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MATERIAL DE APOIO AO CURRÍCULO DO ESTADO DE SÃO PAULO CADERNO DO PROFESSOR MATEMÁTICA ENSINO MÉDIO 1a SÉRIE VOLUME 1 Nova edição 2014-2017 governo do estado de são paulo secretaria da educação São Paulo BOOK_MAT-SPFE-2014_1S_CP_VOL1.indb 1 17/07/14 15:19 BOOK_MAT-SPFE-2014_1S_CP_VOL1.indb 2 17/07/14 15:19 Governo do Estado de São Paulo Governador Geraldo Alckmin Vice-Governador Márcio Luiz França Gomes Secretário da Educação Herman Voorwald Secretária-Adjunta Cleide Bauab Eid Bochixio Chefe de Gabinete Fernando Padula Novaes Subsecretária de Articulação Regional Raquel Volpato Serbino Coordenadora da Escola de Formação e Aperfeiçoamento dos Professores – EFAP Irene Kazumi Miura Coordenadora de Gestão da Educação Básica Ghisleine Trigo Silveira Coordenadora de Gestão de Recursos Humanos Coordenador de Informação, Monitoramento e Avaliação Cleide Bauab Eid Bochixio Educacional Olavo Nogueira Filho Coordenadora de Infraestrutura e Serviços Escolares Coordenadora de Orçamento e Finanças Claudia Chiaroni Afuso Senhoras e senhores docentes, A Secretaria da Educação do Estado de São Paulo sente-se honrada em tê-los como colabo- radores nesta nova edição do Caderno do Professor, realizada a partir dos estudos e análises que permitiram consolidar a articulação do currículo proposto com aquele em ação nas salas de aula de todo o Estado de São Paulo. Para isso, o trabalho realizado em parceria com os PCNP e com os professores da rede de ensino tem sido basal para o aprofundamento analítico e crítico da abor- dagem dos materiais de apoio ao currículo. Essa ação, efetivada por meio do programa Educação — Compromisso de São Paulo, é de fundamental importância para a Pasta, que despende, neste programa, seus maiores esforços ao intensificar ações de avaliação e monitoramento da utilização dos diferentes materiais de apoio à implementação do currículo e ao empregar o Caderno nas ações de formação de professores e gestores da rede de ensino. Além disso, firma seu dever com a busca por uma educação paulista de qualidade ao promover estudos sobre os impactos gerados pelo uso do material do São Paulo Faz Escola nos resultados da rede, por meio do Saresp e do Ideb. Enfim, o Caderno do Professor, criado pelo programa São Paulo Faz Escola, apresenta orien- tações didático-pedagógicas e traz como base o conteúdo do Currículo Oficial do Estado de São Paulo, que pode ser utilizado como complemento à Matriz Curricular. Observem que as atividades ora propostas podem ser complementadas por outras que julgarem pertinentes ou necessárias, dependendo do seu planejamento e da adequação da proposta de ensino deste material à realidade da sua escola e de seus alunos. O Caderno tem a proposição de apoiá-los no planejamento de suas aulas para que explorem em seus alunos as competências e habilidades necessárias que comportam a construção do saber e a apropriação dos conteúdos das disciplinas, além de permitir uma avalia- ção constante, por parte dos docentes, das práticas metodológicas em sala de aula, objetivando a diversificação do ensino e a melhoria da qualidade do fazer pedagógico. Revigoram-se assim os esforços desta Secretaria no sentido de apoiá-los e mobilizá-los em seu trabalho e esperamos que o Caderno, ora apresentado, contribua para valorizar o ofício de ensinar e elevar nossos discentes à categoria de protagonistas de sua história. Contamos com nosso Magistério para a efetiva, contínua e renovada implementação do currículo. Bom trabalho! Herman Voorwald Secretário da Educação do Estado de São Paulo BOOK_MAT-SPFE-2014_1S_CP_VOL1.indb 3 17/07/14 15:19 Sumário orientação geral sobre os Cadernos 5 Situações de Aprendizagem 9 Situação de Aprendizagem 1 – Conjuntos numéricos; regularidades numéricas e geométricas 9 Situação de Aprendizagem 2 – Progressões aritméticas e progressões geométricas 21 Situação de Aprendizagem 3 – Soma dos termos de uma PA ou de uma PG finitas e aplicações à Matemática Financeira 34 Situação de Aprendizagem 4 – Limite da soma dos infinitos termos de uma PG infinita 48 Situação de Aprendizagem 5 – Funções como relações de interdependência: múltiplos exemplos 55 Situação de Aprendizagem 6 – Funções polinomiais de 1o grau: significado, gráficos, crescimento, decrescimento e taxas 65 Situação de Aprendizagem 7 – Funções polinomiais de 2o grau: significado, gráficos, interseções com os eixos, vértices e sinais 74 Situação de Aprendizagem 8 – Problemas envolvendo funções de 2o grau em múltiplos contextos; problemas de máximos e mínimos 96 Orientações para Recuperação 103 Recursos para ampliar a perspectiva do professor e do aluno para a compreensão do tema 105 Considerações finais 106 Quadro de conteúdos do Ensino médio 108 BOOK_MAT-SPFE-2014_1S_CP_VOL1.indb 4 17/07/14 15:19 5 Matemática – 1ª série – Volume 1 Insistimos, no entanto, no fato de que so- mente o professor, em sua circunstância parti- cular, e levando em consideração seu interesse e o dos alunos pelos temas apresentados, pode determinar adequadamente quanto tempo de- dicar a cada uma das unidades. Ao longo dos Cadernos são apresentadas, além de uma visão panorâmica do conteúdo do volume, oito Situações de Aprendizagem, que pretendem ilustrar a abordagem sugeri- da, orientando a ação do professor em sala de aula. As atividades são independentes e podem ser exploradas pelos professores com maior ou menor intensidade, segundo seu in- teresse e de sua turma. Naturalmente, em ra- zão das limitações no espaço dos Cadernos, nem todas as unidades foram contempladas com Situações de Aprendizagem, mas a ex- pectativa é de que a abordagem dos temas seja explicitada nas atividades oferecidas. São apresentados, também, em cada Ca- derno, sempre que possível, materiais disponí- veis (textos, softwares, sites e vídeos, entre ou- tros) em sintonia com a abordagem proposta, que podem ser utilizados pelo professor para o enriquecimento de suas aulas. Compõem o Caderno, ainda, algumas con- siderações sobre a avaliação a ser realizada, bem como o conteúdo considerado indispen- sável ao desenvolvimento das competências enunciadas no presente volume. Os temas escolhidos para compor o con- teúdo disciplinar de cada volume não se afas- tam, de maneira geral, do que é usualmente ensinado nas escolas ou do que é apresentado pelos livros didáticos. As inovações preten- didas referem-se à abordagem dos assuntos, sugerida ao longo dos Cadernos. Em tal abor- dagem, busca-se evidenciar os princípios nor- teadores do presente currículo, destacando-se a contextualização dos conteúdos e as compe- tências pessoais envolvidas, especialmente as relacionadas com a leitura e a escrita matemá- tica, bem como os elementos culturais inter- nos e externos à Matemática. Em todos os Cadernos, os conteúdos es- tão organizados em 16 unidades de extensões aproximadamente iguais. De acordo com o número de aulas disponíveis por semana, o professor explorará cada assunto com mais ou menos aprofundamento, ou seja, escolhe- rá uma escala adequada para o tratamento de cada um deles. A critério do professor, em cada situação específica, o tema correspon- dente a uma das unidades pode ser estendido para mais de uma semana, enquanto o de ou- tra unidade pode ser tratado de modo mais simplificado. É desejável que o professor tente contem- plar todas as 16 unidades, uma vez que, jun- tas, compõem um panorama do conteúdo do volume, e, muitas vezes, uma das unidades contribui para a compreensão dasoutras. OrientaçãO geral sObre Os CadernOs BOOK_MAT-SPFE-2014_1S_CP_VOL1.indb 5 17/07/14 15:19 6 Conteúdos básicos do volume A abordagem dos conceitos deste volume, relativos ao bloco Números e sequências, prio- rizará aspectos considerados fundamentais para a compreensão de alguns dos diferentes significados dos conceitos envolvidos. O primeiro aspecto que pretendemos res- saltar é o reconhecimento da regularidade en- volvida na construção de sequências numéri- cas ou de sequências geométricas. Para tanto, propomos que o início do trabalho se dê com a retomada das características dos conjuntos numéricos, a fim de que os alunos percebam, por um lado, a regularidade do conjunto dos números naturais e dos números inteiros e, por outro, a questão da densidade dos números reais. Partindo do conhecimento desses con- juntos, esperamos que os alunos possam re- lacionar a regularidade dos números naturais à de outras sequências numéricas e também geométricas, identificando essa regularidade, sempre que possível, por intermédio de uma expressão matemática. Assim, apresentamos, na Situação de Aprendizagem 1, uma série de situações-problema exemplares, para que o professor possa optar pela utilização total ou parcial no início de seu trabalho. Partindo do princípio de que os alunos de- vem reconhecer a regularidade de sequências numéricas de qualquer natureza e escrever expressões matemáticas que reflitam a re- gularidade observada, julgamos importante que não sejam tratadas de maneiras comple- tamente distintas as sequências aritméticas e as sequências geométricas, como se costuma observar nos livros didáticos. Essa proposta de abordagem simultânea dos dois tipos mais co- muns de sequências, as progressões