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1 UNIVERSIDADE ESTÁCIO DE SÁ CURSO DE LICENCIATURA EM MATAMÁTICA MICHEL DE OLIVEIRA CHAGAS 2016.08.301281 ESTUDO DA FUNÇÃO SENO UTILIZANDO O SOFTWARE GEOGEBRA INFORMÁTICA EM EDUCAÇÃO DE MATEMÁTICA Trabalho de avaliação da disciplina “Informática em Educação de Matemática” solicitado pelo professor Daniel Portinha Alves. 2017 RIO DE JANEIRO 2 SUMÁRIO 1.0) INTRODUÇÃO 3 2.0) DESCRIÇÃO DO ASSUNTO 4 3.0) PREPARANDO O GEOGEBRA PARA USO – PASSO A PASSO 5 3.1) Download e Instalação 5 3.2) Ajustes para Utilização do GeoGebra 6 3.2.1) Exibir a malha quadriculada 6 3.2.2) Mudar a unidade do eixo das abscissas para radianos 7 3.3) Digitar as Funções 8 4.0) ATIVIDADES 10 4.1) Atividade 1 10 4.1.1) Comparação das funções f, g e h 11 4.1.2) Comparação das funções f, i, j e k 12 4.1.3) Comparação das funções f, l e m 13 4.1.4) Comparação das funções f, n, o e p 14 4.2) Atividade 2 15 5.0) CONCLUSÃO 16 6.0) REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 17 3 1.0) INTRODUÇÃO Educar é colaborar para que professores e alunos transformem suas vidas em processos permanentes de aprendizagem. É Ajudar os alunos na construção de sua identidade, do seu caminho pessoal e profissional, no desenvolvimento das habilidades de compreensão, emoção e comunicação que lhes permitam encontrar seu espaço dentro da sociedade e tornarem-se cidadãos realizados e produtivos. No contexto da matemática, ensinar de forma clara depende de ações que caracterizam o “fazer matemática”: experimentar, interpretar, visualizar, induzir, conjeturar, abstrair e, enfim, demonstrar. Não se constrói o conhecimento matemático com memorização e repetição. Usar novas tecnologias como ferramenta no ensino-aprendizagem em matemática significa ministrar os conteúdos curriculares usando o computador. Atualmente existe uma grande variedade de recursos metodológicos que podem ser aplicados para organizar a comunicação, introduzir temas, trabalhar com os alunos e avaliá-los. Com esse objetivo, o uso de softwares livres é uma opção que vem ganhando bastante destaque em sala de aula como ferramenta no ensino da matemática. GeoGebra (Geometria + Álgebra) é um aplicativo de matemática dinâmica que combina conceitos de geometria e álgebra em uma única Interface Gráfica. Sua distribuição é livre e é escrito em linguagem Java, o que lhe permite estar disponível em várias plataformas digitais. Foi criado por Markus Hohenwarter para ser utilizado em ambiente de sala de aula. O projeto foi iniciado em 2001, na Universität Salzburg e tem prosseguido em desenvolvimento na Florida Atlantic University. O programa permite realizar construções geométricas com a utilização de pontos, retas, segmentos de reta, polígonos etc, assim como permite inserir funções e alterar todos esses objetos dinamicamente, após a construção estar finalizada. Equações e coordenadas também podem ser diretamente inseridas. Portanto, o GeoGebra é capaz de lidar com variáveis para números, pontos, vetores, derivar e integrar funções, e, ainda, oferecer comandos para se encontrar raízes e pontos extremos de uma função. Com isto, o programa reúne as ferramentas tradicionais de geometria com outras mais adequadas à álgebra e ao cálculo. Isto tem a vantagem didática de representar, ao mesmo tempo e em um único ambiente visual, as características geométricas e algébricas de um mesmo objeto. As atividades, utilizando os recursos do GeoGebra servirão para visualizar as variações produzidas pelos parâmetros que modificam o domínio, conjunto imagem, período e amplitude das funções. Os recursos digitais para o aprendizado de matemática contribuem positivamente para o aluno, já que os gráficos e desenhos necessitam de grande habilidade e de precisão fazendo-se necessários cálculos com aproximações difíceis de representar num plano cartesiano o que o GeoGebra permite de forma simples e fácil. A utilização de tais recursos pode contribuir consideravelmente para o exercício de aprender a fazer e aprender a pensar. 