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INSTITUTO SUPERIOR DE GESTÃO COMÉRCIO E FINANÇAS Faculdade de Administração e Gestão CURSO DE LICENCIATURA EM GESTÃO DE RECURSOS MÓDULO DE MATEMÁTICA BÁSICA Autores: ALVES , Ildefonso CHAVES, Maria Inês JANUÁRIO , Tomásio Revisora Linguística: SABELA , Ilda Marisa Manuel Comiche Introdução Bem-vindo ao módulo de Matemática I do Instituto Superior de Gestão, Comércio e Finanças (ISGECOF). Este módulo contém cinco (5) unidades. A Matemática I para os Juristas, Gestores e Financeiros, assume um papel de lógica onde os fenómenos sociais são interpretados na base de fundamentação de lógica com um objectivo concreto a ser atingido. O raciocínio matemático, é a capacidade de encadear e criticar raciocínios de maneira lógica, rigorosa e consistente sobre modelos abstractos, formais ou numéricos, extremamente relevantes para as diferentes ciências de índole social. A Matemática I, é um instrumento auxiliar para fundamentação dos rigores na exposição e desenvolvimento da teoria científica, na qual as Ciências Sociais usam para verificar a consistência lógica de raciocínios e técnicas de lógicas. A Matemática a ser dada, baseia-se na matemática geral e o programa do curso destaca o uso de elementos desta disciplina na literatura. Objectivos do módulo No fim desta modulo, o estudante deve ser capaz de: • Efectuar diversas operações elementares aplicando problemas concretos de lógica e teoria de conjuntos; • Interpretar conjuntos e gráficos reflectindo situações concretas. • Conhecer, classificar e operar com expressões algébricas; • Resolver funções, equações, inequações e sistemas de equações usando diversos métodos; • Usar e aplicar conhecimentos da Matemática nos cálculos específicos; • Interpretar resultados numéricos na base de modelos matemáticos. Recomendações para o estudo: Para um bom aproveitamento no presente modulo, é necessário: � Promover hábitos de pensamento e de representação em que se procure a generalização, sempre que possível; � Tratar os números e as operações algebricamente – prestar atenção às relações existentes (e não só aos valores numéricos em si) como objectos formais para o pensamento algébrico; � Promover o estudo de padrões e regularidades, a partir do 1.º ciclo. UNIDADE I - LÓGICA MATEMÁTICA Introdução Caro Estudante! Seja Bem-vindo (a) à Unidade 1, da disciplina de Matemática. Nesta unidade você vai adquirir os conhecimentos sobre os elementos da Lógica Matemática que irá permitir-lhe, desenvolver as suas habilidades lógicas para compreensão e interpretação dos problemas do seu dia-a-dia. Para comunicar-se entre si, o principal processo utilizado pelos homens é o uso de uma linguagem, falada ou escrita. Na Matemática, quando se escreve «dois mais um é igual a três» está a utilizar-se uma escrita fonética, mas quando se escreve «2+1=3» utiliza-se uma escrita ideográfica geralmente designada por escrita simbólica da matemática. A Lógica tem como objectivo estudar as regras que permitem atingir a clareza e o rigor, tanto do pensamento como da linguagem. Quando, porem, utiliza as técnicas matemáticas e incide sobre o pensamento matemático, denomina-se Lógica Matemática. A lógica matemática em síntese, pode ser considerada como a ciência do raciocínio e da demonstração. Este importante ramo da matemática, desenvolveu-se no século XIX, sobretudo através das ideias de George Boole (matemático inglês), criador da Álgebra Booleana, que utiliza símbolos e operações algébricas para representar proposições e suas inter – relações. Objectivos da unidade No fim desta unidade o estudante deve ser capaz de: • Utilizar correctamente os termos e proposições; • Explicar e efectuar as operações lógicas (negação, conjunção, disjunção, implicação e equivalência material; • Provar com tabelas de verdade as propriedades estudadas; • Interpretar conjuntos e gráficos reflectindo situações concretas. Recursos de Aprendizagem 1.1. Termos e Proposições A Matemática, tal como toda a ciência, usa a linguagem corrente para se exprimir. Uma expressão pode ser definida como sendo um conjunto de sinais ou símbolos elementares. • Letras, acentos, etc., na linguagem corrente; • Algarismos, sinais das operações, etc., na linguagem matemática. Das expressões mais simples apresenta-se a seguir alguns exemplos em linguagem Corrente Matemática Nampula 15 João Paulo 4+3 Sapato {1,3,5} 1.1.1. Termos (nomes ou designações) Definição 1.1. Chama-se termo, ou designação, a uma expressão cujo papel é nomear, ou designar alguma coisa. As designações servem para indicar determinados objectos matemáticos (números, pontos, conjuntos, funções, operações, figuras geométricas, etc. também podem indicar cidades, pessoas, coisas, qualidades, etc. Exemplo 1.1 • O menor número primo maior que 5; • Ana, Gato; • ( ) ).5(2,2,43,7 8 −•−+ yπ 1.1.1.1. Designações equivalentes Definição 1.2. São aquelas que designam ou nomeiam o mesmo ser. E para indicar que dois termos designam o mesmo ente, escreve-se entre eles o sinal de igualdade =. Exemplo 1.2 • 4 20 23 =+ • 10 6 5 3 = 1.1.2. Proposições (ou frases) Definição 1.3. Chama-se proposição a uma expressão que traduz uma afirmação, na qual pode-se associar um dos valores de verdade, isto é, pode-se dizer se é verdadeira ou falsa. As proposições podem ser classificadas em simples e compostas • Proposição Simples – é aquela que não contém nenhuma outra como parte integrante dela e são também chamadas de atómicas. Exemplo 1.3 • O João Paulo é estudante do curso de Direito; • Pemba é capital de Moçambique; • 2 é um numero par; • 4 +5=9 (quatro mais cinco é igual a nove). • Proposição Composta – é a composição de duas ou mais proposições simples. São também chamadas de moleculares. Exemplo 1.4 • O João Paulo é estudante do curso de Direito e Pemba é capital de Moçambique. • Serei aprovado na cadeira de Matemática I se, e somente se, eu estudar. Na lógica matemática, as proposições devem satisfazer dois princípios (ou axiomas) fundamentais: (i) Princípio de não contradição: Uma proposição não pode ser simultaneamente verdadeira e falsa. (ii) Princípio do terceiro excluído: uma proposição ou é verdadeira ou é falsa isto é, não há um terceiro caso. Observação 1.1. O valor lógico de uma proposição é verdadeiro se a proposição for verdadeira (V ou 1) e falso se a proposição for falsa (F ou 0). O universo dos valores lógicos é o conjunto L = {V, F} ou L = {1, 0}. Por isso se diz lógica bivalente; são apenas dois valores lógicos: verdade e falsidade. Observação 1.2. Os possíveis valores lógicos de uma proposição simples, podem ser representados por meio de uma tabela ou como uma árvore de possibilidades, conforme ilustração a seguir: Observação 1.3. Para indicar proposições são usadas letras minúsculas (p, q, r, s, etc.) Exemplo 1.5 • A República de Moçambique é um Estado de Direito: p • Moçambique é vulnerável aos desastres naturais: q • A soma dos ângulos internos de qualquer triângulo é 180°: r • Todo criminoso deve ser condenado: s • 954 =+ : t Observação 1.4. Toda proposição apresenta três característica obrigatória: • Sendo oração, tem sujeito e predicado; • É declarativa (não é exclamativa nem interrogativa); • Tem um, e somente um, dos dois valores lógicos: ou é verdadeira (V) ou é falsa (F). O valor lógico de uma proposição composta, é definido em função dos valores lógicos das proposiçõessimples que a compõe e levando-se em consideração os conectivos empregados. Geralmente utiliza-se uma estrutura conhecida como tabela de verdade. Definição 1.4. Uma tabela de verdade é uma tabela que descreve os valores lógicos de uma proposição em termos das possíveis combinações dos valores lógicos das proposições componentes e dos conectivos usados. 1.1.2.1. Proposições equivalentes Definição 1.5. São equivalentes duas proposições que têm o mesmo valor lógico, isto é, são ambas verdadeiras ou ambas falsas. Assim, são equivalentes • 4+5=9; (V) • A soma dos ângulos internos de qualquer triângulo é 180°; (V) Bem como eF )(15645 =−× )(15645 F=−× 1.2. Operações Lógicas (Conectivos) Tanto na linguagem usual (corrente), como na linguagem matemática é frequente associar proposições simples para formar proposições compostas. Este tipo de operação chama-se operação lógica. Expressões como: não, e, ou, se…então…, …se e só se…são utilizadas muitas vezes para formar novas proposições (compostas). Na aritmética, partindo dos números e utilizando as operações (adição, subtracção, …), obtemos novos números. Na lógica matemática, partindo de proposições simples e definindo as operações, obtém-se novas proposições. Definição 1.5. Chamam-se conectivas as palavras ou símbolos usados para formar novas proposições a partir de proposições dadas. Os conectivos fundamentais da lógica matemática são: não, e, ou, se…então…, …se e só se… 1.2.1. Negação (ou Modificador) Símbolo Leitura Operação Lógica Alternativas ~ “Não” Negação −¬, Definição 1.6. A negação de uma proposição é uma nova proposição que é verdadeira se a primeira for falsa e é falsa se a primeira for verdadeira. A negação da proposição p representa-se por ~p e lê-se “não p” ou ``não é verdade que p´´. O valor lógico da negação pode deduzir-se do valor lógico da proposição dada através da tabela abaixo, chamada tabela de verdade da negação. Exemplo 1.6. Vejamos alguns exemplos: • 4 ≠ 3 é a negação da proposição 4 = 3; Então: ~ ( 4 ╪ 3 ) significa o mesmo dizer que 4 = 3 (F); • )(522 F=+ ; Negando esta proposição fica: É falso que 522 =+ ,ou seja, 522 ≠+ (V); • 52 < (V) A negação desta proposição será: )52(~ < é o mesmo que 52 ≥ (F) • Zq ∈2: Zq ∉2:~ Observação 1.5. A operação de negação é unária (contem só uma proposição e um símbolo ~). ~ (~p) = p Negação Dupla 1.2.2. Conjunção (ou produto lógico de duas proposições) p p~ V F F V p p~ 1 0 0 1 Símbolo Leitura Operação Lógica Alternativas Definição 1.7. Chama-se conjunção de duas proposições à operação lógica que da origem a uma nova proposição que é verdadeira se e só se (sse) ambas proposições dadas forem verdadeiras. No caso geral, podemos pensar em duas proposições quaisquer p e q e construir uma nova proposição, a que chamaremos a conjunção de p com q, que designaremos por p ^q, e que leremos “p e q”. A questão que se põe é: Observação 1.6. O número de linhas de uma tabela verdade é n2 (para n variáveis). Assim, para duas proposições (2=n ) são 22 = 4 linhas; para 3 proposições são 23 = 8; etc. Ora vejamos, conhecidos os valores lógicos de p e de q, qual o valor lógico da sua conjunção (p ^ q)? Exemplo 1.7 a) 168144212: 2 =+p b) p: 29227 =⋅ 22 3)12(: =+q q: 1)1( 2 −=− ;3)12(168144212: 222 =+∧=+∧ qp )1(29227: 2 =−∧=⋅∧ qp 1.2.3. Disjunção (ou Soma lógica de duas proposições) ∧ “E” Conjunção &, * p q qp ∧ V V V V F F F V F F F F A palavra “ou” utiliza-se para obter a disjunção de duas proposições. Mas esta pode usar – se com dois sentidos diferentes: 1.2.3.1. Disjunção Inclusiva Definição 1.8. Chama-se disjunção inclusiva, de duas proposições à operação lógica que, aplicada a duas proposições, da origem a uma nova proposição que é falsa sse as proposições dadas forem ambas falsas. Ou seja, que é verdadeira quando pelo menos uma das proposições for verdadeira. Se forem p e q duas proposições, o resultado da disjunção é uma terceira proposição que se designa por qp∨ e lê-se “p ou q”. O valor lógico de qp∨ determina-se pela tabela de verdade: Exemplos 1.8 • ;1026410 >∨=− (V) porque a primeira proposição é verdadeira; • ;3)12(168144212 222 =+∨=+ (V) porque ambas são verdadeiras; • ;1)1(29227 2 −=−∨=× (F) porque ambas são falsas; 1.2.3.2. Disjunção Exclusiva Definição 1.9. Chama-se disjunção Exclusiva de duas proposições p e q, à uma nova proposição que é verdadeira sse uma das proposições dadas for verdadeira e Símbolo Leitura Operação Lógica Alternativas ∨ “Ou” Disjunção + p q qp∨ V V V V F V F V V F F F a outra falsa (ou quando p e q tiverem valores distintos). Se forem p e q duas proposições, o resultado da disjunção exclusiva é uma terceira proposição que se designa por qp o ∨ e lê-se “ou p ou q”. O valor lógico de qp o ∨ determina-se pela tabela de verdade: Exemplos 1.9 • p: compro CD; • q: compro DVD. qp o ∨ Ou compro CD ou compro DVD. O seu valor lógico, dependera da acção do comprador; se realizar ou não as duas acções, evidentemente que será qp o ∨ falsa. 1.2.4. Implicação Material (ou Condicionalização) Definição 1.10. A implicação entre duas proposições p e q (a primeira o antecedente e a segunda o consequente) é uma nova proposição que é falsa no caso em que: • O antecedente é verdadeiro e o consequente é falso. O resultado da operação de implicação entre duas proposições p (antecedente) e q (consequente), é uma terceira proposição p⇒q que se lê “p implica q’’ ou ̀ `Se p, p q qp o ∨ V V F V F V F V V F F F Símbolo Leitura Operação Lógica Alternativas ⇒ “Se… , então…” Implicação ⊃→, então q’’ ou “de p resulta q’’ Exemplo 1.9. Consideremos duas proposições a e b: 25: <a a: 37 ≤ Zb ∈2: b: 263 ×= Zba ∈→<→ 225: 26337: ×=⇒≤⇒ ba Exemplo 1.10. Consideremos duas proposições p e q: p: Sebastião é maior de 18 anos; q: Sebastião tem direito de votar e ser votado. Ligando estas duas proposições pelo sinal de implicação ficaremos com a seguinte proposição: p⇒q: Se Sebastião é maior de 18 anos, então Sebastião tem direito a voto. Esta proposição é verdadeira visto que se considera que uma implicação só é falsa se o antecedente for verdadeiro e o consequente for falso. Convém notar que o significado que aqui se esta a atribuir a palavra implicação difere por vezes da linguagem corrente. Por exemplo, pode escrever-se «As galinhas têm dentes ⇒hoje chove» e afirmar-se que é uma proposição verdadeira. Mas dizer em linguagem corrente «Se as galinhas têm dentes, então hoje chove» Já nos parece despropositado e sem sentido. p q p⇒q V V V V F F F V V F F V É por esta razão que em Lógica Matemática diz-se não apenas implicação, mas sim implicação material. 1.2.5. Equivalência Material Definição 1.11. A equivalência entre duas proposições p e q é uma nova proposição que é verdadeira, quer no caso em que ambas são ambas verdadeiras ou no caso em que estas são ambas falsas, isto é, é verdadeira se ambas tiverem o mesmo valor lógico. Exemplo 1.11. Considerando as proposições abaixo: 1.2.6. Tautologias, Contradições e Contingências Definição 1.12. Chama-se tautologia ou proposição lógicamente verdadeira toda Símbolo Leitura Operação Lógica Alternativas ⇔ “Se e só se’’, “é equivalente a” Equivalência≡↔, p q p⇔q V V V V F F F V F F F V fórmula cujo valor lógico é sempre a verdade, independente do valor lógico das proposições simples que a compõe. Exemplo 1.12. )()~( pqpp ∨→∧ p ~p q )~( pp∧ )( pq ∨ )()~( pqpp ∨→∧ V F V F V V V F F F V V F V V F V V F V F F F V O caso oposto ao de uma tautologia, chamada contradição, consiste em fórmulas que são sempre falsas para quaisquer valores das proposições simples componentes. Definição 1.13. Contradição ou proposição lógicamente falsa é toda proposição composta P(p, q, r, ...) cujo valor lógico é sempre F (falsidade), quaisquer que sejam os valores lógicos das proposições simples componentes p, q, r, .. Exemplo 1.13. )~()( qpqp ∧∧→ p q ~q )( qp → )~( qp∧ )~()( qpqp ∧∧→ V V F V F F V F V F V F F V F V F F F F V V F F Observação 1.7. As fórmulas que não se constituem nem tautologias nem contradições são chamadas de contingências. 1.2.6. Propriedades das Operações lógicas 1) Propriedades da Conjunção a) Comutatividade: ;pqqp ∧=∧ (1) b) Associatividade: );()( rqprqp ∧∧≡∧∧ (2) c) V é elemento neutro: ;pVp =∧ (3) d) F é elemento absorvente: ;FFp =∧ (4) e) Idempotência: .ppp ≡∧ (5) 2) Propriedades da Disjunção a) Comutatividade: pqqp ∨=∨ (6) b) Associatividade: )()( rqprqp ∨∨≡∨∨ (7) c) F é elemento neutro: pFp =∨ (8) d) V é elemento absorvente: VVp =∨ (9) e) Idempotência: ppp ≡∨ (10) 1) Propriedades mistas da Conjunção e Disjunção a) A conjunção é distributiva em relação à disjunção: )()()( rpqprqp ∧∨∧≡∨∧ (11) b) A disjunção é distributiva em relação à conjunção: )()()( rpqprqp ∨∧∨≡∧∨ (12) 2) Propriedades da Negação a) A dupla negação é afirmação: pp =)(~~ (13) b) Qualquer que seja a proposição p é: Fpp =∧ ~ (o que traduz simbólicamente o principio da não contradição) Vpp =∨ ~ (oque traduz o principio do terceiro excluído). c) Quaisquer que sejam as proposições p e q, tem-se: qpqp ~~)(~ ∨=∧ (14) qpqp ~~)(~ ∧=∨ (15) Estas duas fórmulas traduzem as chamadas primeiras Leis de Morgan (chamadas leis do pensamento). Que dizem o seguinte: • Negar que duas proposições são ao mesmo tempo verdadeiras, equivale afirmar a afirmar que uma pelo menos é falsa; • Negar que pelo menos uma de duas proposições é verdadeira equivale a afirmar que as duas são simultaneamente falsas. d) A negação de ambos membros das expressões que traduzem as Leis de Morgan conduz aos resultados: )~~(~ qpqp ∨=∧ (16) )~~(~ qpqp ∧=∨ (17) Que mostram, o primeiro, que a conjunção pode-se definir a partir da negação e da disjunção; o segundo, que a disjunção pode-se definir através da negação e da conjunção. Observação 1.8. Sobre o conjunto dos valores lógicos, podemos escrever o seguinte: ;;~ ;;~ VFVVF FFVFV =∨≡ =∧≡ 5) Propriedades da Implicação material A implicação está relacionada com a conjunção e a disjunção. Utilizando uma tabela de verdade é fácil verificar que tem se sempre: qpqp ∨=⇒ ~ (18) Da relação (1) pode-se afirmar que p é falsa ou q é verdadeira. Aplicando esta propriedade, é possível exprimir a disjunção na implicação. qpqp ⇒=∨ ~ (19) A partir das primeiras Leis De Morgan podem-se obter facilmente a negação de uma implicação. qpqp ~)(~ ∧=⇒ (20) Dizer que p não implica q, é o mesmo que afirmar que p é verdadeira e q é falsa. Então, por outro lado têm-se também: pqqp ~~ ⇒=⇒ (21) que facilmente pode ser demonstrado utilizando uma tabela de verdade. Nota 1.1 A implicação é uma operação não comutativa: pqpp ⇒≠⇒ 6) Propriedades da Equivalência Material A expressão de equivalência de p⇔q é a abreviação de );()( pqqp ⇒∧⇒ Dado que as proposições acima referenciadas, são ambas verdadeiras (ou ambas falsas), isto é, são equivalentes. Então, pode-se escrever: );()( pqqpqp ⇒∧⇒=⇔ (22) p q qp ⇔ )( qp ⇒ )( pq ⇒ )()( pqqp ⇒∧⇒ V V V V V V V F F F V F F V F V F F F F V V V V Exprimindo as implicações em disjunções, vem: );(~)(~ pqqpqp ∨∧∨=⇔ (23) Aplicando as primeiras Leis De Morgan, tem-se: );~()~()(~ pqqpqp ∧∨∧=⇔ (24) 1.2.7. Princípio da Dualidade Lógica O princípio da Dualidade Lógica diz: “As propriedades da conjunção e da disjunção, são formalmente idênticas, podendo passar-se de umas para as outras por simples mudança das operações de ∧ em ∨ e dos valores lógicos de V em F e reciprocamente” 1.3. Expressões com Variáveis Na linguagem matemática, é muito cómodo utilizar variáveis. As variáveis são símbolos que podem ser substituídos por qualquer designação de um determinado conjunto de designações, chamado domínio da variável (ou universo da variável). Por exemplo, «x é a capital de Moçambique» « 022 =−+ nn » Na primeira expressão, aparece a variável x e na segunda a variável n. Claro que deveríamos indicar precisamente o domínio das variáveis em questão. Para fixar ideias digamos, por exemplo, que o domínio da variável x é o conjunto das cidades africanas e da variável n é o conjunto IN dos números naturais. Isto significa que podemos substituir, em cada uma das expressões anteriores, cada uma das variáveis intervenientes por um qualquer valor do seu domínio. As expressões com variáveis podem ser de dois tipos: 1.3.1. Expressões Designatórias Definição 1.13. são aquelas que se transformam em designações quando se substituem as variáveis por termos convenientes (valores concretos). Definição 1.14. Chama-se Domínio de uma expressão designatória ao conjunto dos valores da variável para os quais a expressão tem significado (num dado universo). Exemplo 1.13 • Triplo de x, (com x um número real); • ;122 ++ xx (com domínio IR); • ;6−x (com domínio [,6[ ∞+ ) • Chefe da turma do curso de x (com x qualquer curso do ISGECOF); Observação 1.9. Sempre que a variável aparecer mais que uma vez na expressão, a sua substituição (concretização) tem de ser feita com o mesmo valor. Observação 1.10. Se na mesma expressão aparecer mais do que uma variável, podemos atribuir valores iguais ou diferentes às variáveis, desde que esses valores pertençam aos respectivos domínios. Exemplo 1.14. • ; 6 9 − + x x (com domínio IR diferentes de 6); • ; 9 y x+ (com domínio o conjunto dos pares ordenados (x, y), com IRx ∈ e y um numero real diferente de zero. 1.3.2. Expressões Proposicionais (ou Condições) Definição 1.15. São aquelas que se transformam em proposições (verdadeiras ou falsas), quando se substituem as variáveis por termos convenientes do seu domínio. São exemplos de expressões proposicionais ou condições as equações, inequações e os sistemas de equações ou inequações. Exemplo 1.15. • 022 =−+ xx , (O domínio é IR); • 2732 >+ nn , (O domínio é IN); Para alguns valores do domínio da variável, a proposição será verdadeira e para outros será falsa. • Um número é maior que 5. No entanto, a expressão transforma-se numa proposição verdadeira, quando substituirmos «um número» por um termo, como 7 e numa proposição falsa quando substituímos por 4; • 0122 =+− aa , (sendo a um número real); • ;3 xzyx +> As expressões proposicionais (ou condições) também se chamam de funções proposicionais. É usual representar as funções proposicionais por: etccbaqnbxp ),,,(),(),( e por ),( yxp a uma função proposicional de variáveis x e y, etc. 1.3.3. Classificação de uma condição num dado universo Consideremos, em IR, a seguinte condição: 063 >−x Se concretizarmos a variável, fazendo 5=x , obtemos uma proposição verdadeira. Diz-se então que 5, satisfaz ou verifica a condição ou ainda que 5, é solução da condição. Já onúmero dois não verifica a condição, porque fazendo 2=x , obtemos uma proposição falsa. 1.3.3.1. Condições Impossíveis Definição 1.15. São aquelas que para toda a concretização das variáveis se transforma numa proposição falsa. Conclui-se no entanto que, uma condição impossível não tem nenhuma solução no universo considerado. Exemplo 1.15. Consideremos em IR, as condições 011 2 =++= xexx Trata-se de duas equações, ambas sem solução para o universo considerado. 1.3.3.2. Condições Possíveis Definição 1.16. São aquelas que para toda a concretização das variáveis se transforma numa proposição verdadeira. Exemplo 1.16. Consideremos em IR, as condições 0101 22 =−>+ xex A primeira condição 012 >+x é possível e universal pois origina proposições verdadeiras para qualquer substituição da variável. A segunda condição 012 =−x é possível, mas não universal. Com efeito para x=1 (p. verdadeira) e x=3 (p. falsa). Observação 1.11. Num dado universo, uma condição diz-se possível mas não universal, se no universo existe pelo menos um valor que a transforma numa proposição verdadeira e outro numa proposição falsa. 1.3.4. Operações com Condições 1.3.4.1. Negação Definição 1.17. Chama-se negação duma condição, )( xp à condição que se obtém antepondo – lhe o símbolo « ~ », que se lê: «não é verdade que». A condição )(~ xp também é chamada de condição contrária ou complementar de ).(~ xp Exemplo 1.17. Encontre a negação de cada uma das seguintes condições 1. No universo U dos seres humanos, consideremos a condição: p(x): x é homem. ~ p(x) : não é verdade que x é homem ou ~ p(x): x não é homem 2. Considere as seguintes condições em IR: a) x < 3 b) x – 1 = 0 A negação de cada uma delas é respectivamente: a) ~ (x < 3) = ;3≥x b) ~(x – 1= 0) = x – 1 # 0 Observação 1.12. A negação duma condição num universo, corresponde ao complementar do conjunto definido por essa condição nesse universo. 1.3.4.2. Disjunção Consideremos as condições a e b seguintes definidas no universo dos homens: a: x é jurista e b: x é professor A disjunção das duas condições «a ou b», determina no mesmo universo, o conjunto de juristas ou professores. A disjunção de condições corresponde a reunião de conjuntos Exemplo 1.18. A disjunção, em IR: {x: x > 1 ou x < 6} corresponde a reunião de conjuntos {x ϵ IR: x > 1} U {x ϵ IR: x < 6} 1.3.4.3. Conjunção A conjunção de duas condições, só é verificada pelos elementos que satisfazem simultaneamente, as duas condições. A conjunção «a e b» , x é jurista e x é professor, determina o conjunto de homens que são simultaneamente juristas e professores. A conjunção de condições corresponde a intersecção de conjuntos. Exemplo 1.19. À conjunção em IR: {x: x < 2 e x > -3} corresponde a seguinte intersecção de conjuntos: ]- ∞, 2[ ∩]-3, + ∞[ = ] – 3, 2[ 1.4. Quantificadores Para além das operações lógicas por nós consideradas, existem mais duas que se aplicam somente para expressões com variáveis. São elas a quantificação universal e quantificação existencial. 1.4.1. Quantificador Universal Consideremos em IN, a condição universal 0>x Para traduzir em linguagem corrente, que esta proposição é universal, escreve-se: «Todo o número natural é maior do que zero.» Em linguagem simbólica com o mesmo significado, escreve-se: 0, >∈∀ xINx Por meio deste símbolo, a condição de que partimos, transformou-se numa proposição (verdadeira). O ∀símbolo referido a uma variável define uma operação lógica que transforma uma condição nessa variável, numa proposição. A esta operação chama-se quantificação universal e ao respectivo símbolo quantificador universal. Símbol o Leitura Operação Lógica Alternativas ∀ “Qualquer que seja’’ Quantificação Universal ( ),∏ Pi Definição 1.18. Chama – se quantificador universal, ao símbolo ∀ que aplicado a uma condição numa variável, da origem a uma proposição verdadeira se a condição for universal e falsa nos outros casos. Exemplo 1.19 a) 012: >+∈∀ nINn (proposição verdadeira); b) 21: >+∈∀ xIRx (proposição falsa); Quando existir mais de uma variável, escreve-se: ),(:, yxpyx∀ Observação 1.13. Uma condição com mais de uma variável, pode ser quantificada parcialmente. Por exemplo: ),(: yxpx∀ que se lê «qualquer que seja ),(: yxpx é verdadeira», Em geral, uma variável que está precedida de um quantificador, diz-se variável ligada ou muda; caso contrário diz-se livre. Observação 1.14. Uma função proposicional p(x), diz-se uma condição universal ou propriedade universal (no domínio da sua variável) se a proposição )(: xpx∀ for sempre verdadeira. Em contrapartida, se a proposição for sempre falsa, p(x) diz-se uma condição impossível; se for verdadeira apenas para alguns valores do domínio de x diz-se possível mas não-universal. Observação 1.15. Num universo finito, o quantificador universal traduz-se por conjunções sucessiva de proposições. Sendo },6,4,2{=A dizer que 2 é par ∧ 4 é par ∧ 6 é par, é o mesmo que dizer: «Todo o elemento do conjunto A é par», ou simbolicamente, .': parexAx ∈∀ 1.4.2. Quantificador Existencial Símbolo Leitura Operação Lógica Alternativas ∃ “Existe pelo menos um”; Quantificação Existencial ∑ Consideremos a expressão proposicional ,01 =+x sendo IR o domínio da variável x Substituindo x por 1, obtemos a proposição falsa, pois ;011 ≠+ Substituindo x por −1, obtemos a proposição verdadeira, pois ;011 =+− . A partir da expressão proposicional ,01 =+x podemos construir a seguinte proposição: «Existe uma designação no domínio da variável x tal que .01=+x » ou «Existe pelo menos um número real que verifica a condição .01=+x » Trata-se até de uma proposição verdadeira, porque existe pelo menos um