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Matemática Essencial Proporções: Aplicações Matemática - UEL - 2010 - Compilada em 25 de Março de 2010. Prof. Ulysses Sodré - E-mail: ulysses@uel.br Matemática Essencial: http://www.mat.uel.br/matessencial/ Conteúdo 1 Proporções com números 1 2 Propriedades das proporções 1 3 Grandezas Diretamente Proporcionais 2 4 Grandezas Inversamente Proporcionais 3 5 Elementos históricos sobre a Regra de três 5 6 Regra de três simples direta 6 7 Regra de três simples inversa 6 8 Regra de três composta 7 9 Porcentagem 10 10 Juros Simples 12 ‘...assim também Cristo, oferecendo-se uma só vez para levar os pecados de muitos, aparecerá segunda vez, sem pecado, aos que o esperam para salvação.’ A Bíblia Sagrada, Hebreus 9:28 Seção 1 Proporções com números 1 1 Proporções com números Quatro números racionais A, B , C e D diferentes de zero, nessa ordem, formam uma proporção quando: A B = C D 1. Os números A, B ,C e D são denominados termos 2. Os números A e B são os dois primeiros termos 3. Os númerosC e D são os dois últimos termos 4. Os números A eC são os antecedentes 5. Os números B e D são os consequentes 6. A e D são os extremos 7. B eC são os meios 8. A divisão entre A e B e a divisão entre C e D , é uma constante K , denominada constante de proporcionalidade K desta razão. 2 Propriedades das proporções Para a proporção A B = C D valem as seguintes propriedades: 1. O produto dos meios é igual ao produto dos extremos, isto é: A ·D =B ·C 2. A soma (diferença) dos dois primeiros termos está para o primeiro termo, assim como a soma (diferença) dos dois últimos está para o terceiro termo, isto é: A+B A = C +D C A−B A = C −D C 3. A soma (diferença) dos dois primeiros termos está para o segundo termo, assim como a soma (diferença) dos dois últimos está para o quarto termo, isto é: A+B B = C +D D A−B B = C −D D 4. A soma (diferença) dos antecedentes está para a soma (diferença) dos conse- quentes, assim como cada antecedente está para o seu consequente, isto é: A+C B +D = A B = A−C B −D A+C B +D = A−C B −D = C D Matemática Essencial - Proporções: Aplicações - Ulysses Sodré - Matemática - UEL - 2010 Seção 3 Grandezas Diretamente Proporcionais 2 3 Grandezas Diretamente Proporcionais Duas grandezas são diretamente proporcionais quando, aumentando uma delas, a outra também aumenta na mesma proporção, ou, diminuindo uma delas, a outra também diminui na mesma proporção. Se duas grandezas X e Y são diretamente proporcionais, os números que expressam essas grandezas variam na mesma razão, isto é, existe uma constante K tal que: X Y =K ou na forma X =K ·Y Exemplos: 1. Uma torneira foi aberta para encher uma caixa com água. A cada 15 minutos é medida a altura do nível de água. (cm=centímetros e min=minutos) 15 minutos 30 minutos 45 minutos XXXXX 50cm XXXXX 50cm XXXXX 50cm XXXXX 50cm XXXXX 50cm XXXXX 50cm Construímos uma tabela para mostrar a evolução da ocorrência: Tempo Altura 15 min 50 cm 30 min 100 cm 45 min 150 cm Quando duplica o tempo, a altura do nível da água também duplica e quando o tempo é triplicado, a altura do nível da água também é triplicada. Observações: Usando razões, podemos descrever essa situação de outro modo. (a) Se o tempo passa de 15 min para 30 min, dizemos que o tempo varia na razão 15/30, e a altura da água varia de 50 cm para 100 cm, ou seja, a altura varia na razão 50/100. Estas duas razões são iguais: 15 30 = 50 100 = 1 2 (b) Se o tempo varia de 15 min para 45 min, a altura varia de 50 cm para 150 cm. Nesse caso, o tempo varia na razão 15 45 e a altura na razão 50 150 . Estas razões são iguais: 15 45 = 50 150 = 1 3 Matemática Essencial - Proporções: Aplicações - Ulysses Sodré - Matemática - UEL - 2010 Seção 4 Grandezas Inversamente Proporcionais 3 (c) Concluímos que a razão entre o valor numérico do tempo que a torneira fica aberta e o valor numérico da altura atingida pela água é sempre igual, assim dizemos então que a altura do nível da água é diretamente proporcional ao tempo que a torneira ficou aberta. 