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Análise Combinatória Introdução à Análise Combinatória Análise Combinatória é um conjunto de procedimentos que possibilita a construção de grupos diferentes formados por um número finito de elementos de um conjunto sob certas circunstâncias. Na maior parte das vezes, tomaremos conjuntos Z com m elementos e os grupos formados com elementos de Z terão p elementos, isto é, p será a taxa do agrupamento, com p<m. Arranjos, Permutações ou Combinações, são os três tipos principais de agrupamentos, sendo que eles podem ser simples, com repetição ou circulares. Apresentaremos alguns detalhes de tais agrupamentos. Observação: É comum encontrarmos na literatura termos como: arranjar, combinar ou permutar, mas todo o cuidado é pouco com os mesmos, que às vezes são utilizados em concursos em uma forma dúbia! Arranjos São agrupamentos formados com p elementos, (p<m) de forma que os p elementos sejam distintos entre sí pela ordem ou pela espécie. Os arranjos podem ser simples ou com repetição. Arranjo simples: Não ocorre a repetição de qualquer elemento em cada grupo de p elementos. Fórmula: As(m,p) = m!/(m-p)! Cálculo para o exemplo: As(4,2) = 4!/2!=24/2=12. Exemplo: Seja Z={A,B,C,D}, m=4 e p=2. Os arranjos simples desses 4 elementos tomados 2 a 2 são 12 grupos que não podem ter a repetição de qualquer elemento mas que podem aparecer na ordem trocada. Todos os agrupamentos estão no conjunto: As={AB,AC,AD,BA,BC,BD,CA,CB,CD,DA,DB,DC} Arranjo com repetição: Todos os elementos podem aparecer repetidos em cada grupo de p elementos. Fórmula: Ar(m,p) = mp. Cálculo para o exemplo: Ar(4,2) = 42=16. Exemplo: Seja C={A,B,C,D}, m=4 e p=2. Os arranjos com repetição desses 4 elementos tomados 2 a 2 são 16 grupos que onde aparecem elementos repetidos em cada grupo. Todos os agrupamentos estão no conjunto: Ar={AA,AB,AC,AD,BA,BB,BC,BD,CA,CB,CC,CD,DA,DB,DC,DD} Arranjo condicional: Todos os elementos aparecem em cada grupo de p elementos, mas existe uma condição que deve ser satisfeita acerca de alguns elementos. Fórmula: N=A(m1,p1).A(m-m1,p-p1) Cálculo para o exemplo: N=A(3,2).A(7-3,4-2)=A(3,2).A(4,2)=6×12=72. Exemplo: Quantos arranjos com 4 elementos do conjunto {A,B,C,D,E,F,G}, começam com duas letras escolhidas no subconjunto {A,B,C}? Aqui temos um total de m=7 letras, a taxa é p=4, o subconjunto escolhido tem m1=3 elementos e a taxa que este subconjunto será formado é p1=2. Com as letras A,B e C, tomadas 2 a 2, temos 6 grupos que estão no conjunto: PABC = {AB,BA,AC,CA,BC,CB} Com as letras D,E,F e G tomadas 2 a 2, temos 12 grupos que estão no conjunto: PDEFG = {DE,DF,DG,ED,EF,EG,FD,FE,FG,GD,GE,GF} Usando a regra do produto, teremos 72 possibilidades obtidas pela junção de um elemento do conjunto PABC com um elemento do conjunto PDEFG. Um típico arranjo para esta situação é CAFG. Permutações Quando formamos agrupamentos com m elementos, de forma que os m elementos sejam distintos entre sí pela ordem. As permutações podem ser simples, com repetição ou circulares. Permutação simples: São agrupamentos com todos os m elementos distintos. Fórmula: Ps(m) = m!. Cálculo para o exemplo: Ps(3) = 3!=6. Exemplo: Seja C={A,B,C} e m=3. As permutações simples desses 3 elementos são 6 agrupamentos que não podem ter a repetição de qualquer elemento em cada grupo mas podem aparecer na ordem trocada. Todos os agrupamentos estão no conjunto: Ps={ABC,ACB,BAC,BCA,CAB,CBA} Permutação com repetição: Dentre os m elementos do conjunto C={x1,x2,x3,...,xn}, faremos a suposição que existem m1 iguais a x1, m2 iguais a x2, m3 iguais a x3, ... , mn iguais a xn, de modo que m1+m2+m3+...+mn=m. Fórmula: Se m=m1+m2+m3+...+mn, então Pr(m)=C(m,m1).C(m-m1,m2).C(m-m1-m2,m3) ... C(mn,mn) Anagrama: Um anagrama é uma (outra) palavra construída com as mesmas letras da palavra original trocadas de posição. Cálculo para o exemplo: m1=4, m2=2, m3=1, m4=1 e m=6, logo: Pr(6)=C(6,4).C(6-4,2).C(6-4- 1,1)=C(6,4).C(2,2).C(1,1)=15. Exemplo: Quantos anagramas podemos formar com as 6 letras da palavra ARARAT. A letra A ocorre 3 vezes, a letra R ocorre 2 vezes e a letra T ocorre 1 vez. As permutações com repetição desses 3 elementos do conjunto C={A,R,T} em agrupamentos de 6 elementos são 15 grupos que contêm a repetição de todos os elementos de C aparecendo também na ordem trocada. Todos os agrupamentos estão no conjunto: Pr={AAARRT,AAATRR,AAARTR,AARRTA,AARTTA, AATRRA,AARRTA,ARAART,ARARAT,ARARTA, ARAATR,ARAART,ARAATR,ATAARA,ATARAR} Permutação circular: Situação que ocorre quando temos grupos com m elementos distintos formando uma circunferência de círculo. Fórmula: Pc(m)=(m-1)! Cálculo para o exemplo: P(4)=3!=6 Exemplo: Seja um conjunto com 4 pessoas K={A,B,C,D}. De quantos modos distintos estas pessoas poderão sentar-se junto a uma mesa circular (pode ser retangular) para realizar o jantar sem que haja repetição das posições? Se considerássemos todas as permutações simples possíveis com estas 4 pessoas, teriamos 24 grupos, apresentados no conjunto: Pc={ABCD,ABDC,ACBD,ACDB,ADBC,ADCB,BACD,BADC, BCAD,BCDA,BDAC,BDCA,CABD,CADB,CBAD,CBDA, CDAB,CDBA, DABC,DACB,DBAC,DBCA,DCAB,DCBA} Acontece que junto a uma mesa "circular" temos que: ABCD=BCDA=CDAB=DABC ABDC=BDCA=DCAB=CABD ACBD=CBDA=BDAC=DACB ACDB=CDBA=DBAC=BACD ADBC=DBCA=BCAD=CADB ADCB=DCBA=CBAD=BADC Existem somente 6 grupos distintos, dados por: Pc={ABCD,ABDC,ACBD,ACDB,ADBC,ADCB} Combinações Quando formamos agrupamentos com p elementos, (p<m) de forma que os p elementos sejam distintos entre sí apenas pela espécie. Combinação simples: Não ocorre a repetição de qualquer elemento em cada grupo de p elementos. Fórmula: C(m,p) = m!/[(m-p)! p!] Cálculo para o exemplo: C(4,2)=4!/[2!2!]=24/4=6 Exemplo: Seja C={A,B,C,D}, m=4 e p=2. As combinações simples desses 4 elementos tomados 2 a 2 são 6 grupos que não podem ter a repetição de qualquer elemento nem podem aparecer na ordem trocada. Todos os agrupamentos estão no conjunto: Cs={AB,AC,AD,BC,BD,CD} Combinação com repetição: Todos os elementos podem aparecer repetidos em cada grupo até p vezes. Fórmula: Cr(m,p)=C(m+p-1,p) Cálculo para o exemplo: Cr(4,2)=C(4+2-1,2)=C(5,2)=5!/[2!3!]=10 Exemplo: Seja C={A,B,C,D}, m=4 e p=2. As combinações com repetição desses 4 elementos tomados 2 a 2 são 10 grupos que têm todas as repetições possíveis de elementos em grupos de 2 elementos não podendo aparecer o mesmo grupo com a ordem trocada. De um modo geral neste caso, todos os agrupamentos com 2 elementos formam um conjunto com 16 elementos: Cr={AA,AB,AC,AD,BA,BB,BC,BD,CA,CB,CC,CD,DA,DB,DC,DD} mas para obter as combinações com repetição, deveremos excluir deste conjunto os 6 grupos que já apareceram antes, pois AB=BA, AC=CA, AD=DA, BC=CB, BD=DB e CD=DC, assim as combinações com repetição dos elementos de C tomados 2 a 2, são: Cr={AA,AB,AC,AD,BB,BC,BD,CC,CD,DD} Regras gerais sobre a Análise Combinatória Problemas de Análise Combinatória normalmente são muito difíceis mas eles podem ser resolvidos através de duas regras básicas: a regra da soma e a regra do produto. Regra da soma: A regra da soma nos diz que se um elemento pode ser escolhido de m formas e um outro elemento pode ser escolhido de n formas, então a escolha de um ou outro elemento se realizará de m+n formas, desde que tais escolhas sejam independentes, isto é, nenhuma das escolhas de um elemento pode coincidir com uma escolha do outro. Regra do Produto: A regra do produto diz que se um elemento H pode ser escolhido de m formas diferentes e se depois de cada uma dessas escolhas, um outro elemento M pode ser escolhido de n formas diferentes, a escolha do par (H,M) nesta ordem poderá ser realizada de m.n formas. Exemplo: Consideremos duas retas paralelas ou concorrentes sem que os pontos sob análise estejam em ambas, sendo que a primeira r contem m pontos distintos marcados por r1, r2, r3, ..., rm e a segunda s contem n outros pontos distintos marcados por s1,s2, s3, ..., sn. De quantas maneiras podemos traçar segmentos de retas com uma extremidade numa reta e a outra extremidade na outra reta? É fácil ver isto ligando r1 a todos os pontos de s e assim teremos n segmentos, depois ligando r2 a todos os pontos de s e assim teremos n segmentos, e continuamos até o último ponto para obter também n segmentos. Como existem m pontos em r e n pontos em s, teremos m.n segmentos possíveis. Número de Arranjos simples Seja C um conjunto com m elementos. De quantas maneiras diferentes poderemos escolher p elementos (p<m) deste conjunto? Cada uma dessas escolhas será chamada um arranjo de m elementos tomados p a p. Construiremos uma sequência com os m elementos de C. c1, c2, c3, c4, c5, ..., cm-2, cm-1, cm Cada vez que um elemento for retirado, indicaremos esta operação com a mudança da cor do elemento para a cor vermelha. Para escolher o primeiro elemento do conjunto C que possui m elementos, temos m possibilidades. Vamos supor que a escolha tenha caído sobre o m-ésimo elemento de C. c1, c2, c3, c4, c5, ..., cm-2, cm-1, cm Para escolher o segundo elemento, devemos observar o que sobrou no conjunto e constatamos que agora existem apenas m-1 elementos. Suponhamos que tenha sido retirado o último elemento dentre os que sobraram no conjunto C. O elemento retirado na segunda fase é o (m-1)-ésimo. c1, c2, c3, c4, c5, ..., cm-2, cm-1, cm Após a segunda retirada, sobraram m-2 possibilidades para a próxima retirada. Do que sobrou, se retirarmos o terceiro elemento como sendo o de ordem (m-2), teremos algo que pode ser visualizado como: c1, c2, c3, c4, c5, ..., cm-2, cm-1, cm Se continuarmos o processo de retirada, cada vez teremos 1 elemento a menos do que na fase anterior. Para retirar o p-ésimo elemento, restarão m-p+1 possibilidades de escolha. Para saber o número total de arranjos possíveis de m elementos tomados p a p, basta multiplicar os números que aparecem na segunda coluna da tabela abaixo: Retirada Número de possibilidades 1 m 2 m-1 3 m-2 ... ... p m-p+1 No.de arranjos m(m-1)(m-2)...