elemento do domínio da variável x que, quando substituído na expressão proposicional ,01 =+x transforma-se numa proposição verdadeira. Em notação matemática (linguagem simbólica) escreve-se: 01: =+∈∃ xIRx O símbolo ∃ referido a uma variável, define uma operação lógica que transforma uma condição nessa variável numa proposição. ∃ A esta operação chama-se quantificação existencial e ao respectivo símbolo quantificador existencial Definição 1.19. Chama – se quantificador existencial ao símbolo que aplicado a uma condição numa variável, da origem a uma proposição verdadeira se a condição for possível e falsa se for impossível. Exemplo 1.20. a) 5.012: =+∈∃ xQx (proposição verdadeira); b) 5: >∈∃ nINn (proposição verdadeira); c) 01: 2 =+∈∃ xIRx (proposição falsa). Observação 1.16. Num universo finito, o quantificador existencial traduz-se por disjunção sucessiva de proposições. Sendo },0,1,2{ −−=B dizer que: -2+1=0 ∨ -1+1=0 ∨ 0+1=0, é o mesmo que dizer: «há pelo menos um elemento de B cuja soma com 1 é igual a zero», ou simbolicamente, .01: =+∈∃ xBx 1.4.3. Quantificação Múltipla Consideremos em IR, a condição xy = A partir desta condição, para obtermos uma proposição, há que utilizar dois quantificadores, o que chamaremos de quantificação múltipla. • Utilizando duas vezes o quantificador universal .:,: xyIRyxouxyIRyIRx =∈∀=∈∀∈∀ Quaisquer dois números reais são iguais: proposição falsa • Utilizando duas vezes o quantificador existencial. .:,: xyIRyxouxyIRyIRx =∈∃=∈∃∈∃ Existem pelo menos dois números reais que são iguais: proposição verdadeira. • Utilizando quantificadores diferentes xyIRyIRx =∈∃∈∀ :)1 Para todo o número real existe pelo menos um outro número real igual a ele: proposição verdadeira. xyIRyIRx =∈∀∈∃ :)2 Existe pelo menos um número real que é igual a todos os outros números reais: proposição falsa Quando se utilizam quantificadores diferentes e se troca a sua ordem, obtém-seproposições diferentes que podem ter ou não o mesmo valor lógico. 1.4.4. Segundas Leis De Morgan Consideremos, no conjunto C dos alunos da turma, as proposições: • :Cx∈∀ x estuda Matemática; • :Cx∈∃ x visitou Cape Town. Em linguagem usual traduzem-se, respectivamente, por: • Todos os alunos da turma estudam Matemática; • Existe pelo menos um aluno na turma que visitou Cape Town. A negação destas proposições em linguagem usual é: • Nem todos os alunos da turma estudam Matemática; • Nenhum aluno da turma visitou Cape Town. Traduzindo em linguagem simbólica: • :Cx ∈∃ x não estuda Matemática; • :Cx∈∀ x não visitou Cape Town. Portanto: • :(~ Cx ∈∀ x estuda Matemática) :Cx∈∃⇔ x não estuda Matemática; • :(~ Cx ∈∃ x visitou Cape Town) :Cx∈∀⇔ x não visitou Cape Town. Isto leva-nos a afirmar: (i) A negação transforma o quantificador universal em quantificar existencial seguido de negação, isto é, ~~ ∃=∀ (ii) A negação transforma o quantificador de existencial no quantificador universal segundo da negação, isto é, ~~ ∀=∃ Estes dois enunciados são conhecidos por Segundas leis De Morgan. Leituras Obrigatórias Recomenda-se aos estudantes as seguintes bibliografias: 1. Gelson Iezzi e Carlos Murakami. Fundamentos de Matemática Elementar, 1º Volume. Atual Editora, 1977. [Páginas 1-A à16-A]; 2. Maria Augusta Ferreira Neves, Maria Teresa Coutinho Vieira, Alfredo Gomes Alves. Exercícios de matemática, 1º Volume, 10º ano, Porto Editora Lda. [Páginas 5- 20, 39-43, 74-76, 191-198]; 3. Beirão, João Carlos e Morgadinho, Stela. Introdução à Análise Matemática. Texto Editores, Lda. - Moçambique, 2005. [Páginas 6-23]; 4. Momade, Saide Issufo e Ossofo, Abudo Atumane. Lógica e Teoria de Conjuntos. Programa de cooperação em EAD, UAB/UP Brasil – Moçambique, 2011. [Páginas 19-56]; 5. Sydsaeter, knut e Hammond, Peter. Matemática essencial para Análise Económica (Parte I); Moçambique Editora, Lda, 2005.[Páginas 70-72]; LipsChutz, Seymour. Teorias e Problemas da Matematica Finita (Tradução de Adalberto Panobianco Bergamasco). Editora MCGRAW-HILL, Brasil, 1972.[Páginas 1-29]. Resumo da Unidade Nesta unidade, aprendeste os conceitos básicos relacionados com a Lógica Matemática. Abordamos os seguintes conceitos: Termos e Proposições, Operações lógicas (negação, conjunção, disjunção, equivalência e a implicação) demonstradas com recurso as tabelas de verdade e as Propriedades das Operações lógicas. Vimos também Expressões com variáveis: Expressões proposicionais e designatórias e aprendemos como usar correctamente os quantificadores universal e existencial. Por último, aprendemos a usar e as Segundas Leis de Morgan para negar certas proposições: (i) A negação transforma o quantificador universal em quantificar existencial segundo a negação ~~ ∃=∀ (ii) A negação transforma o quantificador de existencial no quantificador universal segundo da negação ~~ ∀=∃ Tarefas 1. Seja p “Mike lê jornal’’ , seja q “Mike lê livro’’ e seja r “Mike lê revista’’. Escrever cada uma das seguintes sentenças (proposições) em forma simbólica: a) Mike lê jornal ou Livro, mas não revista; b) Mike lê jornal e Livro ou ele não lê jornal e revista; c) Não é verdade que Mike lê jornal, mas não revista; d) Não é verdade que Mike lê revista ou livro, mas não jornal. Resolução: a) Mike lê jornal ou Livro, mas não revista; b) Mike lê jornal e Livro ou ele não lê jornal e revista; c) Não é verdade que Mike lê jornal, mas não revista; d) Não é verdade que Mike lê revista ou livro, mas não jornal. 2. Determinar a tabela de verdade de cada uma das seguintes proposições: a) );~(~~ qp∧ .)~() rqpb ∨∧ Resolução a) b) p q ~p ~q )~(~ qp∧ )~(~~ qp∧ V V F F F V V F F V F V F V V F F V F F V V V F rqp ~)( ∧∨ )(~)( rpqp ∧∨∧ )~(~ rp∧ [ ]pqr ~)(~ ∧∨ 3. Demonstrar as primeiras leis de Morgan (usando a tabela de verdade): Resolução a) P q V V V F F F F V F F V F V V F V F V V F V F F F V V V V b) V V V F F F F V F V F F V F F V V F V F F F F F V V V V p q r ~ q V V V F F V V V F F F F V F V V V V V F F V V V F V V F F V F V F F F F F F V V F V F F F V F F qp ∧ )(~ qp ∧ p~ q~ qp ~~ ∨ p q qp ∨ )(~ qp∨ p~ q~ qp ~~ ∧ )~( qp∧ rqp ∨∧ )~( ;~~)(~) ;~~)(~) qpqpb qpqpa ∨=∨ ∨=∧ 4. Simplifique cada uma das seguintes proposições qpqpqpc qpqpqpb qpqpqpa ∧=∧=∨ ∨=∨=∧ ∧=∧=∨ )(~~)(~~)~(~~) ;~~)(~~)(~~) ;~)(~~~)~(~) Auto-avaliação 1. Determine os valores lógicos das seguintes proposições: a) ISGECOF fica na Cidade de Maputo e ; b) 7 É um número primo e 9 é um número primo; c) 7 É um número primo ou 9 é um número primo; d) 3 É um divisor comum de 9 e 12; e) 9 Não é primo nem par; f) e e ; g) Se 5 <3, então -3 <-5; h) Se 12 divide-se por 6, então 12 divide-se por 3; i) Se 11 divide-se por 6, então 11 divide-se por 3; j) Se 15 divide-se por 3, então 15 divide-se por 6; k) Não é verdade que 1 +1= 2, sse 3+4=5; l) 12 Divide-se por 6 sse 12 divide-se por 3; m) 11 Divide-se por 6 sse 11 divide-se por 3; n) Um triângulo é isósceles sse tem dois ângulos iguais. 2. Seja p “Ana fala Francês”, seja q “Ana fala Changana”. Dar uma sentença verbal simples, que descreva cada uma das proposições seguintes: a) );( qp ∨ ; b) p ^ q; c) p ^ ~ q; d) ~ p v ~q; e) ~(~p); f) 3. Determinar a tabela de verdade de cada uma das seguintes proposições: a) b) p ^ ~ q; c) d) ;)(~ pqp ⇒∨ e) ; f) ; 532 =+ 422 =× 422 ≤× 422 ≥× );~(~~ qp∧ ;~ qp ∧ );~(~~ qp∨ )(~ pqq Λ⇔ )(~)~( qpqp Λ⇒⇔ 4. Simplificar cada uma das seguintes afirmações: a) )(~ baa ∨∧ b) )( qpp ∨∧ c) bba ⇔⇒ )( d) (p v q) ^ ~p; e) p v (p^q) f) ~(p v q) v (~p ^ q); g) bba ⇒∨ )(~ 5. Utilize as primeiras leis de Morgan para encontrar proposições cujo valor de verdade é o oposto do das seguintes: a) 2π É simultaneamente maior e menor que 10; b) Vou ao cinema ou como pipocas; c) O Carlos e o João gostam de nadir; d) O Filipe não sabe ler ou está distraído. 6. Para cada uma das expressões proposicionais seguintes encontre, se possível, substituições de variáveis que as transformem em proposições verdadeiras e em proposições falsas. Quer x e y são variáveis reais. a) ;432 =− xx b) ;2 xyx = c) x + y < x; d) ;012 >+x e) .11 −=+ xx 7. Defina a negação das seguintes condições: a) ;53 <<− x b) .12 −=∨= xx 8. Dado o conjunto B= {0, 1, 2, 3, 4}. A partir deste conjunto escrever as seguintes proposições: a) “Existe pelo menos um valor de x, tal que 2x + 1=9”. b) “Não existe nenhum número x, tal que x -15=0”. g) );~^(~ rqp∨ 9. Sendo IN = {1, 2, 3, 4, 5, …}, traduza em linguagem corrente e indique o valor logico: ;73:) =+∈∃ nINna .1:) nnINnb >+∈∀ 10. Nas expressões seguintes, diga quais as variáveis livres e quais as mudas: a) x é múltiplo de y; b) ;0: xxIRx =+∈∀ c) ;0: =+∈∃ yxIRy d) .23: >+∈∀ xINx 11. Considere em IR, a condição: .0=+ yx Utilize, para a transformar numa proposição, dois quantificadores a) Universais; b) De existência; c) Um universal e um de existência; d) Um de existência e um universal. Chave de correcção 1. a) V; b) F; c) V; d) V; e) V; f) F; g) V; h) V; i) V; j) F; k) V; l) V; m) V; n) V. 2. a) Ana fala Francês ou Changana; b) Ana fala Francês e Changana; c) Ana fala Francêsmas não Changana; d) Ana não fala Francês ou Ela não fala Changana; e) Não é verdade que Ana não fale Francês; f) Não é verdade que Ana não fale Francês, nem Changana. 