2. Em média, um automóvel percorre 80 km em 1 hora, 160 km em 2 horas e 240 km em 3 horas. (km=quilômetro, h=hora). Construímos uma tabela da situação: Distância Tempo 80 km 1 h 160 km 2 h 240 km 3 h Quando duplica o tempo, duplica também a distância percorrida e quando o tempo é triplicado, a distância também é triplicada, ou seja, quando o tempo aumenta, a distância percorrida também aumenta na mesma proporção. Observações: Usando razões e proporções, podemos descrever essa situação de outro modo. (a) Se o tempo aumenta de 1 h para 2 h, a distância percorrida varia de 80 km para 160 km, ou seja, o tempo varia na razão de 1 2 enquanto a distância percorrida varia na razão 80 160 . Assim temos que tais razões são iguais: 1 2 = 80 160 = 1 3 (b) Se o tempo varia de 2 h para 3 h, a distância percorrida varia de 160 km para 240 km. Nesse caso, o tempo varia na razão 2 3 e a distância percorrida na razão 160 240 e observamos que essas razões são iguais, isto é: 2 3 = 160 240 = 1 3 (c) Concluímos que o tempo gasto e a distância percorrida, variam sempre na mesma razão e isto significa que a distância percorrida é diretamente proporcional ao tempo gasto para percorrê-la, se a velocidade média do automóvel se mantiver constante. 4 Grandezas Inversamente Proporcionais Duas grandezas são inversamente proporcionais se, aumentando uma delas, a outra diminui na mesma proporção, ou, diminuindo uma delas, a outra aumenta na mesma proporção. Se duas grandezas X e Y são inversamente proporcionais, os números que expressam essas grandezas variam na razão inversa, isto é, existe uma constante K tal que: X ·Y =K Matemática Essencial - Proporções: Aplicações - Ulysses Sodré - Matemática - UEL - 2010 Seção 4 Grandezas Inversamente Proporcionais 4 ou ainda na forma X = K Y Exemplos: 1. A professora de um colégio, tem 24 livros para distribuir entre os seus melhores alunos, dando a mesma quantidade de livros para cada aluno. (a) apenas o melhor aluno receberá 24 livros (b) cada um dos 2 melhores alunos receberá 12 livros (c) cada um dos 3 melhores alunos receberá 8 livros (d) cada um dos 4 melhores alunos receberá 6 livros (e) cada um dos 6 melhores alunos receberá 4 livros Escolhidos Livros para cada aluno 1 aluno 24 2 alunos 12 3 alunos 8 4 alunos 6 6 alunos 4 De acordo com a tabela, a quantidade de alunos escolhidos e a quantidade de livros que cada aluno receberá, são grandezas que variam sendo que uma depende da outra e se relacionam da seguinte forma: (a) Se o número de alunos dobra, o número de livros que cada um vai receber cai para a metade. (b) Se o número de alunos triplica, o número de livros que cada aluno vai receber cai para a terça parte. (c) Se o número de alunos quadruplica, o número de livros que cada aluno vai receber cai para a quarta parte. (d) Se o número de alunos sextuplica, o número de livros que cada aluno vai receber cai para a sexta parte. Sob estas condições, as duas grandezas envolvidas (número de alunos escolhi- dos e número de livros distribuídos) são grandezas inversamente proporcionais. Quando a quantidade de alunos varia na razão de 2 para 4, a quantidade de livros distribuídos varia de 12 para 6. Notemos que essas razões não são iguais, mas são inversas: 2 4 = 1 12/6 = 1 2 e 12 6 = 1 2/4 = 2 Se a quantidade de alunos varia na razão de 2 para 6, a quantidade de livros distribuídos varia de 12 para 4. Observemos que essas razões não são iguais, mas são inversas: 2 6 = 1 12/4 e 12 4 = 1 2/6 Matemática Essencial - Proporções: Aplicações- Ulysses Sodré - Matemática - UEL - 2010 Seção 5 Elementos históricos sobre a Regra de três 5 Neste caso, representamos tais grandezas inversamente proporcionais com a função real f : (0,∞)→ (0,∞) definida por f (x)= 24 x , cujo gráfico é: 2. Um automóvel se desloca de uma cidade até uma outra localizada a 120 km da primeira. Se o percurso é realizado em: (a) 1 hora, velocidade média de 120 km/h. (b) 2 horas, velocidade média de 60 km/h. (c) 3 horas, velocidade média de 40 km/h. A unidade é km/h=quilômetro por hora e uma tabela da situação é: Velocidade Tempo 120 km/h 1 h 60 km/h 2 h 40 km/h 3 h De acordo com a tabela, o automóvel faz o percurso em 1 hora com velocidade média de 120 km/h. Quando diminui a velocidade à metade, ou seja 60 km/h, o tempo gasto para realizar o mesmo percurso dobra e quando diminui a velocidade para a terça parte, 40 km/h o tempo gasto para realizar o mesmo percurso triplica. Para percorrer uma mesma distância fixa, as grandezas velocidade e tempo gasto, são inversamente proporcionais. 5 Elementos históricos sobre a Regra de três Embora os gregos e os romanos conhecessem as proporções, não chegaram a aplicar as mesmas na resolução de problemas. Na Idade Média, os árabes revelaram ao mundo a Regra de Três. No século XIII, o italiano Leonardo de Pisa difundiu os princípios dessa regra em seu Liber Abaci (o livro do ábaco), com o nome de Regra dos três números conhecidos. Matemática Essencial - Proporções: Aplicações - Ulysses Sodré - Matemática - UEL - 2010 Seção 6 Regra de três simples direta 6 6 Regra de três simples direta Uma regra de três simples direta é uma forma de relacionar grandezas diretamente proporcionais. Para resolver problemas, tomaremos duas grandezas diretamente proporcionais X e Y e outras duas grandezas W e Z também diretamente proporcionais, de forma que tenham a mesma constante de proporcionalidade K. X Y =K e W Z =K assim X Y =W Z Exemplo: Na extremidade de uma mola (teórica) colocada verticalmente, foi pen- durado um corpo com 10kg de massa e ocorreu um deslocamento no comprimento da mola de 54cm. Colocando um corpo com 15Kg de massa na extremidade dessa mola, qual deve ser o deslocamento no comprimento da mola? (Kg=quilograma e cm=centímetro). X será a medida procurada. De acordo com os dados do problema, temos: Massa do corpo Deslocamento da mola 10 kg 54 cm 15 kg X cm As grandezas envolvidas: massa e deslocamento, são diretamente proporcionais. Conhecidos três dos valores no problema, podemos obter o quarto valor X , e, pelos dados da tabela, podemos montar a proporção: 10 15 = 54 X Observamos que os números 10 e 15 aparecem na mesma ordem que apareceram na tabela e os números 54 e X também aparecem na mesma ordem direta que apareceram na tabela anterior e desse modo 10X = 15× 54 = 810, logo X = 81 e o deslocamento da mola será de 81cm. 7 Regra de três simples inversa Uma regra de três simples inversa é uma forma de relacionar grandezas inversamente proporcionais para obter uma proporção. Na resolução de problemas, consideremos duas grandezas inversamente propor- cionais A e B e outras duas grandezas também inversamente proporcionais C e D de forma que tenham a mesma constante de proporcionalidade K. A ·B =K e C ·D =K Matemática Essencial - Proporções: Aplicações - Ulysses Sodré - Matemática - UEL - 2010 Seção 8 Regra de três composta 7 segue que A ·B =C ·D logo A C = D B Exemplo: Em um treino de Fórmula MAT, um corredor imprimiu a velocidade média de 180 km/h perfazendo um percurso em 20s. Se a sua velocidade média fosse de 200 km/h, qual seria o tempo gasto no mesmo percurso? (km/h=quilômetro por hora, s=segundo). Usaremos a letra T para o tempo. De acordo com os dados do problema, temos: Velocidade Tempo 180 km/h 20 s 200 km/h T s Relacionamos grandezas inversamente proporcionais: velocidade e tempo em um mesmo espaço percorrido. Dados três valores, podemos obter um quarto valor T . 