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G A Z E T A D E M A T E M Á T I C A J O R N A L DOS C O N C O R R E N T E S A O E X A M E D E A P T I D à O E D Ó S E S T U D A N T E S D E M A T E M Á T I C A D A S E S C O L A S S U P E R I O R E S A N O 1 - 1 9 4 0 V O L . I - N . o s 1-4 2 . A E D I Ç Ã O - 1 9 4 7 L I S B O A D E P O S I T Á R I O E M P O R T U G A L : L I V R A R I A S Á D A C O S T A / R U A G A R R E T 100-102 / L I S B O A G A Z E T A D E M A T E M Á T I C A REDACÇÃO Ë ADMÍXISTRÃÇÀÒ EM 1940 : Antônio Monteiro, Bento Caraça, Hugo Ribeiro, José Paião e Manuel Zaluar EM 1 ( .UT : E D I T O R — Gazeta de Matemática, Lda. ADMINISTRADOR — A. Sá da Costa R E D A C Ç Ã O Redactor principal Manuel Zaluar PEDAGOGIA ASTRONOMIA TEMAS DE ESTUDO RESPONSÁVEIS DE SECÇÕES: Banro J . Caraça Manuel Peres Júnior Junta de Invesl igaçao Mate- mático MATEMÁT.CAS ELEMENTARES Antón o A. Lopes, J . da Silva Paulo, Maria Pilar R b iro MATEMÁTICAS SUPERIORES PROBLEMAS A. Pereira Gomas, J . Sebas- tião a Silva, L. G. Albuquer- que, V . S. Barroso Junto de Invest igação Mate- mática O U T R O S COMPONENTES : EM LISBOA A. Ferreira da Mac.do , A. SA da Costa, F. Carvalho Araújo, J . Calado, J . J . Rodrigues dos Santos, J . Mor- gado, J . Remy Freire, J. Ribeiro de Albuquerque, Luís Passos e Orlando M. Rodrigues. PÔRTO Delgado de Oliveira e Ri os de Souza BARCELONA Francisco Sanvisens MADRID Sixto Rios Garcia MONTEVIDEO Rafael La Guardia PARIS Paul Be lgodère ROMA Emma Casfelnuovo ROSÁRIO L. A. Santaló RECIFE Luiz Freire RIO DE JANEIRO António A. Monteiro, Achile Bassi J . Abdellay e Leopoldo Nachbin SÃO PAULO Omar Catunda ZURICH H. Wermus Junta de Invest igação Matemát ica: Buy Luís Homes, Almeida Costa, M. O. Miranda, M. G . P . Barros, A. Pereira Gomes, L . Neves Ileal, Laureano Barros e F . Soaros David Sede e A d m i n i s t r a ç ã o da Gazeta de Matemática — Rua A l m i r a n t e Barroso, 20, r/c — L i s b o a - N N O P R E L O : ÁLGEBRA MODERNA T r a d u ç ã o d a 2.- e d i ç ã o d e V A N DER W A E R D E N P o r H U G O R IBEIRO Dr. Sc. Mot. IE. T. H. Zurich) C o n d i ç õ e s especias de a q u i s i ç ã o para os assinantes da « G a z e l a de M a t e m á t i c a » , oportunamsnle a anunciar E M P R E P A R A Ç Ã O : T r a d u ç ã o d o r e x l o da 7.° e d i ç ã o da o b r a FUNDAMENTOS DA GEOMETRIA DE D. HUBERT T r a d u ç ã o de Maria Pilar Ribeiro e J o s é D. da Silva Paulo T I P O G R A F I A MATEMÁTICA, L D A . — R . A l m i r a n t e B a r r o s o . 20 r / c . — L I S B O A - N. G A Z E T A D E M A T E M Á T I C A J O R N A L DOS C O N C O R R E N T E S A O E X A M E D E A P T I D à O E D O S E S T U D A N T E S D E M A T E M Á T I C A D A S E S C O L A S S U P E R I O R E S A N O 1 - 1 9 4 0 V O L . | - N . o s 1-4 2 / E D I Ç Ã O - 1 9 4 7 L I S B O A D E P O S I T Á R I O E M P O R T U G A L : L I V R A R I A S Á D A C O S T A / R U A G A R R E T 100-102 / L I S B O A Í N D I C E A N O I - I 9 4 0 - N . O S 1 A 4 - 2 . A E D I Ç Ã O Nota sobre a segunda edição 1 Apresentação . . . . 1 A R T I G O S A noção de contingente, por A n t ó n i o Monte i ro 2 Abel e Galois, por Bento C a r a ç a 3 Corpos quadráticos e seus ideais, por J o s é da S i lva Paulo. . 4 O método de Fubini para a integração das funções racionais, por Manuel Zaluar 8 Aplicação das propriedades do trinómio do 2." grau à determinação de alguns problemas de máximos e mínimos, por J o s é da S i lva Paulo 8 Um problema de Geometria Analítica, por Ruy L u í s Gomes , . . . 10 A N T O L O G I A Do integral de Riemann ao integral de Lebesgue, por H e n r i Lebesgue 10 Humorismo, Curiosidades, etc 11 MOVIMENTO MATEMÁTICO Premio Nacional Dr. F. Gomes Teixeira, Congresso Internacional de Matemática e Seminário de Análise :'' Geral. - .'- . •-» ••, .. ' . -í"; ;~> . , . 12 MATEMÁTICAS E L E M E N T A R E S — Pontos de exames de aptidão às escolas superiores (Cursos das Faculdades de C i ê n c i a s , Escolas Mi l i t a r e s , Professores de Desenho, Ins t i tu tos Superiores de Agronomia , C i ê n c i a s E c o n ó m i c a s e Financeiras e T é c n i c o ) . . . . , 12 MATEMÁTICAS S U P E R I O R E S — Pontos de exames de frequência e finais A l g e b r a Superior — M a t e m á t i c a s gerais. 32 Cá lcu lo I n f i n i t e s i m a l — A n á l i s e Superior 39 M e c â n i c a Racional 42 Geometria P ro jec t iva — Geometria Superior 43 Geodesia — Ast ronomia • 44 Complementos de A l g e b r a e de Geometria A n a l í t i c a 45 Cá lcu lo das Probabil idades 45 P R O B L E M A S Problemas propostos e so luções recebidas em 1940 46 B O L E T I M BIBLIOGRÁFICO 48 A n o i - i 4 9 o - N . » i - 4 GAZETA DE M A T E M Á T I C A 2. a ed ição-1947 REDACTOR P R I N C I P A L : M. Záluar * EDITOR.* Gazeta de Matemática, Lda. # ADMINISTRADOR: A. Sá da Costa Composto na Tipografia Matemática, Lda. — Rua Almirante Barroso, 20, r/c. — LISBOA-N. NOTA SOBRE A SEGUNDA EDIÇÃO Esta segunda edição dos quatro números publicados durante o primeiro ano de vida da Gazeta de Matemática, há muito inteiramente esgotados, com excepção do n." 3, contém tudo o que naqueles números foi publicado, com as alterações que a seguir se assinalam. O texto dos quatro primeiros números da Gazeta de Matemática foi completamente re- visto, em especial as soluções dos pontos de exame neles publicados, e repaginado, como se de um só número se tratasse, distribuindo-se a matéria pelas secções actualmente existentes e segundo as normas adoptadas nos últimos núme- ros da revista. Para obviar aos inconvenientes resultantes destas alterações indica-se no final de cada artigo o número da Gazeta de Mate- mática e a data em que foi publicado pela primeira vez e apresenta-se um quadro que esta- belece a correspondência entre a primitiva e a actual numeração dos pontos de exame e dos problemas propostos. Março de 1947. APRESENTAÇÃO Gazeta de Matemática inicia, com o presente número, a sua publicação. Duas palavras sobre os seus objectivos e o seu programa. Pretende ela ser um instrumento de traba- lho e um guia para os estudantes de Matemá- tica das Escolas Superiores portuguesas num campo onde eles encontram, por ventura, as maiores dificuldades — o campo da prepara- ção prática. O escasso tempo de que em geral dispõem as aulas práticas nas diferentes esco- las, a falta de boas colecções de exercícios, adaptadas à orientação das várias cadeiras, são males que assoberbam o estudante e que a Gazeta, sem pretender anulá-los, procurará, no entanto, atenuar, na medida do possível. Para isso, procederá à publicação de todos os pontos de exames de frequência e finais de todas as cadeiras de Matemática das Escolas Superiores, acompanhando-os dos resultados e, quando pareça conveniente, dos passos fun- damentais da resolução ou, mesmo, da reso- lução completa. Assim, a colecção dos núme- ros da Gazeta constituirá um repositório de problemas e resoluções que orientará o estu- dante na sua preparação. Outro problema que à Gazeta merecerá um cuidado especial é a situação dos centenares de candidatos à admissão das Escolas Supe- riores. Por motivos que não é oportuno ana- lisar aqui, encontram-se eles quási às cegas na escolha do caminho que hão-de imprimir à sua preparação para os exames de aptidão. Mencionemos apenas que o critério dos seleccionadores, revelado na organização dos pontos dos exames de aptidão, nem sempre está de acordo com o critério que preside à elaboração dos pontos dos exames de saída dos Liceus, critério este que, necessariamente, tem enorme influência na orientação do ensino liceal. Pois bem, Gazeta de Matemática procederá 2 G A Z E T A D E M A T E M Á T I C A à publicação dos pontos de matemática saídos nos exames de aptidão das várias Escolas, dará os esclarecimentos necessários para a sua resolução e assim contribuirá para orientar os candidatos. E mcada número públicar-se-á também um artigo de carácter didáctico, sobre um assunto de matemáticas elementares ou superiores. As pessoas que assumem o encargo duma publicação desta natureza sabem que ela vin- gará e terá condições de vida apenas na me- dida em que consiga interessar a massa dos estudantes a que se dirige ; mas, para que A noção de por António Seja 2 i 3 o espado euclideano a três d i m e n s õ e s reais. Recordemos a n o ç ã o de /imite de uma sucessão cie pon- tos de R3 . Seja pi ,p>->, ••• p„ ••• uma t a l s u c e s s ã o ; diz-se que ela tem por l i m i t e o ponto p quando a dis- t â n c i a de p a p„ tende para zero quando n aumenta indefinidamente. Seja A u m conjunto de pontos de Ií's. Como se sabe, diz-se que p é ponto de acumulação de A , se A c o n t é m , pelo menos, uma suces são de pontos p n ^ p que tem por l i m i t e o ponto p . A n o ç ã o de l i m i t e de uma s u c e s s ã o pode definir-se para sucessões de rectas, curvas, f u n ç õ e s , s u p e r f