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MATEMÁTICA Central de Atendimento: (91) 3278-5713 / 8163-1764 ou pelo site: www.apostilasautodidata.com.br Página 1 REPRESENTAÇÂO DOS CONJUNTOS Os conjuntos são representados por letras maiúsculas e os elementos do mesmo são representados entre chaves. Assim, teríamos: O conjunto das letras do nosso alfabeto; L= {a, b, c, d,..., z}. O conjunto dos dias da semana: S= {segunda, terça,... domingo}. A representação de conjuntos pode ser feita de três maneiras: 1º - Por extensão Um conjunto pode ser descrito por extensão: quando o número dos seus elementos for finito e suficientemente pequeno enumerando explicitamente todos os seus elementos colocados entre chaves e separados por vírgulas. Exemplos: A = {Janeiro, Fevereiro, Março, Abril,..., Novembro, Dezembro} - Conjunto dos meses do ano. V = {a, e, i, o, u} - Conjunto das vogais. P = {2, 4, 6, 8, 10, 12,…} Conjunto dos números pares positivos. 2º - Por compreensão: Um conjunto é representado por compreensão quando: é enunciada uma propriedade característica dos seus elementos. Isto é, uma propriedade que os seus e só os seus elementos possuam. Exemplos: B(meses do ano) C= {letras do alfabeto} D= {os meus CDs de música} P = {p ∊ N: p = 2q para algum q ∊ N} Q = {x ∊ N: x é primo} R = {x: x é um número natural par e positivo} 3º - Por diagramas (diagramas de Venn) Conjunto unitário É o conjunto que possui um único elemento. Assim, teríamos: A= {fevereiro}, B = {Número primo que é par}. Conjunto vazio É o conjunto que não possui elementos. É representado por: {} ou Ø Assim teríamos: A= {} ou A = Ø RELAÇÃO DE INCLUSÃO – SUBCONJUNTOS Seja por exemplo, o conjunto das letras do nosso alfabeto: B = {a, b, c, d, e, f, g, h, i, j,..., z} Vemos que B é formado por um conjunto de vogais (V) e um conjunto de consoantes (C). Logo poderíamos dizer que o conjunto das vogais faz parte do conjunto das letras do nosso alfabeto, e indica-se por: V ⊂ B ou B ⊃ V Assim se lê cada um dos dois símbolos: ⊂ ..... “Está contido em” ⊃ ..... “Contém” Em caso contrário indicaríamos por: ⊄ ..... “Não está contido em” ⊅ ..... “Não contém” A ⊂ B ⇔ (∀ x) (x ∊ A⇒ X ∊ B) MATEMÁTICA Central de Atendimento: (91) 3278-5713 / 8163-1764 ou pelo site: www.apostilasautodidata.com.br Página 2 Observação importante: O conjunto vazio é o único conjunto que é subconjunto de qualquer conjunto RELAÇÃO DE IGUALDADE Dois conjuntos, M e N, dizem-se iguais quando todo elemento de M pertence a N, e todo elemento de N pertence a M, ou seja, M é subconjunto de N e N é subconjunto de M. Logo: Se M ⊂ N e M ⊃ N → M=N Exemplificando teríamos: M = {Márcia, Maria, Fábio} N = {Fábio, Maria, Márcia} Podemos ver que os elementos de M estão em N e que o mesmo acontece com os elementos de N, então podemos dizer que M=N. CONJUNTO UNIVERSO REPRESENTAÇÃO DE VENN Seja por exemplo, o conjunto dos dias da semana que começam com S. Logo: S={ segunda-feira, sexta-feira, sábado} Podemos verificar que esse conjunto é um subconjunto do conjunto D dos dias da semana. D={Terça-feira, quarta-feira, Quinta-feira, Domingo} Um modo prático e fácil de ilustrar este conjunto é representando-o através de REPRESENTAÇÃO DE VENN. Consiste em representar os elementos de um conjunto internamente a um retângulo (geralmente) e os elementos dos subconjuntos, limitados por uma linha fechada e não entrelaçada. Assim teríamos: OPERAÇÕES ENTRE CONJUNTOS 1) INTERSECÇÃO DE CONJUNTOS: ∩ É a operação que permite determinar conjunto dos elementos comuns a dois ou mais conjuntos. Indicação: ∩ Sejam dados: A={ 1, 2, 3, 4} e B={0, 1, 3 , 5} Temos: A ∩ B = { 1, 2, 3, 4} ∩ {0, 1, 3 , 5} = {1, 3 } A ∩ B = {x/ x ∊ A e x ∊ B} 2) UNIÃO DE CONJUNTOS: U É a operação que permite determinar o conjunto de todos os elementos pertencentes a dois ou mais conjuntos. Sejam dados: A = { 1, 2, 3, 4} e B = { 0, 1, 3, 5} temos: A U B = { 1, 2, 3, 4} U { 0, 1, 3, 5} = { 0, 1, 2, 3, 4, 5} Esquemáticamente teríamos: MATEMÁTICA Central de Atendimento: (91) 3278-5713 / 8163-1764 ou pelo site: www.apostilasautodidata.com.br Página 3 A U B = {x/ x ∊ A ou x ∊ B} RELAÇÕES DE PERTINÊNCIA E INCLUSÃO Quando um elemento está em um conjunto, dizemos que ele pertence a esse conjunto. Exemplos: F = {0, 2, 4, 6, 8, ...} - lê-se: 2 pertence a F. - lê-se: 3 não pertence a F. Já entre conjuntos, é errado usar a relação de pertinência. Assim, utilizamos as relações de inclusão. G = {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, ...} - lê-se: F está contido em G. - lê-se: G não está contido em F. - lê-se: G contém F. As principais operações com conjuntos são: União Exemplo: dados A = {0, 1, 2, 3} e B = {2, 3, 4, 5}, a união é o conjunto formado pela reunião dos elementos de A e de B. Representação: A B = {0, 1, 2, 3, 4, 5}. Exemplo: dados A = {0, 1, 2, 3} e B = {2, 3, 4, 5}, a diferença entre A e B é o conjunto formado pelos elementos exclusivos de A, isto é, retira-se de A o que for comum com B. Representação: A - B = {0, 1}. CUIDADO: há um engano muito comum nessa operação, que é pensar em todos os elementos que aparecem, menos os repetidos, ou seja, achar que a diferença seria dada, nesse exemplo, por {0, 1, 4, 5}. Intersecção Exemplo: dados A = {0, 1, 2, 3} e B = {2, 3, 4, 5}, a intersecção é o conjunto formado pelos elementos comuns de A e B, isto é, pelos elementos "repetidos". Representação: A B = { 2, 3}. Produto Cartesiano Exemplo: dados os conjuntos A = {1, 2, 3, 4} e B = {3, 4, 5}, o produto cartesiano de A por B é o conjunto formado por todos os pares possíveis formados com os elementos de A e de B. Esses pares são chamados de ordenados, pois cada um é formado por um elemento de A e um elemento de B, nessa ordem. Representação: ou ou ainda no Plano Cartesiano: MATEMÁTICA Central de Atendimento: (91) 3278-5713 / 8163-1764 ou pelo site: www.apostilasautodidata.com.br Página 4 Complementar É uma modalidade de diferença de conjuntos, que ocorre quando um conjunto está contido em outro. Exemplo: dados A = {0, 1, 2, 3} e B = {2, 3}, o complementar de B em A é a diferença A - B. Representação: CAB = A - B = {0, 1}. Já o complementar de A em B é a diferença B - A. Representação: CBA = B - A= { }. Cardinalidade Cardinalidade é o número de elementos do conjunto. Representação: n(A) = 3 - (o número de elementos do conjunto A = {0, 1, 3} é 3) Cardinalidade da união: n(A B) = n(A) + n(B) - n(A " B) O número de elementos da união de dois conjuntosé igual à soma do número de elementos de cada conjunto, menos a quantidade de elementos repetidos. NÚMEROS REAIS O conjunto dos números reais, por definição, é formado pela união dos números racionais com os irracionais. Vejamos, a seguir, cada um destes conjuntos numéricos. 1. CONJUNTO DOS NÚMEROS NATURAIS (N) N = {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7,...} 2. CONJUNTO DOS NÚMEROS INTEIROS (Z) O conjunto dos números naturais reunidos com os números inteiros negativos forma o Conjunto dos Números Inteiros Relativos. Z = {... –4, –3, –2, –1, 0, 1, 2, 3, 4...} OBS: O uso do asterisco (*) junto ao símbolo de um conjunto numérico qualquer que compreenda originalmente o elemento zero, indica que este elemento foi retirado do conjunto. Ex: N* = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7,...} Z* = {... –4, –3, –2, –1, 1, 2, 3, 4...} 3. CONJUNTO DOS NÚMEROS RACIONAIS (Q) É o conjunto dos números que podem ser escritos em forma de fração. A letra “Q” que representa o conjunto dos números racionais vem da palavra quociente, isto é, um número racional é o resultado do quociente (divisão) entre dois números inteiros. Q = {x x = a , sendo a Є Z e b Є Z*} b Na divisão entre dois números inteiros, podem ocorrer três resultados: número inteiro, número decimal com casas decimais finitas, ou dízimas periódicas. 3.1. Números Inteiros O número inteiro é racional, uma vez que pode ser o resultado de uma divisão de dois números inteiros e, portanto, pela definição, faz parte do conjunto dos racionais. Ex: 15 = 3, 8 = 4, –16 = –4, 21 = –7 5 2 4 –3 3.2. Números Decimais Finitos Todos os números em sua forma decimal, que contenham uma quantidade finita de algarismos após a vírgula, também são resultado de uma fração entre dois números inteiros. Ex: 3 = 1,5 5 = 0,5 326 = 0,326 1 = 0,125 2 10 1000 8 3.3. Dízimas Periódicas São números decimais com uma infinidade de números após a vírgula, os quais se repetem. A parte que se repete é chamada de período. Estes números também resultam de uma fração entre dois inteiros. Ex: 2/9 = 0,222..., 1/3 = 0,3333..., 2/3= 0,6666... 