(m-p+1) Denotaremos o número de arranjos de m elementos tomados p a p, por A(m,p) e a expressão para seu cálculo será dada por: A(m,p) = m(m-1)(m-2)...(m-p+1) Exemplo: Consideremos as 5 vogais de nosso alfabeto. Quais e quantas são as possibilidades de dispor estas 5 vogais em grupos de 2 elementos diferentes? O conjunto solução é: {AE,AI,AO,AU,EA,EI,EO,EU,IA,IE, IO,IU,OA,OE,OI,OU,UA,UE,UI,UO} A solução numérica é A(5,2)=5×4=20. Exemplo: Consideremos as 5 vogais de nosso alfabeto. Quais e quantas são as possibilidades de dispor estas 5 vogais em grupos de 2 elementos (não necessariamente diferentes)? Sugestão: Construir uma reta com as 5 vogais e outra reta paralela à anterior com as 5 vogais, usar a regra do produto para concluir que há 5x5=25 possibilidades. O conjunto solução é: {AA,AE,AI,AO,AU,EA,EE,EI,EO,EU,IA,IE,II, IO,IU,OA,OE,OI,OO,OU,UA,UE,UI,UO,UU} Exemplo: Quantas placas de carros podem existir no atual sistema brasileiro de trânsito que permite 3 letras iniciais e 4 algarismos no final? XYZ-1234 Sugestão: Considere que existem 26 letras em nosso alfabeto que podem ser dispostas 3 a 3 e 10 algarismos que podem ser dispostos 4 a 4 e em seguida utilize a regra do produto. Número de Permutações simples Este é um caso particular de arranjo em que p=m. Para obter o número de permutações com m elementos distintos de um conjunto C, basta escolher os m elementos em uma determinada ordem. A tabela de arranjos com todas as linhas até a ordem p=m, permitirá obter o número de permutações de m elementos: Retirada Número de possibilidades 1 m 2 m-1 ... ... p m-p+1 ... ... m-2 3 m-1 2 m 1 No.de permutações m(m-1)(m-2)...(m-p+1)...4.3.2.1 Denotaremos o número de permutações de m elementos, por P(m) e a expressão para seu cálculo será dada por: P(m) = m(m-1)(m-2) ... (m-p+1) ... 3 . 2 . 1 Em função da forma como construímos o processo, podemos escrever: A(m,m) = P(m) Como o uso de permutações é muito intenso em Matemática e nas ciências em geral, costuma-se simplificar a permutação de m elementos e escrever simplesmente: P(m) = m! Este símbolo de exclamação posto junto ao número m é lido como: fatorial de m, onde m é um número natural. Embora zero não seja um número natural no sentido que tenha tido origem nas coisas da natureza, procura- se dar sentido para a definição de fatorial de m de uma forma mais ampla, incluindo m=0 e para isto podemos escrever: 0!=1 Em contextos mais avançados, existe a função gama que generaliza o conceito de fatorial de um número real, excluindo os inteiros negativos e com estas informações pode-se demonstrar que 0!=1. O fatorial de um número inteiro não negativo pode ser definido de uma forma recursiva através da função P=P(m) ou com o uso do sinal de exclamação: (m+1)! = (m+1).m!, 0! = 1 Exemplo: De quantos modos podemos colocar juntos 3 livros A, B e C diferentes em uma estante? O número de arranjos é P(3)=6 e o conjunto solução é: P={ABC,ACB,BAC,BCA,CAB,CBA} Exemplo: Quantos anagramas são possíveis com as letras da palavra AMOR? O número de arranjos é P(4)=24 e o conjunto solução é: P={AMOR,AMRO,AROM,ARMO,AORM,AOMR,MARO,MAOR, MROA,MRAO,MORA,MOAR,OAMR,OARM,ORMA,ORAM, OMAR,OMRA,RAMO,RAOM,RMOA,RMAO,ROAM,ROMA} Número de Combinações simples Seja C um conjunto com m elementos distintos. No estudo de arranjos, já vimos antes que é possível escolher p elementos de A, mas quando realizamos tais escolhas pode acontecer que duas coleções com p elementos tenham os mesmos elementos em ordens trocadas. Uma situação típica é a escolha de um casal (H,M). Quando se fala casal, não tem importância a ordem da posição (H,M) ou (M,H), assim não há a necessidade de escolher duas vezes as mesmas pessoas para formar o referido casal. Para evitar a repetição de elementos em grupos com a mesma quantidade p de elementos, introduziremos o conceito de combinação. Diremos que uma coleção de p elementos de um conjunto C com m elementos é uma combinação de m elementos tomados p a p, se as coleções com p elementos não tem os mesmos elementos que já apareceram em outras coleções com o mesmo número p de elementos. Aqui temos outra situação particular de arranjo, mas não pode acontecer a repetição do mesmo grupo de elementos em uma ordem diferente. Isto significa que dentre todos os A(m,p) arranjos com p elementos, existem p! desses arranjos com os mesmos elementos, assim, para obter a combinação de m elementos tomados p a p, deveremos dividir o número A(m,p) por m! para obter apenas o número de arranjos que contem conjuntos distintos, ou seja: C(m,p) = A(m,p) / p! Como A(m,p) = m.(m-1).(m-2)...(m-p+1) então: C(m,p) = [ m.(m-1).(m-2). ... .(m-p+1)] / p! que pode ser reescrito C(m,p)=[m.(m-1).(m-2)...(m-p+1)]/[(1.2.3.4....(p-1)p] Multiplicando o numerador e o denominador desta fração por (m-p)(m-p-1)(m-p-2)...3.2.1 que é o mesmo que multiplicar por (m-p)!, o numerador da fração ficará: m.(m-1).(m-2).....(m-p+1)(m-p)(m-p-1)...3.2.1 = m! e o denominador ficará: p! (m-p)! Assim, a expressão simplificada para a combinação de m elementos tomados p a p, será uma das seguintes: Número de arranjos com repetição Seja C um conjunto com m elementos distintos e considere p elementos escolhidos neste conjunto em uma ordem determinada. Cada uma de tais escolhas é denominada um arranjo com repetição de m elementos tomados p a p. Acontece que existem m possibilidades para a colocação de cada elemento, logo, o número total de arranjos com repetição de m elementos escolhidos p a p é dado por mp. Indicamos isto por: Arep(m,p) = mp Número de permutações com repetição Consideremos 3 bolas vermelhas, 2 bolas azuis e 5 bolas amarelas. Coloque estas bolas em uma ordem determinada. Iremos obter o número de permutações com repetição dessas bolas. Tomemos10 compartimentos numerados onde serão colocadas as bolas. Primeiro coloque as 3 bolas vermelhas em 3 compartimentos, o que dá C(10,3) possibilidades. Agora coloque as 2 bolas azuis nos compartimentos restantes para obter C(10-3,2) possibilidades e finalmente coloque as 5 bolas amarelas. As possibilidades são C(10-3-2,5). O número total de possibilidades pode ser calculado como: Tal metodologia pode ser generalizada. Número de combinações com repetição Considere m elementos distintos e ordenados. Escolha p elementos um após o outro e ordene estes elementos na mesma ordem que os elementos dados. O resultado é chamado uma combinação com repetição de m elementos tomados p a p. Denotamos o número destas combinações por Crep(m,p). Aqui a taxa p poderá ser maior do que o número m de elementos. Seja o conjunto A=(a,b,c,d,e) e p=6. As coleções (a,a,b,d,d,d), (b,b,b,c,d,e) e (c,c,c,c,c,c) são exemplos de combinações com repetição de 5 elementos escolhidos 6 a 6. Podemos representar tais combinações por meio de símbolos # e vazios Ø onde cada ponto # é repetido (e colocado junto) tantas vezes quantas vezes aparece uma escolha do mesmo tipo, enquanto o vazio Ø serve para separar os objetos em função das suas diferenças (a,a,b,d,d,d) equivale a ##Ø#ØØ###Ø (b,b,b,c,d,e) equivale a Ø###Ø#Ø#Ø# (c,c,c,c,c,c) equivale a ØØ######ØØ Cada símbolo possui 10 lugares com exatamente 6# e 4Ø. Para cada combinação existe uma correspondência biunívoca com um símbolo e reciprocamente. Podemos construir um símbolo pondo exatamente 6 pontos em 10 lugares. Após isto, os espaços vazios são prenchidos com barras. Isto pode ser feito de C(10,6) modos. Assim: Crep(5,6) = C(5+6-1,6) Generalizando isto, podemos mostrar que: Crep(m,p) = C(m+p-1,p) Propriedades das combinações O segundo número, indicado logo acima por p é conhecido como a taxa que define a quantidade de elementos de cada escolha. Taxas complementares C(m,p)=C(m,m-p) Exemplo: C(12,10) = C(12,2)=66. Relação do triângulo de Pascal C(m,p)=C(m-1,p)+C(m-1,p-1) Exemplo: C(12,10)=C(11,10)+C(11,9)=605 Número Binomial O número de combinações de m elementos tomados p a p, indicado antes por C(m,p) é chamado Coeficiente Binomial ou número binomial, denotado na literatura científica como: Exemplo: C(8,2)=28. Extensão: Existe uma importante extensão do conceito de número binomial ao conjunto dos números reais e podemos calcular o número binomial de qualquer número real r que seja diferente de um número inteiro negativo, tomado a uma taxa inteira p, somente que, neste caso, não podemos mais utilizar a notação de combinação C(m,p) pois esta somente tem sentido quando m e p são números inteiros não negativos. Como Pi=3,1415926535..., então: A função envolvida com este contexto é a função gama. Tais cálculos são úteis em Probabilidade e Estatística. Teorema Binomial Se m é um número natural, para simplificar um pouco as notações, escreveremos mp no lugar de C(m,p). Então: (a+b)m = am+m1am-1b+m2am-2b2+m3am-3b3+...