í - cies, etc. Consideremos unia suces são de semi-rectas r „ que tenham por or igem um ponto f i x o />(>'„= pp„) • Diremos que esta s u c e s s ã o tem por l i m i t e uma semi- -recta r (de or igem ji>) se o â n g u l o das semi-rectas r e r„ tende para zero quando n aumenta inde f in ida - mente. (Chamamos aqui â n g u l o de duas semi-rectas com a mesma origem, ao menor dos dois â n g u l o s que essas duas semi-rectas determinam). De modo a n á l o g o ao anterior se podia agora de f in i r a scmi-recta de acumulação de um conjunto qualquer de semi-rectas com a mesma o r igem) . Estas noções que acabamos de recordar são ind i s - p e n s á v e i s para de f in i r a noção de semi-tangente a uni conjunto A num dos seus pontos de a c u m u l a ç ã o ileja p um ponfo de acumulação de A ; diremos que a semi-recta pq e uma semi-tangente a A no ponto p se existir uma sucessão p i , p j , • • • , p„ , • • • de pontos de A esse intéressé seja mais acentuado, ela neces- sita da colaboração dos seus leitores. Para isso, cada número conterá algumas questões propostas para os leitores resolverem. Nos números seguintes serão publicadas, com indi- cação dos nomes dos autores, as melhores soluções recebidas. E assim, com a colaboração de todos, redac- tores e leitores, Gazeta de Matemática consti- tuirá um organismo vivo, um instrumento eficiente de trabalho e, ao mesmo tempo, um Amigo, animado do desejo de bem servir. Este é, acima de todos, o seu objectivo fun- damental. [Gazeta (te Matemática N.° 1. Janeiro do 1940]. contingente Monteiro (sendo p„ f̂c p ) tal que a sucessão de semi-rectas PPi >'PPi > ' ' ' ; Pl'n > • • • tenha por limite a semi-recta p q . A o conjunto de t ô d a s as semi-tangentes a um con- j u n t o A no mesmo ponto p , d á - s e o nome de contin- gente de A HO ponto p . Es ta d e s i g n a ç ã o é devida ao m a t e m á t i d o f r a n c ê s Bouligay,d. <" Se o contingente de A no ponto p se reduz a uma recta r diz-se que r é tangente ao conjunto A no ponto p . Se o con t in - gente de A no ponto p c o n t é m t ô d a s as semi-rectas de um plano que passa por p, e só essas, diz-se que êsse plano é tangente a A no ponto p. A n o ç ã o de contingente c o n t é m como casos part iculares as noções de tangente a uma curva (plana ou torsa) e de plano tangente a uma s u p e r j f í c i e . E poss íve l de f in i r para um conjunto de pontos de R 3 , noções que generalizam as noções de plano osculador, c í r cu lo osculador, etc. Pode, portanto, estudar-se a geometria i n f i n i t e s i m a l independentemente da teoria das f u n ç õ e s . A ê s t e novo c a p í t u l o da m a t e m á t i c a deu B o u l i g a n d o nome do Geometria In f in i t e s ima l Di rec ta , que pode considerar-se como uma c i ê n c i a em plena f o r m a ç ã o . O seu aparecimento era i n d i s p e n s á v e l . De h á mui to que se reconhecera a c o m p l i c a ç ã o que os m é t o d o s da Geometria A n a l í t i c a t raz iam para.a r e s o l u ç ã o de cer- tos problemas. Todos os estudantes conhecem as Com- in Bouligand — Introduction à la Géométrie Infinitésimale Directe. G A Z E T A D E M A T E M Á T I C A 3 p l i c a ç õ e s que podem aparecer na r e s o l u ç ã o de certos problemas de geometria por m é t o d o s a n a l í t i c o s , quando n ã o se escolhem con renientemente os eixos coordenados. Os eixos mais concernentes s ão aqueles que conduzem a cá l cu los mais simples, o que depende evidentemente do problema a resolver. B como não se cozdieeeni re- gras gerais para a escolha dos eixos mais convenien- tes essa escolha cons t i tu i um dos misteriosos quebra- -ca/teças da Geometria A n a l í t i c a . Para estudar, por exemplo, as propriedades de um t r i â n g u l o , umas vezes c o n v é m escolher para eixos coordenados dois dos seus lados, outras vezes c o n v é m escolher a recta que con- t é m um dos lados e a j ierpendicular no ponto médiOj etc. No estudo das curvas torsas, o sistema de eixos Abel e por Bento A s vidas de Evar i s t e Galois e Niels A b e l oferecem um conjunto impressionante, o mais impressionante de toda a h i s t ó r i a da C i ê n c i a , de c o n c o r d â n c i a s e contrastes. U m a m u l t i d ã o de coisas os a p r o x i m a ' a é p o c a em que v ive ram -— p r i n c í p i o s do século x i x ; a brevidade das suas vidas — Galois movreu com 21 anos incom- pletos em 1832, Abe l com 27 incompletos em 1829 ; a sua espantosa precocidade — G à l o i s estava de posse <los fundamentos da teoria da resolubil idade das equa- ções a l g é b r i c a s por meio de radicais aos dezasseis anos, A b e l aos v in te e quatro apresentou à Academia das C i ê n c i a s de Paris uma m e m ó r i a sobre as Trans - cendentes E l í t i c a s de que mais tarde Hermi te havia de dizer que c o n t é m m a t é r i a para ocupar m a t e m á t i c o s durante quinhentos anos ; o f i m t r á g i c o que ambos t i ve ram — Galois morre estupidamente num duelo, A b e l , na m i s é r i a , minado pela tuberculose. Une-os ainda a i n c o m p r e e n s ã o e o desinteresse de que fo ram alvo por parte dos consagrados do seu tempo : os maiores, Cauchy em F r a n ç a e Gauss na Alemanha, deixaram passar ao seu lado, sem os verem, os dois maiores g é n i o s m a t e m á t i c o s do século x i x — n ó d o a negra que a g l ó r i a , a outros t í t u l o s bem merecida, jamais c o n s e g u i r á apagar. Gauss não se d i g n o u 1er a m e m ó r i a que A b e l lhe mandara s ô b r e a impossibi l idade da r e s o l u ç ã o da e q u a ç ã o do 5.° grau por meio de radicais , afastando-a desdenhosamente com este c o m e n t á r i o ao t í t u l o — « m a i s uma mons- truosidade !» ; Cauchy, absorvido na sua obra, perdeu as que A b e l em 1826, e Galois, dois anos mais tarde, enviaram à Academia das C i ê n c i a s . Para que a i n f e - l ic idade da Academia fosse completa, não f a l t a r a m na • c i r c u n s t â n c i a os e p i s ó d i o s picarescos — Poisson escre- inais conveniente pode mesmo va r i a r de ponto para ponto ( t r iedro de Frenet-Serret) . Todas estas c i rcuns- t â n c i a s de ixam perplexo o estudante desprevenido, perante os laboriosos cá l cu los que tem, às vezes, que fazer para demonstrar uma propriedade simples da Geometria Elementar pelos m é t o d o s da Geometria A n a l í t i c a . Compreende-se assim a i m p o r t â n c i a da Geometria I n f i n i t e s i m a l D i rec ta cm que n ã o existem eixos que compliquem a r e s o l u ç ã o dos problemas, nem h i p ó t e s e s de continuidade s ô b r e as f u n ç õ e s (ou s ô b r e as suas derivadas) que mascarem completamente a natureza g e o m é t r i c a das q u e s t õ e s a estudar. [Gazeta de Matemática, n.° 1, Janeiro do 1940] G olo is Caraça vendo na capa duma m e m ó r i a de Galois, que n ã o compreendera, um visto em boa c a l i g r a f i a (o que é sempre uma s o l u ç ã o . .. ) , Legendre desculpando-se, a respeito da m e m ó r i a de A b e l , porque ocra d i f i c i lmen te l e g í v e l , estava escrita numa t i n t a q u á s i b r a n c a » ! . . . Out ro t r a ç o de u n i ã o consiste no lac to de ambos se terem ocupado, independentemente um do outro, e sem se conhecerem do mesmo assunto — a resolubil idade das e q u a ç õ e s a l g é b r i c a s , q u e s t ã o que fo rma a par te mais impor tante da obra conhecida de Galois c para o estudo da qual Abe l c o n t r i b u í r a com o seu t rabalho s ô b r e a e q u a ç ã o do 5.° grau, como acima se disse. A c i m a de tudo, os dois e s t ã o irmanados numa coisa — a cr iminosa i n d i f e r e n ç a com que a Sociedade os t ra tou , condenando, como diz Tannery, um a morrer de fome, outro a v iver ou a morrer, como se quiser, no c á r c e r e . Mas, ao lado de tantos pontos de contacto, que d i - f e r e n ç a enorme entre os dois, t ã o grande que se, pen- sando num, quisermos real izar a sua a n t í t e s e , logo nos acode à mente o outro, t a l a diversidade de con- d ições p s i c o l ó g i c a s , de modos de trabalhar , de a t i tude perante a v i d a que ambos nos apresentam. O que num, A b e i , é d o ç u r a , t imidez , r e s i g n a ç ã o , é no outro al t ivez, a c ç ã o , revol ta . Ambos sofrem, mas na maneira de sofrer s ã o dis- pares — A b e l , f raco, de sensibilidade i n f a n t i l , retrai-se, procura um ponto de apoio afect ivo e, como todos os fracos, uma vez que entra na l n t a é para cometer uma i n j u s t i ç a " ' ; Galois, personalidade incomparavelmente mais for te , revolta-se, ataca, ataca sempre. Abe l , i n - <i) Contra Jacobi. G A Z E T A D E M A T E M Á T I C A capaz de ultrapassar os l imi tes do individua], nunca aborda de al to a p o s i ç ã o do homem, n ão relaciona os seus males com os males gerais de que enferma a so- ciedade do seu tempo, restr inge a sua a m b i ç ã o à t r