4. CONJUNTO DOS NÚMEROS IRRACIONAIS (I) I = {x x não é quociente de números inteiros} MATEMÁTICA Central de Atendimento: (91) 3278-5713 / 8163-1764 ou pelo site: www.apostilasautodidata.com.br Página 5 Q Z I N São os números decimais que possuem infinitos algarismos após a vírgula sem formar um período. Ex: √2 = 1,41421356... = 3,1415926535... 5. CONJUNTO DOS NÚMEROS REAIS (R) É a união dos conjuntos dos números Racionais (Q) com o conjunto dos números Irracionais (I). R = Q I N Z Q R I R Q R Podemos dizer que existe uma correspondência biunívoca entre os números reais e os pontos de uma reta. Temos assim a reta real, na qual colocamos apenas alguns números reais: OPERAÇÕES COM NÚMEROS REAIS Operações com Números Racionais A adição (soma) A adição é uma das quatro operações básicas da álgebra. Consiste em combinar dois números (chamados de termos, somandos ou parcelas) em um único número, a soma. Para se adicionar mais números, basta repetir a operação. Em termos mais simples, podemos pensar na operação de adição quando nosso desejo é juntar coisas que estão separadas. ADIÇÃO DE NÚMEROS INTEIROS Em um colégio, existem 3 turmas. A primeira turma tem 14 alunos, a segunda tem 19 alunos e a terceira tem 15 alunos. Quantos alunos o colégio possui? Para determinarmos a quantidade de alunos que o colégio possui, basta juntarmos os alunos de todas as turmas. Isto é: somar a quantidade de alunos de cada turma. 14 + 19 + 15 = 48 Portanto, existem 48 alunos neste colégio. ADIÇÃO DE NÚMEROS DECIMAIS Em seu aniversário de 7 anos, Leonardo recebeu presentes em dinheiro. Seu pai lhe deu R$ 15,50, sua mãe R$ 7,65 e seu irmão R$ 8,28. Qual o valor total recebido por Leonardo? Para calcularmos o valor total recebido por Leonardo, basta somarmos todos os valores recebidos. Para realizar a adição de números decimais, as parcelas são dispostas de modo que se tenha vírgula sobre vírgula. A soma é feita por colunas, da direita para a esquerda. Caso a soma da coluna ultrapasse o valor 9 (nove), somente preencheremos o campo de resultado com o dígito direito do resultado obtido. Os dígitos restantes ficarão acima da coluna imediatamente à esquerda da coluna somada. No caso da coluna somada ser a última, todos os dígitos poderão ser incluídos no campo de resultado. Neste exemplo, a primeira coluna a ser somada tem os seguintes valores: 0, 5 e 8. Portanto, 0 + 5 + 8 = 13. Como o resultado ultrapassou o valor 9, preencheremos o campo de resultado somente com o o dígito direito do resultado obtido (neste caso, o número 3). O dígito 1 será incluído acima da coluna imediatamente à esquerda da coluna calculada. Na segunda coluna, os valores a serem somados incluem o número 1 colocado acima desta coluna. Portanto, 1 + 5 + 6 + 2 = 14. O mesmo procedimento é utilizado até calcularmos todas as colunas, obtendo-se assim a soma desejada. Com este resultado, sabemos que o valor total recebido por Leonardo é R$ 31,43. ADIÇÃO DE NÚMEROS FRACIONÁRIOS Podemos definir as frações como partes de um todo. Por exemplo, teremos de uma pizza se dividirmos esta pizza em 8 pedaços iguais e MATEMÁTICA Central de Atendimento: (91) 3278-5713 / 8163-1764 ou pelo site: www.apostilasautodidata.com.br Página 6 tomarmos 3 destas partes. Também definimos a fração como o resultado da divisão de dois números. Por exemplo, a fração é o resultado da divisão de 3 por 8. Para somar frações que tenham o mesmo denominador, basta somar seus numeradores, como no exemplo abaixo: No caso de frações com denominadores diferentes, devemos seguir alguns passos. Para entendermos este processo, calcularemos a seguinte soma de frações: 1.º Passo: Encontrar um número que seja múltiplo de todos os denominadores (para isto, podemos utilizar o M.M.C., que será detalhado em outro tópico). Este número será o novo denominador. Podemos utilizar, neste exemplo, o número 30 como múltiplo de todos os denominadores. 2.º Passo: Representar todas as frações da adição com este mesmo denominador. Para representar cada fração com este novo denominador, basta dividirmos este novo denominador pelo numerador da fração, e então multiplicar o resultado obtido pelo numerador desta mesma fração, obtendo assim o novo numerador desta fração. Nas frações de nosso exemplo as contas são: 30 ÷ 3 × 7 = 70, 30 ÷ 2 × 4 = 60 e 30 ÷ 5 × 4 = 24. Portanto, temos: Apenas simplificando, temos: Propriedades Importantes da Adição Comutatividade: A ordem das parcelas não altera o resultado final da operação. Assim, se x + y = z, logo y + x = z. Associatividade: O agrupamento das parcelas não altera o resultado. Assim, se (x + y) + z = w, logo x + (y +z) = w. Elemento Neutro: A parcela 0 (zero) não altera o resultado das demais parcelas. O zero é chamado "elemento neutro" da adição. Assim, se x + y = z, logo x + y + 0 = z. Fechamento: A soma de dois números naturais será sempre um número natural. Anulação: A soma de qualquer número e o seu oposto é zero. Exemplo: 2 + (-2) = 0. A SUBTRAÇÃO A subtração pode ser considerada como o oposto da adição. Pensamos em subtração quando queremos tirar um valor de outro, para saber quanto restará. Por exemplo, temos: a - b = c Nesta subtração, temos que: a é o minuendo, b é o subtraendo e c é a diferença (ou resto). Subtração de Números Inteiros Um carteiro, de nome Francisco, deve entregar 100 correspondências por dia. Se em determinado dia, até seu almoço, Francisco entregar 63 correspondências, quantas ele deverá entregar após o almoço para atingir sua meta? Para determinarmos a quantidade de correspondências que devem ser entregues após o almoço, devemos subtrair o número de correspondências já entregues. Ou seja, subtrair 63 de 100: 100 - 63 = 37 Portanto, Francisco deverá entregar 37 correspondências após o almoço. Subtração de Números Decimais Marta foi à feira e levou R$ 43,50. Durante suas compras, Marta gastou 31,23. Com quanto dinheiro Marta voltou para casa? Para calcularmos o valor restante, basta subtrairmos o valor gasto do valor inicial. Para realizar a subtração de números decimais, as parcelas são dispostas de modo que se tenha vírgula sobre vírgula. A subtração é feita por colunas, da direita para a esquerda, onde devemos retirar do dígito do minuendo o dígito do subtraendo. Caso o dígito do minuendo seja menor do que o dígito do subtraendo, devemos retirar uma unidade do dígito do minuendo imediatamente à esquerda do dígito que está sendo calculado, e somar 10 (dez) ao dígito do minuendo do cálculo atual. Neste exemplo, a primeira coluna a ser subtraída apresenta os seguintes valores: 0 (dígito do minuendo) e 3 (dígito do subtraendo). Como o dígito do minuendo é menor que o dígito do subtraendo, precisamos retirar 1 (um) do dígito do minuendo à esquerda (neste caso, o dígito 5). Após isto, devemos somar 10 (dez) ao dígito do minuendo do cálculo atual. Portanto, o dígito 5 passa a valer 4, e o dígito 0 MATEMÁTICA Central de Atendimento: (91) 3278-5713 / 8163-1764 ou pelo site: www.apostilasautodidata.com.br Página 7 passa a valer 10. Veja abaixo como ficou a subtração após o cálculo da primeira coluna: O mesmo procedimento é utilizado até calcularmos todas as colunas, obtendo-se assim a subtração desejada. Com este resultado, sabemos que Marta voltou para casa com R$ 12,27. SUBTRAÇÃO DE NÚMEROS FRACIONÁRIOS Para subtrair frações que tenham o mesmo denominador, basta subtrair seus numeradores, como no exemplo abaixo: No caso de frações com denominadores diferentes, devemos seguir alguns passos. Para entendermos este processo, calcularemos a seguinte subtração de frações: 1.º Passo: Encontrar um número que seja múltiplo de todos os denominadores (para isto, podemos utilizar o M.M.C., que será detalhado em outro tópico). Este número será o novo denominador. Podemos utilizar, neste exemplo, o número 30 como múltiplo de todos os denominadores. 2.º Passo: Representar todas as frações da subtração com este mesmo denominador. Para representar cada fração com este novo denominador, basta dividirmos este novo denominador pelo numerador da fração, e então multiplicar o resultado obtido pelo numerador desta mesma fração, obtendo assim o novo numerador desta fração. Nas frações de nosso exemplo as contas são: 30 ÷ 15 × 13 = 26 e 30 ÷ 2 × 1 = 15. Portanto, temos: Propriedades Importantes da Subtração 3) Elemento Neutro: A parcela 0 (zero) não altera o resultado das demais parcelas. O zero é chamado "elemento neutro" da adição. Assim, x - 0 = x, y - 0 = y e x - 0 - y = x - y. 4) Fechamento: A diferença de dois números naturais será sempre um número natural. 