+mmbm Alguns casos particulares com m=2, 3, 4 e 5, são: (a+b)2 = a2 + 2ab + b2 (a+b)3 = a3 + 3 a2b + 3 ab2 + b3 (a+b)4 = a4 + 4 a3b + 6 a2b2 + 4 ab3 + b4 (a+b)5 = a5 + 5 a4b + 10 a3b2 + 10 a2b3 + 5 ab4 + b5 A demonstração segue pelo Princípio da Indução Matemática. Iremos considerar a Proposição P(m) de ordem m, dada por: P(m): (a+b)m=am+m1am-1b+m2am-2b2+m3am-3b3+...+mmbm P(1) é verdadeira pois (a+b)1 = a + b Vamos considerar verdadeira a proposição P(k), com k>1: P(k): (a+b)k=ak+k1ak-1b+k2ak-2b2+k3ak-3b3+...+kkbk para provar a propriedade P(k+1). Para que a proposição P(k+1) seja verdadeira, deveremos chegar à conclusão que: (a+b)k+1=ak+1+(k+1)1akb+(k+1)2ak-1b2+...+(k+1)(k+1)bk+1 (a+b)k+1= (a+b).(a+b)k = (a+b).[ak+k1ak-1b+k2ak-2b2+k3ak-3b3+...+kkbk] = a.[ak+k1ak-1b+k2ak-2 b2+k3ak-3b3+...+kkbk]+b.[ak+k1ak-1b+k2ak-2b2+k3ak-3b3+...+kk bk] = ak+1+k1akb+k2ak-1b2+k3ak-2b3+...+kkabk+akb+k1ak-1b2+k2ak-2 b3+k3ak-3b4+...+kkbk+1 = ak+1+[k1+1]akb+[k2+k1]ak-1b2+[k3+k2]ak-2b3+[k4+k3] ak-3b4+...+[kk-1+kk-2]a2bk-1+[kk+kk-1]abk+kkbk+1 = ak+1+[k1+k0] akb+[k2+k1]ak-1b2+[k3+k2]ak-2b3+[k4+k3]ak-3b4+...+[kk-1+kk-2]a2bk-1+[kk+kk-1]abk+kkbk+1 Pelas propriedades das combinações, temos: k1+k0=C(k,1)+C(k,0)=C(k+1,1)=(k+1)1 k2+k1=C(k,2)+C(k,1)=C(k+1,2)=(k+1)2 k3+k2=C(k,3)+C(k,2)=C(k+1,3)=(k+1)3 k4+k3=C(k,4)+C(k,3)=C(k+1,4)=(k+1)4 ... ... ... ... kk-1+kk-2=C(k,k-1)+C(k,k-2)=C(k+1,k-1)=(k+1)k-1 kk+kk-1=C(k,k)+C(k,k-1)=C(k+1,k)=(k+1)k E assim podemos escrever: (a+b)k+1= ak+1+(k+1)1akb + (k+1)2ak-1b2 + (k+1)3ak-2b3+(k+1)4ak-3b4 +...+ (k+1)k-1a2bk-1 + (k+1)kabk + kkbk+1 que é o resultado desejado. Geometria Básica Volume Volume de um sólido é a quantidade de espaço que esse sólido ocupa. Nesse cálculo, temos que ressaltar as três dimensões do sólido, observando o seu formato. O entendimento de volume é usado, mesmo que intuitivamente, em nossas ações no dia-a-dia, por exemplo: antes de estacionar um carro, calculamos mentalmente o espaço do carro e verificamos se tal espaço é compatível com as dimensões do carro, ao instalar uma TV em um móvel, conferimos, primeiro, se o espaço disponível pode comportar a TV, entre outros exemplos. Alguns sólidos geométricos são formados por polígonos e esses polígonos recebem o nome de faces do polígono. Já o segmento que une duas faces do polígono recebe o nome de aresta do sólido. Assim como no cálculo da área, o cálculo do volume de um sólido depende do formato do sólido. Mas, de forma geral, o volume de um sólido geométrico é calculado a partir do produto de sua base por sua altura. Por enquanto, calcularemos o volume de alguns sólidos, como: o paralelepípedo retângulo, o cubo e o cilindro. Paralelepípedo Retângulo O paralelepípedo retângulo é um sólido cujas seis faces são retângulos. Para calcular o volume do paralelepípedo retângulo é necessário fazer o produto da área de sua base pela altura. Mas, como a base do paralelepípedo retângulo tem o formato retangular, exprimimos o valor de sua área por b x c. Portanto, se multiplicarmos o valor da área da base pela altura (a) do paralelepípedo retângulo, acharemos o valor do volume (V) desse sólido: V = a x b x c Cubo O cubo é um sólido geométrico cujas seis faces são quadrados de mesmo lado. Para calcular o volume do cubo é necessário fazer o produto da área de sua base pela altura. Mas, como a base do cubo é um quadrado de lado a, o valor de sua área é, então, definido pelo lado ao quadrado (a²). Sendo assim, se multiplicarmos o valor da área da base pela altura (a) do cubo, acharemos o valor do volume (V) desse sólido: V = a x a x a ou V = a³ Cilindro Cilindro é um sólido geométrico que pode ser entendido como um círculo prolongado até uma altura h. O cilindro possui duas faces iguais e de formato circular. Para calcular o volume do cilindro, deve-se fazer o produto da área de sua base pela altura. No caso do cilindro, sua base é um círculo, portanto a área de sua base é igual a (pi) x r². Multiplicando esse valor pela altura (h) do cilindro, achamos o seu volume (V): V = (pi) x r² x h http://1.bp.blogspot.com/_dVuXXRLA7DA/SDQbwwB3KSI/AAAAAAAAAFg/iGYaD9cwTQo/s1600-h/Paralelep%C3%ADpedo.JPG http://1.bp.blogspot.com/_dVuXXRLA7DA/SDQYbwB3KQI/AAAAAAAAAFQ/wb7i1wDztk4/s1600-h/Cubo.bmp http://3.bp.blogspot.com/_dVuXXRLA7DA/SDQYqQB3KRI/AAAAAAAAAFY/--HkYvjoWeQ/s1600-h/Cilindro.bmp Área Área é a região plana interna delimitada pelos lados de um polígono. Tal conceito é amplamente usado no dia-a-dia, como na medição de um terreno, na delimitação de um espaço, entre outros. O valor da área de um polígono varia de acordo com seu formato. Cada polígono tem uma forma peculiar para calcular sua área. Exemplificaremos alguns conhecidos, tais como: retângulo, quadrado, paralelogramo, triângulo, trapézio, losango e círculo. Retângulo Já sabemos que o retângulo possui dois lados iguais chamados de base e outros dois ladosiguais chamados de altura. Para sabermos o valor da área de um retângulo (A), devemos multiplicar a medida da base (b) pela medida da altura (h). A = b x h Quadrado No quadrado, podemos aplicar o mesmo raciocínio usado para calcular a área do retângulo, multiplicando a medida da base pela medida da altura, mas, como no quadrado a medida de todos os lados é igual (l): A = l x l ou A = l² Paralelogramo Se observarmos a figura ao lado, podemos notar que o paralelogramo é semelhante a um retângulo com os lados inclinados. Se tirarmos uma das partes inclinadas do paralelogramo e a enxertarmos no outro lado, formaremos um retângulo. Assim, a área do paralelogramo é calculado da mesma forma da área do retângulo, ou seja, multiplica-se o valor da base (b) pelo valor da altura (h). A = b x h Triângulo No caso do triângulo, pode-se notar que ele é exatamente metade de um retângulo, portanto, num retângulo cabem dois triângulos, ambos de mesma área. Por conseguinte, a área do triângulo é metade da área do retângulo, ou seja: A = b x h / 2 http://geometriaelementar.blogspot.com/2008/05/rea.html http://1.bp.blogspot.com/_dVuXXRLA7DA/SDQRcwB3KHI/AAAAAAAAAEI/lv6Qc9t71sk/s1600-h/Ret%C3%A2ngulo1.bmp http://2.bp.blogspot.com/_dVuXXRLA7DA/SDQTnAB3KNI/AAAAAAAAAE4/FK25mUtyt9E/s1600-h/Quadrado.bmp http://2.bp.blogspot.com/_dVuXXRLA7DA/SDQRmAB3KII/AAAAAAAAAEQ/Wq5Xdgq1HT0/s1600-h/Paralelogramo.bmp http://1.bp.blogspot.com/_dVuXXRLA7DA/SDQRxwB3KJI/AAAAAAAAAEY/obMsmggyQwY/s1600-h/Tri%C3%A2ngulo.bmp Losango Ao traçar as diagonais, maior (D) e menor (d) do losango, o dividimos em quatro triângulos de áreas iguais, onde cada um tem a oitava parte da área do retângulo de base igual ao valor da diagonal menor do losango e de alura igual ao valor da diagonal maior. Logo, a área do losango é igual a quatro vezes a área de um dos quatro triânglos, resultando na metade da área desse retângulo. Portanto: A = D x d / 2 Trapézio Dado um trapézio, como o da figura ao lado, contendo a base menor (b), a base maior (B) e a altura (h). Se ao lado desse trapézio colocarmos um segundo trapézio, idêntico ao primeiro, mas invertido, ou seja, sua base menor voltada para cima e sua base menor voltada para baixo, formaremos um paralelogramo de base igual à soma das bases do trapézio e de mesma altura do trapézio. Assim, encontramos a área desse paralelogramo multiplicando sua base pela altura. Note que o valor achado é igual a área dos dois trapézios idênticos. Portanto, para calcular a área do trapézio, basta dividir o valor encontrado para a área do paralelogramo. A = [(B + b) x h] / 2 Círculo Considere um círculo de raio r. Divida-o em várias partes iguais, corte-o de forma que os pedaços sejam de formato triangular e abra a figura, formando um retângulo de base igual a 2x(pi)x r e altura igual ao próprio raio r do círculo. Portanto a área desse retângulo é achada multiplicando sua base pela altura. Deve-se notar que a área