aritméticas (PAs) e as progressões geométricas (PGs), está contemplada na Situação de Aprendizagem 2 e permite, a nosso ver, que o foco do tratamen- to conceitual se desloque do formalismo algé- brico para a construção do significado real e importante das características da regularidade de cada sequência. PAs e PGs estão presentes em várias situa- ções contextualizadas, conforme alguns mo- delos apresentados na Situação de Aprendi- zagem 2, e não costumam trazer dificuldades adicionais de compreensão para os alunos. Dentre as inúmeras aplicações desse conteú- do, destacamos especialmente uma, na Situa- ção de Aprendizagem 3, quando propomos que problemas clássicos de cálculos de juros e de montantes envolvidos em processos de capitalização ou amortização componham o contexto possível para o tratamento da soma de um número finito de termos de uma PA ou de uma PG. Para o desenvolvimento das ativi- dades que compõem essa Situação de Apren- dizagem, conforme justificaremos adiante, julgamos fundamental que os alunos possam dispor de calculadoras. O conceito de infinito, de suma importância em Matemática, costuma ser bastante moti- vador para o estudo de alguns conceitos, des- de as séries iniciais, quando os alunos tomam contato com a ideia do “mais 1”, que conduz à construção do campo numérico dos natu- BOOK_MAT-SPFE-2014_1S_CP_VOL1.indb 6 17/07/14 15:19 7 Matemática – 1ª série – Volume 1 rais. A ideia da quantidade infinita de números existente entre dois números reais, como 1 e 2, por exemplo, é algo que parece inicialmente es- tranho para nossos alunos, mas pode, pouco a pouco, firmar-se como um conceito fundamen- tal da Matemática, dependendo das diferentes abordagens que destinamos ao conceito duran- te toda a escolaridade. Nessa perspectiva, isto é, com o objetivo de que os estudantes constru- am, gradual e lentamente, o conceito de limite de uma função, não devemos perder oportuni- dades que surjam durante nossas aulas para, de maneira apropriada, abordar a ideia de limite. É nesse contexto que propomos a realização da sequência de atividades que compõem a Si- tuação de Aprendizagem 4, durante a qual o foco estará sempre colocado sobre o conceito de limite, em detrimento de dificuldades de natureza algébrica. Além dos conteúdos citados, este Cader- no também faz uma retomada da noção de função, que traduz uma relação de interde- pendência entre duas grandezas, explorando- -se especialmente as funções de 1o grau e de 2o grau, bem como suas aplicações em dife- rentes contextos. Tais assuntos já foram apre- sentados aos alunos em séries/anos anteriores. Na 6a série/7o ano do Ensino Fundamental, foram exploradas situações envolvendo a pro- porcionalidade direta e inversa entre grande- zas, e que conduzem a relações do tipo y = kx, ou, então, y = kx , onde k é uma constante não nula. Na 8a série/9o ano, foram estudadas as funções y = ax + b e y = ax2 + bx + c, com a ≠ 0, além da representação destas em gráficos. Agora, o estudo dessas funções será apre- sentado de modo mais sistematizado. Tudo será feito, no entanto, de tal forma que, mesmo se o professor estiver tratando desse assunto pela primeira vez, o aluno provavelmente não terá grandes dificuldades em acompanhar as ativi- dades propostas. Como já foi dito anteriormen- te, as funções referidas são capazes de traduzir matematicamente todos os processos que envol- vem relações de proporcionalidade direta (gráfi- cos lineares), ou relações em que uma grandeza é proporcional ao quadrado de outra (gráficos com a forma de uma parábola). Muitos exercí- cios envolvendo situações concretas em que a consideração das grandezas envolvidas conduz a uma função de 1o grau ou de 2o grau serão contemplados, com especial destaque para pro- blemas de otimização, ou seja, problemas que envolvem a obtenção do máximo ou do mínimo de uma função, em determinado contexto. De modo geral, os conteúdos estudados neste Caderno são meios para o desenvolvi- mento de importantes competências básicas: f o recurso à linguagem das funções para representar interdependências conduz a um aumento na capacidade de expressão, favorecendo a construção de um discurso mais eficaz para enfrentar problemas em diferentes contextos; f a capacidade de compreensão de uma variada gama de fenômenos é ampliada, uma vez que muitas situações de interde- pendência estão naturalmente associadas a modelagens que conduzem a explicações dos referidos fenômenos; BOOK_MAT-SPFE-2014_1S_CP_VOL1.indb 7 17/07/14 15:19 8 f o reconhecimento das funções envolvidas em um fenômeno possibilita a sistematiza- ção de propostas de intervenção consciente sobre a realidade representada. Na Situação de Aprendizagem 5, reapre- sentaremos a ideia de função por meio de múltiplos exemplos de situações de interde- pendência entre grandezas. Na Situação de Aprendizagem 6, destacare- mos as funções de 1o grau, com suas qualidades características. Na Situação de Aprendizagem 7, serão sis- tematizados os fatos fundamentais relativos às funções de 2o grau (gráficos, simetria, interse- ção com os eixos, coordenadas do vértice, estu- do dos sinais). E, por fim, na Situação de Aprendiza- gem 8, serão apresentados diversos pro- blemas envolvendo funções de 2o grau, in- cluindo situações de otimização (máximos e mínimos). Para a organização dos trabalhos, dividi- mos o conteúdo em 16 unidades, mais ou me- nos correspondentes às oito semanas de aulas. Sugerimos a seguinte estruturação: Quadro geral de conteúdos do volume 1 da 1a série do Ensino médio unidade 1 – Sequências numéricas e/ou geométricas; identificação e registro da regularidade. unidade 2 – Progressões aritméticas e progressões geométricas – termo gerale aplicações. unidade 3 – Progressões aritméticas e progressões geométricas – termo geral e aplicações. unidade 4 – Soma dos termos de uma PA ou de uma PG finita. unidade 5 – Soma dos termos de uma PA ou de uma PG finita – aplicações à Matemática Financeira. unidade 6 – Soma dos termos de uma PA ou de uma PG finita – aplicações à Matemática Financeira. unidade 7 – Limite da soma dos termos de uma PG infinita. unidade 8 – Limite da soma dos termos de uma PG infinita. unidade 9 – Funções como relações de interdependência. unidade 10 – Funções de 1o grau – significado, gráficos, crescimento, decrescimento, taxas. unidades 11, 12, 13 – Funções de 2o grau – significado, gráficos, interseções com os eixos, vértice, sinais. unidades 14, 15 e 16 – Problemas envolvendo funções de 2o grau – problemas de máximos e mínimos. BOOK_MAT-SPFE-2014_1S_CP_VOL1.indb 8 17/07/14 15:19 9 Matemática – 1ª série – Volume 1 SITuAçãO DE APRENDIzAGEM 1 CONjuNTOS NuMÉRICOS; REGuLARIDADES NuMÉRICAS E GEOMÉTRICAS roteiro para aplicação da Situação de Aprendizagem 1 Na 1a série do Ensino Médio, é bem pro- vável que os alunos conheçam os conjuntos numéricos – Naturais, Inteiros, Racionais e Reais – e, também, que estejam familiarizados com a ideia preliminar da relação entre dois subconjuntos desses conjuntos, conhecimento este que é a base do conceito de função. Se a premissa é verdadeira, cabe ao professor rever com os alunos algumas características desses conjuntos, com o objetivo de construir a base para a apresentação, posterior, das leis de for- mação das sequências numéricas. Caso a pre- missa não seja verdadeira, isto é, se os alunos não conhecem satisfatoriamente os conjuntos numéricos, convém que o professor lhes apre- sente formalmente cada conjunto (IN, , Q e IR) antes de iniciar a aplicação da Etapa 1, descrita mais adiante. Conhecidos os conjuntos numéricos, os alunos poderão reconhecer que, na maioria das vezes, uma sequência ordenada de nú- meros pode ser identificada por intermédio de uma sentença matemática que relaciona um número natural a um número real. Essa ideia é fundamental para o estudo das rela- ções de dependência entre um par de gran- dezas, ou, em outros termos, para o estudo das funções. Nesta Situação de Aprendizagem, explo- raremos, inicialmente, na Etapa 1, a cons- trução dos conjuntos numéricos e algumas de suas propriedades. Em seguida, apre- sentaremos algumas sequências que possi- bilitarão a identificação de determinados padrões de regularidades e pediremos que os alunos descrevam, em língua materna, a regularidade que identificam. Isso feito, o próximo passo será pedir que os alunos en- SituAçõES dE AprEndizAgEm Conteúdos e temas: conjuntos numéricos; sequências numéricas e/ou geométricas; termo geral de sequên- cias numéricas. Competências e habilidades: obter sequências numéricas a partir do conhecimento de seu termo geral; obter o termo geral de uma sequência numérica a partir da identificação da regularidade existente; reconhecer a existência ou não de padrões de regularidades em sequências numéricas ou geométricas; utilizar a linguagem matemática para expressar a regularidade dos padrões de sequências numéricas ou geométricas. Sugestão de estratégias: resolução de exercícios exemplares. BOOK_MAT-SPFE-2014_1S_CP_VOL1.indb 9 17/07/14 15:19 10 contrem termos sucessivos dessas sequên- cias, caso elas mantenham a regularidade observada. Completando a primeira etapa, os alunos serão convidados a exprimir a regularidade observada por intermédio de uma sentença matemática. Realizada a etapa inicial, proporemos, na Etapa 2, apresentada mais adiante, que os alunos obtenham sequências numéricas a partir de con- dições dadas em língua materna ou em lingua- gem matemática e, ainda, que obtenham termos determinados de algumas dessas sequências. Etapa 1 – observando padrões e regularidades Inicialmente, recomendamos que o profes- sor liste o conjunto dos números naturais e dos números inteiros para, em seguida, pedir que os alunos identifiquem alguns subconjuntos descritos por informações comunicadas em língua materna, como nos exemplos a seguir: IN = {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, ... } = { ... –3, –2, –1, 0, 1, 2, 3, ...