a n - qui l idade dum lugar na Universidade ; Galois, mais esclarecido, discerne as conexões í n t i m a s do corpo so- c ia l , v ê nos defeitos o r g â n i c o s de base a r a z ã o p r o - f u n d a de que os casos ind iv idua i s s ã o o reflexo e> logicamente, combate as causas, atira-se para a lu t a , bate-se na rua, com t a l ardor, t a l e x a l t a ç ã o no dom de s i mesmo que chega a dizer «se fô r preciso um c a d á v e r para que o povo se revolte, dar-lhe-ei o meu !» A o seu e s p í r i t o superiormente claro nada passa des- percebido e, pensando nas cond ições desastrosas da i n v e s t i g a ç ã o c i e n t í f i c a , d iz : « A q u i , como em todas as c i ê n c i a s , cada é p o c a tem de a lguma maneira as suas q u e s t õ e s do momento : h á q u e s t õ e s vivas que f i x a m ao mesmo tempo os e s p í r i t o s mais esclarecidos. . . Parece muitas vezes que as mesmas ideias aparecem a v á r i o s como uma r e v e l a ç ã o . Se se procura a causa, é f á c i l e n c o n t r á - l a nas obras daqueles que nos prece- deram, nas quais essas ideias e s t ã o presentes sem os seus autores darem por isso. A c i ê n c i a n ã o t i r o u , a t é hoje, grande pa r t ido desta c o i n c i d ê n c i a tantas vezes observada nas i n v e s t i g a ç õ e s dos s á b i o s . Uma con- c o r r ê n c i a d e s g r a ç a d a , uma r iva l idade degradante t ê m sido os seus pr inc ipa i s f ru tos . N ã o é, contudo, d i f í c i l reconhecer neste facto a prova de que os s á b i o s n ã o são , mais que os outros homens, fei tos para o isola- mento, que êles pertencem t a m b é m à sua é p o c a e que, cedo ou tarde, m u l t i p l i c a r ã o as suas f o r ç a s pela asso- c i a ç ã o . E n t ã o , quanto tempo s e r á poupado para a C i ê n c i a !» E noutro passo, escrito na p r i s ã o de Santa P e l á g i a em Outubro de 1831 : « . . . infel izmente, n ã o se pensa que o l i v r o mais precioso do mais s á b i o seria a q u ê l e em que êle dissesse tudo o que n ã o sabe, n ã o se pensa que u m autor nunca p re jud ica tanto os seus leitores como quando diss imula uma d i f icu ldade . Quando a c o n c o r r ê n c i a , is to é, o e g o í s m o , deixarem de reinar nas c i ê n c i a s , quando uns se associarem com outios para estudar, em vez de mandar cartas fecha- das às Academias, e n t ã o t r a t a r - s e - á de pub l ica r as menores o b s e r v a ç õ e s , por pouco novas que sejam, acrescentando : n ã o sei o res to .» * # * E passado mais dum sécu lo sobre a morte de A b e l e Galois. Que v i s ã o emocionante é para nós , hoje, o caminho d ê s t e s dois jovens, irmanados no g é n i o e na d e s g r a ç a , separados em tudo o resto, t r i lhando a v ida por sendas opostas e arrancando a sua obra como bocados de s i mesmos, torturados, ante a i n d i f e r e n ç a m dos outros. A b e l n ã o v i u realizado o seu sonho de t ranqui l idade — a Universidade de B e r l i m ia abr i r - lhe as portas, a tuberculose matou-o. Galois n ã o v i u realizado o seu sonho r e v o l u c i o n á r i o — dois meses depois de sair da p r i s ã o , num duelo, ou num guet-apens, mataram-no. Para o p r imei ro , uma la je j u n t o duma i g r e j a de aldeia, num d ia tempestuoso de neve. Para o segundo, a va la comum. (2) Duas excepções contudo, e de valor — Crelle e Jacobi, em relação a Abel. [Qazeta de Malemálica, n.° 2, Abril de 1940] Corpos quadrátic por José da Chama-se domínio de racionalidade, corpo de núme- ros, ou simplesmente corpo a todo o sistema i n f i n i t o de n ú m e r o s de qualquer e spéc i e que se reproduzem mediante as o p e r a ç õ e s racionais. Isto quere dizer que aplicando as o p e r a ç õ e s elementares de a d i ç ã o , subtrac- ção, m u l t i p l i c a ç ã o e d i v i s ã o ( e x c l u í d a a d i v i s ã o por zero) a dois n ú m e r o s do sistema se o b t é m um outro n ú m e r o que pertence ainda ao sistema. E evidente que o conjunto dos n ú m e r o s inteiros n ã o fo rma u m corpo ; mas o conjunto de todos os n ú m e r o s racionais fo rma um corpo que designaremos por R. D a d a a e q u a ç ã o a x + 6—O, em que a e b per ten- cem a R, costuma dizer-se que ela é r e so lúve l em R porque o valor de x que satisfaz à equação pertence os e seus ideais Silva Paulo a R . Pelo c o n t r á r i o uma e q u a ç ã o q u a d r á t i c a (1) axt-rbjc+c=Q, em que os coeficientes pertencem a R , nem sempre é r e so lúve l em R. Mas se a R se faz a adjunção de l / m , em que m não é u m quadrado perfe i to , e se considerarmos os n ú m e r o s da f o r m a u+v^m, em que « e u pertencem a JB, o seu conjunto fo rma um corpo que designare- mos por R ([/m) . D e facto constitue u m corpo porque efectuando as o p e r a ç õ e s de a d i ç ã o , s u b t r a c ç ã o , m u l t i p l i c a ç ã o e d iv i - são sobre os n ú m e r o s da forma u + n j / w , obtém-se G A Z E T A D E M A T E M Á T I C A 5 a + b[/m e x p r e s s õ e s do t i po — ou, tornando racional o denominador, (2) ai + bi /̂ro em que a , 6 , a j , 6) , A , B e C são n ú m e r o s de i í , e isto porque ( l / m ) 5 = TO, (^mf=m^m, etc. E neste corpo R (v/m) j á a e q u a ç ã o (1) é r e s o l ú - vel , se TO=62—AlOC, pois x p e r t e n c e r á a i í ( l / m ) . Ass im a e g u a ç ã o œ2—2x—17=0 é r e s o l ú v e l no corpo R{[/2) pois as suas r a í z e s s ã o (3) - 1 + 3 v/2 e pertencem a êsse corpo. Os n ú m e r o s da fo rma (2) s ã o n ú m e r o s a l g é b r i c o s , chamando n ú m e r o a l g é b r i c o a todo o n ú m e r o que fô r ra iz duma e q u a ç ã o a l g é b r i c a de coeficientes per ten- centes a R, ou, o que é o mesmo, de coeficientes in te i ros . Se u m dado n ú m e r o a l g é b r i c o a , ra iz duma e q u a ç ã o (4) o„ x " + a„_i x n _ 1 H |-a 2 x 2 + a j x + Oo=0 de g rau n , n ã o pode ser ra iz duma e q u a ç ã o de g r au in fe r io r , de coeficientes ainda racionais, ( ta l como sucede com os n ú m e r os (3) que n ã o podem ser r a í z e s de e q u a ç õ e s do 1." g r au com coeficientes pertencentes a i í , o n ú m e r o a diz-se a l g é b r i c o de g r au n. Demonstra-se que se f izermos a a d j u n ç ã o duma das r a í z e s a , da e q u a ç ã o (4), a R, o b t é m - s e u m corpo i í ( a ) . E m pa r t i cu l a r os n ú m e r o s que s ã o r a í z e s de equa- ções de 2." g r au e n ã o o s ã o de e q u a ç õ e s de 1." cha- mam-se n ú m e r o s q u a d r á t i c o s e a todo o corpo onde eles existam sem que existam n ú m e r o s de g r au supe- r io r , chama-se corpo q u a d r á t i c o . U m corpo RÍ^m) é u m corpo q u a d r á t i c o . É claro que dado \fm f i c a perfei tamente de te rmi - nado o corpo i?(v/»«), e ê s t e é i d ê n t i c o ao corpo R ( - \ / m ) . Se 8 é ra iz duma e q u a ç ã o a x 2 + è x - ) - c = 0 e m = ò 2 — —4ac, os n ú m e r o s do corpo R{[/m) podem obter-se, como se v ê faci lmente, fazendo a a d j u n ç ã o de S a R, o que quere dizer que os corpos R{^m) e R (8) s ã o i d ê n t i c o s . U m corpo q u a d r á t i c o impor tan te é o corpo de Gauss, ou corpo dos n ú m e r o s i m a g i n á r i o s , que, na n o t a ç ã o empregada, se representa p ô r R ([/—l) = i í (í) em que » é ra iz da e q u a ç ã o x ' + l = 0. Neste corpo mui tas das propriedades dos n ú m e r o s de S se m a n t ê m . Por exemplo, m a n t é m - s e a p r o - priedade de exis t i r u m m. d. c. de v á r i o s n ú m e r o s . Mas nem todos os n ú m e r o s primos de i í s ã o pr imos em R (í) . A s s i m 2 = — í (1 - f - i ) 2 é p r i m o em R mas n ã o em R (i) . Vejamos algumas propriedades que se m a n t ê m quando se faz uma conveniente g e n e r a l i z a ç ã o das noções dadas em R . Tomemos a n o ç ã o de n ú m e r o in te i ro ; ela deve ser generalizada de modo que se conservem as p ropr i e - dades dos intei ros de R e que abran ja como caso par t i cu la r êsses mesmos inteiros ; em par t i cu la r a soma, a d i f e r e n ç a e o produto de inteiros deve ser u m inteiro. Defin i remos e n t ã o in te i ro da seguinte fo rma : U m n ú m e r o dum corpo q u a d r á t i c o é u m inteiro se fô r ra iz duma e q u a ç ã o (5) x J + o j x + oo=0 em que o coeficiente de x 2 é a unidade e n\ e a 0 i n - teiros de R. Vejamos qual s e r á a fo rma dos intei ros q u a d r á t i c o s . Para s imp l i f i c a r podemos supor que m n ã o c o n t é m factores quadrados, pois que o caso geral se pode sempre reduzir a ê s t e caso. E demos algumas noções que nos v ã o ser ú t e i s . Designemos em pr ime i ro l uga r por letras gregas a , P , Y , etc., os n ú m e r o s q u a d r á t i c o s . a+b ym A cada n u m é r o a s corresponde um outro , a—b I/TO , . , a' = 1 — que se chama o seu conjugado, e am- bos são r a í z e s da mesma e q u a ç ã o (6) 2a a2—62TO — x + = 0. Representaremos por a' o conjugado de a . É evidente que a+b y m é u m in te i ro do corpo. Mas os in te i ros do corpo ainda podem ter out ra forma. Efec t ivamente se a f ô r u m in te i ro , e n t ã o , por v e r i f i - 2a az — b 2 m . car (6), t e r ã o que ser — e inteiros de R, c c* e como podemos sempre supor que a, b e c não t ê m divisores comuns t e r á que ser c = 2 ou c = l , donde as duas formas a =, a~^~b ^ m e a=a + b \fm . m Vejamos que depende do valor de TO a fo rma dos inte i ros . Como TO n ã o c o n t é m factores quadrados s e r á m = 4 + l , ra=4 + 2 ou m = 4 + 3 . a*—b-m No pr ime i ro caso > t ê r m o independente 6 G A Z E T A D E M A T E M Á T I C A 6* e so s e r á um in te i ro de (6), s e r á i g u a l a 4 + • se a e 6 forem simultaneamente pares ou í m p a r e s ; ,~ 2 l i 4 - 2 / / i l / m r L \ . o i 1 + v e n t ã o a = !