desse retângulo é o dobro da área do círculo, sendo assim, acha-se a área do círculo dividindo a área do retângulo por 2. A = (pi) x r² Perímetro Perímetro é a soma das medidas dos lados de um polígono. Notoriamente, tal conceito é muito simples, basta verificar se todos os lados estão representados pelas mesmas unidades de comprimento e somá-los. http://geometriaelementar.blogspot.com/2008/05/permetro.html http://1.bp.blogspot.com/_dVuXXRLA7DA/SDQR8wB3KKI/AAAAAAAAAEg/u9ppGSFR9ns/s1600-h/Losango.bmp http://4.bp.blogspot.com/_dVuXXRLA7DA/SDQSJgB3KLI/AAAAAAAAAEo/5VOu6ME59NY/s1600-h/Trap%C3%A9zio.bmp http://2.bp.blogspot.com/_dVuXXRLA7DA/SDQUMAB3KOI/AAAAAAAAAFA/Z_QIC8o_6dk/s1600-h/C%C3%ADrculo.bmp Alguns casos valem ser ressaltados: Retângulo No retângulo, a medida de suas duas bases (b) são iguais, assim como a medida de suas duas alturas (h). Como perímetro é a soma de todos os lados, portanto seu perímetro é: P = 2 x b + 2 x h Polígonos Regulares Nos polígonos regulares, tem-se uma particularidade: a medida de todos os lados é semelhante. Assim, o perímetro desses polígonos será o produto do número de lados (n) pela medida do lado (l), ou seja: P = n x l Medidas de Volume Quando falamos de medidas de volume, tem-se que mencionar que tal conceito vem sendo usado desde a antiguidade e, atualmente, convive-se com ele no dia-a-dia. Diversas são as atividades onde são usados o conhecimento sobre volume, como na construção de uma barragem, faz-se necessário calcular o volume de concreto para a obra; em um caminhão de transporte, onde é necessário conhecer o volume de carga total desse caminhão; na construção de uma piscina, onde é preciso conhecer o volume de água que a piscina suporta; em um botijão de gás, onde nele está marcado o volume de gás que ele contém, etc. A unidade padrão de volume é o metro cúbico (m³), já que a unidade padrão de comprimento é o metro (m). Para calcular o valor de um volume, pode-se usar os múltiplos ou submúltiplos da unidade padrão de volume, se o valor for muito maior ou menor de que o metro cúbico, respectivamente. Os múltiplos são o quilômetro cúbico (km³), o hectômetro cúbico (hm³) e o decâmetro cúbico (dam³); os submúltiplos são o decímetro cúbico (dm³), o centímetro cúbico (cm³) e o milímetro cúbico (mm³). http://geometriaelementar.blogspot.com/2008/05/medidas-de-volume.html http://2.bp.blogspot.com/_dVuXXRLA7DA/SDQVBAB3KPI/AAAAAAAAAFI/l7ZssyVVRh0/s1600-h/Ret%C3%A2ngulo.bmp http://4.bp.blogspot.com/_dVuXXRLA7DA/SCJKZsJ1tlI/AAAAAAAAAA8/4ZoBzBKQHtA/s1600-h/Tabela+4.bmp Cada unidade de medida de volume vale 1000 vezes a unidade imediatamente inferior. Para fazer-se uma mudança de unidade entre as medidas de volume, deve-se multiplicar, se a mudança for de uma unidade maior para uma menor, ou dividir, se a mudança for de uma unidade menor para uma maior, dependendo do número de unidades mudadas. Para tornar tal procedimento um pouco mais viável, pode-se deslocar a vírgula para a esquerda ou direita, dependendo da mudança. Para cada unidade mudada, a vírgula se desloca três casas decimais para a esquerda ou para a direita. Maior -> Menor: deve-se multiplicar por 1000 para cada unidade mudada, ou seja, para cada unidade mudada, a vírgula se desloca três casas decimais para a direita. Ex: 0,0059 cm³ para mm³ Haverá a mudança para uma unidade de volume inferior, assim, desloca-se a vírgula três casas para a direita. Portanto, o valor será de 0,0059 x 1000 = 5,9 mm³ Menor -> Maior: deve-se dividir por 1000 para cada unidade mudada, ou seja, para cada unidade mudada, a vírgula se desloca três casas decimais para a esquerda. Ex: 526000 dm³ para dam³ Haverá a mudança para duas unidades de volume superiores, assim, desloca-se a vírgula seis casas para a esquerda. Portanto, o valor será de 526000 : 1000000 = 0,526 dam³ Medidas de Superfície Não se sabe ao certo quando foi usado pela primeira o cálculo da área de uma superfície. O que se sabe é que é algo muito antigo, antes mesmo de Cristo. No Egito Antigo, essa noção era utilizada para calcular o valor do imposto que um agricultor tinha que pagar ao faraó pelo uso da terra nas proximidades do rio Nilo. O valor de tal imposto era proporcional à extensão de terra que o agricultor possuía. Atualmente, podemos citar vários exemplos de aplicação do cálculo da área de uma superfície: para saber a extensão de um terreno rural ou urbano, para estimar a área da superfície de um rio, para calcular o valor da área de uma figura geométrica, etc. Como a unidade padrão de comprimento é o metro (m), a unidade padrão de superfície é o metro quadrado (m²). Assim como na unidade de comprimento, a unidade de superfície tem seus múltiplos e submúltiplos, que são usados para medir superficies maiores ou menores do que o metro quadrado. Os múltiplos são o quilômetro quadrado (km²), o hectômetro quadrado (hm²) e o decâmetro quadrado (dam²); os submúltiplos são o decímetro quadrado (dm²), o centímetro quadrado (cm²) e o milímetro quadrado (mm²). Cada unidade demedida de superfície vale 100 vezes a unidade imediatamente inferior. Para fazer-se uma http://geometriaelementar.blogspot.com/2008/05/medidas-de-superfcie.html http://1.bp.blogspot.com/_dVuXXRLA7DA/SDQuTwB3KTI/AAAAAAAAAFo/I77Cynv1_I8/s1600-h/Tabela+3.bmp http://4.bp.blogspot.com/_dVuXXRLA7DA/SDQupgB3KUI/AAAAAAAAAFw/XfgobuONf5M/s1600-h/Tabela+2.bmp mudança de unidade entre as medidas de superfície, deve-se multiplicar, se a mudança for de uma unidade maior para uma menor, ou dividir, se a mudança for de uma unidade menor para uma maior, dependendo do número de unidades mudadas. Para tornar tal procedimento mais simples, pode-se deslocar a vírgula para a esquerda ou direita, dependendo da mudança. Para cada unidade mudada, a vírgula se desloca duas casas decimais para a esquerda ou para a direita. Maior -> Menor: deve-se multiplicar por 100 para cada unidade mudada, ou seja, para cada unidade mudada, a vírgula se desloca duas casas decimais para a direita. Ex: 0,09 m² para cm² Haverá a mudança para duas unidades de superfície inferiores, assim, desloca-se a vírgula quatro casas para a direita. Portanto, o valor será de 0,09 x 10000 = 900 cm² Menor -> Maior: deve-se dividir por 100 para cada unidade mudada, ou seja, para cada unidade mudada, a vírgula se desloca duas casas decimais para a esquerda. Ex: 2000 dm² para hm² Haverá a mudança para três unidades de superfície superiores, assim, desloca-se a vírgula seis casas para a esquerda. Portanto, o valor será de 2000 : 1000000 = 0,002 hm² Medidas de Comprimento Durante muito tempo as unidades de medida eram muitas, variavam de acordo com o povoado. Por exemplo: um povoado mais ao Norte usava um palmo de mão como referência para medir comprimento e um outro povoado mais ao Sul usava o pé como unidade. Assim, tornava-se inviável estabelecer relações comerciais, o que impedia o progresso de grande parte dos povoados. Devido a essa dificuldade, tornou-se necessário estabelecer uma unidade padrão de comprimento, algo que fosse aceito por todos. Isso aconteceu no final do século XVIII, quando reformadores franceses escolheram uma comissão de cinco matemáticos para que elaborassem um sistema padronizado, foi quando definiu-se o metro (m) como unidade internacional de comprimento e seu valor é igual a fração 1/300.000.000 da distância percorrida pela luz, no vácuo em um segundo. Dependendo do que vai ser medido, fica inviável medir usando o metro. Portanto deve-se usar medidas maiores ou menores do que o metro, múltiplos ou submúltiplos, respectivamente. Os múltiplos são o quilômetro (km), hectômetro (hm) e decâmetro (dam). Já os submúltiplos são o decímetro (dm), centímetro (cm) e milímetro (mm). Para fazer-se uma mudança de unidade entre as medidas de comprimento, deve-se multiplicar, se a mudança for de uma unidade maior para uma menor, ou dividir, se a mudança for de uma unidade menor para uma maior, dependendo do número de unidades mudadas. Para tornar tal procedimento mais simples, pode-se deslocar a vírgula para a esquerda ou direita, dependendo da mudança. Maior -> Menor: deve-se multiplicar por 10 para cada unidade mudada, ou seja, para cada unidade mudada, a vírgula se desloca uma casa decimal para a direita. Ex: 3,7 dm para mm Haverá a mudança para duas unidades de comprimento inferiores, assim, desloca-se a vírgula duas casas para a direita. Portanto, o valor será de 3,7 x 100 = 370 mm Menor -> Maior: deve-se dividir por 10 para cada unidade mudada, ou seja, para cada unidade mudada, a http://geometriaelementar.blogspot.com/2008/04/sitema-mtrico.html http://2.bp.blogspot.com/_dVuXXRLA7DA/SDQu9AB3KVI/AAAAAAAAAF4/wGat87PbGEI/s1600-h/Tabela.bmp vírgula se desloca uma casa decimal para a esquerda. Ex: 680 cm para dam Haverá a mudança para três unidades de comprimento superiores, assim, desloca-se