} Com base nos elementos do conjunto nu- mérico, alguns números deverão ser deter- minados: f números naturais menores do que 7; f números naturais maiores ou iguais a 8; f números inteiros menores do que 7 e maio- res do que –2; f números inteiros cujo valor absoluto é me- nor do que 4. Em seguida, após a exposição desses e de outros exemplos que o professor julgar apropriados, poderá ser pedido que os alu- nos transcrevam as informações comunica- das em língua materna para a linguagem matemática. No caso dos exemplos ante- riores, teríamos: f {x ∈ IN | x < 7} = {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6}. f {x ∈ IN | x ≥ 8} = {8, 9, 10, 11, 12, ...}. f {x ∈ | – 2 < x < 7} = {–1, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6}. f {x ∈ | |x| < 4} = {–3, –2, –1, 0, 1, 2, 3}. observando padrões e regularidades Você já reparou que as pessoas, em muitos momentos do dia, estão diante de situações que envolvem uma sequência de números? O torcedor procura, em uma tabela no cader- no de esportes do jornal, a posição de seu time no campeonato nacional. Para localizar uma determinada residência em uma rua, o carteiro observa certa regra na numeração das casas: de um lado, estão dispostas as casas de numeração par em sequência crescente ou decrescente, e, do outro lado, as de numeração ímpar. Em um edifício, a numeração dos apartamentos indica também o andar em que eles se localizam. No hospital, a enfer- BOOK_MAT-SPFE-2014_1S_CP_VOL1.indb 10 17/07/14 15:19 11 Matemática – 1ª série – Volume 1 Discutidos alguns casos, como exemplifi- cado, recomendamos que os alunos se envol- vam na resolução dos seguintes problemas: 1. Dados os conjuntos a seguir, descritos em linguagem coti- diana, encontre, em cada caso, seus elementos e traduza a descrição dada para a linguagem matemática. a) O conjunto A é formado por números naturais maiores do que 4 e menores ou iguais a 11. {5, 6, 7, 8, 9, 10, 11}. {x ∈ IN | 4< x ≤ 11} b) O conjunto B é formado por números naturais menores ou iguais a 6. {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6}. {x ∈ IN | x ≤ 6} c) O conjunto C é formado por números inteiros maiores ou iguais a –3 e meno- res do que 5. {−3, −2, −1, 0, 1, 2, 3, 4}. { x ∈ | -3 ≤ x <5} d) O conjunto d é formado por números inteiros maiores ou iguais a –2. {−2, −1, 0, 1, 2, 3, ...}. { x ∈ | x ≤ - 2} 2. Quais são os cinco menores números que per- tencem a cada um dos seguintes conjuntos? a) E é o conjunto dos cinco menores nú- meros naturais que são divisíveis por 4. {0, 4, 8, 12, 16}. b) F é o conjunto dos cinco menores núme- ros naturais ímpares maiores do que 7. {9, 11, 13, 15, 17}. meira é orientada sobre a sequência de horários em que deve administrar certo medica- mento ao paciente. O ser humano também observa vários movimentos naturais que seguem uma determinada sequência, formando, assim, certo padrão: os períodos do dia, as estações do ano, as fases da Lua e o período de aparecimento de um cometa são alguns desses movimentos. Desde a Antiguidade, grande parte do trabalho dos matemáticos e cientistas tem sido observar e registrar fenômenos que ocorrem segundo um padrão. O encontro de um padrão ou de uma regularidade será uma das possibilidades de compreensão, previsão e controle desses fenômenos. Para abordar esse assunto, este Caderno explora, inicialmente, as sequências numéricas que podemos construir a partirdos conjuntos numéricos que conhecemos: os naturais, os inteiros, os racionais e os reais. BOOK_MAT-SPFE-2014_1S_CP_VOL1.indb 11 17/07/14 15:19 12 c) g é o conjunto dos cinco menores nú- meros inteiros que, elevados ao qua- drado, resultam em um número menor do que 10. { −3, −2, −1, 0, 1}. d) H é o conjunto dos cinco menores nú- meros naturais que, quando dobrados e somados a 1, resultam em um núme- ro maior do que 7. {4, 5, 6, 7, 8}. 3. Descreva, em linguagem matemática, os conjuntos E, F, g e H, apresentados na ati- vidade anterior. E = {4n, sendo n ∈ IN, e n < 5}. F = {2n + 1, sendo n ∈ IN, e 4 ≤ n ≤ 8}. G = {x ∈ | −4 < x < 2}. H = {2n + 1 > 7, sendo n ∈ IN, e n < 9}. A resolução e a discussão desses pro- blemas iniciais permitirão, ao nosso ver, introduzir a notação apropriada para a designação de termos de uma sequência numérica. Todavia, antes que isso seja im- plementado (o que será feito na Etapa 2), consideramos importante que os alunos se detenham um pouco mais na identificação das regularidades de algumas sequências. 4. A seguir, são apresentadas três sequências numéricas infinitas. Observando cada uma delas, responda: a) Qual é o 100o termo nesta sequência: 1, 1, 1, 1, 1, ...? 1 b) Qual é o 120o termo nesta sequência: 1, 1, 2, 1, 1, 2, 1, 1, 2, 1, 1, 2, 1, 1, 2, 1, 1, …? 2 (posição múltipla de 3) c) Qual é o 25o termo nesta sequência: 5, 4, 8, 1, 3, 5, 4, 8, 1, 3, 5, 4, 8, 1, 3, 5, 4, …? 3 (posição múltipla de 5) É importante que o professor auxilie os alunos na observação de que, nessas sequên cias, os motivos (períodos) são re- petidos igualmente, ou seja, um elemento ou um grupo de elementos se repete perio- dicamente, levando-os a perceber que essa característica deve ser levada em conta, na organização dos dados, para a identifica- ção do termo solicitado. A sequência dos números naturais é cons- truída, como sabemos, pelo acréscimo de uma unidade a um termo já conhecido. A fim de proporcionar aos alunos a oportuni- dade de observar regularidades e perceber que, muitas vezes, é possível construir uma “receita” ou uma sentença que indique como a sequência deve continuar, o professor pode apresentar tipos diferentes de sequências para que os alunos observem as proprieda- des de seus elementos e descubram a lei de formação, ou seja, o padrão utilizado para a construção da sequência. Oriente-os a cons- truir uma sentença algébrica que permita calcular um termo qualquer, em função de sua posição na sequência (sequências, sob o ponto de vista funcional). BOOK_MAT-SPFE-2014_1S_CP_VOL1.indb 12 17/07/14 15:19 13 Matemática – 1ª série – Volume 1 5. A seguir, é apresentada uma sequência na forma figurativa. Descreva, em palavras, o padrão de regularidade desta sequência e indique qual deve ser a figura que ocupa a 152a posição. 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 As sequências figurais também podem en- riquecer o trabalho com a observação de regu- laridades e generalização de padrões. No caso da sequência em questão, o professor pode estimular os alunos a perceber que a sétima figura é igual à primeira, que a oitava figura é igual à segunda, e assim por diante. Ou seja, cada período é formado por seis figuras; por- tanto, a 152a figura será igual à segunda, pois tanto o número 2 (que indica a posição da se- gunda figura) quanto o número 152 (que indi- ca a posição da 152a figura), quando divididos por 6, deixam resto 2. Assim, o professor poderá auxiliar os alunos na conclusão de que as Figuras 1, 7, 13, 19 etc. são todas iguais à primeira figu- ra, pois os números 1, 7, 13, 19 etc., quando divididos por 6, deixam resto 1. Do mesmo modo, as Figuras 3, 9, 15, 21 etc. são todas iguais à Figura 3, pois os números 3, 9, 15, 21 etc., quando divididos por 6, deixam resto 3, e assim sucessivamente. A exploração de sequências repetitivas, numéricas ou não, favorece a discussão sobre algumas noções trabalhadas nas séries anterio- res, como múltiplos, divisores e regras de divisi- bilidade, e permite uma aproximação da noção de congruência, uma vez que trabalha com nú- meros que, divididos por um determinado nú- mero inteiro, apresentam o mesmo resto. Realizada a discussão do exemplo propos- to e de outros que o professor julgar apro- priados, propomos que os alunos resolvam os seguintes problemas. 6. Observe a sequência de figuras: 1 2 3 4 5 6 7 ... Supondo que a lei de formação continue a mesma, desenhe as figuras que deverão ocu- par as posições 38a e 149a nessa sequência. justifique sua resposta. A figura que ocupa a posição 38 será a mesma figura da posi- ção 2, pois a divisão de 38 por 4 deixa resto 2, e a que ocupa a posição 149 será a mesma da posição 1, visto que a divisão de 149 por 4 deixa resto 1. 7. Observe a sequência (1, 1, 2, 3, 3, 1, 1, 2, 3, 3, 1, 1, 2, 3, 3, 1, 1...). Supondo que a lei de formação dessa sequência permaneça, deter- mine o 38o e o 149o termos. O período é de cinco números. Assim, o 38o termo é 2, pois a divisão de 38 por 5 deixa resto 3, e o terceiro termo da sequência é o número 2; o 149o termo é igual a 3, pois a divisão de 149 por 5 deixa resto 4, e o quarto termo da se- quência é o número 3. BOOK_MAT-SPFE-2014_1S_CP_VOL1.indb 13 17/07/14 15:19 14 8. Hoje é quarta-feira. Devo pagar uma dí- vida daqui a exatamente 90 dias. Em que dia da semana cairá o 90o dia? O período é de sete dias. A divisão de 90 por 7 deixa res- to 6; portanto o 90o dia será o sexto elemento da sequên- cia dos dias da semana iniciada na quinta-feira. Logo, o 90o dia será terça-feira. 