3. a) FFVF; b) FVFF; c) VFFF; d) VVFF; e) VVFF; f) VFVV; g) FVFFVVVV. 4. a) ba ∧ ; b) p ; c) ba ∨ ; d) qp ∧~ ; e) p; f) ~p; g) ba ∨ . 5. ;102102)102102(~)10210(~) ≥∨≤=<∧>=<< πππππa b) Não vou ao cinema e não como pipocas; c) O Carlos ou o João não gostam de nadar; d) O Filipe sabe ler e Ele não esta distraído. 6. a) A expressão será verdadeira para x=4 e x=-1; b)Será Verdadeira para x=y=1); c) F; d)Verdadeira para 01: 2 >+∈∀ xIRx ; e) F 7. ;53) ≥∨−≤ xxa 12) −≠∧≠ xxb 8. ;912:) =+∈∃ xBxa 015:) ≠−∈∀ xBxb 9. ;53) ≥∨−≤ xxa 12) −≠∧≠ xxb UNIDADE II - TEORIA DE CONJUNTOS Introdução As ideias essenciais da teoria dos conjuntos, foram introduzidas por G. Cantor na parte final do Século XIX. Desde então, a teoria dos conjuntos não deixou de desenvolver-se intensamente, de tal forma que hoje pode dizer-se que todos os ramos da Matemática foram profundamente influenciados e enriquecidos por essa teoria. Todos nós sabemos o que é um objecto e o que é uma colecção (ou um conjunto) de objectos. Em Matemática, onde a linguagem tem de ser completamente precisa, não basta estarmos convencidos de que sabemos o que é um objecto, ou um conjunto de objectos, precisamos de formalizar esses conceitos. Nesta unidade, iremos apresentar o conceito de conjunto, subconjuntos, operações entre conjuntos e as propriedades que actuam sobre elas. E também, iremos apresentar os conjuntos numéricos (conjunto dos números naturais, inteiros, racionais e reais). Objectivos da unidade No fim desta unidade o estudante deve ser capaz de: • Definir os conceitos de conjuntos e elementos de um conjunto; • Realizar as operações entre conjuntos; • Identificar as relações de pertença e de inclusão; • Distinguir, relacionar e efectuar operações entre conjuntos numéricos. Recurso de aprendizagem 2.1. Conceito de Conjunto Definição 2.1. Um conjunto, é uma lista ou colecção de objectos com características idênticas. Os objectos em um conjunto, podem ser qualquer coisa (pessoa, rios, números, letras, plantas, animais, etc.). Os objectos que fazem parte de conjunto são chamados elementos. Geralmente, os conjuntos indicam-se por letras maiúsculas e os seus elementos por letras minúsculas. Exemplo 2.1. 1) O conjunto das cidades de Moçambique; 2) O conjunto dos alunos do ISGECOF; 3) Os números 1,3,5,7 podem ser vistos como elementos de um conjunto, digamos A= {1, 3, 5,7} 4) As soluções da equação 0232 =+− xx são elementos do conjunto B={1, 2}. O conjunto B chamado de conjunto solução da equação. 2.1.1. Simbologia Símbolo Leitura Representação ∈ Pertence Da ∈ ∉ não pertence Db ∉ = Igual CA = ≠ Diferente DA ≠ Exemplo 2.2. Seja C= {1,2,3,4,5,6}, podemos afirmar que: • ;1 C∈ • ;3 C∈ • ;7 C∉ • C∉12 2.1.2. Formas de representação de um conjunto A definição (ou representação) de um conjunto pode ser feita de três maneiras, a saber: a) Definição por extensão: quando enumeramos, entre chavetas, os elementos que o formam. Nota- se que os elementos são separados por vírgula. Por exemplo, A={1, 3, 5,7} b) Definição por compreensão: quando indicamos, também entre chavetas, uma propriedade que seja verificada por todos os elementos do conjunto. Por exemplo, B= {x: x é um inteiro, x> 0} que se lê «B é o conjunto dos x, tais que x é um número inteiro e x é maior que zero» indica o conjunto B, cujos elementos são os inteiros positivos. c) Representação Geométrica ou Diagrama de Venn: consiste em representar um conjunto através de linhas curvas e fechadas. Os elementos separam-se por pontos. ⊂ Contido DA⊂ ⊄ Não contido DA ⊄ ⊃ Contém BA⊃ ⊃/ Não contém DA ⊃/ ∅ Vazio {} # Cardinal #{2,6,3}=3 Figura 2.1. Diagrama de Venn Sendo A um conjunto finito, podemos representar os seus elementos sob a forma de pontos dentro de uma curva fechada. Por exemplo, se o conjunto A= {1,7,9} pode representar-se da seguinte forma: Figura 2.2. Diagrama de Venn 2.1.3. Conjuntos Finitos e Infinitos Os conjuntos podem ser finitos ou infinitos. Um conjunto é finito se consistir exactamente de n elementos diferentes, onde n é algum inteiro e caso contrário é infinito. Observação 2.1. Um conjunto só pode ser definido por extensão se for constituído por um numero finito de elemento, caso contrario a definição só pode ser por compreensão. Exemplo 2.3. Seja C={2,4,6,8,…} Então, C é infinito. Exemplo 2.4. Seja D={x: x é um rio da Terra}. Apesar de ser difícil encontrar o número de rios da Terra, D é um conjunto finito. 2.1.4. Igualdade de Conjuntos Definição 2.2. Dois conjuntos A e B dizem-se iguais quando são constituídos exactamente pelos mesmos elementos. A relação de igualdade entre conjuntos representa-se por A=B e a sua negação por .BA ≠ Exemplo 2.5. Seja E={x: }0232 =+− xx , F={2, 1} e G={1, 2, 1, 2, 4/2}. Então, E=F=G. Observação 2.2. Um conjunto não depende da maneira pela qual seus elementos são mostrados, porque um conjunto não se altera se alguns elementos são enumerados mais do que uma vez. Definição 2.3. Chama-se conjunto unitário, aquele que possui um único elemento. Exemplo 2.6. Conjunto das soluções da equação 1313 =+x Observação 2.3. Um conjunto não depende da maneira pela qual seus elementos são mostrados, porque um conjunto não se altera se alguns elementos são enumerados mais do que uma vez. 2.1.5. Conjunto Vazio Definição 2.4. É todo aquele conjunto que não contem nenhum elemento. Ele é indicado por ∅ , é considerado finito e subconjunto de todos os outros conjuntos. Então, para qualquer conjunto A, tem-se: UA ⊂⊂∅ Exemplo 2.7. Seja A o conjunto formado por todas pessoas com 950 anos de vida na Terra. De acordo com as estatísticas conhecidas, A é o conjunto vazio. Exemplo 2.8. O conjunto formado pelas soluções da equação .012 =+x 2.1.6. Conjunto Universal Definição 2.5. Diz-se que um conjunto é universal ou universo se ele contém todos os subconjuntos de um determinado caso em estudo. Exemplo 2.9. Nos estudos sobre a população humana, o conjunto universo consiste em todas as pessoas do mundo. 2.1.7. Subconjunto Definição 2.6. Um conjunto A é um subconjunto de um conjunto B e indica-se ,ABouBA ⊃⊂ Sse, cada elemento de A também pertence a B; isto é, .BxAx ∈⇒∈ Podemos também dizer que A esta contido em B ou que B contém A }:{ BxAxxBA ∈∧∈=⊂ Figura 2.3. A contido em B Exemplo 2.10. Consideremos os conjuntos A={1, 2, 3, 4, 5} e B={1, 2, 3, 4, 5, 6, 7}. O conjunto A é subconjunto do conjunto B, ou seja, .BA ⊂ 2.1.8. Conjunto das Partes Frequentemente os elementos de um conjunto também são conjuntos. Por exemplo, cada recta em um conjunto de rectas é um conjunto de pontos. Definição 2.7. Chama-se conjunto das partes de um dado conjunto A e designa-se por P(A),o conjunto formado por todos subconjuntos A, incluindo o vazio e o ∅ próprio A. Simbolicamente temos: }:{)( AxxAP ⊂= Assim, Para A= {a} é P (A) ={∅ , A} que têm 122 = elementos, Para A= {a, b} é P (A) ={∅ , {a}, {b}, A} que têm 224 = elementos, Para A= {a, b, c} é P (A) ={∅ , {a}, {b}, {c}, {a,b}, {a,c}, {b,c}, A} que têm 328 = elementos. Observação 2.4. Se A for finito e possuir n elementos, então P (A) terá n2 elementos. 2.1.9. Cardinal de um Conjunto Definição 2.8. Cardinal de um conjunto A, que indica-se por “#A” ou “ )(An ” , é o número de elementos que este conjuntopossui. Por exemplo, se A= {1, 3, 5, 9}; .4)( =An # .700}7001:{ =≤≤∈ nINn # .0=∅ 2.2. Operações com Conjuntos Sejam os conjuntos, A={1, 2, 3, 4} e B={3, 4, 5, 6}, onde U={1, 2, 3, …}. Então, vamos definir as seguintes operações: Definição 2.9. Chama-se reunião de dois conjuntos A e B, ao conjunto formado pelos elementos que pertencem a A ou B, }:{ BxAxxBA ∈∨∈=∪ Exemplo 2.11. 1) }6,5,4,3,2,1{=∪ BA 2) φφφ =∪ Figura 2. 4. Reunião de A com B. Propriedades da Reunião (Idempotente) AAA =∪ (Elemento neutro) AA =∪ φ (Elemento absorvente) UUA =∪ (Associativa) )()( CBACBA ∪∪=∪∪ (Comutativa) ABBA ∪=∪ Definição 2.10. Chama-se intersecção de dois conjuntos A e B, ao conjunto formado pelos elementos que pertencem simultaneamente a A e B, }:{ BxAxxBA ∈∧∈=∩ Figura 2.5. Intersecção de dois conjuntos Figura 2.6. Intersecção de A com B, (A contido em B). Exemplo 2.12. }4,3{=∩ BA Propriedades da Intersecção (Idempotente) AAA =∩ (Elemento neutro) AUA =∩ (Elemento absorvente) φφ =∩A (Associativa) )()( CBACBA ∩∩=∩∩ (Comutativa) ABBA ∩=∩ Definição 2.11. Quando φ=∩ BA , isto é, quando os dois conjuntos não tiverem elementos em comum, A e B são denominados conjuntos disjuntos. Propriedades Mistas ABAA =∩∪ )( ABAA =∪∩ )( )()()( CABACBA ∪∩∪=∩∪ (distributiva da reunião em relação a intersecção) )()()( CABACBA ∩∪∩=∪∩ (distributiva da intersecção em relação a reunião) Definição 2.12. Chama-se diferença de A e B, indicada por “ BA \ ” ao conjunto formado pelos elementos que pertencem a A, mas que, não pertencem a B: },:{\ BxAxxBA ∉∈= Figura 2.7. Diferença de A com B. Exemplo 2.13. }2,1{\ =BA Definição 2.13. Chama-se complementar de um conjunto B, indicado por “B ” ao conjunto dos elementos que pertencem a U, mas que, não pertencem a B: },:{ BxUxxB ∉∈= Exemplo 2.14. }...,7,6,5{=A Figura 2.8. Complementar do conjunto B. Observação 2.5. Dados dois conjuntos A e B, tais que AB ⊂ , o complementar de B em relação a A também pode ser escrito da seguinte forma: BACBA −= Propriedades Mistas (Complementação) BABA AA UAA ∩= = =∪ \ )( U U AA = = =∩ φ φ φ ; (Leis de Morgan) BABA ∩=∪ )( BABA ∪=∩ )( Observação 2.6. Sejam A, B e C três conjuntos quaisquer, então tem - se: )()()().