a vírgula três casas para a esquerda. Portanto, o valor será de 680 : 1000 = 0,68 dam Juros Compostos O atual sistema financeiro utiliza o regime de juros compostos, pois ele oferece uma maior rentabilidade se comparado ao regime de juros simples, onde o valor dos rendimentos se torna fixo, e no caso do composto o juro incide mês a mês de acordo com o somatório acumulativo do capital com o rendimento mensal, isto é, prática do juro sobre juro. As modalidades de investimentos e financiamentos são calculadas de acordo com esse modelo de investimento, pois ele oferece um maior rendimento, originando mais lucro. Considere que uma pessoa aplique R$ 500,00 durante 8 meses em um banco que paga 1% de juro ao mês. Qual será o valor ao final da aplicação? A tabela demonstrará mês a mês a movimentação financeira na aplicação do regime de juros compostos. No final do 8º mês o montante será de R$ 541,43. Uma expressão matemática utilizada no cálculo dos juros compostos é a seguinte: M = C * (1 + i)t, onde: M: montante C: capital i: taxa de juros t: tempo de aplicação Obs.: Os cálculos envolvendo juros compostos exigem conhecimentos de manuseio de uma calculadora científica. Exemplo 2 Qual o montante produzido por um capital de R$ 7.000,00 aplicados a uma taxa de juros mensais de 1,5% durante um ano? C: R$ 7.000,00 i: 1,5% ao mês = 1,5/100 = 0,015 t: 1 ano = 12 meses M = C * (1 + i)t M = 7000 * (1 + 0,015)12 M = 7000 * (1,015)12 M = 7000 * 1,195618 http://www.brasilescola.com/matematica/juros-compostos.htm# http://www.brasilescola.com/matematica/juros-compostos.htm# http://www.brasilescola.com/matematica/juros-compostos.htm# M = 8369,33 O montante será de R$ 8.369,33. Com a utilização dessa fórmula podemos também calcular o capital de acordo com o montante. Exemplo 3 Calcule o valor do capital que, aplicado a uma taxa de 2% ao mês, rendeu em 10 meses a quantia de R$ 15.237,43? M: R$ 15.237,43 t: 10 i: 2% a.m. = 2/100 = 0,02 M = C * (1 + i)t 15237,43 = C * (1 + 0,02)10 15237,43 = C * (1,02)10 15237,43 = C * 1,218994 C = 15237,43 / 1,218994 C = 12500,00 O capital é de R$ 12.500,00. Calculando a taxa de juros da aplicação. Exemplo 4 Qual a taxa de juros empregada sobre o capital de R$ 8.000,00 durante 12 meses que gerou o montante de R$ 10.145,93? C: R$ 8.000,00 M: R$ 10.145,93 t: 12 i: ? A taxa de juros da aplicação foi de 2%. Calculando o tempo da aplicação. (Uso de técnicas de logaritmo) Exemplo 5 Por quanto tempo devo aplicar um capital de R$ 800,00 a uma taxa de juros de 3% ao mês, para que produza um montante de R$ 1.444,89? C: R$ 800,00 M: R$ 1.444,89 i: 3% a.m.= 3/100 = 0,03 t: ? 1.444,89 = 800 * (1 + 0,03)t 1.444,89 = 800 * 1,03t 1.444,89/800 = 1,03t 1,03t = 1,806 (aplicar propriedade dos logaritmos) log1,03t = log1,806 t * log1,03 = log1,806 t * 0,013 = 0,257 t = 0,257/0,013 t = 20 O capital deverá ficar aplicado por 20 meses. Na tabela dos 100 primeiros números naturais destacamos em azul os números primos, portanto os números primos entre 1 e 100 são: 2, 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19, 23, 29, 31, 37, 41, 43, 47, 53, 59, 61, 67, 71, 73, 79, 83, 89, 97. Juros Simples O regime de juros será simples quando o percentual de juros incidir apenas sobre o valor principal. Sobre os juros gerados a cada período não incidirão novos juros. Valor Principal ou simplesmente principal é o valor inicial emprestado ou aplicado, antes de somarmos os juros. Transformando em fórmula temos: J = P . i . n Onde: J = juros P = principal (capital) i = taxa de juros n = número de períodos Exemplo: Temos uma dívida de R$ 1000,00 que deve ser paga com juros de 8% a.m. pelo regime de juros simples e devemos pagá-la em 2 meses. Os juros que pagarei serão: J = 1000 x 0.08 x 2 = 160 Ao somarmos os juros ao valor principal temos o montante. Montante = Principal + Juros Montante = Principal + ( Principal x Taxa de juros x Número de períodos ) M = P . ( 1 + ( i . n ) ) Exemplo: Calcule o montante resultante da aplicação de R$70.000,00 à taxa de 10,5% a.a. durante 145 dias. SOLUÇÃO: M = P . ( 1 + (i.n) ) M = 70000 [1 + (10,5/100).(145/360)]= R$72.960,42 Observe que expressamos a taxa i e o período n, na mesma unidade de tempo, ou seja, anos. Daí ter dividido 145 dias por 360, para obter o valor equivalente em anos, já que um ano comercial possui 360 dias. Exercícios sobre juros simples: 1) Calcular os juros simples de R$ 1200,00 a 13 % a.t. por 4 meses e 15 dias. 0.13 / 6 = 0.02167 logo, 4m15d = 0.02167 x 9 = 0.195 j = 1200 x 0.195 = 234 2 - Calcular os juros simples produzidos por R$40.000,00, aplicados à taxa de 36% a.a., durante 125 dias. Temos: J = P.i.n A taxa de 36% a.a. equivale a 0,36/360 dias = 0,001 a.d. Agora, como a taxa e o período estão referidos à mesma unidade de tempo, ou seja, dias, poderemos calcular diretamente: J = 40000.0,001.125 = R$5000,00 3 - Qual o capital que aplicado a juros simples de 1,2% a.m. rende R$3.500,00 de juros em 75 dias? Temos imediatamente: J = P.i.n ou seja: 3500 = P.(1,2/100).(75/30) Observe que expressamos a taxa i e o período n em relação à mesma unidade de tempo, ou seja, meses. Logo, 3500 = P. 0,012 . 2,5 = P . 0,030; Daí, vem: P = 3500 / 0,030 = R$116.666,67 4 - Se a taxa de uma aplicação é de 150% ao ano, quantos meses serão necessários para dobrar um capital aplicado através de capitalização simples? Objetivo: M = 2.P Dados: i = 150/100 = 1,5 Fórmula: M = P (1 + i.n) Desenvolvimento: 2P = P (1 + 1,5 n) 2 = 1 + 1,5 n n = 2/3 ano = 8 meses Exercícios 1) O juro produzido por um capital de 5.000,00 aplicado à taxa de juros simples de 6% a.a. durante 2 anos é igual a: a) 500,00 b) 1.200,00 c) 1.000,00 d) 800,00 e) 600,00 2) O juro de uma aplicação de 1.000,00 em 18 meses, se a taxa de juros é de 42% a.a. é de: a) 720,00 b) 420,00 c) 756,00 d) 630,00 e) 1.200,00 3) A quantia a ser aplicada em uma instituição financeira que paga a taxa de juros simples de 8% a.a., para que se obtenha 1.000,00 no fim de 4 anos é: a) 320,00 b) 543,47 c) 238,09 d) 570,00 e) 757,58 4) Um capital aplicado a 5% ao mês a juro simples, triplicará em: a) 3 anos b) 80 meses c) 40 meses d) 12 meses e) 50meses 5) Um principal de R$ 5.000,00 é aplicado à taxa de juros simples de 2,2% a.m., atingindo, depois de certo período, um montante equivalente ao volume de juros gerados por outra aplicação de R$ 12.000,00 a 5% a.m. durante 1 ano. O prazo de aplicação do primeiro principal foi de: a) 10 meses b) 20 meses c) 2 anos d) 1,5 ano e) 30 meses 6) A taxa de juros simples relativa a uma aplicação de R$ 10.000,00 por um período de 10 meses, que gera um montante de R$ 15.000,00 é de: a) 48% a.a. b) 15% a.m. c) 10% a.m. d) 100% a.a. e) 5% a.m. 7) Uma loja oferece um relógio por R$ 3.000,00 à vista ou 20% do valor à vista, como entrada, e mais um pagamento de R$ 2.760,00 após 6 meses. A taxa de juros cobrada é de: a) 30% a.a. b) 1% a.d. c) 3% a.m. d) 360% a.a. e) 12% a.a. 8) As taxas de juros ao ano, proporcionais às taxas 25% a.t.; 18% a.b.; 30% a.q. e 15% a.m., são, respectivamente: a) 100%; 108%; 90%; 180% b) 100%; 180%; 90%; 108% c) 75%; 26%; 120%; 150% d) 75%; 150%; 120%; 26% e) 100%; 150%; 120%; 108% 9) As taxas de juros bimestrais equivalentes às taxas de 120% a.a.; 150% a.s.; 86% a.q. e 90% a.t. são respectivamente: a) 40%; 100%; 86%; 120% b) 60%; 43%; 50%; 20% c) 20%; 50%; 43%; 60% d) 120%; 86%; 100%; 40% e) 20%; 43%; 50%; 60% 10) Uma pessoa aplicou R$ 1.500,00 no mercado financeiro e após 5 anos recebeu o montante de R$ 3.000,00. Que taxa equivalente semestral recebeu? a) 10% b) 40% c) 6,6% d) 8,4% e) 12% 11) Os juros simples comercial e exato das propostas abaixo relacionadas são, respectivamente: • R$ 800,00 a 20% a.a., por 90 dias • R$ 1.100,00 a 27% a.a., por 135 dias • R$ 2.800,00 a 30% a.a., por 222 dias a) 111,38 e 109,85; 518,00 e 510,90; 40,00 e 39,45 b) 40,00 e 39,45; 111,38 e 109,85; 518,00 e 519,90 c) 39,45 e 40,00; 109,85 e 111,38; 510,90 e 518,00 d) 40,00 e 39,95; 109,85 e 111,38; 518,00 e 510,90 e) 40,00 e 111,38; 39,45 e 109,85; 510,90 e 518,00 12) O juro simples exato do capital de R$ 33.000,00, colocado à taxa de 5% a.a., de 2 de janeiro de 1945 a 28 de maio do mesmo ano, foi de: a) R$ 664,52 b) R$ 660,00 c) R$ 680,00 d) R$ 658,19 e) R$ 623,40 13) A quantia de R$ 1.500,00 foi aplicada à taxa de juros de 42% a.a., pelo prazo de 100 dias. O juro dessa aplicação se for considerado juro comercial e juro exato, será, em R$, respectivamente: a) 175,00 e 172,12 b) 172,12 e 175,00 c) 175,00 e 172,60 d) 172,60 e 175,00 e) 170,00 e 175,00 14) Um capital de R$ 2.500,00 foi aplicado à taxa de 25% a.a. em 12 de fevereiro de 1996. Se o resgate for efetuado em 03 de maio de 1996, o juro comercial recebido pelo aplicador foi, em R$, de: a) 138,89 b) 138,69 c) 140,26 d) 140,62 e) 142,60 15) Certa pessoa obteve um empréstimo de R$ 100.000,00, à taxa