180 200 = T 20 Os números 180 e 200 aparecem na mesma ordem que apareceram na tabela, en- quanto que os números 20 e T aparecem na ordem inversa da ordem que apareceram na tabela acima. Assim 180× 20 = 200X , donde segue que 200X = 3600, assim X = 3600 200 = 18. Se a velocidade do corredor for de 200 km/h ele gastará 18s para realizar o mesmo percurso. 8 Regra de três composta Regra de três composta é um processo de relacionamento de grandezas diretamente proporcionais, inversamente proporcionais ou uma mistura dessas situações. O método funcional para resolver um problema dessa ordem é montar uma tabela com duas linhas, sendo que a primeira linha indica as grandezas relativas à primeira situação enquanto que a segunda linha indica os valores conhecidos da segunda situação. Se A1, B1,C1, D1, E1, ... são valores para grandezas para uma primeira situação e A2, B2, C2, D2, E2, ... são valores para grandezas para uma segunda situação, montamos a tabela abaixo para obter o valor numérico de uma grandeza Z2, se conhecemos o correspondente valor numérico Z1 e as medidas de todas as outras grandezas. Situação Grand 1 Grand 2 Grand 3 Grand 4 Grand 5 Grand... Grand ? Sit 1 A1 B1 C1 D1 E1 ... Z1 Sit 2 A2 B2 C2 D2 E2 ... Z2 Matemática Essencial - Proporções: Aplicações - Ulysses Sodré - Matemática - UEL - 2010 Seção 8 Regra de três composta 8 Quando todas as grandezas são diretamente proporcionais à grandeza Z , basta resolver a proporção: Z1 Z2 = A1 ·B1 ·C1 ·D1 ·E1 ·F1... A2 ·B2 ·C2 ·D2 ·E2 ·F2... Quando todas as grandezas são diretamente proporcionais à grandeza Z , exceto a segunda grandeza (indicada com a letra B) que é inversamente proporcional à grandeza Z , resolvemos a proporção trocando as posições de B1 com B2: Z1 Z2 = A1 · B2 ·C1 ·D1 ·E1 ·F1... A2 · B1 ·C2 ·D2 ·E2 ·F2... As grandezas diretamente proporcionais à grandeza Z são indicadas na mesma ordem (direta) que aparecem na tabela e as grandezas inversamente proporcionais à grandeza Z aparecem na ordem invertida daquela que aparecem na tabela. Por exemplo, se temos cinco grandezas envolvidas: A, B , C , D e Z , sendo a primeira A e a terceira C diretamente proporcionais à grandeza Z e as outras duas B e D inversamente proporcionais à grandeza Z , deveremos resolver a proporção: Z1 Z2 = A1 · B2 ·C1 · D2 A2 · B1 ·C2 · D1 Observação: O PROBLEMA DIFÍCIL É A ANÁLISE LÓGICA SOBRE QUAIS GRANDEZAS SÃO DIRETAMENTE PROPORCIONAIS OU INVERSAMENTE PROPORCIONAIS. COMO EM GERAL É DIFÍCIL REALIZAR ESTA ANÁLISE, NÓS APRESENTAREMOS ALGUNS EXEMPLOS PARA ENTENDER O FUNCIONAMENTO DA SITUAÇÃO. Exemplos: 1. Funcionando durante 6 dias, 5 máquinas produzem 400 peças de uma mercado- ria. Quantas peças dessa mesma mercadoria serão produzidas por 7 máquinas iguais às primeiras, se tais máquinas funcionarem durante 9 dias? Vamos representar o número de peças pela letra X . De acordo com os dados do problema, vamos organizar a tabela: No. de máquinas (A) No. de dias (B) No. de peças (C) 5 6 400 7 9 X A grandeza Número de peças (C) servirá de referência para as outras grandezas. Analisaremos se as grandezas Número de máquinas (A) e Número de dias (B) são diretamente proporcionais ou inversamente proporcionais à grandeza C que representa o Número de peças. Cada análise deve ser feita de modo independente para cada par de grandezas. Matemática Essencial - Proporções: Aplicações - Ulysses Sodré - Matemática - UEL - 2010 Seção 8 Regra de três composta 9 (a) Vamos considerar as grandezas Número de peças e Número de máquinas. Usaremos a lógica para constatar que tendo mais máquinas operando pro- duziremos mais peças e tendo menos máquinas operando produziremos menos peças. Assim, estas duas grandezas