9. um processo de reflorestamento previa a plantação de certo número x de mudas de árvores. No primeiro dia, foram planta- das 120 árvores, e planejou-se que, nos dias seguintes, seriam plantadas, por dia, dez árvores a mais do que no dia anterior. Sendo assim: a) quantas árvores serão plantadas no séti- mo dia? 6 ⋅ 10 + 120 = 180 árvores. b) qual é o número x, se, no final do dé- cimo dia, havia sido plantada a metade do total previsto inicialmente? No décimo dia = 9 ⋅ 10 + 120 = 210 → S = 120 + 130 + 140 + ... + 190 + 200 + 210 = = 1 650 (metade do total) Total de árvores = 1 650 ⋅ 2 x = 3 300 10. Observe os seis primeiros termos de uma sequência. 1 2 3 4 A B C D (I) 1 2 3 4 A B C D (II) 1 2 3 4 A B C D (III) 1 2 3 4 A B C D (IV) 1 2 3 4 A B C D (VI) 1 2 3 4 A B C D (V) Supondo que a regularidade observada na formação desses termos seja mantida para a formação dos demais, isto é, que o termo (I) seja igual ao termo (VII), que o termo (II) seja igual ao termo (VIII), e as- sim por diante, responda: a) quais quadrículas estarão pintadas no termo (XXX)? O período da sequência é de seis termos. A divisão de 30 por 6 resulta resto zero. Assim, o termo (XXX) é igual ao termo (VI), e nele estarão pintadas as quadrículas C2, C3, D3 e D4. b) quantas vezes a quadrícula B2 terá sido pintada desde o termo (I) até o termo (XIX)? A quadrícula B2 é pintada três vezes a cada período, nos ter- mos (I), (III) e (IV). Até o termo (XIX), incluindo-o, serão três períodos e mais um termo. Portanto, a quadrícula B2 será pintada 3 ⋅ 3 + 1 = 10 vezes. 11. Aproveitando as condições apresentadas na atividade 9 da se- ção anterior, crie três questões acompanhadas de sua resolução. BOOK_MAT-SPFE-2014_1S_CP_VOL1.indb 14 17/07/14 15:19 15 Matemática – 1ª série – Volume 1 Praticamente não há limite para o número de exemplos que poderão sercriados. O professor poderá permitir que os alu- nos socializem os exemplos que criaram e que, ao final, sele- cionem 4 ou 5 que, na opinião deles, consideraram os mais criativos ou os mais difíceis. 12. Atribui-se ao matemático grego Hipsicles (240 a.C.-170 a.C.) uma regra para criar uma nova sequência numérica a partir de outra. O método consiste em tomar uma sequência numérica (por exemplo, 1, 2, 3, 4, 5, 6, …) e criar outra em que cada termo seja igual à soma dos anteriores. Isto é: termos são as raízes da equação x2 – 8x + 15 = 0. Encontre o primeiro e o segun- do termos dessa sequência, considerando que exista diferença constante entre dois termos consecutivos. Resolvendo a equação de 2o grau, encontraremos como raízes os números 3 e 5. A sequência será, portanto, (−3, –1, 1, 3, 5). Assim, os dois primeiros termos serão −3 e −1, respectivamente. Professor, uma prática que costuma mo- tivar os alunos e aproveitar, de forma mais intensa, seus conhecimentos anteriores é so- licitar-lhes que, com base nas condições desse problema, criem diversas questões, para que sejam trocadas e resolvidas por eles mesmos, sob sua supervisão. Além disso, esse tipo de atividade é um consistente instrumento no es- tímulo à metacognição, isto é, estimula cada aluno a refletir sobre como elabora e mobili- za suas estratégias de raciocínio durante uma etapa de resolução de problemas. Etapa 2 – Sequências definidas por sentenças matemáticas Nesta etapa, os alunos serão convidados a obter sequências numéricas a partir de con- dições definidas, inicialmente, na língua ma- terna e, posteriormente, na linguagem mate- mática. Além disso, desenhando um percurso inverso ao anterior, uma série de problemas será proposta para que os alunos obtenham a expressão do termo geral de determinada se- quência numérica. Sugerimos que a próxima atividade seja discutida com os alunos antes que eles se envolvam com a resolução dos pro- blemas propriamente dita. 1 1 + 2 1 + 2 + 3 1 + 2 + 3 + 4 1 + 2 + 3 + 4 + 5 ... 1 3 6 10 15 ... Sequência nova Pela regra de Hipsicles, a sequência (1, 2, 3, 4, ...) gerou a sequência (1, 3, 6, 10, 15, 21, …). Aplique a regra de Hipsicles e encontre os oito primeiros termos de duas novas se- quências numéricas geradas a partir da sequência (1, 3, 6, 10, 15, 21,...). As sequências serão: (1, 4, 10, 20, 35, 56, 84, 120, …) e (1, 5, 15, 35, 70, 126, 210, 330, …). 13. uma sequência numérica crescente é composta por cinco termos. O terceiro termo é o número 1, e o quarto e quinto BOOK_MAT-SPFE-2014_1S_CP_VOL1.indb 15 17/07/14 15:19 16 Sequências definidas por sentenças matemáticas 14. Em uma sequência numéri- ca, o primeiro termo é uma fra- ção de numerador 1 e denomi- nador 4. Os termos seguintes ao primeiro podem ser obtidos adicionando sempre uma unidade ao numerador e ao denominador da fração do termo imediatamente anterior. a) Quais são os cinco primeiros termos dessa sequência? 1 4 , 2 5 , 3 6 , 4 7 , 5 8 . b) Chamando o primeiro termo de a1, o segundo termo de a2, o terceiro de a3, e assim por diante, qual é o termo a9? 9 12 = 3 4 c) Qual é o termo a54? 54 57 d) Como se pode determinar um termo an qualquer? Um termo qualquer an é uma fração em que o numerador é igual a n e o denominador é três unidades a mais do que n, isto é, é igual a n + 3. Assim, an = n n + 3 . Chamamos a atenção do professor para o fato de que o conjunto de problemas desta etapa envolve sequências numéricas de várias nature- zas, e não apenas as aritméticas e as geométri- cas, e também para a necessidade de os alunos escreverem em língua materna a regularidade expressa na linguagem matemática. 15. Em uma sequência numérica, o primei- ro termo é igual a 2, e os seguintes são obtidos pelo acréscimo de três unidades ao termo imediatamente anterior. Sen- do assim, responda: a) quais são os cinco primeiros termos? (2, 5, 8, 11, 14). b) qual é o termo a10? (29). c) qual é o termo a20? (59). d) como se pode determinar um termo an qualquer? Somando o termo inicial, 2, a um certo número de termos sempre iguais a 3. Para se obter um termo n qualquer, deve- mos somar o primeiro termo, 2, com n − 1 termos iguais a 3. Assim, an = 2 + 3 (n − 1) = 3n − 1. Outro raciocínio possível é o seguinte: como o salto de um termo a outro é constante e igual a 3, podemos supor que uma expressão geral deva conter o termo 3n. Para que a1 = 2, é preciso que seja subtraído 1 de 3n. Assim, an = 3n − 1. 16. Para se obter os termos de uma sequência numérica, é necessário fazer o seguinte: i. Elevar a posição do termo ao quadra- do, isto é, calcular 12 para o primeiro termo, 22 para o segundo termo, 32 para o terceiro termo, e assim por diante. BOOK_MAT-SPFE-2014_1S_CP_VOL1.indb 16 17/07/14 15:19 17 Matemática – 1ª série – Volume 1 ii. Adicionar duas unidades ao resultado obtido após elevar ao quadrado a posi- ção do termo. Para essa sequência numérica, responda: a) quais são os cinco primeiros termos? (3, 6, 11, 18, 27). b) qual é o 8o termo? a8 = 8 2 + 2 = 66. c) qual é o termo a20? a20 = 20 2 + 2 = 402. d) como se pode determinar um termo an qualquer? an = n 2 + 2. 17. Observe os cinco primeiros termos da se- guinte sequência numérica: 3, 2, 5 3 , 3 2 , 7 5 . Demonstre que é possível determinar os termos dessa sequência a partir da ex- pressão an = n 2 n ,+ atribuindo a n valores naturais maiores do que zero. Para n = 1, a1 = 1 + 2 1 = 3; Para n = 2, a2 = 2 + 2 2 = 2; Para n = 3, a3 = 3 + 2 3 = 5 3 ; Para n = 4, a4 = 4 + 2 4 = 6 4 = 3 2 ; Para n = 5, a5 = 5 + 2 5 = 7 5 18. A expressão an = n 1 n 1 – + é a expressão do termo geral de uma sequência numérica, isto é, os termos da sequência podem ser obtidos se forem atribuídos a n valores naturais maiores do que zero. Sendo as- sim, encontre: a) o termo a1; a1 = 1 − 1 1 + 1 = 0. b) o termo a5; a5 = 5 − 1 5 + 1 = 4 6 = 2 3 . c) o 8o termo; a8 = 8 − 1 8 + 1 = 7 9 . d) a posição do termo que é igual a 9 11 . O termo 9 11 pode ser escrito como 10 − 1 10 + 1 . Portanto, ele é o décimo termo. 19. Determinada sequência numérica tem a1 = 9, a2 = 3, a3 = 1 e a4 = 1 3 . Nessa sequên- cia, qual é: a) o 5o termo? Cada termo da sequência, a partir do segundo, é obtido pela divisão do anterior por 3. Assim, o quinto termo será igual a 1 3 ÷ 3 = 1 9 . BOOK_MAT-SPFE-2014_1S_CP_VOL1.indb 17 17/07/14 15:19 18 b) o termo a6? a6 = a5 ÷ 3 = 1 9 ÷ 3 = 1 27 . c) a posição do termo que é igual a 1 81 ? Como 27 é igual a 81 ÷ 3, e 1 27 é o sexto termo, 1 81 é o sétimo termo. 20. Qual das duas expressões listadas a seguir é a expressão do termo geral da sequência da atividade anterior? (Lembre-se de que n é o número que dá a posição do termo na sequência, isto é, se n = 2, temos o segundo termo; se n = 5, temos o quinto termo; e assim por diante.) an = 9 3n an = 3 3 – n O termo geral da sequência é an = 3 3 −n, que poderá ser verificado a partir da substituição de n por números naturais maiores do que zero. 21. Observe a seguinte sequência dos números pares positivos: 0, 2, 4, 6, 8, 10, ... Nessa sequência: a) qual é o 10o termo? O décimo termo é 18. b) qual é o 15o termo? O 15o termo é 28. c) qual é o termo a35? a35 = 68. d) qual é o termo a101?a101 = 200. e) qual é a posição do termo que é igual a 420? 