado, se existir pelo menos
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