são diretamente proporcionais. (b) Vamos agora considerar as grandezas Número de peças e Número de dias. Usandoa lógica constatamos que tendo maior número de dias produzire- mos maior número de peças e tendo menor número de dias produziremos menor número de peças. Assim, estas duas grandezas também são direta- mente proporcionais. (c) Concluímos que todas as grandezas envolvidas são diretamente propor- cionais, logo, basta resolver a proporção: 400 x = 5×6 7×9 que pode ser posta na forma 400 x = 30 63 Resolvendo a proporção, obtemos X = 840, assim, se as 7 máquinas funcionarem durante 9 dias serão produzidas 840 peças. 2. Um motociclista, rodando 4h por dia, percorre em média 200 km em 2 dias. Em quantos dias esse motociclista irá percorrer 500 km, se rodar 5 h por dia? (h=hora, km=quilômetro). Vamos representar o número de dias procurado pela letra X . De acordo com os dados do problema, vamos organizar a tabela: Quilômetros (A) Horas por dia (B) No. de dias (C) 200 4 2 500 5 X A grandezaNúmero de dias (C) servirá como referência para as outras grandezas. Analisaremos se as grandezas Quilômetros (A) e Horas por dia (B) são direta- mente proporcionais ou inversamente proporcionais à grandeza C que repre- senta o Número de dias. Tal análise deve ser feita de uma forma independente para cada par de grandezas. (a) Consideremos as grandezas Número de dias e Quilômetros. Usaremos a lógica para constatar que rodando maior número de dias, percorreremos maior quilometragem e rodando menor número de dias percorreremos menor quilometragem. Assim temos que estas duas grandezas são dire- tamente proporcionais. (b) Vamos agora considerar as grandezas Número de dias e Horas por dia. Ob- servamos que para realizar o mesmo percurso, se tivermos maior número de dias necessitaremos menor número de horas por dia e se tivermos menor número de dias necessitaremos maior número de horas para o Matemática Essencial - Proporções: Aplicações - Ulysses Sodré - Matemática - UEL - 2010 Seção 9 Porcentagem 10 mesmo percurso. Logo, estas duas grandezas são inversamente propor- cionais. Assim: 2 X = 200×5 500×4 que pode ser posta como 2 X = 1000 2000 Resolvendo esta proporção, obtemos X = 4, significando que para percor- rer 500 km, rodando 5 h por dia, o motociclista levará 4 dias. 9 Porcentagem Todos os dias, ouvimos nos meios de comunicação, expressões matemáticas rela- cionadas com porcentagem. O termo por cento provém do Latim per centum e quer dizer por cem. Toda razão da forma a b em que o denominador é b = 100, é uma taxa de porcentagem ou simplesmente porcentagem ou ainda percentagem. Historicamente, a expressão por cento aparece nas principais obras de aritmética de autores italianos do século XV. O símbolo % surgiu como uma abreviatura da palavra cento utilizada nas operações mercantis. Para indicar um índice de 10 por cento, escrevemos 10% e isto significa que em cada 100 unidades de algo, tomaremos 10 unidades. 10% de 80 pode ser obtido como o produto de 10% por 80, isto é: Produto= 10% de 80= 10 100 80= 800 100 = 8 Em geral, para indicar um índice de M por cento, escrevemos M% e para calcular M% de um número N, realizamos o produto: Produto=M% de N = M ·N 100 Exemplos: 1. Um fichário tem 25 fichas numeradas, sendo que 52% dessas fichas estão etiquetadas com um número par. Quantas fichas têm a etiqueta com número par? uantas fichas têm a etiqueta com número ímpar? Par= 52% de 25= 52%×25= 52×25 100 = 13 No fichário há 13 fichas indicadas com pares e 12 fichas com ímpares. 2. Num torneio de basquete, uma determinada seleção disputou 4 partidas na primeira fase e venceu 3. Qual a porcentagem de vitórias obtida por essa seleção nessa fase? Matemática Essencial - Proporções: Aplicações - Ulysses Sodré - Matemática - UEL - 2010 Seção 9 Porcentagem 11 Vamos indicar por X% o número que representa essa porcentagem. Esse problema pode ser expresso da seguinte forma: X% de 4= 3 Assim: X 100 4= 3 4X 100 = 3 4X = 300 X = 75 Na primeira fase a porcentagem de vitórias foi de 75%. 