5) Anulação: Quando o minuendo é igual ao subtraendo, a diferença será 0 (zero). Exemplo: 2 - 2 = 0. A MULTIPLICAÇÃO Em sua forma mais simples, a multiplicação nada mais é do que uma simples forma de se somar uma quantidade finita de números iguais. Na multiplicação cada número é chamado de fator, e o resultado da multiplicação é chamado de produto. A multiplicação pode ser escrita de diversas formas, todas elas equivalentes: 3 × 4 = 3 . 4 = 3 * 4. Multiplicação de Números Inteiros A multiplicação de números inteiros pode ser considerada como uma soma de parcelas iguais. Por exemplo: 4 × 3 = 3 + 3 + 3 + 3 = 12 O número 3 apareceu 4 vezes. Portanto, 4 vezes 3 é igual a 12. Da mesma forma temos: 3 × 4 = 4 + 4 + 4 = 12 Neste caso, o número 4 apareceu 3 vezes. Então, 3 vezes 4 é igual a 12. Problema: Sabemos que Patrícia treina natação durante 45 horas a cada mês. Quantas horas Patrícia treina durante um ano? Para determinarmos quantas horas de treinamento Patrícia realiza em um ano, devemos multiplicar a quantidade de horas de treinamento em um mês (15) pela quantidade de meses em um ano (12). Temos, portanto, a seguinte multiplicação a ser realizada: 15 × 12. Para realizarmos a multiplicação, montamos a conta da seguinte maneira: Da direita para esquerda, devemos multiplicar cada dígito do segundo fator por todos os dígitos do primeiro fator. A disposição do resultado se dará da direita para a esquerda, iniciando-se abaixo do dígito do segundo fator que está sendo calculado. Caso a multiplicação de dois dígitos ultrapasse o valor 9 (nove), somente preencheremos o campo de resultado com o dígito direito do resultado obtido. Os dígitos restantes ficarão acima MATEMÁTICA Central de Atendimento: (91) 3278-5713 / 8163-1764 ou pelo site: www.apostilasautodidata.com.br Página 8 do dígito do primeiro fator, imediatamente à esquerda do dígito calculado. No caso do dígito da esquerda do primeiro fator, todos os dígitos poderão ser incluídos no campo de resultado. Neste exemplo, temos a seguinte multiplicação: 2 × 5 = 10. Portanto, o 0 (zero) fica abaixo do 2, e o 1 fica acima do dígito 1 do primeiro fator. Quando o dígito do primeiro fator estiver sendo multiplicado e tiver herdado um número acima, será feita a multiplicação normalmente, e após isto será somado o valor que estiver acima deste dígito, conforme mostra o exemplo abaixo, onde 2 × 1 + 1 = 3 Decomposição em fatores primos Todo número natural, maior que 1, pode ser decomposto num produto de dois ou mais fatores. Decomposição do número 24 num produto: 24 = 4 x 6 24 = 2 x 2 x 6 24 = 2 x 2 x 2 x 3 = 2 3 x 3 No produto 2 x 2 x 2 x 3 todos os fatores são primos. Chamamos de fatoração de 24 a decomposição de 24 num produto de fatores primos. Então a fatoração de 24 é 2 3 x 3. De um modo geral, chamamos de fatoração de um número natural, maior que 1, a sua decomposição num produto de fatores primos. Regra prática para a fatoração Existe um dispositivo prático para fatorar um número. Acompanhe, no exemplo, os passos para montar esse dispositivo: 1º) Dividimos o número pelo seu menor divisor primo;2º) a seguir, dividimos o quociente obtido pelo menor divisor primo desse quociente e assim sucessivamente até obter o quociente 1. A figura ao lado mostra a fatoração do número 630. Então 630 = 2 x 3 x 3 x 5 x 7. 630 = 2 x 3 2 x 5 x 7. MÍNIMO MÚLTIPLO COMUM Diz-se que um número m é múltiplo comum dos número a e b se m é múltiplo de a e também é múltiplo de b, ou seja. m = k × a e m = w × b onde k e w números naturais. Exemplos: Múltiplos comuns (a) 24 é múltiplo comum de 6 e 8. (b) 15 é múltiplo comum de 3 e 5. Determinaremos agora todos os números que tem 18 como múltiplo comum, o que é o mesmo que obter todos os divisores naturais de 18. 18 é múltiplo comum de 1 e 18 pois 18=1x18 18 é múltiplo comum de 2 e 9 pois 18=2x9 18 é múltiplo comum de 3 e 6 pois 18=3x6 O número 18 é múltiplo comum de todos os seus divisores, logo: D(18) = { 1, 2, 3, 6, 9,18 } Agora obteremos os múltiplos comuns dos números a e b. Para isso denotaremos por M(a) o conjunto dos múltiplos de a, por M(b) o conjunto dos múltiplos de b e tomaremos a interseção entre os conjuntos M(a) e M(b). Exemplo: Múltiplos comuns de 3 e 5. M(3)={0,3,6,9,12,15,18,21,24,27,30,33,36,39, 42,45,...} M(5)={0,5,10,15,20,25,30,35,40,45,50,55,...} M(3) M(5)={0,15,30,45,...} Como estamos considerando 0 (zero) como número natural, ele irá fazer parte dos conjuntos de todos os múltiplos de números naturais e será sempre o menor múltiplo comum, mas por definição, o Mínimo Múltiplo Comum (MMC) de dois ou mais números naturais é o menor múltiplo comum a esses números que é diferente de zero. Logo, no conjunto: M(3) M(5)={0, 15, 30, 45, ...} MATEMÁTICA Central de Atendimento: (91) 3278-5713 / 8163-1764 ou pelo site: www.apostilasautodidata.com.br Página 9 o Mínimo Múltiplo Comum entre 3 e 5 é igual a 15. Ao trabalhar com dois números a e b, utilizamos a notação MMC(a,b) para representar o Mínimo Múltiplo Comum entre os números naturais a e b, lembrando sempre que o menor múltiplo comum deve ser diferente de zero. Por exemplo: M(4)={0,4,8,12,16,20,24,...} M(6)={ 0, 6, 12, 18, 24, ...} MMC(4,6)=min {12,24,36,...}=12 O conjunto dos múltiplos do MMC(a,b) é igual ao conjunto dos múltiplos comuns de a e b. Por exemplo, se a=3 e b=5: M(3)={0,3,6,9,12,15,18,21,24,27,30,...} M(5)={0,5,10,15,20,25,30,35,40,45,...} M(3) M(5)={0,15,30,45,...} M(15)={0,15,30,45,60,...} Observe que M(15)=M(3) M(5) Método prático para obter o MMC Do ponto de vista didático, o processo acima é excelente para mostrar o significado do MMC mas existe um método prático para realizar tal tarefa sem trabalhar com conjuntos. 1. Em um papel faça um traço vertical, de forma que sobre espaço livre tanto à direita como à esquerda do traço. | | | 2. À esquerda do traço escreva os números naturais como uma lista, separados por vírgulas, para obter o MMC(a,b,c,...). Por exemplo, tomaremos 12, 22 e 28 do lado esquerdo do traço vertical e do lado direito do traço poremos o menor número primo que divide algum dos números da lista que está à esquerda. Aqui usamos o 2. 1 2 2 2 2 8 | 2 | | 3. Dividimos todos os números da lista da esquerda, que são múltiplos do número primo que está à direita do traço, criando uma nova lista debaixo da lista anterior com os valores resultantes das divisões (possíveis) e com os números que não foram divididos. 1 2 2 2 2 8 | 2 6 1 1 1 4 | | | 4. Repetimos a partir do passo 3 até que os valores da lista que está do lado esquerdo do traço se tornem todos iguais a um. 1 2 2 2 2 8 | 2 6 1 1 1 4 | 2 3 1 1 7 | 3 1 1 1 7 | 7 1 1 1 1 | 1 1 1 1 1 | 9 24 5. O MMC é o produto dos números primos que colocamos do lado direito do traço e neste caso: MMC(12,22,28)=924. Exemplo: Obtemos o MMC dos números 12 e 15, com a tabela: MATEMÁTICA Central de Atendimento: (91) 3278-5713 / 8163-1764 ou pelo site: www.apostilasautodidata.com.br Página 10 1 2 1 5 | | e depois dividimos todos os números da lista da esquerda pelos números primos (quando a divisão for possível), criando novas listas sob as listas anteriores. O MMC(12,15)=60 é o produto de todos os números primos que colocamos do lado direito do traço. 1 2 1 5 2 6 1 5 2 3 1 5 3 1 5 5 1 1 6 0 MÁXIMO DIVISOR COMUM Para obter o Máximo Divisor Comum devemos introduzir o conceito de divisor comum a vários números naturais. Um número d é divisor comum de outros dois números naturais a e b se, d divide a e d divide b simultaneamente. Isto significa que devem existir k1 e k2 naturais tal que: a = k1 × d e b = k2 × d Exemplos: Divisores comuns. (a) 8 divide 24 e 56, pois 24=3x8 e 56=7x8. (b) 3 divide 15 e 36, pois 15=5x3 e 36=12x3. Observação: Um número d é divisor de todos os seus múltiplos. O conjunto dos divisores comuns de dois números é finito, pois o conjunto dos divisores de um número é finito. O conjunto dos divisores de um número natural y, será denotado por D(y). Obteremos agora os divisores comuns aos números 16 e 24, isto é, obteremos a interseção entre os conjunto D(16) e D(24). D(16)={ 1, 2, 4, 8, 16 } D(24)={ 1, 2, 3, 4, 6, 8, 12, 24 } D(16) D(24)={1, 2, 4, 8} Ocorre que o menor divisor comum entre os números 16 e 24, é 1, assim não interessa o menor divisor comum mas sim o maior divisor que pertence simultaneamente aos dois conjuntos de divisores. Denotaremos por MDC(a,b), o Máximo Divisor Comum entre os números naturais a e b. Por exemplo, tomemos os conjuntos de divisores D(16)={1,2,4,8,16} e D(24)={1,2,3,4,6,8,12,24}, então: MDC(16,24)=max( D(16) D(24))=8 Método prático para obter o MDC De forma similar ao cálculo do MMC(a,b), temos também um procedimento prático para determinar o MDC(a,b) entre dois números naturais, pois encontrar conjuntos de divisores para cada número pode ser trabalhoso. Para introduzir este método, determinaremos o MDC entre os números 30 e 72, a título de exemplo. 