_ í - í— = ( " i 6 t ) +2bt Î-— ou a = 2a, + 1 + (26, + l ) t / m = ^ ^ + 1 } 1 + ^ _ 2 2 No segundo caso, isto é, se m = 4 + 2 , o n ú m e r o a*-6* m 4 - t - a J - 2 6 * • = se rá in te i ro simplesmente no 4 4 * caso em que a e 6 forem simultaneamente pares e e n t ã o a=A+B^m. Caso a n á l o g o se passa quando m = 4 + 3 . Logo os inteiros de R{ym) s ã o da fo rma a=al + bl*±yj?: se m = 4 + l ou a = a + 6l /? í i se m=í=4 + l e se f izermos o í p s l í J ^ ? ou u > — l / m , caso w = 4 - ( - l 2 ou m =£4 + 1 , poderemos escrever a = a j • 1 + 6 2 u» que é a f ó r m u l a geral dos inteiros de i í ( l / m ) . Os n ú m e r o s 1 e tu f o rmam o que se chama uma base do corpo, e demonstra-se que é p o s s í v e l determinar outros inteiros do corpo, uij e <u 2, (e isto dum n ú m e r o i n f i n i t o de maneiras) tais que todo o n ú m e r o do corpo s e pode escrever sob a fo rma Y = a i m, -(- a? u>2 em que o, e a* são inteiros racionais bem determina- dos. É f á c i l ver agora que todas as propriedades dos intei ros racionais se m a n t ê m . Chama-se norma de um n ú m e r o a ao produto n (o) = " t - • . On = a- a!, de a pelo seu conjugado, que é i g u a l a — , a? se a satisfaz à e q u a ç ã o a 2 a^ + a j x + a 0 = 0 , e é um u m n ú m e r o racional e in te i ro se a f ô r u m in te i ro . A norma de u m n ú m e r o racional é e n t ã o i g u a l ao quadrado do m ó d u l o e a norma de um in te i ro a é um in te i ro racional . E f ác i l ver que a norma de um produto é i g u a l ao produto das normas dos factores ; efectivamente n (a$) = (a$) (a^) ' = a^a' $' = n (o) n (p) , por ser (ap)' = a' [}' , isto é, o conjugado de um produto é i g u a l ao produto dos conjugados. Chamaremos unidade do um corpo, a qualquer i n - teiro s do corpo t a l que — seja t a m b é m u m in te i ro t', e e diremos que um in te i ro £S d iv ide u m in te i ro a se ex is t i r um terceiro f t a l que a = p . - r . Quere dizer e n t ã o que ee' = l , e por tanto e' é t a m b é m uma u n i - dade. U m a unidade d iv ide todo o in te i ro a do corpo ai 1 ; pois que — — — a=e a v is to que o produto de dois inteiros é um in te i ro . No caso do corpo de Gauss as unidades são + 1 e + * . Diremos que dois n ú m e r o s a e s ã o associados se qualquer dê les é d i v i s í v e l pelo o u t r o ; tem-se e n t ã o (7 ) e a = s £ i , is to é, a e JÎ só diferem por um factor unidade. De facto de ( 7 ) vem a - [3 • - e como é um in te i ro f , ? . 1 . . e - é t a m b é m uni in te i ro igua l a - , 7 e uma u n i - <*• T . rtT/,íj •» dade e , e a = e • [ i . C o n c l u í m o s assim que todo o in te i ro é d i v i s í v e l pelas unidades do corpo e pelos seus associados; se o in te i ro n ã o trver outros divisores diremos que êle é indecomponírel no corpo e como vemos esta n o ç ã o ge- neraliza a de n ú m e r o p r imo no corpo H. Demons- tra-se que todo o n ú m e r o a. cuja norma é um n ú m e r o p r imo o r d i n á r i o é i n d e c o m p o n í v e l em R ( l / m ) . Se fô r <x=pi " • ? « ) e pertencendo os ao corpo nenhum dê les é uma unidade ou associado a a , diz-se que aquela d e c o m p o s i ç ã o de a é essencial; e esta d e c o m p o s i ç ã o é equivalente à d e c o m p o s i ç ã o em fac- tores pr imos no corpo racional . Concretizemos estas de f in i ções num exemplo. Seja o corpo R ( l / — 5) . Os n ú m e r o s do corpo são da fo rma a + b V — o e o s i n t e j r o s da fo rma a + by* — 5 ; as u u i - c dades s ã o + 1 . X norma dum in te i ro do corpo s e r á (a + b \J — 5) (a—6 [/ — õ ) = a 1 + 56 J . Mas sucede agora <jue existem no corpo n ú m e r o s que t ê m mais do que uma d e c o m p o s i ç ã o em factores i n d e c o m p o n í v e i s o que não sucede no corpo dos n ú m e r o s racionais, em que a d e c o m p o s i ç ã o em factores pr imos é ú n i c a . Ass im, o n ú m e r o 21 = 3 • 7 = (4 + y ' ^ 5 ) ( 4 - l / ^ 5 ) = = ( l + 2 \J — 5) ( l — 2 l / — õ ) em que os inteiros 3 ,7 ,4 - ) - + l / ^ 5 , 4— l / ^ 5 , l - r - 2 l / ^ 5 e 1 — 2 l / " ^ 5 s ã o inde- c o m p o n í v e i s em R{^— 5 ) . De facto se 3 = ( o + è l / — b){al + bl\/—5) e n t ã o 3 = aai—566 ( e •< I j r t ' J 1 JJi. i U i J i . ' J • " ' i d ' ••>>!> <tfi O = a6i + Oj6 e da ú l t i m a tira-se ^ = — 3 ' = r o u a = r a i , e 6 = — r 6 4 , e por c o n s e q u ê n c i a 3 = ra? + 5 r 6 j em que ra? e rl>J s ã o inteiros n ã o negativos, e como para bt =£0 (5r6f > 3 ) a p r ime i r a igualdade é i m p o s s í - ve l , e n t ã o 6 j = 0 , 6 = 0 , a = 3 e a{ = l ou ô j = 0 , 6 = 0 , a = l e « i = 3 quere dizer que 3 ó indecompo- n íve l . Analogamente se demonstra que 7 é indecom- G A Z E T A D E M A T E M Á T I C A 7 p o n í v e l . Se fosse 4 + \ / — 5 = ( a 4 - 6 l / ^ 5 ) (« í + Ai l / —5) e n t ã o tomando as normas, 21 = (a 2 + 5ò 2 ) (a? + 5/>?) e por serem racionais e inteiros os dois membros s e r á 21 = a 2 + 56 2 e 1 = a]-\- 56f sistema que tem as so luções ( < x = 4 , 6 = l ) ( a j = + l , & i = 0 ) que n ã o satisfazem e as so luções a — 1 , 6 = 2 e a i = + l , &i = 0 ou e n t ã o 3 = a 2 + 56 2 e 7 = <xi + 56? que é i m p o s s í v e l . L o g o 4 + y 1 — 5 é i ndeco inpon íve l . D e m o n s t r a ç õ e s a n á l o g a s se fazem para os outros n ú m e r o s . As d e c o m p o s i ç õ e s de 21 são por isso essencialmente diferentes. U m n ú m e r o pode assim apresentar, num dado corpo, mais do que uma d e c o m p o s i ç ã o em factores i n d e c ò m - p o n í v e i s , e como c o n s e q u ê n c i a t ô d a a teoria dos n ú - meros racionais, que assenta na d e c o m p o s i ç ã o ú n i c a de qualquer n ú m e r o em produto de factores pi-imos, é i n s u s c e p t í v e l de se generalizar. Para obviar a ês te inconveniente, Kummer , que o t i n h a notado quando do estudo da d i v i s ã o da c i r cun- f e r ê n c i a em partes iguais , c r iou o conceito de n ú m e - ros ideais, n ú m e r o s de que se f az i a a a d j u n ç ã o ao corpo. Mais tarde Dedekind modi f ica a n o ç ã o e em vez de um n ú m e r o não pertencente ao corpo in t roduz um con- j u n t o de n ú m e r o s pertencentes ao corpo. Es ta n o ç ã o permite a d e c o m p o s i ç ã o ú n i c a de qualquer n ú m e r o do corpo em factores ideais. Vejamos num caso par t i cu la r como se pode explicar o conceito de ideal . Consideremos o conjunto de n ú m e r o s da forma 4 » + l , que n ã o f o r m a m evidentemente um corpo, pois que a soma ou d i f e r e n ç a de n ú m e r o s do conjunto n ã o pertence ao conjunto, mas para os quais o produto e a d i v i s ã o se podem de f in i r à maneira o r d i n á r i a . Seja e n t ã o a suces são 1 , 5 , 9 , 1 3 , 1 7 - - - 7 3 , 7 7 - . - 1 4 1 - . - é claro que (4n + l ) x ( 4 m + l ) = 4 / > + l . Daquela s u c e s s ã o os n ú m e r o s 5 , 9 , 1 3 , 17 , 2 1 , 2 9 - - . s ã o i n d e c o m p o n í v e i s no conjunto considerado. No entanto o n ú m e r o 10857 = 1 4 1 x 7 7 = 21x517- pode ser decomposto de 2 modos essencialmente d i f e - rentes. D a mesma maneira 693 = 2 1 x 3 3 ^ 9 x 7 7 e 441=212 = 9 x 4 9 . Mas n ó s sabemos neste caso como restabelecer a d e c o m p o s i ç ã o ú n i c a . Bas ta j u n t a r ao conjunto dos n ú m e r o s considerados, quando por exemplo se t r a t a da d e c o m p o s i ç ã o de 10857, os n ú m e r o s 3 , 7 , 1 1 e 47 . Es ta era a ideia de K u m m e r : a a d j u n ç ã o de certos n ú m e r o s que não pertencendo ao corpo restabelecem a d e c o m p o s i ç ã o ú n i c a . Notemos que 3 pode ser con- siderado como o m. d. c. de 21 e 1 4 1 , 7 o m. d. c. de 21 e 77 , 11 o m. d. c. de 77 e 517 e 47 o m. d. c. de 141 e 517 . Se designarmos pelo s ímbo lo j=(a,b) o m á x i m o d iv isor comum dos inteiros a e è o n ú m e r o 3 do exem- plo anter ior é exactamente i g u a l a ( 2 1 , 1 4 1 ) . E o n ú m e r o 10857 pode escrever-se 10857 = (21 ,141) ( 2 1 , 77) (77 ,517) (141,517) . Vejamos agora como se define ideal no corpo qua- d r á t i c o , segundo Dedekind. Chama-se ideal do corpo H ( tfnt) e designa-se por 7 = (ot, p , Y • • • ) um sistema i n f i n i t o de n ú m e r o s do corpo tais que toda a c o m b i n a ç ã o l inear ak-i [3u.