de juros simples de 12% a.a. Algum tempo depois, tendo encontrado quem lhe emprestasse R$ 150.000,00 à taxa de juros simples de 11% a.a., liquidou a dívida inicial e, na mesma data, contraiu novo débito. Dezoito meses depois de ter contraído o primeiro empréstimo, saldou sua obrigação e verificou ter pago um total de R$ 22.500,00 de juros. Os prazos do primeiro e do segundo empréstimo são, respectivamente: a) 12 meses e 6 meses b) 18 meses e 6 meses c) 6 meses e 12 meses d) 6 meses e 18 meses e) 12 meses e 18 meses 16) João fez um depósito a prazo fixo por 2 anos. Decorrido o prazo, o montante, que era de R$ 112.000,00, foi reaplicado em mais um ano a uma taxa de juros 15% superior à primeira. Sendo o montante de R$ 137.760,00 e o regime de capitalização juros simples, o capital inicial era, em R$: a) 137.760,00 b) 156.800,00 c) 80.000,00 d) 96.000,00 e) 102.000,00 17) O prazo em que um capital colocado à taxa de 5% a.a., rende um juro comercial igual a 1/50 de seu valor é igual a: a) 144 dias b) 146 dias c) 150 dias d) 90 dias e) 80 dias 18) Uma pessoa sacou R$ 24.000,00 de um banco sob a condição de liquidar o débito no final de 3 meses e pagar ao todo R$ 24.360,00. A taxa de juro cobrada pelo uso daquele capital foi de: a) 4,06% a.a. b) 6% a.a. c) 4,5% a.a. d) 8% a.a. e) 1% a.m. 19) Um agricultor, possuidor de um estoque de 5.000 sacas de café, na esperança de uma alta do produto, rejeita uma oferta de compra desse estoque ao preço de R$ 80,00 a saca. Dois meses mais tarde, forçado pelas circustâncias, vende o estoque ao preço de R$ 70,00 a saca. Sabendo-se que a taxa corrente de juro é de 6% a.a., o prejuízo real do agricultor, em R$, foi de: a) 350.000,00 b) 50.000,00 c) 54.000,00 d) 38.000,00 e) 404.000,00 20) A taxa de juros anual a que de ser colocado um capital para que produza 1/60 de seu valor em 4 meses é de: a) 7,2% b) 8% c) 4% d) 6% e) 5% 21) Um negociante obteve R$ 100.000,00 de empréstimo à taxa de 7% a.a. Alguns meses depois, tendo encontrado quem lhe oferecesse a mesma importância a 6% a.a., assumiu o compromisso com essa pessoa e, na mesma data, liquidou a dívida com a primeira. Um ano depois de realizado o primeiro empréstimo, saldou o débito e verificou que pagou, ao todo, R$ 6.250,00 de juros. O prazo do primeiro empréstimo foi de? a) 9 meses b) 6 meses c) 11 meses d) 3 meses e) 7 meses 22) Uma pessoa deposita num banco um capital que, no fim de 3 meses (na época do encerramento das contas), se eleva, juntamente com o juro produzido, a R$ 18.180,00. Este montante, rendendo juro à mesma taxa e na mesma conta, produz, no fim de 6 meses, outro montante de R$ 18.543,60.O capital inicial foi de, em R$: a) 18.000,00 b) 16.000,00 c) 15.940,00 d) 17.820,00 e) 17.630,00 23) A taxa de juro do banco foi de: a) 48% a.a. b) 3% a.m. c) 8% a.a. d) 10% a.a. e) 4% a.a. 24) O prazo para que o montante produzido por um capital de R$ 1.920,00, aplicado a 25% a.a., se iguale a um outro montante produzido por um capital de R$ 2.400,00 aplicado a 15% a.a., admitindo-se que os dois capitais sejam investidos na mesma data, é de: a) 4 meses b) 6 anos c) 6 meses d) 2 anos e) 4 anos 25) Emprestei R$ 55.000,00, durante 120 dias, e recebi juros de R$ 550,00. A taxa mensal aplicada foi de: a) 2,5% a.m. b) 25,25% a.m. c) 2,25% a.m. d) 0,25% a.m. e) 4% a.m. 26) Uma pessoa deposita R$ 30.000,00 num banco que paga 4% a.a. de juros, e receber, ao fim de certo tempo, juros iguais a 1/6 do capital. O prazo de aplicação desse dinheiro foi de: a) 60 meses b) 80 meses c) 50 meses d) 4 anos e) 2100 dias 27) Uma pessoa emprestou certo capital a 6% a.a. Depois de um ano e meio retirou o capital e os juros e aplicou novamente o total, desta vez a 8% a.a. Sabendo que no fim de 2 anos e meio, após a segunda aplicação, veio a retirar o montante de R$ 26.160,00. O capital emprestado no início foi de, em R$: a) 20.000,00 b) 21.800,00 c) 23.600,00 d) 19.000,00 e) 19.630,00 28) O capital que, aplicado a uma taxa de 3/4% a.m., produz R$ 10,80 de juros anuais é, em R$: a) 144,00 b) 97,20 c) 110,00 d) 90,00 e) 120,00 29) Um capital aumentado de seus juros durante 15 meses se elevou a R$ 264,00. Esse mesmo capital diminuído de seus juros durante 10 meses ficou reduzido a R$ 224,00. A taxa empregada foi de: a) 18% a.a. b) 8% a.a. c) 1% a.m. d) 0,5% a.m. e) 0,01% a.d. 30) Certa pessoa emprega metade de seu capital juros simples, durante 2 anos, à taxa de 5% a.a. e metade durante 3 anos, à taxa de 8% a.a., obtendo, assim, o rendimento total de R$ 2.040,00. O seu capital é de, em R$: a) 6.000,00 b) 12.000,00 c) 14.000,00 d) 7.000,00 e) 12.040,00 31) A taxa mensal de um capital igual R$ 4.200,00, aplicado por 480 dias e que rendeu R$ 1.232,00 de juros é de: a) 2,08% b) 8.08% c) 1,83% d) 3,68% e) 2,44% 32) (TTN/89) Calcular os juros simples que um capital de 10.000,00 rende em um ano e meio aplicado à taxa de 6% a.a. Os juros são de: a) 700,00 b) 1.000,00 c) 1.600,00 d) 600,00 e) 900,00 33) (TTN/89) O capital que, investido hoje a juros simples de 12% a.a., se elevará a R$ 1.296,00 no fim de 8 meses, é de: a) 1.100,00 b) 1.000,00 c) 1.392,00 d) 1.200,00 e) 1.399,68 34) (TTN/92) Quanto se deve aplicar a 12% ao mês, para que se obtenha os mesmos juros simples que os produzidos por Cr$ 400.000,00 emprestados a 15% ao mês, durante o mesmo período? a) Cr$ 420.000,00 b) Cr$ 450.000,00 c) Cr$ 480.000,00 d) Cr$ 520.000,00 e) Cr$ 500.000,00 Gabarito: 1E – 2D – 3E – 4C – 5B – 6E – 7A – 8A – 9C – 10A – 11B – 12B – 13C – 14D – 15C -16C – 17A – 18B – 19C – 20E – 21D – 22A – 23E – 24E – 25D – 26C – 27A – 28E – 29B – 30B – 31C – 32E – 33D – 34E Números Complexos Um pouco de história No século XVI , os matemáticos Cardano e Bombelli, entre outros, realizaram alguns progressos no estudo das raízes quadradas de números negativos. Dois séculos depois, estes estudos foram ampliados por Wesses, Argand e Gauss. Estes matemáticos são considerados os criadores da teoria dos números complexos. A teoria dos Números Complexos, tem ampla aplicação nos estudos mais avançados de Eletricidade. Unidade imaginária: define-se a unidade imaginária , representada pela letra i , como sendo a raiz quadrada de -1. Pode-se escrever então: i = Ö-1 . Observe que a partir dessa definição , passam a ter sentido certas operações com números reais , a exemplo das raízes quadradas de números negativos . Ex: Ö-16 = Ö16 . Ö-1 = 4.i = 4i Potências de i : i0 = 1 i1 = i i2 = -1 i3 = i2 . i = -i i4 = (i2)2 = (-1)2 = 1 i5 = i4 . i = 1.i = i i6 = i5 . i = i . i = i2 = -1 i7 = i6 . i = -i , etc. Percebe-se que os valores das potências de i se repetem no ciclo 1 , i , -1 , -i , de quatro em quatro a partir do expoente zero. Portanto, para se calcular qualquer potência inteira de i , basta eleva-lo ao resto da divisão do expoente por 4. Assim , podemos resumir: i4n = ir onde r = 0 , 1 , 2 ou 3. (r é o resto da divisão de n por 4). Exemplo: Calcule i2001 Ora, dividindo 2001 por 4, obtemos resto igual a 1. Logo i2001 = i1 = i . NÚMERO COMPLEXO Definição: Dados dois números reais a e b , define-se o número complexo z como sendo: z = a + bi , onde i = Ö-1 é a unidade imaginária . Exs: z = 2 + 3i ( a = 2 e b = 3) w = -3 -5i (a = -3 e b = -5) u = 100i ( a = 0 e b = 100) NOTAS: a) diz-se que z = a + bi é a forma binômia ou algébrica do complexo z . b) dado o número complexo z = a + bi , a é denominada parte real e b parte imaginária. Escreve-se : a = Re(z) ; b = Im(z) . c) se em z = a + bi tivermos a = 0 e b diferente de zero, dizemos que z é um imaginário puro . Ex: z = 3i . d)se em z = a + bi tivermos b = 0 , dizemos que z é um número real . Ex: z = 5 = 5 + 0i . e)do item (c) acima concluímos que todo número real é complexo, ou seja, o conjunto dos números reais é um subconjunto do conjunto dos números complexos. f) um número complexo z = a + bi pode também ser representado como um par ordenado z = (a,b) . Exercícios Resolvidos: 1) Sendo z = (m2 - 5m + 6) + (m2 - 1) i , determine m de modo que z seja um imaginário puro. Solução: Para que o complexo z seja um imaginário puro, sua parte real deve ser nula ou seja, devemos ter m2 - 5m + 6 = 0, que resolvida encontramos m=2 ou m=3. 2) Determine a parte real do número complexo z = (1 + i)12 . Solução: Observe que (1 + i)12 = [(1 + i)2]6 . Nestas condições, vamos desenvolver o produto notável (1 + i)2 = 12 + 2.i + i2 = 1 + 2i -1 = 2i \ (1 + i)2 = 2i (isto é uma propriedade importante, que vale a pena ser memorizada). Substituindo na expressão dada, vem: (1 + i)12 = [(1 + i)2]6 = (2i)6 = 26.i6 = 64.(i2)3 = 64.(-1)3 = - 64. Portanto, o número complexo dado fica z = - 64 = - 64 + 0i e portanto sua parte real é igual a-64. 