()1 BAnBnAnBAn ∩−+=∪ ()()()()()()().()2 BAnCBnCAnBAnCnBnAnCBAn ∩+∩−∩−∩−++=∪∪ Exemplo 2.15. Numa escola de 630 alunos, 250 deles estudam Matemática, 210 estudam Inglês e 90 deles estudam as duas disciplinas. Pergunta-se: a) Quantos alunos estudam apenas Matemática? b) Quantos alunos estudam apenas Inglês? c) Quantos alunos não estudam nenhuma das duas disciplinas? d) Represente esta situação num diagrama de Venn. Resolução 160 90250 )()() = −= ∩−= IMnMnxa R%: 160 alunos estudam apenas Matemática 120 90210 )()() = −= ∩−= IMnInyb R%: 120 alunos estudam apenas Inglês c) Para sabermos o número de alunos que não estudam nenhuma das duas disciplinas ( )( IMn ∪ ), devemos antes realizar os seguintes cálculos, a saber: i) É necessário conhecer o número total de alunos que estudam as duas disciplinas no universo considerado; 370 90210250 )()()()( = −+= ∩−+=∪ IMnInMnIMn ii) Utilizar a relação 260)( 370630)()()()()()( =∪⇒ −=∪−=∪⇒∪+∪= IMn IMnUnIMnIMnIMnUn R%: 260 alunos não estudam as duas disciplinas. 2.3. Conjuntos Numéricos 2.3.1. Conjunto dos números naturais - IN Definição 2.14. Chama-se conjunto dos números naturais ao conjunto dos números que obtém -se pela operação de contagem e representa-se por compreensão. Assim dado um natural 0≠a , o simétrico de a não existe em N. 2.3.2. Conjunto dos números inteiros – Definição 2.15. Chama-se conjunto dos números inteiros o seguintes conjunto: Neste conjun to distinguimos três subconjuntos notáveis: • Conjunto dos números inteiros não negativos: • Conjunto dos números inteiros não positivos: • Conjunto dos números inteiros não nulos: Neste conjunto, também são definidas as operações de adição e multiplicação. Quando a é divisor de b dizemos que “b é divisível por a” ou “b é múltiplo de a” . Observação 2.7. Os números inteiros podem ser representados sobre uma recta orientada através do seguintes procedimento: 1) Sobre a recta, estabelecemos um sentidos positivo e um ponto O (origem) que representa o inteiro 0 (zero); 2) A partir de 0, no sentido positivo, marcamos um segmento unitário 0≠u cuja extremidade passara a representar o inteiro 1; O resultado é este: 2.3.3. Conjunto dos número racionais - Definição 2.16. Chama-se conjunto dos números racionais ao conjunto dos pares ordenados (ou fracções) m n , onde Zn∈ e *Zm∈ e representa-se da seguinte forma: Observação 2.7. Na fracção m n , n é numerador e m o denominador. Se n e m forem primos entre si, dizemos m n é uma fracção irredutível. Assim as fracções 3 2 , 7 3 e 15 7 são irredutíveis mas 10 6 não é. No conjunto dos irracionais destacamos os subconjuntos: 2.3.4. Conjunto dos números reais -ℜ Definição 2.17. Chama-se conjunto dos números reais aquele formado por todos números com representação decimal (que são números racionais) e as decimas não exactas e não periódicas (chamadas números irracionais). É composto pelos números racionais e pelos irracionais. Assim, todo racional é um real Q ℜ⊂ e além dos racionais, estão em ℜ números como: Chamados números irracionais. Se quisermos outros irracionais, poderemos obtê-los, por exemplo, através da expressão p , onde p é primo positivo. 7,5,3 , etc. Os conjuntos numéricos podem ser representados esquematicamente: 2.3.5. Intervalos Dados dois números reais a e b, com ba < , definimos: a) Intervalo aberto de extremos a e b é o conjunto: }:{[,] bxaxba <<ℜ∈= b) Intervalo fechado de extremos a e b é o conjunto: }:{],[ bxaxba ≤≤ℜ∈= c) Intervalo fechado à esquerda de extremos a e b é o conjunto: }:{[,[ bxaxba <≤ℜ∈= d) Intervalo fechado à direita de extremos a e b é o conjunto: }:{],] bxaxba ≤≤ℜ∈= Leituras Obrigatórias Figura 2.9. Relação entre os conjuntos numéricos Recomenda-se aos estudantes a seguinte bibliografia: 1. FAGILDE, Sarifa A. Magide. Manual de Matemática para o 11º ano. 1ª Edição, Maputo, 2006. [Páginas 32-44]; 2. Maria Augusta Ferreira Neves, Maria Teresa Coutinho Vieira, Alfredo Gomes Alves. Exercícios de matemática, 1º Volume, 10º ano, Porto Editora Lda. [Páginas 5-20, 39-43, 51-76]; 3. BEIRÃO, João Carlos e Morgadinho, Stela. Introdução à Análise Matemática. Texto Editores, Lda. - Moçambique, 2005. [Páginas 24-26]; 4. MOMADE, Saide Issufo e OSSOFO, Abudo Atumane. Lógica e Teoria de Conjuntos. Programa de cooperação em EAD, UAB/UP Brasil – Moçambique, 2011. [Páginas 69-92]; 5. SYDSAETER, knut e Hammond, Peter. Matemática essencial para Análise Económica (Parte I); Moçambique Editora, Lda, 2005. [Páginas 79-85]; 6. LIPSCHUTZ, Seymour. Teorias e Problemas de Matemática Finita (Tradução de Adalberto Panobianco Bergamasco). Editora MCGRAW- HILL, Brasil, 1972. [Páginas 39-56]. Resumo da Unidade Nesta unidade, aprendeste os conceitos básicos da Teoria de Conjuntos. Aprendeste a definir: os conceitos de conjunto e de elemento de um conjunto; relação existente entre elemento e conjunto (Fm∉ ). Aprendeste: as diferentes formas de representação deconjuntos (compreensão, extensão e diagrama de Venn); subconjuntos e a relação entre eles; conjunto vazio, universal e partes de um conjunto. Todos estes conceitos foram acompanhados de exemplos concretos. Aprendeste também, a definir e distinguir as operações sobre conjuntos e a aplicar as suas propriedades na resolução de problemas concretos. Tarefas 1. Determine, por extensão os seguintes conjuntos: a) Conjunto do alfabeto latino; b) Conjunto dos números naturais; c) Conjunto dos números pares compreendidos entre 1 e 9. Resolução a) A={a, b, c, d, …, y, z}; b) B={1, 2, 3, 4, 5, …}; c) C={2, 4, 6, 8}. 2. Determine usando reticências os seguintes conjuntos: a) Conjunto dos números ímpares maiores que 2; b) Conjunto dos números pares compreendidos entre 1 e 503; c) Destes conjuntos indique o finito e o infinito procurando justificar para cada caso. Resolução a) D={3, 5, 7, 9, 11, 13, …}; Infinito b) E={2, 4, 6, 8, …,500, 502}; Finito 3. Define por compreensão os seguintes conjuntos: d) F={7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20}; e) G={boi, cabrito, cão, gato, perú, ganso, burro}; f) H={5} Resolução a) };216:{ <<∈= nINnF b) G={x: x é um animal doméstico}; c) H={x: x é impar maior que 4 e menor que 6}. 4. Coloque V, verdadeiro ou F, falso para as seguintes afirmações referentes aos conjuntos no nº 3. a) 1∈F (F) b) leão∈ G (F) c) gato F (V) d) 20∈F (V) e) 5∈H (V). 5. Dado os seguintes conjuntos: A={ Números inteiros não positivos ímpares compreendidos entre -5 e -21} e B={ Números inteiros não positivos ímpares compreendidos entre -1 e -9} a) Defina em extensão representando por chavetas cada um dos conjuntos; b) Represente num diagrama de Venn estes dois conjuntos. Resolução: g) A={ -5;-7;-9;-11;-13;-15;-17;-19; -21} e B={-1;-3;-5;-7;-9} h) 6. Um conjunto universal é composto por 16 subconjuntos. Determine o número dos seus elementos. ∉ Resolução: n[P(U)] = 16 mas n[P(U))=2n e 16 = 2*2*2*2 =24 2n = 16 ⇔ 2n = 24 ⇔ n = 5 O Conjunto U, tem 4 elementos. 7. Num Centro de formação Linguística, são leccionadas três disciplinas, Português, Inglês e Filosofia. Feito um inquérito sobre a preferência de alunos em certas disciplinas constatou-se: Disciplina P I F P e I I e F P e F P, I e F Nenhuma Preferência 120 75 80 30 45 25 12 8 a) Represente esta situação num diagrama de Venn; b) Quantos alunos preferem exclusivamente uma só disciplina? c) Quantos alunos responderam o inquérito? d) Determine ).( FIn ∪ Resolução a) Representando em um diagrama fica: b) P=77, I=12 e F=22 187 124525308075120 )()()()()()()()() = +−−−++= ∩∩+∩−∩−∩−++=∪∪ FIPnFInFPnIPnFnInPnFIPnc 8)( =∪∪ FIPn Então, o número de alunos que responderam o inquérito será: 1958187)()( =+=∪∪+∪∪ FIPnFIPn 110 458075 )()()().() = −+= ∩−+=∪ FInFnInFInd Auto-avaliação 1. Definir, extensivamente, o conjunto - solução de cada uma das seguintes proposições: ;52:;023: 2 <+=+− xqxxp 2. Dado os conjuntos: A = {2,4,6,8}; B={4,6} e C={4,6,8,10} Determine: a) B ∪ A; b) B ∩ C; c) C \ A; d) A \ B; e) A ∩ (C∪ B). 3. Assinalar no diagrama ao lado, um de cada vez, os seguintes conjuntos: a) ;)\( AB b) ;BA − c) ;AB ∩ d) ;AB ∪ e) ;BA ∪ f) BA ∩ . 4. Um levantamento socioeconómico entre os habitantes de uma cidade, revelou que, exactamente: 17% têm casa própria; 22% têm automóvel; 8% têm casa própria e automóvel. Qual é a percentagem dos que não têm casa própria nem automóvel? 5. Em uma empresa, 60%, dos funcionários lêem a revista A, 80% lêem a revista B, e todo funcionário é leitor de pelo menos uma dessas revistas. A percentagem de funcionários que lêem as duas revistas é? 6. Foi realizada uma pesquisa numa indústria X, tendo sido feitas a seus operários apenas duas perguntas. Dos operários, 92 responderam sim a primeira; 80 responderam sim a segunda; 35 responderam sim a ambas e 33 não responderam a perguntas feitas. Pode concluir-se então, que o número de operários da indústria é: 7. Numa escola de Formação Superior, são consumidos dois tipos de refrigerantes, A e B. Feita uma pesquisa de mercado sobre a preferência dos alunos no consumo de refrigerantes. Os resultados da pesquisa são mostrados na tabela abaixo: Tabela de pesquisa Refrigerantes A B A e B Nenhum dos dois Nº de alunos consumidores 250 330 100 80 a) Represente esta situação num diagrama de Venn; b) Determine o número dos alunos que só tomam refrigerante A; c) Quantos alunos só tomam um tipo de refrigerante; d) Determinar o número total de alunos existentes nesta escola; 8. Dada a figura abaixo, determine: a) Quantos elementos pertencem exclusivamente ao A, B e C? b) Número de elementos que pertencem a cada conjunto? c) Número de elementos que pertencem a A e B, B e C e A e C? d) Número de elementos que pertencem simultaneamente aos três conjuntos? 