3. Numa indústria há 255 empregadas. Esse número corresponde a 42,5% do total de empregados da indústria. Quantas pessoas trabalham nesse local? Quantos homens trabalham nessa indústria? Vamos indicar por X o número total de empregados dessa indústria. Esse problema pode ser representado por: 42,5% de X = 255 Assim: 42,5%X = 255 42,5 100 X = 255 42,5X 100 = 255 42,5X = 25500 425X = 255000 X = 255000 425 = 600 Nessa indústria trabalham 600 pessoas, sendo que há 345 homens. 4. Ao comprar um livro, obtive um desconto de 8% sobre o preço na etiqueta. Se paguei R$ 690,00 pelo livro, qual era o preço original do livro? Seja X o preço original do livro. Se obtive 8% de desconto sobre o preço da etiqueta, o preço que paguei representa 100%− 8% = 92% do preço original e isto significa que 92% de X = 690, logo 92%X = 690 92 100 X = 690 92X 100 = 690 92X = 69000 X = 69000 92 = 750 O preço original do livro era de R$ 750,00. Matemática Essencial - Proporções: Aplicações - Ulysses Sodré - Matemática - UEL - 2010 Seção 10 Juros Simples 12 10 Juros Simples Juro é toda compensação em dinheiro que se paga ou se recebe pela quantia em dinheiro que se empresta ou que é emprestada em função de uma taxa e do tempo. Quando falamos em juros, devemos considerar: 1. O dinheiro que se empresta ou que se pede emprestado é chamado de capital. 2. A taxa de porcentagem que se paga ou se recebe pelo aluguel do dinheiro é denominada taxa de juros. 3. O tempo deve sempre ser indicado na mesma unidade a que está submetida a taxa, e em caso contrário, deve-se realizar a conversão para que tanto a taxa como a unidade de tempo estejam compatíveis, isto é, estejam na mesma unidade. 4. O total pago no final do empréstimo, que corresponde ao capital mais os juros, é denominado montante. Para calcular os juros simples j de um capital C , durante t períodos com a taxa de i% ao período, basta usar a fórmula: j = C · i · t 100 Exemplos: 1. O preço à vista de um aparelho é de R$ 450,00. A loja oferece este aparelho para pagamento em 5 prestações mensais e iguais porém, o preço passa a ser de R$ 652,00. Sabendo-se que a diferença entre o preço à prazo e o preço à vista é devida aos juros cobrados pela loja nesse período, qual é a taxa mensal de juros cobrada por essa loja? A diferença entre os preços dados pela loja é: 652,00−450,00= 202,50 A quantia mensal que deve ser paga de juros é: 202,50 5 = 40,50 Se X% é a taxa mensal de juros, então esse problema pode ser resolvido da seguinte forma: X% de 450,00= 40,50 X 100 450,00= 40,50 450X 100 = 40,50 450X = 4050 X = 4050 450 = 9 A taxa de juros é de 9% ao mês. Matemática Essencial - Proporções: Aplicações - Ulysses Sodré - Matemática - UEL - 2010 Seção 10 Juros Simples 13 2. Uma aplicação feita durante 2 meses a uma taxa de 3% ao mês, rendeu R$ 1.920,00 de juro. Qual foi o capital aplicado? O capital que a aplicação rendeu mensalmente de juros foi de 1920,00 2 = 960,00. Se o capital aplicado é indicado por C, esse problema pode ser expresso por: 3% deC = 960,00 3 100 C = 960,00 3C 100 = 960,00 3C = 96000 C = 96000 3 = 32000,00 O capital aplicado foi de R$ 32.000,00. Matemática Essencial - Proporções: Aplicações - Ulysses Sodré - Matemática - UEL - 2010 Proporções com números Propriedades das proporções Grandezas Diretamente Proporcionais Grandezas Inversamente Proporcionais Elementos históricos sobre a Regra de três Regra de três simples direta Regra de três simples inversa Regra de três composta Porcentagem Juros Simples
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