+ 4- Y V + " • ' l ' o s n ú m e r o s a , $ , f ••• em que os coeficien- tes ) . , u. , v • - • são n ú m e r o s intei ros do corpo, pertence ainda ao corpo. E m par t i cu la r um ideal chama-se ideal p r i nc ipa l , quando os n ú m e r o s que o definem são m ú l t i p l o s dum in te i ro do corpo / = (a , a*., au • • •) , escreve-se e n t ã o Quando um ideal c o n t é m 1 ou um div isor e de 1 , chamar-lhe-emos um ideal unidade e designa-se pelo s ímbo lo j= (1) . Deiine-se e n t ã o , igualdade de ideais, produto de ideais, etc. Apl iquemos agora estes conceitos à d e c o m p o s i ç ã o de 21 no corpo R(\/—5) j á estudado. Formemos os ideais do exemplo anterior ( 3 , 4 + • ^ õ ) , ( 3 , 4 - y / - 5 ) , ( 3 , 1 + 2 1 / ^ 5 ) , ( 3 , l _ 2 i / - 5 ) , ( 7 , 4 + _ t / - 5 ) , ( 7 , 4 - y / - 5 ) , ( 7 , 1 + 2 1 / - 4 ) , ( 7 , 1 - 2 1 / - 5 ) , ( 4 + y / ^ 5 , 1 + 2 ^ - 5 ) , (4 + v ^ 5 , l - 2 i / p i > ) , ( 4 - v / - 5 , l + 2 / - 5 ) , (4— i / — 5 > 1—21/—5) o qi íe nos v a i p e r m i t i r tornar ú n i c a a d e c o m p o s i ç ã o 3 x 7 de 21 . Os ideais que f o r m á m o s n ã o s ã o todos diferentes uns dos outros. E f á c i l ver que ( 3 , 4 + t / - 5 ) = = ( 3 , 1 - 2 / ^ 5 ) p o r q u e 3 • 3 - 2 (4 + v / - 5 ) =- = l _ 2 v / ^ 7 > . Q u e r e d i z e r ( 3 , 4 + tf — 5 ) = = ( 3 , 4 + tf —Õ , 1 — 2 tf —.§) . Só são diferentes os ideais ( 3 , 4 + tf^5) , ( 3 , 4 - tf^b^ (7 , 4 + tf=ò) e (7 , 4 - 1 / ^ 5 ) ! ora ( é ) - ( 3 „ 4 + tf - 5 ) (3 , 4 - y - 5 ) = = ( 9 , 1 2 + 3 / ^ 5 , 1 2 - 3 ^ ^ , 2 1 , 3) porque 3 = 2 1 - 2 - 9 e (7) = ( 7 , 4 + tf^5)(l , 4 - t f ^ S ) ~ = (49 , 28 + 7 v / ^ 5 , 2 8 - 7 tf'^ò , 2 l ) e por tanto 21 = = ( 3 , 4 + i / ^ 5 ) ( 3 , 4 - v ' = 5 ) (7 , 4 + tf^>) (7 , 4 - t f =5) o que restabelece a d e c o m p o s i ç ã o ú n i c a do m ú m e r o 2 1 no corpo R ( \J—5) . NOTA — Os exemplos foram tirados da tradução francesa do livro de J . Sommer, Introduction à la théorie des nombres algé- brique*. Podem consuUar-so com provoito além dôste livro, os seguintesi l i i lbert— Théorie des corps de nombres algébriques. Bianchi — Teoria dei numeri aUjebrici. [Gazeta de Matemática, n . a s 2 e 4, Abril e Outubro de 1940] 8 G A Z E T A D E M A T E M Á T I C A O método de Fubini para a integração das funções racionais por Manuel Zaluar Como é sabido, pode sempre determinar-se a p r i m i - t i v a de t ô d a a f u n ç ã o racional desde que seja pos s íve l resolver uma e q u a ç ã o a l g é b r i c a . O processo c láss ico consiste em reduzir a f u n ç ã o dada à soma dum p o l i - n ó m i o in te i ro e duma f r a c ç ã o a l g é b r i c a i r r e d u t í v e l cujo numerador é de g r au in fe r io r ao do denomina- dor. Es ta d e c o m p õ e - s e , em seguida, em f r a c ç õ e s s im- ples (correspondentes aos zeros do denominador da f r a c ç ã o dada, cu ja d e t e r m i n a ç ã o p o d e r á ser i m p o s s í - ve l como acima se a ludiu) ; e procede-se à i n t e g r a ç ã o destas o que se faz sistematicamente. É - s e conduzido assim, no caso geral , a uma c o m b i n a ç ã o l inear de logar i tmos de f u n ç õ e s lineares ou do 2.° grau, arcos- - tangentes de f u n ç õ e s lineares, e de f u n ç õ e s a l g é b r i c a s . T a l o b s e r v a ç ã o levou o professor i t a l i ano Guido F u b i n i (l) à descoberta do seu engenhoso m é t o d o que apresentaremos aos nossos leitores por ser de alguns desconhecido. Consideremos a f u n ç ã o racional tf (x)/'tj< (x) onde ç (x) e <|i ( x ) designam dois p o l i m ó n i o s intei ros de coeficientes reais sem factores comuns sendo o g rau de tf (x) in fe r io r ao de <J< ( x ) . Suponhamos que sabe- mos determinar as r a í z e s de | / ( x ) = 0 e que conhece- mos, por tanto , o desenvolvimento ú n i c o <|i(x) = (x — a )* (x—6)P. - - (a£+px-rq)x (x* + rx + s)P ••• com p2—4<? < 0 , r*—4« < 0 , • • • . (I) Vide: G. Fubini, «Lezionidi Analisi Matemática» 3 . a ed., Torino, 1919, § 76. A p a r t i r deste desenvolvimento a regra de F u b i n i permite imediatamente estabelecer o t ipo da p r i m i t i v a , à - p a r t e constantes a determinar : ' ?(•>-•) J +0) dx=A l og ( x — d ) + B l o g (x — ô) + Li l o g (x2+px-\-q) + M1 l o g (x J-í-7-x + * ) + ••• + 2 x + p 2x + r (f ,(x) — +M2 are t g — - I - L2 are t g :+ 1 "+lO>) \ f i q - p 2 ' •" ° {/4s — onde é (x) = (x - a)*-* • (x — ò)S- l ••• (x2 + p x - t - l ) x - i - • (x2 + r í + s ) f i - l ••• e tpi (x) um p o l i n ó m i o , de coeficientes a determinar, de g r au in f e r io r uma unidade ao de <j/j (x) . Prova-se f à c i l m e n t e ( 2) que, derivando ambos os membros da e x p r e s s ã o anter ior e d e s e m b a r a ç a n d o de denominadores [o menor denominador comum é <|* (x ) ] o b t é m - s e , por i d e n t i f i c a ç ã o dos dois p o l i n ó m i o s , u m sistema de e q u a ç õ e s lineares que permite determinar as constantes. O processo indicado, como se acaba de ver, dispensa a d e c o m p o s i ç ã o p r é v i a de tf (x)/i{i (x) em f r a c ç õ e s simples e qualquer o p e r a ç ã o de i n t e g r a ç ã o . Bastante engenhoso ê s t e m é t o d o , r á p i d o na i n d i c a - ção do t ipo da p r i m i t i v a , é sobretudo de a p l i c a ç ã o l i t i l quando a e q u a ç ã o <|>(x)=0 admite r a í z e s complexas de g rau de mul t ip l i c idade elevado. [Gazeta de Matemática, n.° 2, Abril de 1910]. (V Vide : G, Vivanti, nLezloni di Analisi Matemática», Torino, 1930, vol. I, pag. 412-414. Aplicação das propriedades do trinómio do 2.° grau à determinação de alguns problemas de máximos e mínimos por José da Silva Paulo O estudo das propriedades do t r i n ó m i o do 2.° g rau fornece m a t é r i a para a r e s o l u ç ã o de muitos problemas quer de á l g e b r a quer de geometria entre os quais p ro - blemas de m á x i m o s e m í n i m o s do t ipo dos que t ê m sido propostos nos exames de a p t i d ã o ao Ins t i t u to Su- per ior T é c n i c o . Como, geralmente, o assunto n ã o é t ratado nos liceus, exporemos aqui um caminho a seguir para a r e so lução de tais problemas, aplicando simplesmente conhecimen- tos adquir idos na 7.* classe dos liceus. Suponhamos que se pretende resolver o seguinte p ro - b lema: Dado um círculo de raio igual a 5 inscrever nele um rectângulo de área igual a 48 . Se forem x e y os lados do r e c t â n g u l o , as e q u a ç õ e s que resolvem o problema s ã o x t / = 4 8 e x 2 + j / 2 = 1 0 0 . Se mul t ip l i ca rmos ambos os membros da p r i m e i r a e q u a ç ã o por 2 , e lhe adicionarmos ordenadamente a segunda, o b t é m - s e o sistema equivalente : x j / = 4 8 e x + y= l / lOO + 96 . Ê s t e sistema é ainda equivalente à e q u a ç ã o X2—14X-|-48=0 cujas so luções são x = 6 e y—8 . É evidente que n ã o podemos dar a r b i t r a r i a - mente a á r e a do r e c t â n g u l o , pois que, se ela pode ser t ã o pequena quanto se quizer, não pode, no entanto, ultrapassar, por exemplo a á r e a do c í r cu lo . P o d e r á por tanto acontecer, e acontece, que dentre todos os r e c t â n g u l o s que podem inscrever-se no c í r cu lo dado file:///fiq-p2 G A Z E T A D E M A T E M Á T I C A ha ja u m cu ja á r e a seja a maior de todas. Procuremos e n t ã o resolver ê s t e problema : Dado um círculo de raio R inscrever nele um rectân- gulo cuja área seja máxima. C o m e ç a m o s por p ô r em e q u a ç ã o o seguinte pro- blema : determinar um r e c t â n g u l o de á r e a S inscr i to num c í r cu lo de ra io R . D u m a maneira a n á l o g a à precedente somos condu- zidos a resolver a e q u a ç ã o cujas so luções são os lados x e y do r e c t â n g u l o p r o - curado. O problema t e r á ou n ã o so luções conforme os valores de S . E x p r i m i n d o que as so luções desta e q u a ç ã o s ã o reais tem-se a l i m i t a ç ã o procurada. Com efeito, para que esta e q u a ç ã o tenha so luções reais, é n e c e s s á r i o e suficiente que o descriminante seja pos i - t i v o ou nulo, is to é, A = 4 i í 2 + 2<Sr—4S > 0 donde se t i r a S < 2RZ . Quere dizer, S n ã o pode exceder 2R2 e o m á x i m o valor que S pode ter é 2R* . Neste caso A = 0 e por tan to x=*y—R[/2. V ê - s e assim que o rec- t â n g u l o de á r e a m á x i m a é o quadrado inscr i to no c í r - culo de ra io R. F i ca pois determinado o m á x i m o valor que pode tomar a á r e a do r e c t â n g u l o . E ê s t e o m é t o d o que devemos empregar na r e s o l u ç ã o de problemas d ê s t e g é n e r o e que consiste em de termi- nar as e q u a ç õ e s do problema de modo a sermos condu- zidos a uma e q u a ç ã o do 2.