9. Dado os seguintes conjuntos: F={1, 2, 3, 4} G={André, Moniz, Gerson} H={ } a) Determinar o cardinal de cada conjunto isto é, n(F), n(G) e n(H) b) Calcular as partes de cada conjunto P(F), P(G) e P(H) 10. Um conjunto universal possui 64 subconjuntos, determinar o número de elementos que possui este conjunto. 11. . São dados os conjuntos abaixo: I=] 1 ; 7] e J= ] -oo; 2 [ Efectue as seguintes operações no eixo orientado. a) I J; b) I I J. 12. Dados os conjuntos };22:{ >−∈= xIRxP }13:{ <∨>∈= xxIRxQ Represente na forma de intervalos: ;\\) QPeQPa .) QPeQPb ∩∪ e) Número de elementos que não pertencem a nenhum dos 3? f) O número de elementos do universo? Chave de correcção 1. }2,1{:)( xp e [3,]:)( ∞−xq 2. a) {2,4,6,8}; b) {4,6}; c){10}; d) {2;8}; e) {4;6;8}. 4. 69% 5. 40%. 6. a) 170. 7. a) b) 150 Alunos só tomam refrigerante A e 230 alunos só tomam refrigerante B; c) Na escola existem 480 alunos. 8. a) A=50, B=40 e C=30; b) 80)( =An ; 68)( =Bn e 53)( =Cn . c) ,20)( =∩ BAn ,13)( =∩ CBn .15)( =∩ CAn d) .5)( =∩∩ CBAn e) .20)( =∪∪ CBAn f) 186 Elementos. 10. O Conjunto tem 6 elementos. 11. a) ]7,2] ; b) [2,1] . 12. a) [1,]]3,1[ −∞−e ; b) [,3][1,1[ ∞+∪− e ]3,1[[1,] ∪−∞− UNIDADE III - EXPRESSÕES ALGÉBRICAS, POLINOMIAIS e TRANSCENDENTES Introdução Caro Estudante! Seja Bem-vindo (a) à Unidade III da disciplina de Matemática I. Estas notas de ensino constituem a terceira unidade. O discente é proposto a usar 48 horas para o estudo desta unidade distribuídas da seguinte maneira: Os exercícios e trabalhos práticos servem para o discente consolidar o conhecimento dos tópicos apresentados nesta unidade. Estes trabalhos não são submetidos ao Instituto. O Instituto fornece as soluções dos trabalhos de auto- avaliação para lhe ajudar nos estudos. Mas Atenção Caro Estudante, você deve resolver os exercícios de auto- avaliação antes de consultar as soluções fornecidas. A avaliação encontra - se no final desta unidade A unidade é válida por 6 meses. Os estudantes que não tenham aprovado a disciplina (tenham interrompido o curso ou reprovado), devem contactar o Instituto. Esta recomendação prende-se ao facto de os materiais serem revistos e actualizados com vista a acomodar as mudanças do dia-a-dia e providenciar uma maior percepção aos nossos discentes. Especificamente, esta unidade faz uma revisão dos fundamentos básicos deMatemática que o estudante deve saber. Objectivos No fim desta unidade, o discente deve ser capaz de: • Identificar e classificar expressões algébricas; • Realizar operações de polinómios; • Resolver diferentes tipos de equações e inequações; • Entender os métodos de classificação e cálculo algébrico para vários tipos de sistemas de equações. Recursos de Aprendizagem 3.1.Variável Definição 3.1. Uma variável é uma letra ou símbolo usado na álgebra para representar números. A finalidade do uso de variáveis é permitir a realização de generalizações em matemática. Isto é útil, porque: • Ela permite aritméticas, equações (e desigualdades) a ser indicado como leis (tais como a + b = b + a) e, portanto, é o primeiro passo para o estudo sistemático das propriedades do sistema de número real; • Permite fazer referência aos números que não são conhecidos. No contexto de um problema, uma variável pode representar um certo valor que ainda não é conhecido, mas que podem ser encontrados através da formulação e manipulação de equações. • Permite também, a exploração de relações matemáticas entre quantidades (como “vender bilhetes x, então seu lucro será de 3 x - 10 dólares”). 3.2. Expressões Algébricas e transcendentes 3.2.1. Expressões Algébricas Definição 3.2. Chama – se expressão algébrica, a toda expressão constituída por uma ou várias grandezas (letras e números) unidas pelas operações elementares (adição, subtracção, multiplicação, divisão, potenciação e radiciação) num número infinito de vezes e eventualmente parênteses. Exemplo 3. 1: .1; 1 2 ; 42 )(;32;3 372 − − +−+++−++ x x x y xbazxyx π 3.2.1.1. Classificação de Expressões Algébricas As expressões algébricas classificam-se em dois grandes grupos a saber: Definição 3.3. Expressões Algébrica Racionais: são aquelas em que a variável não aparece sob forma de radical e podem ser: a) Expressões Algébricas Racionais Inteiras: se a variável não aparece no denominador. Exemplo 3.2: , b) Expressões Algébricas Racionais Fraccionárias se a variável aparece no denominador. 3 23222 3 1 ,1,7,1,2 − ++++−++ x x xxxyzxyxx 12 +x 2,45 3 +− yxz Exemplo 3.3: Definição 3.4.Expressões Algébricas Irracionais: são aquelas em que a variável a aparece sob forma de radical. Exemplo 3.4: Resumindo teremos: Expressão Algébrica 3.2.2. Expressões transcendentes Chama-se expressão transcendente, a toda expressão matemática que não seja algébrica, como são os casos das expressões trigonométricas, logarítmicas, exponenciais, etc. 3.3. Domínio de Existência Definição 3.5. Chama – se domínio de existência (DE) ou de expressão ao conjunto de valores para os quais tem sentido uma dada expressão. Achar o domínio de existência de existência de uma expressão, significa contornar a situação em que esta fica desprovida de sentido. Observação 3.1. Se a expressão for racional inteira, o seu DE será todo o conjunto IR. Observação 3.2. Se a expressão for racional fraccionária, o seu DE será todo o conjunto IR excepto os valores que anulam o denominador. Observação 3.3. Se for Irracional, teremos duas situações a considerar: i) Se o radical for um numerador isolado: ii) Se o radical for um denominador 3.4. Monómios Antes de definirmos oque são monómios, consideremos o seguinte: A Ana tinha x meticais num mealheiro e ela deu a metade à irmã e 5 ao irmão. Então a Ana ficou com . Cada um destes termos denomina-se de 100)2( 1 , 1 , 2 − −+ xy y x x 51 1 , 3 1 , x x x x x + − + Irracional iaFraccionar Inteira Racional ∈ ≥ ⇒ imparnRx parnxP xPn ; ;0)( )( ≠ > ⇒ imparnxP parnxP xP xQ n ;0)( ;0)( )( )( 5 2 −− xx monómio, isto é, os monómios são: e 5. Definição 3.6. Um monómio é uma expressão constituída por um número ou uma letra, ou por um produto de números e letras com expoentes naturais. Num monómio, distinguem-se o coeficiente (os números que aparecem associados as letras) e a parte literal (que são as letras). Note que um monómio é constituído por um único termo, isto é não há adições nem subtracções. Exemplos de monómios: 3x, -5ab, , 3.4.1. Monómios Semelhantes Dois ou mais monómios são semelhantes se tiverem a mesma parte literal. Exemplo 3.5. São semelhantes os seguintes monómios: • e , • -5a e 11a Nota 3.1. Monómios semelhantes com coeficientes simétricos são denominados de monómios simétricos. Exemplo 3.5: 22 33 abeab − 3.4.2. Grau de um Monómio Definição 3.7. O grau de um monómio é a soma dos expoentes da parte literal. Exemplo 3.6: • O monómio 3x; tem a parte literal x e x tem expoente um. Por isso é do 1° grau. • O monómio 3xytem a parte literal xye a soma dos expoentes desta parte literal é igual a 2. Por isso é do segundo grau. • -5ab – O grau é 2(1+1) • - O grau é 4 (2+1+1) • - O grau é 7(1+5+1) 3.5. Polinómios Definição 3.8. Chama-se polinómio a soma algébrica de monómios. Note que na soma algébrica de monómios temos que ter em conta os termos semelhantes (monómios semelhantes). Pode também ser considerado como sendo uma expressão de expoente natural que pode ser escrita na forma: 2 , x x yzx2 7 1 yab58 xyz3 xyz2− yzx2 7 1 yab58 ,...)( 0 2 210 ∑ = =++++= k n n n n n xaxaxaxaaxP onde INneIRaaaa n ∈∈,...,,, 210 Os valores IRaaaa n ∈,...,,, 210 são chamados coeficientes. Às parcelas que compõem um polinómio chamam-se termos do polinómio. Cada termo é constituído pela parte numérica e pela parte literal. Observação 3.4. Um polinómio diz-se completo quando é composto por todos os termos desde o termo de maior grau até ao termo independente (sem a parte literal). Observação 3.5. Um polinómio diz-se ordenado e reduzido quando os seus termos não semelhantes, de coeficientes não nulos, estão ordenados por ordem decrescente dos seus expoentes. Exemplo 3.7. • 730 25 −−+ xxx , é um polinómio incompleto e ordenado do 2º grau. • 8032 234 −+−+ xxxx , é um polinómio do 4º grau, ordenado, completo porque o coeficiente do termo em x2 é nulo. • 100 2 ++ xx , é um polinómio não nulo de grau zero. • 000 2 ++ xx , é o polinómio nulo e diz-se que tem grau indeterminado. 