3) Determine a parte imaginária do número complexo z = (1 - i)200 . Solução: Podemos escrever o complexo z como: z = [(1 - i)2]100 . Desenvolvendo o produto notável (1 - i)2 = 12 - 2.i + i2 = 1 - 2i -1 = - 2i \ (1 - i)2 = - 2i (isto é uma propriedade importante, que merece ser memorizada). Substituindo na expressão dada, vem: z = (- 2i)100 = (- 2)100. i100 = 2100 . i100 = 2100 . ( i2 )50 = 2100. (- 1)50 = 2100 . 1 = 2100. Logo, o número complexo z é igual a 2100 e portanto um número real. Daí concluímos que a sua parte imaginária é zero. CONJUGADO DE UM NÚMERO COMPLEXO Dado um número complexo z = a + bi , chama-se conjugado de z e representa-se por , a um outro número complexo que possui a mesma parte real de z e a parte imaginária o simétrico aditivo da parte imaginária de z . z = a + bi ® = a - bi Ex: z = 3 + 5i ; = 3 - 5i Obs : Sabemos que os números complexos podem também ser representados na forma de pares ordenados . Assim é que z = a + bi = (a,b). Portanto , por analogia com o sistema de coordenadas cartesianas , pode-se representar graficamente qualquer número complexo z num sistema de coordenadas cartesianas , bastando marcar a parte real a no eixo horizontal e a parte imaginária b no eixo vertical . Neste caso , o eixo horizontal é chamado eixo real e o eixo vertical é chamado eixo imaginário. O plano cartesiano, neste caso , denomina-se plano de Argand- Gauss. O ponto que representa o número complexo z , denomina-se afixo de z. DIVISÃO DE NÚMEROS COMPLEXOS NA FORMA BINÔMIA Regra : Para dividir um número complexo z por outro w ¹ 0 , basta multiplicar numerador e denominador pelocomplexo conjugado do denominador . Ex: = = = 0,8 + 0,1 i Agora que você estudou a teoria, tente resolver os seguintes exercícios: 1 - Calcule o número complexo i126 + i-126 + i31 - i180 2 - Sendo z = 5i + 3i2 - 2i3 + 4i27 e w = 2i12 - 3i15 , calcule Im(z).w + Im(w).z . 3 - UCMG - O número complexo 2z, tal que 5z + = 12 + 6i é: 4 - UCSal - Para que o produto (a+i). (3-2i) seja real, a deve ser: 5 - UFBA - Sendo a = -4 + 3i , b = 5 - 6i e c = 4 - 3i , o valor de ac+b é: 6 - Mackenzie-SP - O valor da expressão y = i + i2 + i3 + ... + i1001 é: 7) Determine o número natural n tal que (2i)n + (1 + i)2n + 16i = 0. Resp: 3 Clique aqui para ver a solução. 8) Calcule [(1+i)80 + (1+i)82] : i96.240 Resp: 1+2i 9) Se os números complexos z e w são tais que z = 2-5i e w = a+bi , sabendo-se que z+w é um número real e z.w .é um imaginário puro , pede-se calcular o valor de b2 - 2a. Resp: 50 10) Se o número complexo z = 1-i é uma das raízes da equação x10 + a = 0 , então calcule o valor de a. Resp: 32i 11) Determine o número complexo z tal que iz + 2 . + 1 - i = 0. 12 - UEFS-92.1 - O valor da expressão E = x-1 + x2, para x = 1 - i , é: a)-3i b)1-i c) 5/2 + (5/2)i d) 5/2 - (3/2)i e) ½ - (3/2)i 13 -UEFS-93.2 - Simplificando-se a expressão E = i7 + i5 + ( i3 + 2i4 )2 , obtêm-se: a) -1+2i b) 1+2i c) 1 - 2i d) 3 - 4i e) 3 + 4i 14 - UEFS-93.2 - Se m - 1 + ni = (3+i).(1 + 3i), então m e n são respectivamente: a) 1 e 10 b) 5 e 10 c) 7 e 9 d) 5 e 9 e) 0 e -9 15 - UEFS-94.1 - A soma de um numero complexo z com o triplo do seu conjugado é igual a -8 - 6i. O módulo de z é: a) Ö 13 b) Ö 7 c) 13 d) 7 e) 5 16 - FESP/UPE - Seja z = 1+i , onde i é a unidade imaginária. Podemos afirmar que z8 é igual a: a) 16 b) 161 c) 32 d) 32i e) 32+16i http://www.paulomarques.com.br/arq5-6.htm 17 - UCSal - Sabendo que (1+i)22 = 2i, então o valor da expressão y = (1+i)48 - (1+i)49 é: a) 1 + i b) -1 + i c) 224 . i d) 248 . i e) -224 . i GABARITO: 1) -3 - i 2) -3 + 18i 3) 4 + 3i 4) 3/2 5) -2 + 18i 6) i 7) 3 8) 1 + 2i 9) 50 10) 32i 11) -1 - i 12) B 13) D 14) A 15) A 16) A 17) E Os números inteiros: o conjunto Z Z = {... , – 4, – 3, – 2, –1, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, ... } O conjunto dos números inteiros é infinito. A escolha da letra Z para representar o conjunto dos números inteiros, deve-se ao fato da palavra Zahl em alemão, significar número. É trivial entender que o conjunto dos números naturais N é um subconjunto do conjunto dos números inteiros Z, ou seja: N ⊂ Z. Define-se o módulo de um número inteiro como sendo o número sem o seu sinal algébrico. Assim é que , representando-se o módulo de um número inteiro x qualquer por |x|, poderemos citar como exemplos: | –7 | = 7; | – 32 | = 32; | 0 | = 0; etc O módulo de um número inteiro é, então, sempre positivo ou nulo. Chama-se oposto (ou simétrico aditivo) de um número inteiro a ao número – a. Propriedades dos números inteiros: 1 – Todo número inteiro n, possui um sucessor indicado por suc(n), dado por suc(n) = n + 1. Exemplos: suc(– 3) = – 3 + 1 = - 2; suc(3) = 3 + 1 = 4. 2 – Dados dois números inteiros m e n, ocorrerá uma e somente uma das condições : m = n [ m igual a n ] (igualdade) m > n [ m maior do que n ] (desigualdade) m < n [ m menor do que n] (desigualdade). Esta propriedade é conhecida como Tricotomia. Nota: Às vezes teremos que recorrer aos símbolos ≥ ou ≤ os quais possuem a seguinte leitura: a ≥ b [ a maior do que b ou a = b ]. a ≤ b [ a menor do que b ou a = b ] Assim por exemplo, x ≤ 3, significa que x poderá assumir em Z os valores 3, 2, 1, 0, -1, -2, -3, - 4, ... Já x < 3, teríamos que x seria 2, 1, 0, -1, -2, -3, -4, ... É óbvio que o zero é maior do que qualquer número negativo ou na sua forma equivalente, qualquer número negativo é menor do que zero. ... –10, – 9, – 8, – 7, – 6, – 5, – 4, – 3, – 2, – 1, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, ... Operações em Z 1 – Adição: a + b = a mais b. A adição de dois números inteiros obedece às seguintes regras: a ) números de mesmo sinal : somam-se os módulos e conserva-se o sinal comum. Exemplos: (-3) + (-5) + (-2) = - 10 (-7) + (-6) = - 13 b) números de sinais opostos: subtraem-se os módulos e conserva-se o sinal do maior em módulo. Exemplos: (-3) + (+7) = + 4 (-12) + (+5) = -7 Propriedades: http://www.paulomarques.com.br/arq1-7.htm Dados os números inteiros a, b e c, são válidas as seguintes propriedades: 1.1 – Fechamento: a soma de dois números inteiros é sempre um número inteiro. Diz-se então que o conjunto Z dos números inteiros é fechado em relação à adição. 1.2 – Associativa: a + (b + c) = (a + b) + c 1.3 – Comutativa: a + b = b + a 1.4 – Elemento neutro: a + 0 = 0 + a = a . Zero é o elemento neutro da adição. 1.5 – Unívoca: o resultado da adição de dois números inteiros é único. 1.6 – Monotônica: Uma desigualdade não se altera, se somarmos um mesmo número inteiro a ambos os membros, ou seja, se a > b então a + c > b + c. 2 – Subtração: Observa-se que a subtração (diferença) é uma operação inversa da adição. Se a + b = c então dizemos que a = c – b ( c menos b). É óbvio que o conjunto Z é fechado em relação à subtração, pois a subtração (diferença) entre dois números inteiros, sempre será um outro número inteiro. Por exemplo, a operação 3 – 10 não teria resultado no conjunto N dos números naturais, mas possui resultado no conjunto Z dos números inteiros, ou seja -7. A subtração de dois números inteiros será feita de acordo com a seguinte regra: a – b = a + (-b) Exemplos: 10 – (-3) = 10 + (+3) = 13 (-5) – (- 10) = (-5) + (+10) = +5 = 5 (-3) – (+7) = (-3) + (-7) = - 10 3 – Multiplicação: é um caso particular da adição (soma), pois somando-se um número inteiro a si próprio n vezes, obteremos a + a + a + ... + a = a . n = a x n Na igualdade a . n = b, dizemos que a e n são os fatores e b é o produto. A multiplicação de números inteiros, dar-se-á segundo a seguinte regra de sinais: (+) x (+) = + (+) x (-) = - (-) x (+) = - (-) x (-) = + Apresentaremos uma justificativa para a regra acima, mais adiante neste capítulo, ou seja, o porquê de MENOS x MENOS ser MAIS! Exemplos: (-3) x (-4) = +12 = 12 (-4) x (+3) = -12 Propriedades: Dados os números inteiros a, b e c, são válidas as seguintes propriedades: 3.1 – Fechamento: a multiplicação de dois números inteiros é sempre outro número inteiro. Dizemos então que o conjunto Z dos números inteiros é fechado em relação à operação de multiplicação. 3.2 – Associativa: a x (b x c) = (a x b) x c ou a . (b . c) = (a . b) . c 3.3 – Comutativa: a x b = b x a 3.4 – Elemento neutro: a x 1 = 1 x a = a. O número 1 é o elemento neutro da multiplicação. 3.5 – Unívoca: o resultado da multiplicação de dois números inteiros é único. 3.6 – Uma desigualdade não se altera, se multiplicarmos ambos os membros, por um mesmo número inteiro positivo, ou seja, se a > b então a . c > b . c 3.7 - Uma desigualdade muda de sentido, se multiplicarmos ambos os membros por um mesmo número inteiro negativo, ou seja: a > b então a . c < b . c Exemplo: 10 > 5. Se multiplicarmos ambos os membros por (-1) fica - 10 < - 5. Observe que o sentido da desigualdade mudou. 