° g r au (no caso em que isso é poss íve l ) e procurar as cond ições para que a e q u a ç ã o tenha so luções reais ; estas cond ições fornecem-nos as l i m i t a ç õ e s que d ã o os valores procurados. Vejamos outro exemplo : E dado um ponto P às distâncias a e 2a dos dois lados de um ângulo recto, e dada uma recta qualquer passando por P ; mostrar que a área do triângulo compreendido entre a recta e os lados do ângulo nunca pode ser inferior a 4 a l . (Exame de a p t i d ã o ao I . S. T . — P o n t o modelo). N a f i g u r a vê - se que o t r i â n g u l o cu ja á r e a pretende determinar-se é QOR . Seja OR=x e OQ=y . S e r á 1 y x 2ax e n t ã o a á r e a S = -xy e como ^ = é y = • Para que h a j a so luções reais deve ser A = 5 2 — á a * S > 0 ou S (S—ia?) > 0 e como S é pos i - t i v o , por se t r a t a r duma á r e a , s e r á S—4a2 > 0 e S > 4 a 2 . Por tanto a á r e a s e r á sempre maior e no mínimo i gua l a 4 a 2 . D ê m o s ainda exemplos dum outro t i po de problemas que se resolvem pelo mesmo processo. Seja o seguinte problema : £ Qual é o menor valor que pode tomar a expressão 3 x 2 — 8x — 7 quando se atribui a x valores reais? Seja K o va lor do t r i n ó m i o , é e n t ã o 3x 2 —8x + 7 — K ou 3 x 2 — 8 x + 7 — K = 0 . A c o n d i ç ã o para que as solu- ções desta e q u a ç ã o sejam reais é 5 A = 6 4 — 1 2 (l—K) > 0 ou -K">g quere dizer, o t r i n ó - mio toma sempre valores superiores e no mínimo è , 5 4 i g u a l a - i va lor que corresponde a x = - > Vejamos outro exemplo : Determinar o máximo e o mínimo de 2 x 2ax ax1 e S = - = 2 x—a x—a x—a x—a donde ax^ — Sx+aS=0. 2 x 2 + 3 x + 2 x ? + x + l Como o numerador e o denominador t ê m r a í z e s com- plexas, s ã o sempre posi t ivos para valores reais de x e e n t ã o fazendo a f r a c ç ã o i g u a l a K, d e s e m b a r a ç a n d o de denominador e s impl i f icando vem ( 2 — K ) x 2 + + (Z-K) x+(2-K)=0. A c o n d i ç ã o para que as so luções sejam reais é 3 i í r 2 —10.67+7 < 0 ; como ês t e t r i n ó m i o tem as r a í z e s 7 7 — 1 e - i aquela c o n d i ç ã o é ve r i f i cada para K<- e o o 7 e n t ã o J R T = — é u m máximo; ou para K>—1 e K— *=—1 é um mínimo. Damos a seguir o enunciado de alguns problemas que podem resolver-se por ê s t e processo. I — Most rar que o p e r í m e t r o 2p de u m r e c t â n g u l o inscr i to n u m c í r cu lo de ra io R n ã o pode exceder 4 5 ^ 2 . I I — Most ra r que o produto de dois n ú m e r o s p o s i t i - vos, cu j a soma é constante, é m á x i m o quando os dois n ú m e r o s forem igua i s . I I I — Most rar que a soma de dois n ú m e r o s posi t ivos, cujo produto é constante, é m í n i m a quando os n ú m e r o s forem igua is . I V — De todos os t r i â n g u l o s r e c t â n g u l o s com o mesmo p e r í m e t r o 2p, qua l é a q u ê l e cu ja s u p e r f í c i e m 2 é m á x i m a ? E de todos os t r i â n g u l o s r e c t â n g u l o s cu ja á r e a é constante qua l é o de p e r í m e t r o m í n i m o ? V — Qual é o maior r e c t â n g u l o que se pode inscrever num quadrado dado? _ . . x2—6x—1 V I — D e t e r m i n a r o máx imo e o mín imo de x 2 +3x+3 [Gazeta de Matemática, a.° 3, Junho de 1940]10 G A Z E T A D E M A T E M Á T I C A Um problema de Geometria Analítica Sejam a x + b y + c = 0 a 1 x + b ' y + c1 = 0 a " x - t - b " y + c " = 0 as equações de três rectas não concorrentes. E repre- sentemos por C , C , C" os complementos algébricos dos elementos c , c' , c" do determinante a b e a1 V c' a" b " c" A condição necessária e suficiente para que o ponto P ( x j , y i ) seja interior ao triângulo formado pelas três rectas, i que C (a xl r b y i + c ) • — > 0 -••. * v i Xlfcv O (a' x i + b ' y i + c ' ) • — > 0 C " N a verdade, a identidade (ax + by + c) • - + (a1 x + b'y + c') • — + d á - n o s + (o" x + b" y + c") (axí + byl+c) • — = !><), no caso pa r t i cu la r de o ponto P co incidi r com o vér- tice oposto ao lado da e q u a ç ã o ax-rby + c = 0. E se o ponto é in te r io r ao t r i â n g u l o , o s inal de ax + by + c n ã o va r ia com esse ponto (sempre i n t e r i o r ! ) . L o g o , C (a xi + b y{ + c ) • — > 0 C (a 1 Xi + b' yi + c')- — >0 C" (a" X l + b" y i + c") • — > 0- Este problema foi enviado à Ilodacrîîo pelo Professor da F a - culdade de Ciôncias do Porto, Doutor Ru y Luís Gomes. [Gazeta de Matemática, n.° 4, Outubro de 1940]. A N T O L O G I A DO INTEGRAL DE RIEMANN A O INTEGRAL DE LEBESGUE por Henri Lebesgue Os G e ó m e t r a s do século x v u consideravam o in t e - g r a l de / (x) , — o t ê r m o in t eg ra l n ã o era ainda usado, mas pouco impor t a — como a soma duma in f in idade de i n d i v i s í v e i s cada um dos quais era a ordenada, pos i t iva ou negat iva , do / (x) . Pois bem : nós n ã o fizemos mais do que agrupar os i n d i v i s í v e i s de g ran - deza c o m p a r á v e l , ou, como se diz em á l g e b r a , r eun i - mos, reduzimos os termos semelhantes. Podedizer-se ainda que, com o procedimento de Riemann, se tentava somar i n d i v i s í v e i s tomando-os pela ordem em que eram dados pela v a r i a ç ã o de x ; operava-se, pois, como o f a r i a um comerciante sem m é t o d o que contasse moedas e notas ao acaso pela ordem em que lhe che- gassem á s m ã o s ; ao passo que nós operamos como o comerciante m e t ó d i c o que diz : tenho m (Et) moedas de 1 coroa (Dinamarca) o que d á 1 . m (E{) tenho m (E2) moedas le 2 coroas o que d á 2 . m (E2) tenho m(Ez) notas de 5 coroas o que d á 5.m(E3), etc. tenho, portanto, ao todo .S' = l . m (Ey) + 2. m (E2) + + 5 . TO (£;) + ••• Os dois modos de proceder c o n d u z i r ã o , certamente, o comerciante ao mesmo resultado, porque, por mais r ico que ele seja, só tem um n ú m e r o f i n i t o de notas para contar ; mas, para nós , que temos que adicionar uma in f in idade de i n d i v i s í v e i s , a d i f e r e n ç a entre as duas maneiras de proceder é cap i ta l . Trad. H . R. [Duma conforônela do Henri Lebosffue realizada na Sociedado do Matemática om Copenhaque publicada no n.° 2 (1927) da Recue de Matlièmatitjuc et de Murale], Nota do Prof. Dr. Ruy Luís Gomes Representando por m(Ex) a medida (L) do conjunto dos pontos x tais que os valores correspondentes f ( x ) > e s t ã o situados dentro dos l imi tes yt <f (x) <yi+t , tem-se em S-'ïl^m (Et), com y, < < y^- i , a soma que conduz ao in t eg ra l E de f (x) . [Gazeta de Matemática, n.° 4, Outubro de 1940] G A Z E T A D E M A T E M Á T I C A 11 H U M O A relatividade para meninas de sociedade Um professor foi a um chá dansante e uma rapariga que ficou a seu lado perguntou-lhe : «Sr. Professor, diga-me em poucas palavras o que vem a ser a Teoria da Relatividade». O Professor respondeu : «Da melhor vontade ! Mas deixe-me contar-lhe primeiro uma pequena história. Uma vez num passeio que dei com um amigo francês íamos cheios de sêde. A certa altura encontrámos uma herdade e eu disse-lhe : «Vamos beber um copo de leite». «O que é leite ? «Oh ! então não sabe o que é leite ? E um líquido branco q u e . . . » «O que ó que quere dizer branco ?» «Hranco ? Você não sabe o que quere dizer ? Bem, o cisne. . . » «O que quere dizer cisne?» «Cisne é uma ave grande com o pescoço a rqueado . . . » «O que é arqueado ?» «Arqueado ? Oh ! Ceus, então você não sabe o que isso é ? Bem, olhe aqui para o meu braço, quando eu o ponho levantado nesta posição êle está arqueado». «O quê, arqueado é isso ? Ah ! bem, então j á sei o que é leite». Do livro do Max Born : The Restless Cniverse, transcrito pelas revistas The Mathematics Student o Scripta Mathematica. [Gazela de Matemática, n.° 2, Abril de 1040]. * # I can't Happen Here — De uma farça-opeieta com este título escrita pelo Prof. A. Marie Whelan do Hun- ter College da cidade de New-York, e publicada no American Mathematical Monthly, órgão da Associação dos Professores de Matemática dos U. S. A., trans- crevemos a seguinte cena do 1.