1. Construímos uma grade com 3 linhas e algumas colunas, pondo os números dados na linha do meio. Na primeira coluna coloque o maior deles e na segunda coluna o menor. 7 2 3 0 2. Realizamos a divisão do maior pelo menor colocando o quociente no espaço sobre o número menor na primeira linha e o resto da divisão no espaço logo abaixo do maior número na terceira linha. 2 7 2 3 0 1 2 3. Passamos o resto da divisão para o espaço localizado à direita do menor número na linha central. MATEMÁTICA Central de Atendimento: (91) 3278-5713 / 8163-1764 ou pelo site: www.apostilasautodidata.com.br Página 11 2 7 2 3 0 1 2 1 2 4. Realizamos agora a divisão do número 30, pelo resto obtido anteriormente que é12. Novamente, o quociente será colocado sobre o número 12 e o resto da divisão ficará localizado abaixo do número 30. 2 2 7 2 3 0 1 2 1 2 6 5. Realizamos agora a (última!) divisão do número 12, pelo resto obtido anteriormente que é 6. De novo, o quociente será posto sobre o número 6 e o resto da divisão ficará localizado abaixo do número 12. 2 2 2 7 2 3 0 1 2 6 1 2 6 0 6. Como o resto da última divisão é 0 (zero), o último quociente obtido representa o MDC entre 30 e 72, logo denotamos tal fato por: MDC(30,72) = 6 RELAÇÃO ENTRE O MMC E MDC Uma relação importante e bastante útil entre o MMC e o MDC é o fato que o MDC(a,b) multiplicado pelo MMC(a,b) é igual ao produto de a por b, isto é: MDC(a,b) × MMC(a,b) = a × b MDC(12,15) × MMC(12,15)=12 × 15 Esta relação é útil quando precisamos obter o MMC e o MDC de dois números, basta encontrar um deles e usar a relação acima. Exemplo: Para obter o MMC(15,20) e o MDC(15,20), o primeiro passo é obter o que for possível. Se MDC(15,20)=5 e 15 x 20=300, basta lembrar que MDC(15,20)×MMC(15,20)=15×20 e fazer: 5 × MMC(15,20) = 300 de onde se obtém que MMC(15,20)=60. O CONJUNTO DOS NÚMEROS INTEIROS números inteiros Na época do Renascimento, os matemáticos sentiram cada vez mais a necessidade de um novo tipo de número, que pudesse ser a solução de equações tão simples como: x + 2 = 0, 2x + 10 = 0, 4y + 4 = 0 As Ciências precisavam de símbolos para representar temperaturas acima e abaixo de 0º C, por exemplo. Astrônomos e físicos procuravam uma linguagem matemática para expressar a atração entre dois corpos. Quando um corpo age com uma força sobre outro corpo, este reage com uma força de mesma intensidade e sentido contrário. Mas a tarefa não ficava somente em criar um novo número, era preciso encontrar um símbolo que permitisse operar com esse número criado, de modo prático e eficiente. Sobre a origem dos sinais A idéia sobre os sinais vem dos comerciantes da época. Os matemáticos encontraram a melhor notação para expressar esse novo tipo de número. Veja como faziam tais comerciantes: Suponha que um deles tivesse em seu armazém duas sacas de feijão com 10 kg cada. Se esse comerciante vendesse num dia 8 Kg de feijão, MATEMÁTICA Central de Atendimento: (91) 3278-5713 / 8163-1764 ou pelo site: www.apostilasautodidata.com.br Página 12 ele escrevia o número 8 com um traço (semelhante ao atual sinal de menos) na frente para não se esquecer de que no saco faltava 8 Kg de feijão. Mas se ele resolvesse despejar no outro saco os 2 Kg que restaram, escrevia o número 2 com dois traços cruzados (semelhante ao atual sinal de mais) na frente, para se lembrar de que no saco havia 2 Kg de feijão a mais que a quantidade inicial. Com essa nova notação,os matemáticos poderiam, não somente indicar as quantidades, mas também representar o ganho ou a perda dessas quantidades, através de números, com sinal positivo ou negativo. O conjunto Z dos Números Inteiros Definimos o conjunto dos números inteiros como a reunião do conjunto dos números naturais, o conjunto dos opostos dos números naturais e o zero. Este conjunto é denotado pela letra Z (Zahlen=número em alemão). Este conjunto pode ser escrito por: Z = {..., -4, -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, 4,...} Exemplos de subconjuntos do conjunto Z (a) Conjunto dos números inteiros excluído o número zero: Z* = {..., -4, -3, -2, -1, 1, 2, 3, 4,...} (b) Conjunto dos números inteiros não negativos: Z+ = {0, 1, 2, 3, 4,...} (c) Conjunto dos números inteiros não positivos: Z- = {..., -4, -3, -2, -1, 0} Observação: Não existe padronização para estas notações. Reta Numerada Uma forma de representar geometricamente o conjunto Z é construir uma reta numerada, considerar o número 0 como a origem e o número 1 em algum lugar, tomar a unidade de medida como a distância entre 0 e 1 e por os números inteiros da seguinte maneira: Ao observar a reta numerada notamos que a ordem que os números inteiros obedecem é crescente da esquerda para a direita, razão pela qual indicamos com uma seta para a direita. Esta consideração é adotada por convenção, o que nos permite pensar que se fosse adotada outra forma, não haveria qualquer problema. Baseando-se ainda na reta numerada podemos afirmar que todos os números inteiros possuem um e somente um antecessor e também um e somente um sucessor. Ordem e simetria no conjunto Z O sucessor de um número inteiro é o número que está imediatamente à sua direita na reta (em Z) e o antecessor de um número inteiro é o número que está imediatamente à sua esquerda na reta (em Z). Exemplos: (a) 3 é sucessor de 2 (b) 2 é antecessor de 3 (c) -5 é antecessor de -4 (d) -4 é sucessor de -5 (e) 0 é antecessor de 1 (f) 1 é sucessor de 0 (g) -1 é sucessor de -2 (h) -2 é antecessor de -1 Todo número inteiro exceto o zero, possui um elemento denominado simétrico ou oposto -z e ele é caracterizado pelo fato geométrico que tanto z como - z estão à mesma distância da origem do conjunto Z que é 0. Exemplos: (a) O oposto de ganhar é perder, logo o oposto de +3 é -3. (b) O oposto de perder é ganhar, logo o oposto de -5 é +5. Módulo de um número Inteiro O módulo ou valor absoluto de um número Inteiro é definido como sendo o maior valor (máximo) entre um número e seu elemento oposto e pode ser denotado pelo uso de duas barras verticais | |. Assim: |x| = max{-x,x} Exemplos: (a) |0| = 0 (b) |8| = 8 (c) |-6| = 6 Observação: Do ponto de vista geométrico, o módulo de um número inteiro corresponde à distância deste número até a origem (zero) na reta numérica inteira. Soma (adição) de números inteiros MATEMÁTICA Central de Atendimento: (91) 3278-5713 / 8163-1764 ou pelo site: www.apostilasautodidata.com.br Página 13 Para melhor entendimento desta operação, associaremos aos números inteiros positivos a idéia de ganhar e aos números inteiros negativos a idéia de perder. ganhar 3 + ganhar 4 = ganhar 7 (+3) + (+4) = (+7) perder 3 + perder 4 = perder 7 (-3) + (-4) = (-7) ganhar 8 + perder 5 = ganhar 3 (+8) + (-5) = (+3) perder 8 + ganhar 5 = perder 3 (-8) + (+5) = (-3) Atenção: O sinal (+) antes do número positivo pode ser dispensado, mas o sinal (-) antes do número negativo nunca pode ser dispensado. Exemplos: (a) -3 + 3 = 0 (b) +6 + 3 = 9 (c) +5 - 1 = 4 Propriedades da adição de números inteiros Fecho: O conjunto Z é fechado para a adição, isto é, a soma de dois números inteiros ainda é um número inteiro. Associativa: Para todos a,b,c em Z: a + ( b + c ) = ( a + b ) + c 2 + ( 3 + 7 ) = ( 2 + 3 ) + 7 Comutativa: Para todos a,b em Z: a + b = b + a 3 + 7 = 7 + 3 Elemento neutro: Existe 0 em Z, que adicionado a cada z em Z, proporciona o próprio z, isto é: z + 0 = z 7 + 0 = 7 Elemento oposto: Para todo z em Z, existe (-z) em Z, tal que z + (-z) = 0 9 + (-9) = 0 Multiplicação (produto) de números inteiros A multiplicação funciona como uma forma simplificada de uma adição quando os números são repetidos. Poderiamos analisar tal situação como o fato de estarmosganhando repetidamente alguma quantidade, como por exemplo, ganhar 1 objeto por 30 vezes consectivas, significa ganhar 30 objetos e esta repetição pode ser indicada por um x, isto é: 1 + 1 + 1 + ... + 1 + 1 = 30 x 1 = 30 Se trocarmos o número 1 pelo número 2, obteremos: 2 + 2 + 2 + ... + 2 + 2 = 30 x 2 = 60 Se trocarmos o número 2 pelo número -2, obteremos: (-2) + (-2) + ... + (-2) = 30 x (-2) = -60 Observamos que a multiplicação é um caso particular da adição onde os valores são repetidos. Na multiplicação o produto dos números a e b, pode ser indicado por axb, a.b ou ainda ab sem nenhum sinal entre as letras. Para realizar a multiplicação de números inteiros, devemos obedecer à seguinte regra de sinais: (+1) × (+1) = (+1) (+1) × (-1) = (-1) (-1) × (+1) = (-1) (-1) × (-1) = (+1) Com o uso das regras acima, podemos concluir que: Sinais dos números Resultado do produto iguais positivo diferentes negativo Propriedades da multiplicação de números inteiros Fecho: O conjunto Z é fechado para a multiplicação, isto é, a multiplicação de dois números inteiros ainda é um número inteiro. Associativa: Para todos a,b,c em Z: a x ( b x c ) = ( a x b ) x c 2 x ( 3 x 7 ) = ( 2 x 3 ) x 7 Comutativa: Para todos a,b em Z: a x b = b x a 3 x 7 = 7 x 3 Elemento neutro: Existe 1 em Z, que multiplicado por todo z em Z, proporciona o próprio z, isto é: z x 1 = z 7 x 1 = 7 Elemento inverso: Para todo inteiro z diferente de zero, existe um inverso z -1 =1/z em Z, tal que z x z -1 = z x (1/z) = 1 9 x 9 -1 = 9 x (1/9) = 1 Propriedade mista (distributiva) Distributiva: Para todos a,b,c em Z: a x ( b + c ) = ( a x b ) + ( a x c ) 3 x ( 4 + 5 ) = ( 3 x 4 ) + ( 3 x 5 ) MATEMÁTICA Central de Atendimento: (91) 3278-5713 / 8163-1764 ou pelo site: www.apostilasautodidata.com.br Página 14 Potenciação de números inteiros A potência a n do número inteiro a, é definida como um produto de n fatores iguais. O número a é denominado a base e o número n é o expoente. a n = a × a × a × a × ... × a a é multiplicado por a n vezes Exemplos: a. 2 5 = 2 x 2 x 2 x 2 x 2 = 32 b. (-2)³ = (-2) x (-2) x (-2) = -8 c. (-5)² = (-5) x (-5) = 25 d. (+5)² = (+5) x (+5) = 25 com os exemplos acima, podemos observar que a potência de todo número inteiro elevado a um expoente par é um número positivo e a potência de todo número inteiro elevado a um expoente ímpar é um número que conserva o seu sinal. Observação: Quando o expoente é n=2, a potência a² pode ser lida como: "a elevado ao quadrado" e quando o expoente é n=3, a potência a³ pode ser lida como: "a elevado ao cubo". Tais leituras são provenientes do fato que área do quadrado pode ser obtida por A=a² onde a é é a medida do lado e o volume do cubo pode ser obtido por V=a³ onde a é a medida do lado do cubo. Radiciação de números inteiros A raiz n-ésima (de ordem n) de um número inteiro a é a operação que resulta em um outro número inteiro não negativo b que elevado à potência n fornece o número a. O número n é o índice da raiz enquanto que o número a é o radicando (que fica sob o sinal do radical). Leia a observação seguinte para entender as razões pelas quais não uso o símbolo de radical neste trabalho. Observação: Por deficiência da linguagem HTML, que até hoje não implementou o sinal de raiz n-ésima, usarei R n [a] para indicar a raiz n-ésima de a. Quando n=2, simplesmente indicarei a raiz de ordem 2 de um número inteiro a como R[a]. Assim, b é a raiz n-ésima de a se, e somente se, a=b n , isto é: b=R n [a] se, e somente se, a=b n A raiz quadrada (de ordem 2) de um número inteiro a é a operação que resulta em um outro número inteiro não negativo que elevado ao quadrado coincide com o número a. Observação: Não existe a raiz quadrada de um número inteiro negativo no conjunto dos números inteiros. A existência de um número cujo quadrado é igual a um número negativo só será estudada mais tarde no contexto dos números complexos. Erro comum: Frequentemente lemos em materiais didáticos e até mesmo ocorre em algumas aulas aparecimento de: R[9] = ±3 mas isto está errado. O certo é: R[9] = +3 Observamos que não existe um número inteiro não negativo que multiplicado por ele mesmo resulte em um número negativo. A raiz cúbica (de ordem 3) de um número inteiro a é a operação que resulta em um outro número inteiro que elevado ao cubo seja igual ao número a. Aqui não restringimos os nossos cálculos somente aos números não negativos. Exemplos: (a) R³[8] = 2, pois 2³ = 8. (b) R³[-8] = -2, pois (-2)³ = -8. (c) R³[27] = 3, pois 3³ = 27. (d) R³[-27] = -3, pois (-3)³ = -27. Observação: Ao obedecer a regra dos sinais para o produto de números inteiros, concluímos que: (a) Se o índice da raiz for par, não existe raiz de número inteiro negativo. (b) Se o índice da raiz for ímpar, é possível extrair a raiz de qualquer número inteiro. O CONJUNTO DOS NÚMEROS RACIONAIS Um número racional é o que pode ser escrito na forma m n onde m e n são números inteiros, sendo que n deve ser não nulo, isto é, n deve ser diferente de zero. Frequentemente usamos m/n para significar a divisão de m por n. Quando não existe possibilidade de divisão, simplesmente usamos uma letra como q para entender que este número é um número racional. Como podemos observar, números racionais podem ser obtidos através da razão (em Latim: ratio=razão=divisão=quociente) entre dois números inteiros, razão pela qual, o conjunto de todos os números racionais é denotado por Q. Assim, é comum encontrarmos na literatura a notação: Q = {m/n : m e n em Z, n diferente de zero} MATEMÁTICA Central de Atendimento: (91) 3278-5713 / 8163-1764 ou pelo site: www.apostilasautodidata.com.br Página 15 Quando há interesse, indicamos Q+ para entender o conjunto dos números racionais positivos e Q_ o conjunto dos números racionais negativos. O número zero é também um número racional. No nosso link Frações já detalhamos o estudo de frações e como todo número racional pode ser posto na forma de uma fração, então todas as propriedades válidas para frações são também válidas para números racionais. Para simplificar a escrita, muitas vezes usaremos a palavra racionais para nos referirmos aos números racionais. Dízima periódica Uma dízima periódica é um número real da forma: m,npppp... onde m, n e p são números inteiros, sendo que o número p se repete indefinidamente, razão pela qual usamos os três pontos: ... após o mesmo. A parte que se repete é denominada período. Em alguns livros é comum o uso de uma barra sobre o período ou uma barra debaixo do período ou o período dentro de parênteses, mas, para nossa facilidade de escrita na montagem desta Página, usaremos o período sublinhado. Exemplos: Dízimas periódicas 1. 0,3333333... = 0,3 2. 1,6666666... = 1,6 3. 12,121212... = 12,12 4. 0,9999999... = 0,9 5. 7,1333333... = 7,13 Uma dízima periódica é simples se a parte decimal é formada apenas pelo período. Alguns exemplos são: 1. 0,333333... = 0,(3) = 0,3 2. 3,636363... = 3,(63) = 3,63 Uma dízima periódica é composta se possui uma parte que não se repete entrea parte inteira e o período. Por exemplo: 1. 0,83333333... = 0,83 2. 0,72535353... = 0,7253 Uma dízima periódica é uma soma infinita de números decimais. Alguns exemplos: 1. 0,3333...= 0,3 + 0,03 + 0,003 + 0,0003 +... 2. 0,8333...= 0,8 + 0,03 + 0,003 + 0,0003 + ... 3. 4,7855...= 4,78 + 0,005 + 0,0005 + ... A conexão entre números racionais e números reais Um fato importante que relaciona os números racionais com os números reais é que todo número real que pode ser escrito como uma dízima periódica é um número racional. Isto significa que podemos transformar uma dízima periódica em uma fração. O processo para realizar esta tarefa será mostrado na sequência com alguns exemplos numéricos. Para pessoas interessadas num estudo mais aprofundado sobre a justificativa para o que fazemos na sequência, deve-se aprofundar o estudo de séries geométricas no âmbito do Ensino Médio ou mesmo estudar números racionais do ponto de vista do Cálculo Diferencial e Integral ou da Análise na Reta no âmbito do Ensino Superior. A geratriz de uma dízima periódica Dada uma dízima periódica, qual será a fração que dá origem a esta dízima? Esta fração é de fato um número racional denominado a geratriz da dízima periódica. Para obter a geratriz de uma dízima periódica devemos trabalhar com o número dado pensado como uma soma infinita de números decimais. Para mostrar como funciona o método, utilizaremos diversos exemplos numéricos. 