420 é o 211o termo. f) como se pode determinar um termo an qualquer? Fazendo (n − 1) ⋅ 2, sendo n um número natural maior do que zero. 22. Escreva os cinco primeiros termos da se- quência dos números ímpares positivos. Em seguida, responda: 1, 3, 5, 7, 9... a) qual é o 10o termo? a10 = 19. b) qual é o termo a13? a13 = 25. c) qual é o termo a25? a25 = 49. d) como se pode determinar um termo an qualquer? Fazendo 2 ⋅ n − 1, em que n é um número natural maior do que zero. 23. Observe a seguinte sequência numérica: 1, 4, 9, 16, 25, ... Nessa sequência, responda: a) qual é o 6o termo? O sexto termo é 62 = 36. b) qual é o termo a7? a7 = 7 2 = 49. BOOK_MAT-SPFE-2014_1S_CP_VOL1.indb 18 17/07/14 15:19 19 Matemática – 1ª série – Volume 1 c) qual é a expressão de seu termo geral? an = n 2. 24. uma sequência numérica é dada pelo seguinte termo geral: an = n + 1 . Para essa sequência, determine: a) os cinco primeiros termos; 2 , 3 , 2, 5 , 6 . b) os cinco primeiros termos que sejam nú- meros inteiros. Os cinco primeiros termos representados por números inteiros se- rão aqueles em que o radicando é um quadrado perfeito, a saber: a3 = 2; a8 = 3; a15 = 4; a24 = 5; a35 = 6. 25. Observe a sequência de figuras. Em segui- da, responda: a) Quantos quadrinhos brancos deverá ter a 6a figura dessa sequência? A 6a figura deverá ter 30 quadrinhos brancos, pois 6 ⋅ 6 − 6 = 30. b) Escreva uma fórmula que permita cal- cular a quantidade de quadrinhos bran- cos, em função da posição n da figura na sequência. (Sugestão: você pode organizar os dados em uma tabela como a que segue.) posição da figura na sequência número de quadrinhos pretos número de quadrinhos brancos 1 1 0 2 2 22 − 2 3 3 32 − 3 4 4 42 − 4 n n n2 − n = n ⋅ (n − 1) c) Quantos quadrinhos brancos deverá ter a 39a figura dessa sequência? 392 − 39 = 39(39 − 1) = 39 · 38 = 1 482. 26. A seguir, estão os primeiros elementos de uma sequência de figuras que representam os chamados números quadrangulares. Ana- lise-os e responda às questões propostas. 1 2 3 4 5 a) Quantos quadrinhos deverá ter o 6o ele- mento dessa sequência? E o 10o termo? 36; 100. b) Qual é a expressão do termo geral dessa sequência? n2. BOOK_MAT-SPFE-2014_1S_CP_VOL1.indb 19 17/07/14 15:19 20 27. Observe a figura: 1 3 5 7 9 Nessa representação, os números escritos logo abaixo da figura indicam a quantidade de quadrinhos de cada um desses conjun- tos. Sendo assim, responda: a) qual é a soma dos números escritos abaixo da figura? 1 + 3 + 5 + 7 + 9 = 25. b) que relação pode ser estabelecida entre esse resultado e a figura analisada? A soma dos números escritos abaixo da figura é igual ao to- tal de quadrinhos que formam a figura. Os números escritos abaixo da figura são os cinco primeiros naturais ímpares. Sua soma é 25. O total de quadrinhos da figura é 52 = 25. c) utilizando os resultados de suas obser- vações, determine, sem efetuar a adição, o resultado de 1 + 3 + 5 + 7 + 9 + 11 + + 13 + 15. 8² = 64. 28. Observe as linhas completas da tabela e complete as que estiverem em branco. Adição descrição 1 + 3 = 4 = 2² A soma dos dois primeiros números ímpares é igual ao quadrado de 2. 1 + 3 + 5 = 9 = 3² A soma dos três primeiros números ímpares é igual ao quadrado de 3. 1 + 3 + 5 + 7 = = 16 = 4² A soma dos quatro pri- meiros números ímpares é igual ao quadrado de 4. 1 + 3 + 5 + 7 + 9 = 25 = 52 A soma dos cinco primeiros números ímpares é igual ao quadrado de 5. 1 + 3 + 5 + 7 + 9 + + ... + 2 ⋅ n – 1 = n² A soma dos n primeiros números ímpares é igual a n2. Considerações sobre a avaliação A Situação de Aprendizagem 1 abordou a regularidade numérica, e também geo- métrica, observada em algumas sequên- cias. Além disso, introduziu a ideia de que é possível obter uma sequência numérica a partir de uma relação matemática estabele- cida entre um conjunto discreto (naturais) e um conjunto de qualquer natureza. São esses, pois, os elementos importantes a se- BOOK_MAT-SPFE-2014_1S_CP_VOL1.indb 20 17/07/14 15:19 21 Matemática – 1ª série – Volume 1 rem avaliados. Para tanto, sugerimos que o professor elabore momentos de avaliação que contemplem: f a obtenção de termos de maiores ordens de uma sequência, a partir do conhecimento dos primeiros termos; f a determinação do termo geral de sequên- cias numéricas, desde que esses termos ge- rais se baseiem em expressões conhecidas pelos alunos, por exemplo, expressões do tipo a ⋅ x + b ou a ⋅ x2 + b. Salientamos, também, a importância de que as avaliações não se restrinjam a situações individuais. Em alguns momentos, pode-se contemplar a possibilidade de que os alunos consultem seu material de aula e, em outros, seus colegas de grupo. Destacamos, por fim, o fato de que um trabalho com características essencialmente indutivas, como é o caso dos temas desenvolvidos neste Caderno, estimula sobremaneira a discussão e a tomada de deci- sões, justificando, dessa forma, a inclusão de instrumentos de avaliação não individuais. SITuAçãO DE APRENDIzAGEM 2 PROGRESSÕES ARITMÉTICAS E PROGRESSÕES GEOMÉTRICAS Conteúdos e temas: progressões aritméticas (PA) e progressões geométricas (PG); expressão do termo geral da PA e da PG. Competências e habilidades: reconhecer o padrão de regularidade de uma sequência aritmética ou de uma sequência geométrica; utilizar a linguagem matemática para expressar a regularidade dos padrões de sequências numéricas. Sugestão de estratégias: resolução de exercícios exemplares. roteiro para aplicação da Situação de Aprendizagem 2 As sequências aritméticas ou geométricas são bastante estudadas, no Ensino Médio, por vários motivos, como a pouca exigência algé- brica e a facilidade de padronizar os conceitos por intermédio de fórmulas matemáticas. A baixa exigência algébrica envolvida, es- pecialmente no estudo das PAs, deve ser, de fato, valorizada, em detrimento de exercícios sem qualquer contexto, que exijam a escrita de equações complexas. Enfatizamos, portan- to, que se priorizem o desenvolvimento dos conteúdos e a apresentação de situações-pro- blema, sob o prisma do reconhecimento da regularidade da sequência e da generalização intuitiva do termo geral, colocando em se- gundo plano, portanto, a simples substitui- ção de valores em fórmulas decoradas. Outro aspecto que merece comentário é o fato de que, em geral, as PAs e as PGs são BOOK_MAT-SPFE-2014_1S_CP_VOL1.indb 21 17/07/14 15:19 22 tratadas de modo independente, uma a cada tempo, e as PAs vêm sempre antes das PGs. No entanto, vale destacar que o raciocínio principal envolvido em um ou em outro tipo de sequência é o mesmo, ou seja, um valor constante é o passo que permite obter um termo a partir do anterior. O fato de que, em um caso, esse passo é adicionado, enquanto, no outro, é multiplicado, é algo que compõe o raciocínio secundário do estudo, cujo re- conhecimento não costuma trazer qualquer dificuldade adicional aos alunos. Dessa forma, apresentaremos, a seguir, uma série de problemas exemplares, com- postos, em alguns casos, por PA, em ou- tros, por PG e, em outras situações, pelos dois tipos de sequências. Sugerimos que sejam propostos aos alunos na ordem em que aparecem. A atividade 1 pode ter a resolução solicita- da sem nenhum comentário prévio. Durante os comentários da correção, o professor pode- rá valorizar as diversasmaneiras de resolução que eventualmente surgirem. um tipo de re- solução importante, que poderá ser levantada pelo professor, caso não surja dos alunos, é aquele que considera o passo de cada sequên- cia como parcela ou fator constante no mo- mento da escrita da expressão do termo geral da sequência. Por exemplo, no caso da se- quência (5, 9, 13, 17, 21, ...), o passo constante é 4, que, adicionado a cada termo, permite que se obtenha o seguinte. Nesse caso, a expressão do termo geral deverá conter, necessariamen- te, um termo do tipo 4 ⋅ n. Compreendido isso, pode-se pensar da seguinte maneira: Para n = 1, o resultado deve ser igual a 5, que é o primeiro termo da sequên- cia. No entanto, ao fazer 4 ⋅ n ou 4 ⋅ 1, o resultado obtido é 4. Sendo assim, ainda falta uma unidade para se obter o pri- meiro termo. Logo, o termo geral pode ser este: an = 4 ⋅ n + 1 Testando essa expressão para outros termos, verificamos que ela é válida, pois: a2 = 4 ⋅ 2 + 1 = 9 a3 = 4 ⋅ 3 + 1 = 13 Logo, o termo geral da sequência é mesmo an = 4 ⋅ n + 1. Esse mesmo tipo de raciocínio pode ser aplicado na determinação do termo geral de uma PG. Na sequência (2, 6, 18, 54, ...), por exemplo, o passo constante é 3, que, quando multiplicado por algum termo, resulta no termo imediatamente seguinte. Assim, se sempre se multiplica por 3, o ter- mo geral da sequência deve conter 3n. Com base nessa regularidade, pode-se chegar à seguinte conclusão: BOOK_MAT-SPFE-2014_1S_CP_VOL1.indb 22 17/07/14 15:19 23 Matemática – 1ª série – Volume 1 Para n = 1, o resultado deve ser igual a 2, que é o primeiro termo da sequência. No entanto, ao fazer 3n ou 31, obtemos 3, e não 2. Logo, deve haver mais um fator na expressão, a fim de que o resultado esperado seja obtido. Esse fator é 2 3 , pois 3 ⋅ 2 3 = 2. Então, o termo geral da sequência deve ser: an = 2 3 ⋅ 3n Testando essa expressão para outros termos, verificamos que ela é válida, pois: a2 = 2 3 ⋅ 32 = 18 3 = 6 a3 = 2 3 ⋅ 33 = 54 3 = 18 Logo, o termo geral da sequência é mesmo an = 2 3 ⋅ 3n, que, simplificando, pode ser escrito como an = 2 ⋅ 3 n – 1. É esperado, nesta Situação, que alguns alunos adotem procedimento semelhante ao adotado para a PA, isto é, fazer 3n e, em segui- da, subtrair uma unidade, a fim de que 31 – 1 coincida com o primeiro termo da sequência. Nesse caso, caberá ao professor pedir que os alunos apliquem a “fórmula” obtida para os demais termos da sequência, quando, então, perceberão o equívoco do raciocínio adotado. Salientamos, novamente, que não é con- veniente formalizar a adoção de um ou outro tipo de raciocínio, nem mesmo aquele descrito anteriormente. Caberá a cada aluno escolher o raciocínio que considera mais ade- quado, e caberá ao professor discutir todos os raciocínios que surgirem, apresentando prós e contras de cada um, no sentido de fornecer elementos para que os alunos possam refinar suas estratégias iniciais. 