3.8 – Distributiva: a x (b + c) = (a x b) + (a x c). A propriedade distributiva acima, nos permite apresentar uma justificativa simples, através de um exemplo, para o fato do produto de dois números negativos resultar positivo, conforme mostraremos a seguir: Considere o seguinte produto: A = (7 – 5) x (10 – 6) cujo resultado já sabemos ser 2 x 4 = 8. Desenvolvendo o primeiro membro, aplicando a propriedade distributiva da multiplicação em relação à adição, vem: A = (7x10) + [7x(-6)] +[(-5)x10] + [(-5)x(-6)] A = 70 – 42 – 50 + [(-5)x(-6)] Como já sabemos que A = 8, substituindo fica: 8 = 70 – 42 – 50 + [(-5)x(-6)] Isolando o produto [(-5)x(-6)], vem: [(-5)x(-6)] = 8 – 70 + 42 + 50 = 8 + 42 + 50 – 70 = 100 – 70 = 30 Observa-se então que realmente [(- 5)x(- 6)] = 30 = +30. 4 – Potenciação: é um caso particular da multiplicação, onde os fatores são iguais. Assim é que multiplicando-se um número inteiro a por ele mesmo n vezes, obteremos a x a x a x a x ... x a que será indicado pelo símbolo a n , onde a será denominado base e n expoente. Assim é que, por exemplo, 53 = 5.5.5 = 125, 71 = 7, 43 = 4.4.4 = 64, etc. Com base nas regras de multiplicação de números inteiros, é fácil concluir que: a) Toda potencia de base negativa e expoente par não nulo, tem como resultado um número positivo. Exemplos: (-2)4 = +16 = 16 (-3)2 = +9 = 9 (-5)4 = +625 = 625 (-1)4 = + 1 = 1 b) Toda potencia de base negativa e expoente ímpar, tem como resultado um número negativo. Exemplos: (-2)3 = - 8 (-5)3 = - 125 (-1)13 = - 1 5 – Divisão: O conjunto Z dos números inteiros não é fechado em relação à divisão, pois o quociente de dois números inteiros nem sempre é um inteiro. A divisão de números inteiros, no que concerne à regra de sinais, obedece às mesmas regras vistas para a multiplicação, ou seja: (+) : (+) = + (+) : (-) = - (-) : (+) = - (-) : (-) = + Exemplos: (–10) : (– 2) = + 5 = 5 (– 30) : (+ 5) = – 6 Para finalizar, vamos mostrar duas regras de eliminação de parêntesis ( ), que poderão ser bastante úteis: R1) Todo parêntese precedido do sinal + pode ser eliminado, mantendo-se os sinais das parcelas interiores. Exemplo: + (3 + 5 – 7) = 3 + 5 – 7 = 1 R2) Todo parêntese precedido do sinal – pode ser eliminado, desde que sejam trocados os sinais das parcelas interiores. Exemplos: – (3 + 4 – 7) = – 3 – 4 + 7 = 0 – (–10 – 8 + 5 – 6 ) = 10 + 8 – 5 + 6 = 19 – (–8 – 3 – 5 ) = 8 + 3 + 5 = 16 Exercícios resolvidos 1 – A temperatura de um corpo variou de – 20º C para 20º C. Qual a variação total da temperatura do corpo? Solução: Sendo ∆T a variação total da temperatura, vem: ∆T = Tfinal – Tinicial = 20 – (– 20) = 20 + 20 = 40 º C. 2 – Um veículo movendo-se a uma velocidade de 20 m/s, parou após 50 m. Qual a variação da velocidade até o veículo parar? Solução: Sendo ∆v a variação total da velocidade, vem: ∆V = vfinal – vinicial = 0 – 20 = – 20 m/s. Números Irracionais Os números irracionais Assim como existem as dízimas periódicas, também existem as dízimas não periódicas que são justamente os números irracionais, uma vez que elas nunca poderão ser expressas como uma fração do tipo a / b . Exemplos de dízimas não periódicas ou números irracionais: a) 1,01001000100001000001... b) 3,141592654... c) 2,7182818272... d) 6,54504500450004... etc Existem dois tipos de números irracionais: os algébricos e os transcendentes. Os números irracionais algébricos, são as raízes inexatas dos números racionais, a exemplo de Ö2 , Ö5 , Ö17 , Ö103 , ... etc, ou qualquer outra raiz inexata. Já os números irracionais transcendentes complementam aqueles irracionais algébricos, sendo os exemplos mais famosos de números irracionais transcendentes, o número p (pi), o número de Euler e , cujos valores aproximados com duas decimais são respectivamente 3,14 e 2,72 . O número p representa a razão do comprimento de qualquer circunferência dividido pelo diâmetro da mesma circunferência e o número e é a base do sistema de logaritmos neperianos. É interessante comentar, que ao tratarmos na prática, dos números irracionais, deveremos sempre adotar os seus valores aproximados, uma vez que , por serem dízimas não periódicas, os valores adotados serão sempre aproximações. Um exemplo clássico de não racionalidade de um número, é o caso da raiz quadrada de dois. O valor aproximado da raiz quadrada de dois ( Ö2 ) é igual a 1,414. Vamos analisar o porquê do número Ö2 não ser racional: Para isto , vamos utilizar o método da redução ao absurdo, que consiste em negar a tese, e concluir pela negação da hipótese. Vamos supor inicialmente, por absurdo, que Ö2 seja um número racional. Ora, neste caso, e se isto fosse verdadeiro, o número Ö2 poderia ser escrito na forma de uma fração irredutível a / b , ou seja, com a e b primos entre si , e, portanto, teríamos: Ö2 = a / b , onde a e b são inteiros, com b diferente de zero. Quadrando ambos os membros da igualdade anterior, teremos: 2 = a2 / b2 , de onde tiramos a2 = 2.b2 . Ora, como a2 é o dobro de b2, é correto afirmar que a é um número par. Sendo a um número par, podemos escreve-lo na forma a = 2k, onde k é um número inteiro. Daí, vem que: (2k)2 = 2b2 ou 4k2 = 2b2 , de onde tiramos que b2 = 2k2 , ou seja, b também é par. Ora, sendo a e b pares, o quociente a / b não seria uma fração irredutível, já que o quociente de dois números pares é outro número par. Vemos portanto que isto nega a hipótese inicial de que a fração a / b seja irredutível, ou seja, de que a e b sejam primos entre si. Logo, concluímos que afirmar que Ö2 é racional , é falso , ou seja, Ö2 não é um número racional, e, portanto, Ö2 é um número irracional. http://www.paulomarques.com.br/arq14-1.htm Nota: dois números inteiros são ditos primos entre si, se o máximo divisor comum (MDC) destes números for igual à unidade, ou seja: MDC (a,b) = 1. 3 – Identificação de números irracionais Fundamentado nas explanações anteriores, podemos afirmar que: 3.1 – todas as dízimas periódicas são números racionais. 3.2 – todos os números inteiros são racionais. 3.3 – todas as frações ordinárias são números racionais. 3.4 – todas a s dízimas não periódicas são números irracionais. 3.5 – todas as raízes inexatas são números irracionais. 3.6 – a soma de um número racional com um número irracional é sempre um número irracional. 3.7 – a diferença de dois números irracionais, pode ser um número racional. Exemplo: Ö5 - Ö5 = 0 e 0 é um número racional. 3.8 – o quociente de dois números irracionais, pode ser um número racional. Exemplo: Ö8 : Ö2 = Ö4 = 2 e 2 é um número racional. 3.9 – o produto de dois números irracionais, pode ser um número racional. Exemplo: Ö5 . Ö5 = Ö25 = 5 e 5 é um número racional. 3.10 – a união do conjunto dos números irracionais com o conjunto dos números racionais, resulta num conjunto denominado conjunto R dos números reais. 3.11 – a interseção do conjunto dos números racionais com o conjunto dos números irracionais, não possui elementos comuns e, portanto, é igual ao conjunto vazio ( Æ ). Simbolicamente, teremos: Q U I = R Q Ç I = Æ http://www.paulomarques.com.br/arq1-14.htm Números Naturais Pertencem ao conjunto dos naturais os números inteiros positivos, incluindo o zero. Esse conjunto é representado pela letra N maiúscula. Os elementos dos conjuntos devem estar sempre entre chaves. N = {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, ... } - Quando for representar o Conjunto dos Naturais não nulos (excluindo o zero) devemos colocar * ao lado do N. Representado assim: N* = {1, 2,3 ,4 ,5 ,6 ,7 ,8 ,9 ,10 ,11 ,12, ... } A reticência indica que sempre é possível acrescentar mais um elemento. N = {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, ...} ou N = {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, ... } Qualquer que seja o elemento de N, ele sempre tem um sucessor. Também falamos em antecessor de um número. • 6 é o sucessor de 5. • 7 é o sucessor de 6. • 19 é antecessor de 20. • 47 é o antecessor de 48. Como todo número natural tem um sucessor, dizemos que o conjunto N é infinito. Quando um conjunto é finito? O conjunto dos números naturais maiores que 5 é infinito: {6, 7, 8, 9, ...} Já o conjunto dos números naturais menores que 5 é finito: {0, 1, 2, 3, 4} Veja mais alguns exemplos de conjuntos finitos. • O conjunto dos alunos da classe. • O conjunto dos professores da escola. • O conjunto das pessoas que formam a população brasileira. 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} 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. 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. 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 simétrico funciona 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 b × c d = ac 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 qn 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. qn = 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: r = Rn[q] equivale a q = rn Por deficiência da linguagem HTML, que ainda não implementou sinais matemáticos, denotarei aqui a raiz n-ésima de q por Rn[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
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