1. Seja S a dízima periódica 0,3333333..., isto é, S=0,3. Observe que o período tem apenas 1 algarismo. Iremos escrever este número como uma soma de infinitos números decimais da forma: S = 0,3 + 0,03 + 0,003 + 0,0003 + 0,00003 +... Multiplicando esta soma "infinita" por 10 1 =10 (o período tem 1 algarismo), obteremos: 10 S = 3 + 0,3 + 0,03 + 0,003 + 0,0003 +... Observe que são iguais as duas últimas expressões que aparecem em cor vermelha! Subtraindo membro a membro a penúltima expressão da última, obtemos: 10 S - S = 3 donde segue que 9 S = 3 Simplificando, obtemos: S = 1 3 = 0,33333... = 0,3 MATEMÁTICA Central de Atendimento: (91) 3278-5713 / 8163-1764 ou pelo site: www.apostilasautodidata.com.br Página 16 Exercício: Usando o mesmo argumento que antes, você saberia mostrar que: 0,99999... = 0,9 = 1 2. Vamos tomar agora a dízima periódica T=0,313131..., isto é, T=0,31. Observe que o período tem agora 2 algarismos. Iremos escrever este número como uma soma de infinitos números decimais da forma: T =0,31 + 0,0031 + 0,000031 +... Multiplicando esta soma "infinita" por 10²=100 (o período tem 2 algarismos), obteremos: 100 T = 31 + 0,31 + 0,0031 + 0,000031 +... Observe que são iguais as duas últimas expressões que aparecem em cor vermelha, assim: 100 T = 31 + T de onde segue que 99 T = 31 e simplificando, temos que T = 31 99 = 0,31313131... = 0,31 3. Um terceiro tipo de dízima periódica é T=7,1888..., isto é, T=7,18. Observe que existe um número com 1 algarismo após a vírgula enquanto que o período tem também 1 algarismo. Escreveremos este número como uma soma de infinitos números decimais da forma: R = 7,1 + 0,08 + 0,008 + 0,0008 +... Manipule a soma "infinita" como se fosse um número comum e passe a parte que não se repete para o primeiro membro para obter: R-7,1 = 0,08 + 0,008 + 0,0008 +... Multiplique agora a soma "infinita" por 10 1 =10 (o período tem 1 algarismo), para obter: 10(R-7,1) = 0,8 + 0,08 + 0,008 + 0,0008 +... Observe que são iguais as duas últimas expressões que aparecem em cor vermelha! Subtraia membro a membro a penúltima expressão da última para obter: 10(R-7,1) - (R-7,1) = 0,8 Assim: 10R - 71 - R + 7,1 = 0,8 Para evitar os números decimais, multiplicamos toda a expressão por 10 e simplificamos para obter: 90 R = 647 Obtemos então: T = 647 90 = 7,1888... = 7,18 4. Um quarto tipo de dízima periódica é T=7,004004004..., isto é, U=7,004. Observe que o período tem 3 algarismos, sendo que os dois primeiros são iguais a zero e apenas o terceiro é não nulo. Decomporemos este número como uma soma de infinitos números decimais da forma: U = 7 + 0,004 + 0,004004 + 0,004004004 +... Manipule a soma "infinita" como se fosse um número comum e passe a parte que não se repete para o primeiro membro para obter: U-7 = 0,004 + 0,004004 + 0,004004004 +... Multiplique agora a soma "infinita" por 10³=1000 (o período tem 3 algarismos), para obter: 1000(U-7) = 4 + 0,004 + 0,004004 + 0,004004004 +... Observe que são iguais as duas últimas expressões que aparecem em cor vermelha! Subtraia membro a membro a penúltima expressão da última para obter: 1000(U-7) - (U-7) = 4 Assim: 1000U - 7000 - U + 7 = 4 Obtemos então 999 U = 6997 que pode ser escrita na forma: T = 6997 999 = 7,004004... = 7,004 Números irracionais Um número real é dito um número irracional se ele não pode ser escrito na forma de uma fração ou nem mesmo pode ser escrito na forma de uma dízima periódica. Exemplo: O número real abaixo é um número irracional, embora pareça uma dízima periódica: x=0,10100100010000100000... Observe que o número de zeros após o algarismo 1 aumenta a cada passo. Existem infinitos números reais que não são dízimas periódicas e dois números irracionais muito importantes, são: e = 2,718281828459045..., Pi = 3,141592653589793238462643... que são utilizados nas mais diversas aplicações práticas como: cálculos de áreas, volumes, centros de gravidade, previsão populacional, etc... MATEMÁTICA Central de Atendimento: (91) 3278-5713 / 8163-1764 ou pelo site: www.apostilasautodidata.com.br Página 17 Exercício: Determinar a medida da diagonal de um quadrado cujo lado mede 1 metro. O resultado numérico é um número irracional e pode ser obtido através da relação de Pitágoras. O resultado é a raiz quadrada de 2, denotada aqui por R[2] para simplificar as notações estranhas. Representação, ordem e simetria dos racionais Podemos representar geometricamente o conjunto Q dos números racionais através de uma reta numerada. Consideramos o número 0 como a origem e o número 1 em algum lugar e tomamos a unidade de medida como a distância entre 0 e 1 e por os números racionais da seguinte maneira: Ao observar a reta numerada notamos que a ordem que os números racionais obedecem é crescente da esquerda para a direita, razão pela qual indicamos com uma seta para a direita. Esta consideração é adotada por convenção, o que nos permite pensar em outras possibilidades. Dizemos que um número racional r é menor do que outro número racional s se a diferença r-s é positiva. Quando esta diferença r-s é negativa, dizemos que o número r é maior do que s. Para indicar que r é menor do que s, escrevemos: r < s Do ponto de vista geométrico, um número que está à esquerda é menor do que um número que está à direita na reta numerada. Todo número racional q exceto o zero, possui um elemento denominado simétrico ou oposto -q e ele é caracterizado pelo fato geométrico que tanto q como -q estão à mesma distância da origem do conjunto Q que é 0. Como exemplo, temos que: (a) O oposto de 3/4 é -3/4. (b) O oposto de 5 é -5. Do ponto de vista geométrico, o simétricofunciona como a imagem virtual de algo colocado na frente de um espelho que está localizado na origem. A distância do ponto real q ao espelho é a mesma que a distância do ponto virtual -q ao espelho. Módulo de um número racional O módulo ou valor absoluto de um número racional q é maior valor entre o número q e seu elemento oposto -q, que é denotado pelo uso de duas barras verticais | |, por: |q| = max{-q,q} Exemplos: |0|=0, |2/7|=2/7 e |-6/7|=6/7. Do ponto de vista geométrico, o módulo de um número racional q é a distância comum do ponto q até a origem (zero) que é a mesma distância do ponto -q à origem, na reta numérica racional. A soma (adição) de números racionais Como todo número racional é uma fração ou pode ser escrito na forma de uma fração, definimos a adição entre os números racionais a/b e c/d, da mesma forma que a soma de frações, através de: a b + c d = ad+bc bd Propriedades da adição de números racionais Fecho: O conjunto Q é fechado para a operação de adição, isto é, a soma de dois números racionais ainda é um número racional. Associativa: Para todos a, b, c em Q: a + ( b + c ) = ( a + b ) + c Comutativa: Para todos a, b em Q: a + b = b + a Elemento neutro: Existe 0 em Q, que adicionado a todo q em Q, proporciona o próprio q, isto é: q + 0 = q Elemento oposto: Para todo q em Q, existe -q em Q, tal que q + (-q) = 0 Subtração de números racionais:A subtração de dois números racionais p e q é a própria operação de adição do número p com o oposto de q, isto é: p - q = p + (-q) Na verdade, esta é uma operação desnecessária no conjunto dos números racionais. A Multiplicação (produto) de números racionais Como todo número racional é uma fração ou pode ser escrito na forma de uma fração, definimos o produto de dois números racionais a/b e c/d, da mesma forma que o produto de frações, através de: a × c = ac MATEMÁTICA Central de Atendimento: (91) 3278-5713 / 8163-1764 ou pelo site: www.apostilasautodidata.com.br Página 18 b d bd O produto dos números racionais a e b também pode ser indicado por a × b, axb, a.b ou ainda ab sem nenhum sinal entre as letras. Para realizar a multiplicação de números racionais, devemos obedecer à mesma regra de sinais que vale em toda a Matemática: (+1) × (+1) = (+1) (+1) × (-1) = (-1) (-1) × (+1) = (-1) (-1) × (-1) = (+1) Podemos assim concluir que o produto de dois números com o mesmo sinal é positivo, mas o produto de dois números com sinais diferentes é negativo. Propriedades da multiplicação de números racionais Fecho: O conjunto Q é fechado para a multiplicação, isto é, o produto de dois números racionais ainda é um número racional. Associativa: Para todos a, b, c em Q: a × ( b × c ) = ( a × b ) × c Comutativa: Para todos a, b em Q: a × b = b × a Elemento neutro: Existe 1 em Q, que multiplicado por todo q em Q, proporciona o próprio q, isto é: q × 1 = q Elemento inverso: Para todo q=a/b em Q, q diferente de zero, existe q -1 =b/a em Q, tal que q × q -1 = 1 Esta última propriedade pode ser escrita como: a b × b a = 1 Divisão de números racionais: A divisão de dois números racionais p e q é a própria operação de multiplicação do número p pelo inverso de q, isto é: p ÷ q = p × q -1 Provavelmente você já deve ter sido questionado: Porque a divisão de uma fração da forma a/b por outra da forma c/d é realizada