4 2.0) DESCRIÇÃO DO ASSUNTO A proposta da atividade consiste em apresentar uma situação de investigação do comportamento da função seno, com apoio do GeoGebra. O software possibilita a construção precisa dos gráficos dessa função e isso permite uma visualização dos efeitos gerados pelos parâmetros os quais podem alterar o período, a imagem, a amplitude e o domínio da função. O GeoGebra possui uma infinidade de recursos, mas optamos por apresentar apenas as ferramentas necessárias para a realização da atividade. O objetivo deste trabalho é ensinar a utilizar o software livre GeoGebra na construção do gráfico da função seno, passo-a-passo. Este trabalho tem como objetivo central apresentar alternativas didático-metodológicas utilizando o Software GeoGebra como uma eficaz ferramenta de ensino para sala de aula, na perspectiva de proporcionar ao aluno condições para que possa apropriar-se do conhecimento matemático. 5 3.0) PREPARANDO O GEOGEBRA PARA USO – PASSO A PASSO Todas as imagens foram obtidas da versão 6-0-387-0 (2017) instalada no computador pessoal. É possível que se encontrem versões mais recentes, mas as modificações são pequenas e não interferem na realização das tarefas. 3.1) Download e Instalação Acesse o site: https://www.geogebra.org/download. Para construção do gráfico da função seno, objetivo deste trabalho, faremos o download da “Calculadora Gráfica GeoGebra”. Minha plataforma operacional é Windows, portanto vou clicar no ícone do Windows, referente à calculadora, e baixar o software. O GeoGebra também está disponível para MAC ou Google OS. A instalação é bem simples. Após o download do arquivo, basta executá-lo. O processo é todo automatizado e depois de concluída a instalação, aparecerá um ícone de atalho. Para entrar no GeoGebra, basta executar o atalho Graphing Calc. 6 3.2) Ajustes para Utilização do GeoGebra Antes de iniciarmos o uso do GeoGebra para atividades com a Função Seno, realizaremos alguns ajustes: 3.2.1) Exibir a malha quadriculada Exibir a malha quadriculada é importante para facilitar a identificação de valores no gráfico. Para isso, basta clicar sobre a região do gráfico com o botão direito do mouse e selecionar “Exibir Malha”. Em seguida, selecione “Major and Minor Gridlines”, e aparecerá a malha quadriculada no plano cartesiano. 7 3.2.2) Mudar a unidade do eixo das abscissas para radianos Para a análise dos gráficos das funções trigonométricas, o eixo das abscissas deve ser graduado em radianos. Para fazer a mudança da unidade do eixo x para radianos, basta clicar com o botão direito do mouse sobre a área do gráfico e escolher a opção “Configurações”. Selecionar a guia “Eixo X” para definir “Distância” π/2, “Rótulo” x e “Unidade” π. 8 Após as configurações, o GeoGebra está pronto para receber as funções seno que serão trabalhadas nas atividades. 3.3) Digitar as Funções. No canto superior esquerdo, há a caixa de entrada das funções. Para visualizar o gráfico, basta digitar a função na caixa de entrada, clicando, em seguida, natecla “Enter”. Após esse procedimento, é possível visualiza, a função e o seu gráfico na “Janela de Visualização à direita. 9 Caso seja necessário, é possível mudar a cor do gráfico. Para isso, basta posicionar o cursor do mouse sobre desenho do gráfico, clicar uma vez, depois clicar outra vez no ícone de cores e escolher a cor desejada. Para visualizar o gráfico da função no intervalo [0, 2π], por exemplo, basta digitar f(x) = sen x (0 ≤ x ≤ 2π). Para facilitar a digitação de símbolos, use o teclado virtual da calculadora, na parte inferior da tela. 10 4.0) ATIVIDADES 4.1) Atividade 1 Essa atividade destina-se à construção dos gráficos de algumas funções utilizando o GeoGebra. Para realizá-la é necessário que as mudanças na configuração do software já estejam feitas. A atividade consiste na construção de gráficos com variações da função seno e, pela observação dos gráficos na tela do computador, atingir os objetivos específicos de: reconhecer a natureza cíclica da função; observar o comportamento dos gráficos obtidas por modificações feitas na função, como os deslocamentos horizontal e vertical, alterações no