1. Considere as sequências de (I) a (VI) para responder às questões propostas. (i) (0, 3, 6, 9, 12, ...) (ii) (1, 4, 7, 10, 13, ...) (iii) (2, 5, 8, 11, 14, ...) (iV) (–2, 4, –8, 16, –32, ...) (V) (0,2; 0,4; 0,6; 0,8; ...) (Vi) (1, 4, 16, 64, 256, ...) a) Quais são os três termos seguintes de cada uma dessas sequências? (I) 15, 18, 21. (II) 16, 19, 22. (III) 17, 20, 23. (IV) 64, −128, 256. (V) 1,0; 1,2; 1,4. (VI) 1 024, 4 096, 16 384. b) É verdade que o algarismo 8 não apa- rece em nenhum número da sequência (II)? justifique. Não, pois o algarismo 8 aparece no termo 28, que é o décimo termo da sequência. c) É possível que um mesmo número natu- ral apareça em duas das três primeiras sequências? justifique. BOOK_MAT-SPFE-2014_1S_CP_VOL1.indb 23 17/07/14 15:19 24 Não, pois a sequência (I) é formada apenas por núme- ros que, divididos por 3, deixam resto zero; a sequência (II) é formada apenas por números que, divididos por 3, deixam resto 1; a sequência (III) é formada apenas por números que, divididos por 3, deixam resto 2. Como a divisão por um número natural diferente de zero (divi- são euclidiana) não pode apresentar dois restos distintos, não é possível que um mesmo número apareça em duas dessas sequências. d) O número 1 087 é um termo de qual(is) sequência(s)? O número 1 087 é um termo da sequência (II), pois a divi- são de 1 087 por 3 deixa resto 1, e é também elemento da sequência (V), uma vez que é múltiplo de 0,2. e) Explique por que o número 137 não pertence à sequência (II). A sequência (II) é formada apenas por números que, di- vididos por 3, deixam resto 1. Logo, o 137 não é termo da sequên cia (II), pois a divisão de 137 por 3 deixa resto 2. f) Qual é o termo geral da sequência (I)? an = 3(n – 1), n ∈ IN*. g) Qual é o termo geral da sequência (II)? an = 3n − 2, n ∈ IN*. h) Qual é o termo geral da sequência (III)? an = 3n − 1, n ∈ IN*. i) Qual é o termo geral da sequência (IV)? an = (−2) n, n ∈ IN*. j) Qual é o termo geral da sequência (V)? an = 0,2 ⋅ n, n ∈ IN* k) Qual é o termo geral da sequência (VI)? an = 4 n ÷ 4, n ∈ IN* ou an = 4n-1 l) Escolha um critério, justificando-o, e se- pare as seis sequências em dois grupos. Espera-se, neste item, que os alunos percebam que há, entre as sequências apresentadas, algumas em que o passo constante é somado a cada termo e outras em que o passo constante é multiplicado a cada termo. To- davia, poderão aparecer outros critérios, e o professor deverá estar atento para valorizar os critérios surgidos, mas, também, enfatizar a importância do reconheci- mento do passo constante das sequências, seja ele so- mado ou multiplicado. 2. Sabe-se que as Olimpíadas, a Copa do Mundo e os jogos Pan-americanos ocorrem de quatro em quatro anos. Se essas compe- tições ocorreram nos anos de 2004, 2006 e 2007, respectivamente, e considerando que continuem a acontecer, segundo essa regra, por muito tempo, responda: a) Qual competição ocorrerá em 2118? E em 2079 e 2017? As Olimpíadas acontecem em anos em que sua divisão por 4 deixa resto zero, a Copa acontece em anos em que sua di- visão por 4 deixa resto 2, e os Jogos Pan-americanos aconte- cem em anos em que sua divisão por 4 deixa resto 3. Assim, em 2118, aconteceria a Copa do Mundo (resto 2); em 2079, aconteceriam os Jogos Pan-americanos (resto 3); e, em 2017, não aconteceria nenhuma dessas três competições (resto 1). BOOK_MAT-SPFE-2014_1S_CP_VOL1.indb 24 17/07/14 15:19 25 Matemática – 1ª série – Volume 1 b) Haverá algum ano em que ocorrerá mais de uma dessas três competições? Explique. Não é possível, pois qualquer número dividido por 4 deixa um, e apenas um, desses restos: zero, 1, 2 ou 3. 3. Determinada sequência numérica obedece à seguinte condição: a diferença entre dois termos consecutivos é sempre a mesma e igual a 6. Considerando que o primeiro ter- mo dessa sequência é –8, responda: a) quais são os cinco primeiros termos? (−8, −2, 4, 10, 16). b) qual é o termo a9? 40 c) qual é o 15o termo? 76 d) qual é o 20o termo? 106 e) quanto é a diferença entre a12 e a5? 42 f) qual é a expressão de seu termo geral, isto é, qual é a fórmula matemática que relaciona um termo qualquer (an) à po- sição do termo (n)? an = 6n − 14. 4. O primeiro termo de uma sequência numé- rica é 0,02. Para obter os termos seguintes, basta multiplicar o termo imediatamente anterior por 5. Sendo assim, responda: a) qual é o 2o termo? 0,1 b) qual é o termo a3? 0,5 c) qual é o termoa4? 2,5 d) qual é o resultado da divisão entre a6 e a4? 25 e) qual é o termo geral da sequência, isto é, qual é a fórmula matemática que re- laciona um termo qualquer (an) à posi- ção do termo (n)? an = 0,02 ⋅ 5 n – 1. A resolução dos exercícios anteriores foi, de certa forma, preparatória para a ca- racterização das PAs e das PGs. Finalizada essa etapa, o professor poderá definir PA e PG por meio de uma discussão com seus alunos, identificando, entre as sequências já estudadas, aquelas que atendem a cada definição dada. Compreendido o significado de uma PA, o aluno será capaz de concluir que, partindo do primeiro termo, para avançar um termo na se- quência, deverá adicionar o “passo”, ou razão r, uma vez, isto é, a2 = a1 + r; da mesma forma, para avançar dois termos, deverá adicionar 2 ⋅ r ao primeiro termo, obtendo a3 = a1 + 2 ⋅ r. Por esse processo, espera-se que o aluno reco- nheça que, para obter o 20o elemento, deverá adicionar 19 ⋅ r ao primeiro termo e escrever: BOOK_MAT-SPFE-2014_1S_CP_VOL1.indb 25 17/07/14 15:19 26 a20 = a1 + 19 ⋅ r, e assim sucessivamente. Esse raciocínio favorecerá a construção, por parte do aluno, da fórmula do termo geral da PA, que é dada por an = a1 + (n – 1) ⋅ r. Além disso, essa compreensão permiti- rá que o aluno note que, para “passar” de a4 para a11, deverá avançar sete termos, ou seja, para obter o termo a11 a partir do termo a4, deverá adicionar 7 ⋅ r ao termo a4 e escrever: a11 = a4 + 7 ⋅ r. Da mesma forma, poderá es- crever a4 = a11 – 7 ⋅ r, pois, para “passar” de a11 para a4, deve “retroceder” sete termos. Da mesma forma, associa-se às PGs o significado de que, conhecidos o primeiro termo e o passo, ou razão q, é possível deter- minar qualquer termo da sequência a partir da multiplicação do primeiro termo pela ra- zão um determinado número de vezes. Assim, se o aluno compreender que a2 = a1 ⋅ q, que a3 = a1 ⋅ q 2, e assim por diante, compreenderá, também, que an = a1 ⋅ q n – 1 e, generalizando, que an = ak ⋅ q n – k. Destacamos, novamente, a importância de valorizar o raciocínio dos alunos na obtenção do termo geral de uma PA ou de uma PG, em detrimento de restringir a resolução dos problemas à utilização das fórmulas obtidas. O professor deverá estar atento e observar quais estratégias de resoluções os alunos es- tão utilizando, a fim de distinguir aqueles que utilizam fórmulas prontas como um mero atalho para a aplicação do conceito que já dominam – e, portanto, podem ser estimu- lados nesse sentido – daqueles alunos que, sem terem atingido a compreensão desejada, buscam adaptar as condições dos problemas às fórmulas, como se eles se questionassem constantemente sobre “qual fórmula devem utilizar”. Casos dessa natureza certamente merecerão maior atenção do professor. É importante que o professor também ex- plore o seguinte fato: cada termo de uma PG, a partir do segundo, é a média geométrica en- tre seu antecessor e seu sucessor. O exemplo a seguir serve como ilustração: Na PG (4, 8, 16, 32, 64 ...), 16 é média geométrica de 8 e 32, pois 16 = 8 ⋅ 32. Após a discussão dos problemas ante- riores e das expressões do termo geral das PAs e das PGs, o professor poderá pedir que os alunos resolvam alguns problemas exemplares. 5. Considere que: uma PA é uma sequência (a1, a2, a3, ..., an, ...) de números an, em que a diferença entre cada termo an + 1 e seu antecedente an é uma constante. Essa diferença constante é chamada de razão da PA e é representada por r. Assim, em uma PA de razão r, temos: an + 1 – an = r, para todo n natural, n ≥ 1. De acordo com essa definição, indique quais das sequên- cias a seguir são PAs. Em caso afirmativo, determine a razão. BOOK_MAT-SPFE-2014_1S_CP_VOL1.indb 26 17/07/14 15:19 27 Matemática – 1ª série – Volume 1 a) (2, 5, 8, 11, ...). b) (2, 3, 5, 8, ...). c) (7, 3, –1, –5, ...). d) 2 3 , 2 3 , 2 3 , 2 3 , ...