como o produto da primeira pelo inverso da segunda? A divisão de números racionais esclarece a questão: a b ÷ c d = a b × d c = ad bc Na verdade, a divisão é um produto de um número racional pelo inverso do outro, assim esta operação é também desnecessária no conjunto dos números racionais. Propriedade distributiva (mista) Distributiva: Para todos a, b, c em Q: a × ( b + c ) = ( a × b ) + ( a × c ) Potenciação de números racionais A potência q n do número racional q é um produto de n fatores iguais. O número q é denominado a base e o número n é o expoente. q n = q × q × q × q × ... × q, (q aparece n vezes) Exemplos: (a) (2/5)³ =(2/5) (2/5)×(2/5) = 8/125 (b) (-1/2)³=(-1/2)×(-1/2)×(-1/2) = -1/8 (c) (-5)² =(-5)×(-5) = 25 (d) (+5)² =(+5)×(+5) = 25 Observação: Se o expoente é n=2, a potência q² pode ser lida como: q elevado ao quadrado e se o expoente é n=3, a potência q³ pode ser lida como: q elevado ao cubo. Isto é proveniente do fato que área do quadrado pode ser obtida por A=q² onde q é a medida do lado do quadrado e o volume do cubo pode ser obtido por V=q³ onde q é a medida da aresta do cubo. Raízes de números racionais A raiz n-ésima (raiz de ordem n) de um número racional q é a operação que resulta em um outro número racional r que elevado à potência n fornece o número q. O número n é o índice da raiz enquanto que o número q é o radicando (que fica sob o estranho sinal de radical). Leia a observação seguinte para entender as razões pelas quais evito usar o símbolo de radical neste trabalho. Assim: MATEMÁTICA Central de Atendimento: (91) 3278-5713 / 8163-1764 ou pelo site: www.apostilasautodidata.com.br Página 19 r = R n [q] equivale a q = r n Por deficiência da linguagem HTML, que ainda não implementou sinais matemáticos, denotarei aqui a raiz n-ésima de q por R n [q]. Quando n=2, simplesmente indicarei a raiz quadrada (de ordem 2) de um número racional q por R[q]. A raiz quadrada (raiz de ordem 2) de um número racional q é a operação que resulta em um outro número racional r não negativo que elevado ao quadrado seja igual ao número q, isto é, r²=q. Não tem sentido R[-1] no conjunto dos números racionais. Exemplos: (a) R³[125] = 5 pois 5³=125. (b) R³[-125] = -5 pois (-5)³=-125. (c) R[144] = 12 pois 12²=144. (d) R[144] não é igual a -12 embora (- 12)²=144. Observação: Não existe a raiz quadrada de um número racional negativo no conjunto dos números racionais. A existência de um número cujo quadrado seja igual a um número negativo só será estudada mais tarde no contexto dos Números Complexos. Erro comum: Frequentemente lemos em materiais didáticos e até mesmo ocorre em algumas aulas o aparecimento de: R[9] = ±3 mas isto está errado. O certo é: R[9] = +3 Não existe um número racional não negativo que multiplicado por ele mesmo resulte em um número negativo. A raiz cúbica (de ordem 3) de um número racional q é a operação que resulta na obtenção de um um outro número racional que elevado ao cubo seja igual ao número q. Aqui não restringimos os nossos cálculos são válidos para números positivos, negativos ou o próprio zero. Exemplos: (a) R³[8] = 2, pois 2³ = 8. (b) R³[-8] = -2, pois (-2)³ = -8. (c) R³[27] = 3, pois 3³ = 27. (d) R³[-27]= -3, pois (-3)³ = -27. Observação: Obedecendo à regra dos sinais para a multiplicação de números racionais, concluímos que: (1) Se o índice n da raiz for par, não existe raiz de número racional negativo. (2) Se o índice n da raiz for ímpar, é possível extrair a raiz de qualquer número racional. Média aritmética e média ponderadaMédia aritmética: Seja uma coleção formada por n números racionais: x1, x2, x3, ..., xn. A média aritmética entre esses n números é a soma dos mesmos dividida por n, isto é: A= x1 + x2 + x3 +...+ xn n Exemplo: Se um grupo de 9 pessoas tem as idades: 12, 54, 67, 15, 84, 24, 38, 25, 33 então a idade média do grupo pode ser calculada pela média aritmética: A = 12 + 54 + 67 + 15 + 84 + 24 + 38 + 25 + 33 9 = 352 9 = 39,11 o que significa que a idade média está próxima de 39 anos. Média aritmética ponderada:Consideremos uma coleção formada por n números racionais: x1, x2, x3, ..., xn, de forma que cada um esteja sujeito a um peso, respectivamente, indicado por: p1, p2, p3, ..., pn. A média aritmética ponderada desses n números é a soma dos produtos de cada um por seu peso, dividida por n, isto é: P= x1 p1 + x2 p2 + x3 p3 +...+ xn pn p1 + p2 + p3 +...+ pn Exemplo: Um grupo de 64 pessoas, que trabalha (com salário por dia), em uma empresa é formado por sub-grupos com as seguintes características: 12 ganham R$ 50,00 10 ganham R$ 60,00 20 ganham R$ 25,00 MATEMÁTICA Central de Atendimento: (91) 3278-5713 / 8163-1764 ou pelo site: www.apostilasautodidata.com.br Página 20 15 ganham R$ 90,00 7 ganham R$ 120,00 Para calcular a média salarial (por dia) de todo o grupo devemos usar a média aritmética ponderada: P= 50×12 + 60×10 + 25×20 + 90×15 + 120×7 12 + 10 + 20 + 15 + 7 = 389 0 64 =60,7 8 Médias geométrica e harmônica Média geométrica: Consideremos umacoleção formada por n números racionais não negativos: x1, x2, x3, ..., xn. A média geométrica entre esses n números é a raiz n-ésima do produto entre esses números, isto é: G = R n [x1 x2 x3 ... xn] Exemplo: A a média geométrica entre os números 12, 64, 126 e 345, é dada por: G = R 4 [12 ×64×126×345] = 76,013 Aplicação prática: Dentre todos os retângulos com a área igual a 64 cm², qual é o retângulo cujo perímetro é o menor possível, isto é, o mais econômico? A resposta a este tipo de questão é dada pela média geométrica entre as medidas do comprimento a e da largura b, uma vez que a.b=64. A média geométrica G entre a e b fornece a medida desejada. G = R[a × b] = R[64] = 8 Resposta: É o retângulo cujo comprimento mede 8 cm e é lógico que a altura também mede 8 cm, logo só pode ser um quadrado! O perímetro neste caso é p=32 cm. Em qualquer outra situação em que as medidas dos comprimentos forem diferentes das alturas, teremos perímetros maiores do que 32 cm. Interpretação gráfica: A média geométrica entre dois segmentos de reta pode ser obtida geometricamente de uma forma bastante simples. Sejam AB e BC segmentos de reta. Trace um segmento de reta que contenha a junção dos segmentos AB e BC, de forma que eles formem segmentos consecutivos sobre a mesma reta. Dessa junção aparecerá um novo segmento AC. Obtenha o ponto médio O deste segmento e com um compasso centrado em O e raio OA, trace uma semi-circunferencia começando em A e terminando em C. O segmento vertical traçado para cima a partir de B encontrará o ponto D na semi-circunferência. A medida do segmento BD corresponde à média geométrica das medidas dos segmentos AB e BC. Média harmônica: Seja uma coleção formada por n números racionais positivos: x1, x2, x3, ..., xn. A média harmônica H entre esses n números é a divisão de n pela soma dos inversos desses n números, isto é: CONJUNTO DOS NÚMEROS REAIS O conjunto dos números reais surge para designar a união do conjunto dos números racionais e o conjunto dos números irracionais. É importante lembrar que o conjunto dos números racionais é formado pelos seguintes conjuntos: Números Naturais e Números Inteiros. Vamos exemplificar os conjuntos que unidos formam os números reais. Veja: Números Naturais (N): 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, .... Números Inteiros (Z): ..., –8, –7, –6, –5, –4, – 3, – 2, –1, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, ..... Números Racionais (Q): 1/2, 3/4, 0,25, –5/4, Números Irracionais (I): √2, √3, –√5, 1,32365498...., 3,141592.... Podemos concluir que o conjunto dos números reais é a união dos seguintes conjuntos: N U Z U Q U I = R ou Q U I = R Os números reais podem ser representados por qualquer número pertencente aos conjuntos da união acima. Essas designações de conjuntos numéricos existem no intuito de criar condições de resolução de equações e funções. As soluções devem ser dadas obedecendo padrões matemáticos e de acordo com a condição de existência da incógnita na expressão. MATEMÁTICA Central de Atendimento: (91) 3278-5713 / 8163-1764 ou pelo site: www.apostilasautodidata.com.br Página 21 Todo número decimal é um número irracional? Para as pessoas que têm dúvida quanto a isso, veremos, neste artigo, como definir o conjunto dos números irracionais e observaremos alguns exemplos de números importantes na matemática, que são “constantes irracionais”. Os números irracionais são aqueles que não podem ser representados por meio de uma fração. O surgimento desses