período e na amplitude, crescimento e decrescimento; e, por fim, fazer conjecturas a partir das observações feitas e comparações com os parâmetros modificados nas leis das funções. f(x) = sen(x). Na caixa de entrada do GeoGebra, insira as funções listadas a seguir. Num primeiro momento, elas aparecerão juntas na tela, mas o software possui um recurso que permite “ligar” ou “desligar” a função, o qual será utilizado para analisar as modificações ocorridas no gráfico em função dos parâmetros que alteram função original f(x) = sen(x). De acordo com a orientação do enunciado, cada função deve ser comparada com a função original f(x) = sen(x). Os gráficos aparecem todos juntos, de uma forma aparentemente caótica, mas, para responder às perguntas, serão habilitadas apenas as funções de interesse. Para habilitar e desabilitar uma função, basta clicar na bolinha correspondente a cor da função no campo de entrada. É possível detectar que dentre as funções g, h, i, ..., p, ocorrem mudanças no conjunto imagem, na amplitude, na amplitude e/ou no período, em relação à função f(x) = sen(x). 11 4.1.1) Comparação das funções f, g e h. Considerando a função genérica f(x) = a + b.sen (cx + d), percebemos que as modificações foram provocadas pelo parâmetro “a”. Na comparação da função f(x) = sen(x) com a função g(x) = 2 + sen(x) é possível observar que o gráfico da função g sofreu um deslocamento vertical para cima de 2 unidades em relação ao gráfico da função f. Esse deslocamento horizontal provocou também uma mudança no conjunto imagem que passou de [-1, 1] para [1, 3]. Na comparação da função f(x) = sen(x) com a função h(x) = -2 + sen(x) é possível observar que o gráfico da função h sofreu um deslocamento vertical para baixo de 2 unidades em relação ao gráfico da função f. Esse deslocamento horizontal provocou também uma mudança no conjunto imagem que passou de [-1, 1] para [-3, -1]. Não foram observadas modificações no domínio nem na amplitude. Portanto, é possível concluir que para a função genérica f(x) = a + b.sen (cx + d), quando o parâmetro “a” é positivo, o gráfico é deslocado verticalmente para cima e quando o parâmetro “a” é negativo, esse deslocamento é verticalmente para baixo. Em ambos os casos, verifica-se uma modificação no conjunto imagem da função. 12 4.1.2) Comparação das funções f, i, j e k. Considerando a função genérica f(x) = a + b.sen (cx + d), percebemos que as modificações foram provocadas pelo parâmetro “b”. Na comparação da função f(x) = sen(x) com a função i(x) = 2.sen(x) é possível observar que o gráfico da função i sofreu uma dilatação vertical de duas unidades para cima e para baixo em relação ao gráfico da função f. Essa modificação foi provocada pelo fator 2, o qual alterou a amplitude da função e, consequentemente, o conjunto imagem que passou de [-1, 1] para [- 2 ,2]. Na comparação da função f(x) = sen(x) com a função j(x) = 4.sen(x) é possível observar que o gráfico da função j sofreu uma dilatação vertical de quatro unidades para cima e para baixo em relação ao gráfico da função f. Essa modificação foi provocada pelo fator 4, o qual alterou a amplitude da função e, consequentemente, o conjunto imagem que passou de [-1, 1] para [- 4, 4]. Na comparação da função f(x) = sen(x) com a função k(x) = - 2.sen(x) é possível observar que o gráfico da função k sofreu uma dilatação vertical de duas unidades para cima e para baixo em relação ao gráfico da função f, além disso, percebe-se uma inversão no gráfico pelo fato de o fator multiplicativo ser negativo. Essa modificação foi provocada pelo fator – 2, o qual alterou a amplitude da função e, consequentemente, o conjunto imagem que passou de [-1, 1] para [- 2, 2]. Não foram observadas modificações no domínio nem no período das funções. É possível concluir que, para a função genérica f(x) = a + b.sen (cx + d), o parâmetro “b” altera a amplitude da função. Quando o parâmetro “b” é positivo, o gráfico é dilatado para cima e para baixo simultaneamente e, quando o parâmetro “b” é negativo, essa dilatação ocorre juntamente com a inversão no gráfico da função, isto é, os valores positivos na função f(x) = sen(x) serão negativos na função modificada por esse parâmetro. Em ambos os casos não se verifica modificação no domínio e no período da função. 