� �. e) � �– 3 2 , –1, – 1 2 , 0, ... . f) � �6, 2, 2 3 , 2 9 , ... . São PAs as seguintes sequências: a) (razão: 3); c) (razão −4); d) (razão: 0); e) (razão: 1 2 ). 6. Considere as sequências dadas por seus termos gerais: i) an = 4 ⋅ n + 1, com n ∈ IN, n ≥ 1; ii) an = 4 ⋅ n 2 – 1, com n ∈ IN, n ≥ 1; iii) a1 = 2 e an = an – 1 ⋅ 3, com n ∈ IN, n ≥ 2; iV) a1 = 2 e an = an – 1 + 3, com n ∈ IN, n ≥ 2. Obtenha os cinco primeiros termos de cada uma dessas sequências e destaque a razão daquelas que forem PAs. I) 5, 9, 13, 17, 21. II) 3, 15, 35, 63, 99. III) 2, 6, 18, 54, 162. IV) 2, 5, 8, 11, 14. São PAs as seguintes sequências: (I), com razão = 4, e (IV), com razão = 3. 7. Considere que: uma PG é uma sequência (a1, a2, a3, …, an, ...), em que cada termo an, a partir do segundo, é obtido pela mul- tiplicação de seu antecedente an – 1 por uma constante diferente de zero. De acordo com essa definição, quais das sequências a seguir são PGs? justifique sua resposta. i) (1, 3, 9, 27, ...); ii) (1, 2, 6, 24, ...); iii) 36, 12, 4, 4 3 , ...� � ; iV) (1, –2, 4, –8, ...); V) � �3, 8 3 , 7 3 , 2, ... ; Vi) ( , , , , ...)2 2 2 2 4 . São PGs: (I), de razão 3; (III), de razão 1 3 ; (IV), de razão −2; (VI), de razão 2 . 8. Considere as sequências: i) an = 3 ⋅ n + 1, com n ∈ IN, n ≥ 1; ii) an = 3 ⋅ n 2 − 1, com n ∈ IN, n ≥ 1; iii) an = 3 ⋅ n, com n ∈ IN, n ≥ 1; iV) a1 = 3 e an = an – 1 ⋅ 2, com n ∈ IN, n ≥ 2; V) a1 = 3 e an = an – 1 + 2, com n ∈ IN, n ≥ 2. Determine os cinco primeiros termos de cada sequência e destaque a razão daque- las que forem PGs ou PAs. I) 4, 7, 10, 13, 16. II) 2, 11, 26, 47, 74. III) 3, 6, 9, 12, 15. IV) 3, 6, 12, 24, 48. V) 3, 5, 7, 9, 11. (IV) é PG de razão 2. São PAs: (I), de razão 3; (III), de razão 3; e (V), de razão 2. 9. Observe a se quência de figuras e responda às questões propostas. BOOK_MAT-SPFE-2014_1S_CP_VOL1.indb 27 17/07/14 15:19 28 1 32 4 a) Quantos quadradinhos comporão a quin- ta figura dessa sequência? E a sexta figura? Na quinta figura, 48 quadradinhos, e, na sexta, 96 quadradinhos. b) Associe a essa sequência outra que indique o número de quadradinhos de cada figura. Essa sequência é uma PG? justifique. (3, 6, 12, 24, ...) é PG, pois cada termo an é obtido a partir da multiplicação do termo anterior an – 1 por 2. c) Construa uma fórmula que possa ser uti- lizada para determinar um termo qual- quer dessa sequência. Para auxiliá-lo nessa tarefa, a tabela a seguir organiza os dados, a fim de que as regularidades se- jam mais facilmente observadas, elemen- to necessário à construção da fórmula. Podemos escrever a fórmula desta maneira: an = 3 ⋅ 2 n – 1. Esse problema poderá favorecer uma dis- cussão sobre a obtenção da fórmula do termo geral de uma PG. posição de um termo na sequência Cálculo Quantidade de quadradinhos 1 3 3 2 3 ⋅ 2 = 3 ⋅ 21 6 3 6 ⋅ 2 = 3 ⋅ 2 ⋅ 2 = 3 ⋅ 22 12 4 12 ⋅ 2 = 3 ⋅ 2 ⋅ 2 ⋅ 2 = 3 ⋅ 23 24 ... ... an-1 n (an-1) ⋅ 2 = 3 ⋅ 2n-1 an = (an-1) ⋅ 2 = 3 ⋅ 2n-1 Neste caso, o aluno pode obter uma fór- mula de recorrência: an = (an – 1) ⋅ 2 e a fórmula do termo geral: an = 3 ⋅ 2 n – 1. 10. Nesta figura, cada quadradinho é formado por quatro palitos de comprimentos iguais. 1 2 3 4 5 ... a) A sequência formada pelas quantidades de palitos necessários para a construção das figuras resulta em uma PA? justifi- que sua resposta. A sequência formada pelas quantidades de palitos é, sim, uma PA, pois cada figura tem seis palitos a mais que a prece-dente: 4, 10, 16, 22, 28, ... b) Quantos palitos serão necessários para a construção da sexta figura? E da sétima? 28 + 6 = 34 e 34 + 6 = 40. Serão necessários 34 palitos para compor a sexta figura e 40 para compor a sétima. c) Quantos palitos serão necessários para construir a 78a figura? 4 + 77 ⋅ 6 = 466. d) Escreva uma fórmula que expresse a quantidade de palitos da figura que ocupa a posição n nessa sequência. an = 4 + (n − 1) ⋅ 6 = 6n − 2. 11. Sabe-se que o 9o termo de uma PA de ra- zão 4 é 29. Qual é o 20o termo dessa PA? a20 = 73. Para determinar o 20 o termo de uma PA é suficiente adi- cionar ao 9o termo uma parcela que é igual ao produto 11 ⋅ 4, BOOK_MAT-SPFE-2014_1S_CP_VOL1.indb 28 17/07/14 15:19 29 Matemática – 1ª série – Volume 1 pois, para “passar” do 9o ao 20o, é necessário “avançar” 11 termos, ou seja, a20 = a9 + 11 ⋅ r. Não é necessário, portanto, encontrar, antes, o primeiro termo para se obter o vigésimo. 12. Sabe-se que a sequência (8, x, –4, y) é uma PA. Determine os valores de x e y. Em toda PA, temos a3 − a2 = a2 − a1 → −4 − x = x − 8 → x = 2. Com o mesmo raciocínio, escrevemos y − (−4) = −4 − x → → y + 4 = −4 − 2 → y = −10. Nesse caso, temos: (8, 2, −4, −10). 13. Invente uma PA. Separe ape- nas os termos cuja posição n é in- dicada por um número múltiplo de 6 e forme outra sequência de números. Essa nova sequência também é uma PA? Em caso de resposta afirmativa, determine a razão da PA. justifique sua resposta. A nova sequência será uma PA, cuja razão é igual ao produto do número 6 pela razão da PA anterior. 14. Determine o 8o termo de cada uma das PGs: i) (1, 3, 9, 27, ...) ii) � �8, 4, 2, 1, 1 2 , … a8 = 2 187 a8 = 1 16 15. Determine o 12o termo de uma PG de ra- zão 2, sabendo que o quinto termo dessa sequência é 4. a12 = 512. 16. uma bola é lançada de uma altura de 18 m, e seu impacto no solo provoca sal- tos sucessivos, de tal forma que, em cada salto, a altura que ela atinge é igual a 80% da altura alcançada no salto anterior. Que altura será alcançada pela bola quando ocorrer o 5o salto? E o 10o salto? (use uma calculadora.) A altura atingida no quinto salto corresponde ao sexto termo de uma PG em que o primeiro termo é igual a 80% de 18 e a razão é 0,8. Assim, a6 = 18 ⋅ 0,8 5 ≅ 5,898 m. A altura do décimo salto, obedecendo a essa lógica, será: a11 = 18 ⋅ 0,8 10 ≅ 1,933 m. 17. Dada a PG 1 2 , x, 32, y� �, determine os valores de x e y. Em toda PG, cada termo, a partir do segundo, é a mé- dia geométrica do antecessor e do sucessor. Neste caso, x = 1 2 ⋅ 32 = 4. Por outro lado, pela definição de PG, y 32 = 32 x → y 32 = 32 4 → y = 256. Nesse caso, temos: � � 1 2 , 4, 32, 256 . 18. Suponha que a população de uma cidade tenha uma taxa de crescimento constante e igual a 20% ao ano. No fim do ano 2007, a população era de 50 mil habitantes. a) Calcule a população da cidade ao fim de cada um dos quatro anos seguintes e escreva os resultados obtidos em forma de sequência. Professor, estabeleça com seus alunos uma linguagem como: P: a população inicial; P1 : a população um ano depois; P2 : a população dois anos depois; e assim por diante. P1= 50 000 + 20% de 50 000 = 50 000 + 0,2 ⋅ 50 000 = 60 000. P2 = 60 000 + 20% de 60 000 = 60 000 + 0,2 ⋅ 60 000 = 72 000. Fazendo os demais cálculos, obtêm-se as populações P3 e P4: 86 400 e 103 680, respectivamente. BOOK_MAT-SPFE-2014_1S_CP_VOL1.indb 29 17/07/14 15:19 30 b) A sequência obtida é uma PG? Em caso afirmativo, qual é a razão? A sequência (50 000, 60 000, 72 000, 86 400, 103 680, ...) é uma PG de razão 1,2, pois: 60 000 50 000 = 72 000 60 000 = 86 400 72 000 = 103 680 86 400 = 1,2. Assim, para se obter o termo sucessor de um termo conheci- do, basta multiplicar este último por 1,2, ou seja, Pn + 1= 1,2 ⋅ Pn. c) Encontre uma fórmula que permita cal- cular a população dessa cidade daqui a n anos, contados a partir de 2007. P1 = 50 000 ⋅ 1,2 1 P2 = 50 000 ⋅ 1,2 1 . 1,2 = 50 000 ⋅ 1,22 P3 = 50 000 ⋅ 1,2 2 ⋅ 1,2 = 50 000 ⋅ 1,2 3 Assim, Pn= 50 000 ⋅ 1,2 n. Essa fórmula pode ser generalizada para Pn = P0 ⋅ (1 + i) n, sendo i a taxa de crescimento. 19. Suponha que o valor de um automóvel di- minua a uma taxa constante de 10% ao ano. Hoje, o valor desse automóvel é R$ 20 mil. Professor, convém ressaltar que a taxa, nesse problema, é negativa. Se há uma di- minuição de 10% ao ano, o valor do carro passa a ser de 90% sobre o valor anterior. utilizando os resultados da atividade ante- rior, discuta com os alunos que, para calcu- lar o preço do carro daqui a um ano, é su- ficiente multiplicar o valor inicial do carro por 0,9, pois P1 = P0 ⋅ (1 – 0,1) = P0 ⋅ 0,9. a) Calcule o valor desse automóvel daqui a quatro anos. R$ 13 122,00. b) Encontre uma fórmula que permita cal- cular o preço desse automóvel daqui a n anos. Pn = 20 000 ⋅ 0,9 n. tratamento das progressões sob o ponto de vista funcional Ao obter os termos de uma PA por meio da lei de formação, utilizando a fórmu- la do termo geral ou de recorrência, o alu- no trabalha, intuitivamente, com a noção de função, pois associa cada índice ao ter- mo correspondente. Ou seja, todo número natural (n) que é índice na sequência está associado a um único número real. A fór- mula relativa à lei de formação da PA é a expressão algébrica que representa a função. Nesse caso, temos uma função f: S → IR, sendo S ⊂ IN*. Assim, o domínio dessa função é forma- do pelos índices dos termos da PA, isto é, D(f) = S = {1, 2, 3, 4, ...}. O contradomí- nio dessa função é IR, e o conjunto imagem é formado pelos termos da PA, ou seja, Im(f) = {a1, a2, a3, ..., an, ...