3.5.1. Valor Numérico de um Polinómio Se observarmos um polinómio qualquer P(x) = 5x4 – 3x3 + x2 – x + 2, para acharmos o seu valor numérico que é o valor de P(x), temos que ter um valor para a incógnita x. Então, se dissermos que x = 2 o valor que encontrarmos para P(2) quando substituirmos x por 2 será o valor numérico do polinómio. 6022424802222325)2( 234 =+−+−=+−+⋅−⋅=P Concluímos que o valor numérico do polinómio P(x) = 5x4 – 3x3 + x2 – x + 2, quando x = 2 será P(2) = 60. 3.5.2. Raiz ou Zero do Polinómio Se pegarmos um polinómio qualquer P(x) = - 2x3 + 5x2 – x + 1 = 0, a raiz dele será um número qualquer b se, somente se, o valor numérico do polinómio for zero quando x = b. Exemplo 3.8:P(x) = x2 - 1, para calcularmos o zero da função, devemos colocar 0)( =xP , então 11101 22 ±=⇔±=⇔=⇔=− xxxx Concluímos que -1 e +1 são as raízes do polinómio 1)( 2 −= xxP 3.5.3. Grau de um Polinómio Um polinómio é formado por vários monómios separados por operações, então o grau de um polinómio corresponde ao monómio de maior grau ou seja o grau de um polinómio é o expoente mais alto que nele figura. O único polinómio que não possui grau é o polinómio nulo P(x) = 0. Exemplo 3.9. • 32)( 23 −+−= xxxxP → na expressão existem 3 monómios que possuem grau, o que tem maior grau é x3, então o polinómio tem o mesmo grau que ele. • 32)( 23 −+−= xxxxP é do 3º grau. • P(x) = 5x0 → é do grau zero. 3.5.4. Classificação de Polinómios Quanto ao Numero de Termos Quanto ao número de termos um polinómio pode ser: Monómio – Se tiver um único termo: Binómio – Se tiver dois termos: Trinómio– Se tiver três termos: De quatro termos em diante diz – se polinómio com “x” número de termos. Por exemplo: 3.5.5. Polinómios Idênticos ou iguais Polinómio identicamente nulo (ou simplesmente polinómio nulo) é aquele cujo valor numérico é igual a zero para todo valor da variável x . Indicamos P = 0 (polinómio nulo). Para um polinómio P(x) ser um polinómio nulo é necessário e suficiente que todos os seus coeficientes sejam nulos (iguais a zero) . Definição 3.8. Polinómios idênticos são polinómios iguais, isto é, se P e Q são polinómios idênticos, escrevemos P = Q. É óbvio que se dois polinómios são idênticos, então os seus coeficientes dos termos correspondentes são iguais, ou seja, 10003 2,3, xxx − zzyyx 6,3,1 252 −−+ yyyxx 62,53 452 −+−+ 535,1 245623 −+−+−+−− zzzzzxbxax dois ou mais polinómios dizem - se idênticos se os coeficientes dos seus respectivos monómios semelhantes forem iguais. A expressão P = Q é denominada identidade. Exemplo 3.9. Sendo 1)()( 2 +++= xxxQxP e sabendo que 2 é raiz de P(x) e 1 é raiz de Q(x) , calcule o valor de P(1) - Q(2) . Solução: Ora, se 2 é raiz de P(x), então sabemos que 0)2( =P e se 1 é raiz de Q(x) então 0)1( =Q . Temos então substituindo x por 1 na expressão dada: 31110111)1()1( 2 =+++=+++= QP . Então P(1) = 3. Analogamente, poderemos escrever : 7)2(122)2()2( 2 +=+++= QQP , logo 7)2( −=Q Q(2) = -7. 10)7(3)2()1( =−−=− QP Resp:10 3.5.6. Operações com Polinómios Nas situações envolvendo cálculos algébricos, é de extrema importância a aplicação de regras nas operações entre os monómios. As situações aqui apresentadas abordarão a adição, a subtracção e a multiplicação de polinómios. 3.5.6.1. Soma Algébrica (adição e subtracção) Para adicionar ou subtrair dois polinómios é necessário adicionar ou subtrair os coeficientes dos termos com o mesmo grau Exemplo 3.10. Considere os polinómios 252)( 2 −+−= xxxA e 123)( 23 −+−= xxxB . Vamos efectuar a adição e a subtracção entre eles. 1) Adição )123()252( 32 −+−+−+− xxxx → eliminar os parênteses realizando o jogo de sinal 123252 32 −+−−+− xxxx → reduzir os termos semelhantes 323 23 −−− xx → ordenar de forma decrescente das potência 2) Subtracção )123()252( 32 −+−−−+− xxxx → eliminar os parênteses realizando o jogo de sinal 123252 32 +−+−+− xxxx → reduzir os termos semelhantes 1323 23 −+− xxx → ordenar de forma decrescente das potência 3.5.6.2. Multiplicação de Polinómios Para calcular o produto de dois polinómios, multiplica-se cada monómio de um polinómio pelos monómios do outro, isto e, multiplica- se cada termo do primeiro com todos os ter do segundo (propriedade distributiva da multiplicação em relação a adição) e reduzem se os termos semelhantes. Exemplo 3.11: )85(3 232 xxxx −+⋅ → aplicar a propriedade distributiva da multiplicação 345 32415 xxx −+ Exemplo 3.12: )62)(1( 2 −+− xxx )1(6)1(2)1(2 −−−+− xxxxx → aplicar a propriedade distributiva da multiplicação 6622 223 +−−+− xxxxx → reduzindo os termos semelhantes 6823 +−+ xxx Exemplo 3.13 :Calcule o quadrado do binómio 2)52( +x . 2042510104)52(5)52(2)52)(52()52( 222 +=+++=+++=++=+ xxxxxxxxxx 3.5.6.2.1. Casos Notáveis na Multiplicação de Polinómios Produtos notáveis são produtos de expressões algébricas que possuem uma forma geral para sua resolução. Os produtos abaixo são exemplos, em forma geral, de produtos notáveis: 222 2)( yxyxyx ++=+ - Quadrado da soma 222 2)( yxyxyx +−=− - Quadrado da diferença 22))(( yxyxyx −=−+ - Produto da soma pela diferença 32233 33)( yxyyxxyx +++=+ - Cubo da soma 32233 33)( yxyyxxyx −+−=− - Cubo da diferença. ))(()( 2233 yxyxyxyx +−+=+ - Soma de Cubos. ))(()( 2233 yxyxyxyx ++−=− - Diferença de Cubos 3.5.6.2.2. Lei do Anulamento do Produto Duas ou mais expressões podem ser anuladas se o seu produto for igual a zero. A Lei do anulamento do produto consiste em igualar a zerocada uma das expressões. Para compreender melhor a lei do anulamento do produto, consideremos dois exemplos: 31 0301 0)3)(1( −=∨= =+∨=− =+− xx xx xx Note que a Ana procedeu da forma correcta o anulamento do produto porque o anulamento do produto só tem lugar se o produto das expressões for igual a zero. Observação 3.4. Verifica se que para anular um produto é necessário primeiro decompor em factores, segundo igualar a zero e em seguida anular o produto. Daí, o anulamento de um produto é igualar a zero a cada um dos seus factores. Exemplo 3.14: 200200)2(022 =∨=⇔=−∨=⇔=−⇔=− xxxxxxxx Exemplo 3.15: 4404040)4)(4(0162 −=∨=⇔=+∨=−⇔=+−⇔=− xxxxxxx 3.5.6.2.3. Importância de Anulamento do Produto A decomposição de um polinómio em factores pode ajudar a resolver equações pela aplicação da lei do anulamento do produto. O anulamento do produto só é aplicável quando o produto dos factores for igual a zero. 3.5.6.3. Divisibilidade de Polinómios Existem várias maneiras de dividir polinómios nomeadamente: o algoritmo da divisão, teorema do resto e a regra de Ruffini. Note que nesta unidade vamos estudar cada uma das maneiras de dividir polinómios. Efectuar a divisão de um polinómio P(x) por outro polinómio D(x) não nulo , significa determinar um único par de polinómios Q(x) e R(x) que satisfazem às condições: 1) )()()()( xRxQxDxP +⋅= . (Analogia: 7646 =÷ e resto 4, isto é 47646 +⋅= ) . 2) gr R(x) <gr D(x), onde gr indica o grau do polinómio. 3.5.6.3.1. Algoritmo da Divisão Para dividir polinómios aplicando o algoritmo da divisão, deve-se procurar uma expressão que, quando multiplicada com o monómio de grau máximo do divisor, dê a expressão do monómio do grau máximo do dividendo. Em seguida multiplica- se todos os monómios do divisor, colocando os resultados em baixo do polinómio do dividendo (cada monómio por baixo do seu semelhante), assim sucessivamente. O processo só termina quando o resto for uma expressão de menor grau que o divisor. Nota: Se os polinómios estiverem incompletos devem se completar (quer o dividendo assim como o divisor). Exemplo1: Determine o quociente e o resto da divisão dos seguintes polinómios: xporxxx 8412 23 −+ Resolução: Exemplo2: 52404310 2 −+− xporxx Exemplo3: 542599106 2234 +−−++− xxporxxxx Exemplo4: 233151912 223 +−−+− xxporxxx 3.5.6.3.2. Teorema do Resto O teorema do resto diz que um polinómio G(x) dividido por um binómio x – a terá resto R igual a P(a), para x = a Exemplo: Determine o resto da divisão dos seguintes polinómios a) 334 2 −+− xporxx x – 3 = 0, logo x = 3. Nessa ordem de ideias o resto será dado por P(3) 031293343)3( 2 =+−=+⋅−=P b) 125 3 −+− xporxx x – 1 = 0, logo x = 1. Nessa ordem de ideias o resto será dado por P(1) 22512151)1( 3 −=+−=+⋅−=P 3.5.6.3.3. Teorema de D’Alembert O teorema de D’Alembert é uma consequência imediata do teorema do resto, que são voltados para a divisão de polinómios por binómio do tipo x – a. O matemático francês D’Alembert provou, levando em consideração o teorema citado acima, que um polinómio qualquer Q(x) será divisível por ax − , ou seja, o resto da divisão será igual à zero (R = 0) se 0)( =aP . Esse teorema facilita o cálculo da divisão de um polinómio qualquer pelo binómio ax − , dessa forma não sendo preciso resolver toda a divisão para saber se o resto é igual ou diferente de zero. Exemplo 1: Calcule o resto da divisão )3(:)103( 2 −−+ xxx . Como diz o Teorema de D’Alembert, o resto (R) dessa divisão será igual a: 8109910333)3( 2 =−+=−⋅+== PR Portanto, o resto dessa divisão será 8. Exemplo 2:Verifique se 22 345 −++− xxxx é divisível por 1−x . Segundo D’Alembert, um polinómio é divisível por um binómio se 0)( =aP . 1211121)1( 345 −=−++⋅−=P Como 0)1( ≠P , o polinómio não será divisível pelo binómio 1−x . Exemplo 3:Calcule o valor de m de modo que o resto da divisão do polinómio 35)( 234 −++−= xxmxxxP por 2−x seja 6. Temos que, 6)2( ==
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