números veio de um antigo problema que Pitágoras se recusava a aceitar, que era o cálculo da diagonal de um quadrado, cujo lado mede 1 unidade, diagonal esta que mede √2. Este número deu início ao estudo de um novo conjunto, representado pelos números irracionais. Encontrando a diagonal do quadrado Hoje em dia, pensamos: “Nossa, mas encontrar o valor de √2 é tão fácil, basta usarmos a calculadora”. Entretanto, na época em que começaram estes estudos, o único mecanismo para encontrar os valores das raízes quadradas envolvia os números quadrados (√2²,√3²,√4², …). Com o estudo contínuo dos elementos da matemática, os matemáticos se depararam com a necessidade de calcular o comprimento de uma circunferência; e com cálculos contínuos, notaram que um número se repetia para qualquer que fosse a circunferência, número este que outrora foi denominado de número pi (π). Esse número é encontrado através da razão do comprimento pelo diâmetro da circunferência. Razão para o valor do número pi Esse é um dos números que foi citado no início do texto: a constante π é de fundamental importância para a área de geometria e trigonometria. Veremos alguns exemplos de números irracionais e notaremos que a sua parte decimal não possui nenhuma estrutura que possa ser fundamentada em forma de fração, assim como ocorre em frações periódicas. Constantes irracionais ou números transcendentais: Números irracionais Números irracionais obtidos pela raiz quadrada de um número: Números irracionais obtidos pela radiciação Estes são os números irracionais, cujo valor da última casa decimal nunca saberemos. Com isso, podemos falar que números irracionais são aqueles que em sua forma decimal são números decimais infinitos e não periódicos. Em outras palavras, são aqueles números que possuem infinitas casas decimais e em nenhuma delas obteremos um período de repetição. O conjunto dos números irracionais é representado pela letra I ( i maiúscula) . O conjunto dos números reais é formado a partir da união dos seguintes conjuntos: Números Naturais: (0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,....) Números Inteiros:(....,-3,-2,-1,0,1,2,3,.....) Números Racionais: (números na forma de a/b, com b≠0 e decimais periódicos. Ex: 1/2; 3/5; 0,25; 0,33333.....) Números Irracionais: (números decimais não periódicos. Ex. 0,2354658752485879.....) Intervalo Real Intervalo aberto em a e aberto em b, ]a,b[ , {xЄR/a < x < b} Aberto à esquerda e aberto à direita Intervalo aberto em a e fechado em b, ]a,b], {xЄR/a < x ≤ b} Aberto à esquerda e fechado à direita Intervalo fechado em a e aberto em b, [a,b[, {xЄR/a ≤ x < b} Fechado à esquerda e aberto à direita Intervalo fechado em a e fechado em b, [a,b], {xЄR/a ≤ x ≤ b} Fechado à esquerda e fechado à direita Intervalos infinitos MATEMÁTICA Central de Atendimento: (91) 3278-5713 / 8163-1764 ou pelo site: www.apostilasautodidata.com.br Página 22 {xЄR/x > a} {xЄR/x<a} {xЄR/x≥a} {xЄR/≤a} FATORIAL Ao produto dos números naturais começando em n e decrescendo até 1 denominamos de fatorial de n e representamos por n!. Segundo tal definição, o fatorial de 5 é representado por 5! e lê-se 5 fatorial. 5! é igual a 5 . 4 . 3 . 2 . 1 que é igual a 120, assim como 4! é igual a 4 . 3 . 2 . 1 que é igual a 24, como 3! é igual a 3 . 2 . 1 que é igual a 6 e que 2! é igual a 2 . 1 que é igual a 2. Por definição tanto 0!, quanto 1! são iguais a 1. Abaixo, no final da página, temos uma tabela com os 28 primeiros fatoriais. Repare que apesar do número 27 ser relativamente baixo, o seu fatorial possui 29 dígitos! Escrevendo um fatorial a partir de um outro fatorial menor Vimos que 5! é equivalente a 5 . 4 . 3 . 2 . 1, mas note que também podemos escrevê-lo de outras formas, em função de fatoriais menores, tais como 4!, 3! e 2!: 1. 5! = 5 . 4! 2. 5! = 5 . 4 . 3! 3. 5! = 5 . 4 . 3 . 2! Para um fatorial genérico temos: n! = n . (n - 1)! = n . (n - 1) . (n - 2)! = n . (n - 1) . (n - 2) . (n - 3) . ... . 1! Observe atentamente os exemplos seguintes: 1. (n + 3)! = (n + 3) . (n + 2)! 2. (n + 3)! = (n + 3) . (n + 2) . (n + 1)! 3. (n + 1)! = (n + 1) . n! Vamos atribuir a n o valor numérico 6, para termos uma visão mais clara destas sentenças: 1. 9! = 9 . 8! 2. 9! = 9 . 8 . 7! 3. 7! = 7 . 6! MATEMÁTICA Central de Atendimento: (91) 3278-5713 / 8163-1764 ou pelo site: www.apostilasautodidata.com.br Página 23 Estes conceitos são utilizados em muitos dos problemas envolvendo fatoriais. 1.1 Simplificação envolvendo fatoriais Observe a fração abaixo: Vimos que 5! é equivalente a 5! = 5 . 4 . 3!. Então podemos escrever a fração da seguinte forma: Agora podemos simplificar o 3! do numerador com o 3! do denominador. Temos então: Veja outros exemplos: Gerando uma sequência de números compostos consecutivos a partir de um fatorial Na página onde falamos sobre múltiplos de um número natural foi explicado que se a um número que é múltiplo de n, somarmos n ou qualquer um dos seus múltiplos, iremos obter como resultado um número que também é múltiplo de n. 3! + 2 = 3 . 2 . 1 + 2 = 6 + 2 = 8 3! + 3 = 3 . 2 . 1 + 3 = 6 + 3 = 9 Repare que 8, resultado da soma de 6 com 2, é divisível por 2, assim como 6. O mesmo ocorrendo com 9, resultado da soma de 6 com 3, que também é divisível por 3. Como 8 e 9 são múltiplos de algum fator de 3!, temos que eles formam uma sequência de dois números compostos (não primos) consecutivos a partir do fatorial de três. 3! possui três fatores, mas só podemos considerar os fatores maiores que 1, por isto só pudemos somar dois e três. Note neste exemplo, que se somássemos 3! + 1, iríamos obter 7, que não é um número composto. Sete é um número primo. Exemplos de problemas envolvendo fatoriais Qual deve ser o valor numérico de n para que a equação (n + 2)! = 20 . n! seja verdadeira? O primeiro passo na resolução deste problema consiste em escrevermos (n + 2)! em função de n!, em busca de uma equação que não mais contenha fatoriais: Conforme explicado na página onde tratamos sobre o cálculo rápido das raízes de equações do segundo grau, podemos resolver rapidamente esta equação respondendo à seguinte pergunta: Quais são os dois números cuja soma é igual a -3 e cujo produto é igual -18? Rapidamente concluímos que as raízes procuradas são -6 e 3, mas como não existe fatorial de números negativos, já que eles não pertencem ao conjunto dos números naturais, ficamos apenas com a raiz igual a 3. Portanto: O valor numérico de n para que a equação seja verdadeira é igual a 3. A partir de fatoriais, obtenha uma sequência com sete números compostos consecutivos. Como eu devo obter 7 números compostos consecutivos na sequência, eu preciso partir ao menos de 8!: 8! = 8 . 7 . 6. 5 . 4 . 3 . 2 . 1 = 40320 Como 8! é igual a 40320, o primeiro número da sequência será 40320 + 2 = 40322 e o último será 40320 + 8 = 40328. Logo: A sequência 40322, 40323, 40324, 40325, 40326, 40327 e 40328 satisfaz as condições do enunciado. Tabela com os fatorais de 0 a 27 n n! 0 1 1 1 2 2 3 6 4 24 5 120 6 720 7 5040 8 40320 9 362880 10 3628800 11 39916800 MATEMÁTICA Central de Atendimento: (91) 3278-5713 / 8163-1764 ou pelo site: www.apostilasautodidata.com.br Página 24 12 479001600 13 6227020800 14 87178291200 15 1307674368000 16 20922789888000 17 355687428096000 18 6402373705728000 19 121645100408832000 20 2432902008176640000 21 51090942171709440000 22 1124000727777607680000 23 25852016738884976640000 24 620448401733239439360000 25 15511210043330985984000000 26 403291461126605635584000000 27 10888869450418352160768000000 PRINCÍPIO DA CONTAGEM Em uma carteira escolar temos quatro livros de diferentes matérias, empilhados de cima para baixo nesta exata ordem: Português, matemática, história e geografia. Incluindo a ordem atual, de quantas maneiras no total podemos empilhar tais livros nesta carteira? Vamos pensar sobre o problema. Na escolha do primeiro livro a ser colocado na carteira temos 4 possibilidades, pois ainda não colocamos nenhum livro nela, temos então quatro livros a escolher: Português, matemática, história e geografia. MATEMÁTICA Central de Atendimento: (91) 3278-5713 / 8163-1764 ou pelo site: www.apostilasautodidata.com.br Página 25 Se começarmos a pilha com o livro de português, na escolha do próximo livro a ser colocado sobre ele, temos 3 possibilidades: matemática, história e geografia. Se escolhermos o livro de história como o segundo livro da pilha, para o terceiro livro temos 2 possibilidades apenas: matemática
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