° acto. Cenário — Uma aula de matemática. A^oía — O pro- fessor de matemática, passa do seu papel de professor ao de puro matemático, conforme a oportunidade. Prof. — Em face dos resultados do último ponto escrito resolvi fazer uma pequena revisão da álgebra. Maria, vá ao quadro, se faz favor, e resolva a equa- ção x 2—2x = 0 . Maria vai ao quadro e resolve a equação utilizando a fórmula resolcente da equação cio 2." grau. Prof. — Porque não resolveu a equação pondo em evidência o factor comum x? Olhe vou mostrar-lhe como se faz. O Prof, vai ao quadro e resolce a equação pelo método indicado x(x—2)=0 donde x = 0 e x = 2 . Maria — Mas a solução é a mesma. Prof. — Eu não disse que o seu resultado estava R I S M O errado. Olhe ! Suponha que quere ir a um certo lugar da cidade e que pode utilizar o eléctrico ou o metro- politano. Suponha agora que tem de esperar meia hora pelo eléctrico e que pode partir imediatamente no metropolitano. O que é que faz ? Maria — (inocente) — Espero pelo eléctrico. Não gosto de andar de metropolitano, (gargalhada geral). Prof. — ( juntando-se h gargalhada) — Bem, a menina deu cabo da minha argumentação. E a-propósito, isso explica porque é que a menina chega sempre tarde. Agora vem a Ana ao quadro resolver a seguinte equa- ção : x 2 - 2 x - 2 - = 0 . Ana escrece no quadro o seguinte: x2—2x = 2 ; x ( x - 2 ) = 2 : donde x = 2 e x - 2 = 2 ou x = 4 . Prof, (sarcástico) — Parece-me que a menina nunca ouviu falar na fórmula resolvente da equação do 2.» grau? Ana — Conheço-a, sim, senhor prof, (escre^ie a fór- mula, recitando-a como um papagaio). Es tá certa não é verdade ? Prof. — Sim minha menina. Eu sempre gostava de saber porque a não usou ? Ana — Pensei que o senhor professor, não gostasse. Por isso resolvi a equação pelo método que usou há pouco. (Aponta o problema anterior cuja resolução se encontra ainda no quadro). Foi só para lhe ser agra- dável. [Gazela de Matemática, a." 3, Junho de 1040]. LIRISMO Um matemático que não tem qualquer coisa de poeta nunca será um bom matemático. Karl Weierstrass MODÉSTIA Sturm quando falava do seu célebre teorema, dizia : «o teorema de que eu tenho a honra de usar o nome. . . ». CURIOSIDADES O número de dias do ano goza das seguintes pro- piiedades: 1.*) é a soma dos quadrados dos três números inteiros consecutivos 10, 11 e 12; 2.") é tam- bém a soma dos quadrados de 13 e 14. Isto é 365 = = 102 + 112-rl2' = 132 + 142 . Com 6 segmentos iguais construir 4 triângulos equiláteros iguais tendo por lados os segmentos dados. [Gazeta de Matemática, n.° 2, Abril de 1040], 12 G A Z E T A D E M A T E M Á T I C A M O V I M E N T O M A T E M Á T I C O PRÉMIO N A C I O N A L DR. F R A N C I S C O G O M E S TEIXEIRA Transcrevemos duma portaria do Ministério da Educação Nacional publicada no início do presente ano lectivo o seguinte : aa) E criado o «Prémio Nacional Doutor Francisco Gomes Teixeira», em homenagem ao insigne matemá- tico contemporâneo, cuja obia didáctica e de investi- gação contribuiu poderosamente para o progresso das ciências exactas em Portugal, e cujas virtudes cívicasficaram como modelo perene de bondade e amor pátrio, o qual se destina a galardoar, mediante concurso, o me- lhor trabalho de matemáticas puras elaborado em cada ano lectivo por um aluno de qualquer estabelecimento de ensino universitário em que sejam professadas; 6) O prémio da importância de 2.500^00, será anual- mente concedido por proposta de um júr i constituído pelo presidente da Junta Nacional da Educação e por dois professores de cada Faculdade de Ciências, sob a presidência do primeiro : c) Os directores das três Faculdades, ouvidos os respectivos Conselhos, elaborarão, no prazo de noventa dias, para serem superiormente aprovadas, as normas técnicas e regulamentares a que hão-de obedecer o trabalho e o concurso a realizar j á no corrente ano lectivo». [Gazeta de Matemática, n.° 1, Janeiro de 1940] C O N G R E S S O I N T E R N A C I O N A L DE MATEMÁTICA Por motivo da guerra europeia o Congresso bridge (Massachussets), U . S. A., ficou adiado Internacional dos Matemáticos que devia reali- sine-dia. zar-se este ano, no mês de Setembro, em Cam- [Gazeta de Matemática, n.° 2, Abril de 1940]. SEMINÁRIO DE ANÁLISE GERAL Realizou o sr. Mário de Alenquer, neste seminário, um curso sobre a Teoria dos Anéis e Ideais. No dia 8 de Abri l , realizaram-se ainda no mesmo seminário, sob a presidência do Prof. Dr. Pedro José da Cunha, duas conferências : Objectivo da Topologia Geral por H . Ribeiro e Importância da Análise Geral por A. Mon- teiro. Estas conferências tinham por objectivo infor- mar os estudiosos sobre o plano de trabalho do Semi- nário, a realizar no Centro de Estudos de Matemática recentemente criado em Lisboa pelo Instituto para a Alta Cultura, centro que funciona sob a direcção do Prof. Pedro José da Cunha. [Gazeta de Matemática, n.° 2, Abril de 1940]. M A T E M Á T I C A S E L E M E N T A R E S P O N T O S DE EXAMES DE A D M I S S à O E APTIDÃO ÀS E S C O L A S SUPERIORES Pontos modelos publicados no «Diário do Governo» n." 114, 1.* série, de 18 de Maio de 1939. Cursos da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto. 1 — U m pai tem 27 anos e o seu filho 3. Quantos anos serão precisos para que o filho tenha 1/4 da idade do pai? Haverá lugar para a discussão a for- mar? Justifique a resposta. R : Representando por x o número de anos que são precisos, vem (27 + x)/4 = 3-f-x donde x = 5 . 2 — Ache a expressão do desenvolvimento de ( l + a ) m + ( l — a ) m . 3 — Determine m de maneira que a soma dos quadra- dos das raízes da equação: xz+(m—2) x — (m + S) = 0 seja igual a um número /.•. A que se reduzem as raí- zes? R : m = l ± v / k = 9 , 1 + ^ k = 9 ± ^ 8 T k ± 2 t / E = 9 2 4 — Calcule por logaritmos a superfície e o volume dum cilindro regular com 0,18643 m de altura e G A Z E T A D E M A T E M Á T I C A 13 0,09325 m de raio da base. R : 8 — 0,16408 m* V=0,00506 m ' . 5 — Demonstre que : t g ( a + 6) . t g ( a - 6 ) = sen2 a—sen2 6 cos2 a—cos2 b tema R : 6 x 2 - 5 x + l = 0 . 6 — Pelo método do problema contrário trace uma recta que seja cortada pelos três raios de um feixe de semi-rectas dado, segundo dois segmentos de com- primentos também dados. 7 — Que é necessário para que o produto de dois números fraccionários irredutíveis seja um número inteiro ? R : K necessário que o numerador de cada uma das fracções seja múltiplo do denominador da outra. Curso de habilitação para professores de desenho dos liceus. 8 — Forme a equação do segundo grau cujas raízes são os valores de s e y que se obtêm resolvendo o sis- fy - (* - l ) / 2 -5 /6 l a » - ^ + l ) / 8 — - 1 / 6 9 — a) Defina o limite de uma sucessão, b) E pos- sível a desigualdade 3.C — x 2—10 > 0 ? Justifique a resposta. R : b) Não, porque o descriminante e o coefi- ciente de x 2 são ambos negativos. 10 — Calcule por logaritmos a área do triângulo isosceles sabendo que a altura é 102,27 m e que o ângulo da base mede 52" 48' 34" . 11—Escreva a expressão geral dos ângulos que verificam a igualdade c o s a = l / 2 . R : a = 2 k « + ir/3, (radianos). 12 — Calcule o volume de um cilindro de revolução de raio 3 m sabendo que a altura é o dobro do lado do quadrado inscrito na base. R : V — 5 4 i r l / 2 m 3 . 13 — a) Quanto mede em radianos o ângulo externo de um hexágono regular ? R : ir/3. b) Enuncie o teorema das três perpendiculares. 14 — Qual é a condição necessária e suficiente para que um número primo divida um produto ? R : Que divida um dos factores do produto. Licenciaturas em ciências físico-químicas e em ciências matemáticas, cursos preparatórios das escolas militares e curso de engenheiro geógrafo. 15 — Determine n de modo que a equação ( a - ò ) 2 x*+2 (a?-&) x+n-0 tenha raízes iguais. R : n — ( a + b ) 2 . 16 — a) Que relação há entre log 2 16 e log 4 16? b) Quando se diz que a função y=f (x) é contínua no ponto xp? R : log 216 = 2 l og 4 16 . 17 — Calcule por logaritmos a área de um tr iân- gulo rectângulo em que a hipotenusa tem de compri- mento 94,623 m e um dos ângulos mede 26" 49'51". „_ . , T . . . cotga 18 — a) V e r i f i q u e que t g a + cotg a -» c o s í • b) Escreva as expressões gerais dos ângulos que têm o mesmo coseno que o ângulo a. R : x = 2 n ir + a, onde n e um número inteiro. 19 — Verifique que a área de uma coroa circular é igual ao produto do perímetro da circunferência exte- rior pela diferença dos raios das duas circunferências, subtraído (o produto) da área do círculo cujo raio é a diferença dos raios das duas circunferências. 20 — Que relação há entre o máximo divisor comum de dois números a e b e o máximo divisor comum de dois números ac e 6c? Justifique a resposta recor- rendo ao método da decomposição em factores p r i - mos. R : Se M = m.d. c. (a,b) e: Mc = m.d.c. (ac,bc). Pontos modelos publicados no «Diário do Governo» n.° 132, 2.* série, de 8 de Junho de 1939 Instituto Superior Técnico 21 — Porque é que c < 0 é condição suficiente mas não necessária para que as raízes da equação axt + + bx + c = 0 sejam reais? Determinar os coeficientes 6 e c de forma que as raízes sejam 3 e —1/2. R : A condição e suficiente (se for a > 0) porque o descrimi- nante, A , ij neste caso, positivo; mas não é necessária porque, sendo c > 0, A pode, ainda, ser positivo. So- mos conduzidos à equação 2x2—5x —3=0 e portanto- b 5 e c = - 3 . 22 — Possuem-se duas qualidades de carvão de composição desconhecida. Se as reunirmos na pro- porção de 1:3 obtemos um lote com 15 por cento de cinzas ; se as reunirmos na proporção de 3:2 obtemos um lote com 11 por cento de cinzas. Qual é a per- centagem de cinzas em cada um dos carvões existen- tes ? R : /Se representarmos por x e y as percentagens { x + 3y = 1 5 x 4 , _ _ aonde 3x + 2 y - l l x 5 x = 6770/0 e y-177>o/ 0 . 