}. A representação gráfica da função que cor- responde a uma PA é um conjunto de pontos que pertencem a uma reta. Todavia, o gráfico não é a reta que contém esses pontos. Toman- do como exemplo a PA (1, 4, 7, 10, 13, ...), na qual a1 = 1, a2 = 4, a3 = 7, a4 = 10, e assim sucessivamente, sua representação gráfica é a figura a seguir. BOOK_MAT-SPFE-2014_1S_CP_VOL1.indb 30 17/07/14 15:19 31 Matemática – 1ª série – Volume 1 a4 = 10 a3 = 7 a2 = 4 a1 = 1 1 2 3 4 Nesse caso, temos: D(f) = {1, 2, 3, 4, 5, ...} Im(f) = {1, 4, 7, 10, 13, ...} e an = 3n – 2 Essa terminologia somente deverá ser des- tacada para o aluno quando esse assunto for retomado, posteriormente, nesta série, no estudo da função polinomial do 1o grau. Ao aplicar a fórmula do termo geral ou de recorrência para a determinação dos elemen- tos de uma PG, da mesma maneira que se faz para uma PA, os estudantes também utilizam, intuitivamente, a ideia de função (todo número natural (n) que é índice na sequência está asso- ciado a um único número real), pois associam cada índice ao termo correspondente. A fórmula que indica a lei de formação da PG corresponde à expressão algébrica que representa a função. Nesse caso, temos uma função f: T → IR, sendo T ⊂ IN*. A expressão do termo geral de uma PG, an = a1 ⋅ q n – 1, reflete o crescimento expo- nencial de an em função de n. Assim como o tratamento funcional das PAs está associa- do ao estudo das funções afins, esse tipo de tratamento para as PGs será feito no estudo das funções exponenciais. Portanto, não se trata de, neste momento, apresentar aos alu- nos toda a terminologia adotada no estudo das funções, mas apenas apontar relações que serão exploradas mais adiante. Os pro- blemas seguintes são exemplos de como a apresentação inicialdesse tratamento pode ser realizada. 20. um conjunto A é forma- do apenas pelos seguintes ele- mentos: 1, 2, 3, 4, 5 e 6. As- sim, podemos escrever: A = {1, 2, 3, 4, 5, 6}. um conjunto B é formado por ele- mentos numéricos obtidos a partir dos elementos do conjunto A, da seguinte forma: cada elemento de B é 4 unidades a mais do que o triplo do elemento corres- pondente de A. Dito de outra forma, se chamarmos cada elemento do conjunto A de n, e cada elemento do conjunto B de p, temos: p = 4 + 3n. a) Quais são os elementos do conjunto B? B = {7, 10, 13, 16, 19, 22}. BOOK_MAT-SPFE-2014_1S_CP_VOL1.indb 31 17/07/14 15:19 32 b) Qual é o tipo de sequência numérica for- mada pelos elementos do conjunto A? Uma PA de razão 1. c) Qual é o tipo de sequência numérica for- mada pelos elementos do conjunto B? Uma PA de razão 3. 21. Cada elemento de um conjunto D será obti- do a partir de um elemento correspondente do conjunto C = {1, 2, 3, 4, 5, 6}, da seguin- te forma: d = –5c + 15, em que c represen- ta um elemento do conjunto C e d repre- senta um elemento do conjunto D. a) Quais são os elementos do conjunto D? D = {10, 5, 0, −5, −10, −15}. b) Qual é o tipo de sequência numérica for- mada pelos elementos do conjunto D? Uma PA de razão −5. 22. Determinada regra matemática “transfor- ma” cada elemento do conjunto E = {1, 2, 3, 4, 5, 6, ...} em outro número, conforme mos- tra a seguinte representação: 71 R 132 E 193 G 254 R 315 A a) Qual é o resultado associado ao nú- mero 6? 37 b) Qual é o resultado associado ao nú- mero 10? 61 c) Se cada elemento do conjunto E for identificado pela letra n, e cada resul- tado for identificado pela letra p, qual será a equação matemática que rela- ciona p e n? 6n + 1 = p d) Ordenando os resultados obtidos, qual ocupará a 9a posição? 55 e) Qual é o tipo de sequência numérica formada pelos elementos do conjunto dos resultados? Uma PA de razão 6 e primeiro termo 7. 23. Na Antiguidade, era muito comum associar adivinhações a problemas matemáticos. Veja este exemplo: “Quando ia a Bagdá Encontrei um homem com 7 mulheres Cada mulher tinha 7 sacos Cada saco, 7 gatos Cada gato, 7 gatinhos. Gatinhos, gatos, sacos e mulheres Quantos iam a Bagdá?” BOOK_MAT-SPFE-2014_1S_CP_VOL1.indb 32 17/07/14 15:19 33 Matemática – 1ª série – Volume 1 Escreva uma sequência com os elementos da charada e aponte que tipo de sequência numérica é formada. (1, 7, 49, 343, 2 041). Trata-se de uma PG de razão 7. 24. um número é chamado de palíndromo quan- do é o mesmo se lido da esquerda para a di- reita ou da direita para a esquerda. Assim, os números 55, 121 e 2 002 são palíndromos. a) um conjunto A é formado por todos os números palíndromos de dois algaris- mos. Quais são os elementos de A e qual é o tipo de sequência numérica formada por esses elementos? A = {11, 22, 33, 44, …, 99}. Trata-se de uma PA de razão 11. b) um conjunto B é formado por todos os números palíndromos de três alga- rismos. Observando os elementos do conjunto B, podemos dizer que eles for- mam uma PA? justifique sua conclusão. Construindo o conjunto B = {101, 111, 121, 131, 141, 151, …}, temos a impressão de que ele é uma PA de razão 10. Contudo, escrevendo mais alguns termos na sequência (…, 171, 181, 191, 201, 211, …), observamos que, na passagem do algarismo das centenas de 1 para 2, a série de palíndromos é quebrada. A sequência dos números de três algarismos que iniciam por 2 seria: (202, 212, 222, …). O mesmo ocorrerá na passa- gem das centenas que terminam com 2 e começam com 3 (…, 292, 302, 312, …). Portanto, a sequência de palíndromos de 3 algarismos não é uma PA. Considerações sobre a avaliação O desenvolvimento apresentado nesta Situação de Aprendizagem para o tratamento das progressões priorizou dois aspectos: f a abordagem comum das PAs e PGs; f a determinação dos termos gerais das PAs ou das PGs com base na regularida- de observada nas sequências, em detri- mento do uso das conhecidas fórmulas que, em geral, os alunos decoram e usam mecanicamente. Em relação ao primeiro aspecto, relativo ao tratamento comum dos dois tipos de sequên- cias, julgamos importante que o professor le- ve-o, de fato, em consideração no momento da elaboração de avaliações, propondo, por exemplo, questões semelhantes aos proble- mas 9 e 10. É comum os alunos utilizarem as fór- mulas dos termos gerais da PA e da PG na resolução de problemas. Não há por que evitar tal conduta, mas também devem-se propor situações em que o simples uso da fórmula não conduza diretamente ao resul- tado procurado. Nesse sentido, apresenta- mos, nesta Situação de Aprendizagem, al- guns modelos, como é o caso, por exemplo, da atividade 3. Por fim, salientamos, novamente, a ne- cessidade da existência de momentos de avaliação em que os alunos possam trocar ideias com outros colegas de grupo e mes- mo consultar suas anotações. Além disso, o professor poderá pedir que os alunos de- monstrem seu conhecimento sobre o assun- to criando problemas e/ou contextos em que os conceitos possam, claramente, ser aplicados. BOOK_MAT-SPFE-2014_1S_CP_VOL1.indb 33 17/07/14 15:19 34 SITuAçãO DE APRENDIzAGEM 3 SOMA DOS TERMOS DE uMA PA Ou DE uMA PG FINITAS E APLICAçÕES À MATEMÁTICA FINANCEIRA Conteúdos e temas: progressões aritméticas (PA) e progressões geométricas (PG): termos gerais e soma dos termos; juros compostos, processos simples de capitalização e de amortização. Competências e habilidades: utilizar a linguagem matemática para expressar a regularidade dos padrões de sequências numéricas ou geométricas; aplicar conhecimentos matemáticos em situações do cotidiano financeiro; generalizar procedimentos de cálculo com base em expressões matemáticas associadas ao estudo das progressões numéricas. Sugestão de estratégias: resolução de exercícios exemplares. roteiro para aplicação da Situação de Aprendizagem 3 Esta Situação de Aprendizagem é dividida em duas etapas. A primeira etapa é composta por problemas exemplares para a construção de significados da soma dos elementos de uma sequência, e a segunda etapa é toda dirigida para a aplicação da soma de elementos de uma PA ou de uma PG em alguns casos típi- cos da Matemática Financeira. O cálculo da soma dos termos de uma PA ou de uma PG é um bom momento para se retomar e aprofundar com os alunos a noção de algoritmo em Matemática, pois podemos entender o cálculo da soma de qualquer um desses dois tipos de sequência como um cál- culo realizado a partir de certa ordenação de procedimentos que conduzem, com eficiên- cia, ao resultado procurado. No caso de uma PA do tipo (a1, a2, a3, ..., an – 3, an – 2, an – 1, an), o professor pode explorar a propriedade da equidistância dos extremos, isto é, a1 + an = a2 + an – 1 = a3 + an – 2 = ..., a fim de desenvolver estratégias para o cálculo da soma de seus termos, em um trabalho que antecede a construção e utilização da fórmula da soma dos termos de uma PA. Por exemplo, para o cálculo da soma dos 200 primeiros números naturais, indicada por: 1 + 2 + 3 + 4 + 5 + 6 + ... + 197 + 198 + + 199 + 200, o aluno pode ser auxiliado no sentido de ob- servar que 1 + 200 = 2 + 199 = 3 + 198 = 4 + 197 = = ... = 201. Nesse caso, obterá cem somas iguais a 201 e, finalmente, concluirá que S200 = 100 ⋅ 201 = = 20 100. Podemos, também, dizer que a soma dos 200 números naturais é igual ao produto de 200 por 201 2 , ou seja, o produto de 200 BOOK_MAT-SPFE-2014_1S_CP_VOL1.indb
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