13 4.1.3) Comparação das funções f, l e m. Considerando a função genérica f(x) = a + b.sen (cx + d), percebemos que as modificações foram provocadas pelo parâmetro “d”. Na comparação da função f(x) = sen (x) com a função l(x)= sen(x + π/2) é possível observar que o gráfico da função l sofreu um deslocamento horizontal para a esquerda de π/2 unidades em relação ao gráfico da função f. Na comparação da função f(x) = sen (x) com a função m(x)=sen(x - π/2) é possível observar que o gráfico da função m sofreu um deslocamento horizontal para a direita de π/2 unidades em relação ao gráfico da função f. Não foram observadas modificações no domínio, no conjunto imagem e nem na amplitude. É possível concluir que, para a função genérica f(x) = a + b.sen (cx + d), quando o parâmetro “d” é positivo, o gráfico é deslocado horizontalmente para a esquerda e, quando o parâmetro “d” é negativo, esse deslocamento é horizontalmente para a direita. 14 4.1.4) Comparação das funções f, n, o e p. Considerando a função genérica f(x) = a + b.sen (cx + d), percebemos que as modificações foram provocadas pelo parâmetro “c”. Na comparação da função f(x) = sen (x) com a função n(x) = sen(2x) é possível observar que o gráfico da função n sofreu uma compressão horizontal provocada pelo fator 2 que multiplicou o arco x. Isso causou uma mudança do período de 2π para π, ou seja, o período da função original foi dividido por 2. Na comparação da função f(x) = sen (x) com a função o(x)= sen(4x) é possível observar que o gráfico da função “o” sofreu uma compressão horizontal provocada pelo fator 4 que multiplicou o arco x. Isso causou uma mudança do período de 2π para π/2, ou seja, o período da função original foi dividido por 4. Na comparação da função f(x) = sen (x) com a função p(x) = sen (x/2) é possível observar que o gráfico da função p sofreu uma expansão horizontal provocada pelo fator ½ que multiplicou o arco x. Isso causou uma mudança do período de 2π para 4π, ou seja, o período da função original foi dividido por ½ ou multiplicado por 2. Não foram observadas modificações no domínionem no conjunto imagem das funções. É possível concluir que, para a função genérica f(x) = a + b.sen (cx + d), o parâmetro “c” altera o período da função dada pelo quociente 2π/c. 15 4.2) Atividade 2 Apresente a lei da função seno, h(x), sabendo que seu gráfico, comparado com o gráfico da função f(x) = sen (x), representa uma curva deslocada π/4 unidades para a esquerda, possui domínio R, amplitude 3 e período 2π. Construa o gráfico dessa função. Resolução: Deslocamento horizontal de π /4 unidades para a esquerda: d = π /4 Amplitude igual a 3: b = 3 Portanto a função é h(x) = 3.sen (x + π /4) 16 5.0) CONCLUSÃO Concluímos que as potencialidades da utilização do GeoGebra em sala de aula com propostas de atividades práticas são importantíssimas para que o aluno consiga enxergar e compreender as variações nos gráficos da função seno genérica f(x) = a + b.sen (cx + d) quando a, b, c e d apresentam valores reais maiores que um. O uso do GeoGebra desempenha papel fundamental na aprendizagem de Matemática, no estabelecimento de conexões entre temas e na articulação entre tópicos de diferentes anos e ciclos de escolaridade, discutindo aspectos fundamentais da dinâmica da aula. 17 6.0) REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS SALAZAR, Denise Mansoldo. Geogebra e o Estudo das Funções Trigonométricas no Ensino Médio. 2015. 133 f. Dissertação de Mestrado apresentada ao Curso de Mestrado Profissional em Educação Matemática Universidade Federal de Juiz de Fora, Juiz de Fora, MG. Hespanhol, L. L. et al. A Utilização do Software Geogebra para o Ensino da Geometria. São Paulo, SP: ENEM, 2016. Colaço, S. et al. A Utilização do Geogebra em Contexto de Sala de Aula. Santarem, Portugual. Escola Superior de Educação de Santarem.
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