23 — Dado um triângulo rectângulo de hipotenusa 2a e de altura correspondente à hipotenusa igual a a/2, determinar a posição de um ponto sobre a hipo- tenusa tal que, tirando por ele uma recta perpendi- cular a este lado, o tr iângulo fique dividido em duas figuras de áreas iguais. R : Uma das duas figura* M G A Z E T A D E M A T E M Á T I C A da decomposição é um triângulo rectângulo com o vér- tice do ângulo recto no maior segmento da hipotenusa determinado pelo pé cia altura. Seja x o cateto desse triângulo que pertence à hipotenusa do triângulo dado. A expressão analítica que indica que a área do triân- gulo dado é dupla da do triângulo resultante da decompo- sição [visto a razão de semelhança dos dois triâ,ngulos iiXf a'/2+v/3 > • 2 + y/5 ' • § Ï 2 donde 24— Dada uma circunferência de raio R, deter- minar a distância a que devem passar do centro duas cordas paralelas e simétricas para que a área do para- lelogramo formado sobre elas seja igual a metade da área do círculo. R : Os outros dois lados do paralc- logramo também são cordas paralelas e simétricas. A equação a que se chega é 64x4 —64RJ X J + TVj R' = 0 se for x a distenda referida. E encontram-seduas solu- ções correspondentes aos dois pares de cordas paralelas e simétricas x = R 4 + t / m - 25 — A distância entre as arestas opostas dum tetraedro é d. Calcular os volumes em que este tetrae- dro é dividido por um plano paralelo a uma das faces, passando a metade da altura. R : A aresta do tetrae- dro é d V̂ 2 ; a área de uma face é, pois, d» • 3 / 2 . A altura do tetraedro é 2d !^'ò eo volume d 3 /3. O volume do tetraedro que sc obtere pela decomposição indicada c <l3/24 e o volume do sólido restante 7d3/24 . Instituto Superior de Ciências Económicas e Finan- ceiras. 26 — a) Diga como resolve desigualdades do 2." grau e em que propriedades se baseia essa resolução, b) Re- solva a desigualdade — > 2 . R : Ha que x-—x—3 3x + 7 " l . resolver — > 0 . As soluções sao X 2 _ x _ 3 ' 1 _ ^ Í 3 7 x > 1 + ^13 27 — a) Diga o que entende por proporcionalidade de grandezas ; dê exemplos geométricos de grandezas directa e inversamente proporcionais, b) Resolva o seguinte problema: determinar dois números tais que a sua diferença, a sua soma e o seu produto sejam directamente proporcionais, por esta ordem, aos núme- ros 2, 3, 5. R : Os números são 10 e 2 . 28—a) Defina figuras semelhantes e diga que casos conhece de semelhança de triângulos, b) Resolva o seguinte problema: Seja um triângulo rectângulo AOC de catetos AO = a e OC=b. Prolonguem-se o ca- teto AO até D e a hipotenusa AC até sendo D e F dois pontos situados no semi-plano determinado pela recta OC que não contém o ponto A , de modo que D e F estejam numa mesma perpendicular a AO. Determinar x=OD de modo que a área do t rapé- zio ODFC seja igual à área do triângulo AOC. (Nota — O enunciado deste problema tem, aqui, uma forma que difere da do original. Esta inclue uma gravura que fomos obrigados a dispensar). R : F-se ab . ab / x \ 2 2 x = a ( ^ 2 - 1 ) . - / x \ 2 conduzido à equação ~^=ox + —^-j ca solução e 29 — B dada uma esfera C de centro O e raio conhecido r . Seja >S a sua área. Sobre um diâme- tro AB, tome-se um ponto M e faça-se OM=x. Com AM e MIS como diâmetros, tracem-se duas novas esferas Ci e Cv . Determinar x de modo que a soma das áreas de Ct e C% seja Sjn (n inteiro e posi- tivo). Discutir a solução mostrando quais são os valores possíveis de n . R : E-se conduzido à equação •Tz (r + x)2-)-i7 (r—x)'=4itr J/n que só tem raízes reais para n = 0 e n = l . O único caso de interesse éo de n = l a que corresponde a solução x<=rjy2 . 30 — É dado um triângulo isosceles de base l e altura h ; divida-se a altura em n partes iguais e pelos pontos de divisão tirem-se paralelas à base . Determinar a soma dos comprimentos dos segmentos dessas paralelas limitados pelos lados do triângulo. n + 1 , R : A soma pedida e 1 . Instituto Superior de Agronomia 31—Pondo em equação o problema: «Circunscre- ver a uma esfera de raio R um cone de revolução cuja superfície total seja igual a iriím», acha-se, para resolvê-lo, a equação X2 + (2R —m) X+R (m + R) = 0 em que X mede a distância do centro da esfera ao vértice do cone e o parâmetro m é um certo múltiplo de R . Verifique então: 1) Qual a condição necessária e suficiente para que o problema seja possível; 2) Que este não pode ter uma solução única; 3) Qual o valor atribuir a m para que a superfície total do cone seja dupla da superfície da esfera nele inscrita. Começará por definir o que é que se entende por condição neces- sária e por condição suficiente. R : m > 8R . 32 — Dada a demonstração do teorema : «Num cír- culo a maior das cordas é o diâmetro» : Interpretar as G A Z E T A D E M A T E M Á T I C A 15 sucessivas relações conducentes à demonstração (que será escrita no quadro negro, em seguida à extração do ponto) ; Justificar cada uma das mesmas relações. Dizer: 1) Qual foi o método seguido na demons- tração ; 2) Em que consiste esse método ; 3) A que outros métodos, dedutivos ou demonstrativos, se re- corre nas matemáticas. 33 — Como é que se pode tornar calculável por logaritmos uma soma ou diferença de dois senos ou duas tangentes trigonométricas ? Aplique o processo a •uma das expressões: sen36° 12'27" + sen 122° 15' 10", 6; tang 138° 1' 25" + tang 12° 45' 16" , 8 ; limitando-se porém, a fazer os cálculos apenas quanto a uma das quatro operações indicadas. 34 — Ache dois números que tenham 9 divisores comuns e tais que um deles seja raiz quadrada do outro. Escreva todos os divisores de cada um desses números. Diga que particularidade oferece o pro- blema, justificando a resposta. R : Os dois números são da forma p 8 e p 1 6 ou p- q 2 e p 4 qA , onde p e p são números primos quaisquer. 35 — Mostre que a equação 3 \/x + 2 = \/2x + A embora tenha uma raiz dupla e outra simples — faci l- mente se resolve por um artifício de cálculo, come- çando por elevar ambos os seus membros^ à 6.* potên- cia. Verifique as soluções achadas. R : A raiz dupla é —2 e a raiz simples —15/8 . [Gazeta de Matemática, n.° 1, Janeiro do 1940]. Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto I 36 — a) Um professor tem, para distribuir como prémio, 25 livros por 3 alunos. Para atender ao seu saber e comportamento terá de dar ao melhor mais três que ao segundo e a este mais dois que ao terceiro. £ Quantos livros dará a cada aluno ? R : Se x repre- senta o número de livros que o terceiro aluno receberá é x + (x + 2) + (x + 2 + 3) = 25, donde x = 6. O terceiro aluno receberá seis livros, o segundo oito e o primeiro onze. b) O número de permutações de n objectos dis- tintos é p! vezes o número de combinações dos mes- mos m objectos 3 a 3 .jQuantos objectos são? R: Opro- n'! blema traduz-se analiticamente por n ! = p ! " y 3 ! ( n - 3 ) ! Deve, pois, ter-se simultaneamente, n ! > p ! , isto e n > p e p ! = (n — 3) ! 6 . Seja n = p + i com i inteiro ; e (n—i)! = (n—3)! 6 e, portanto, i = 0 , l , 2 . Para i = 0, n = p = 3; para i = l , n = 4 e p = 3; para i = 2 , n = 8 e p = 6 . c) Na equação 2.E2—(2»i + l ) x + m 2 — 9;re + + 39=0 4 que valor é preciso dar a m para que a equação tenha uma raiz dupla da outra ? R : Desi- gnemos por a e 2a as raízes da equação. Teremos 2m + l 2*2 = • m 2 - 9 m + 39 - / 2 m + l \ 2 m 2 - 9 m + 39 donde: (—• ) = isto é, m 2 — 17m + \ 6 / 4 , -n n , , Í7+v/l7 2 - 4 x 7 0 1 n + <0 = 0 e, portanto, m =—i=S _ — ; mi = 10, m 2 = 7 . 37 — a) Calcular pelos logaritmos a área do tra- pézio de que se conhecem os dois lados paralelos, uma diagonal e o ângulo que ela forma com o maior dos dois lados conhecidos : a=30 m ; ô = 4 5 m ; / ) = 40m e a = 25°35 '43" . R : Designemos por h a altura e por A a área do trapézio. Tem-se h = Dsena e (a + b )D sen a 2 quadrados. Ora log Á = log 1500 + log sen 25° 35' 43" = 3,1760913+1.6354952=2,8115865 donde A=648">2,0171. cotg3a—3 cotg a b) Demonstrar que cotg 3a = A = : = 75 X 20 x sen 25° 35' 43" metros R : cotg 3» = 3 cotg 2 a—1 cos (2a 4-a) cos 2a. cos a — sen 2a sen a sen (2a + a) sen 2a cos a + sen a cos 2a (cos2 a—sen2 a) cos a — 2 sen2 a cos a _ 2 sen a cos2 a+sen a (cos2 a—sen2 a) cos3 a—3 sen2 a cos a cotg 3 a —3 cote a 3 sen a cos2 a — sen3 a 3 cotfî 2 a—1 38 — Determinar pelo método dos lugares geomé- tricos os pontos duma circunferência dada dos quais se pode ver um segmento AB sob um ângulo dado- R : Os pontos procurados são, quando existirem, obtidos pela intersecção da circunferência dada com qualquer dos dois segmentos capazes do ângulo dado. A discussão far-se-à por exame das posições relativas do segmento e da circunferência e comparação das grandezas do raio desta, do comprimento de A B e do angulo. 39 — A soma de dois números é 960. O cociente do menor múltiplo comum pelo máximo divisor comum é 63 . i Quais são os números ? R : Sejam a e b os dois números, e d o seu máximo divisor comum. È a = d x p e b = d x q , com p e q primos entre si. O menor múltiplo comum é ab/d, e as condições do problema exprimem-se pelas igualdades ab/d 2 =pq=63 e d(p + q)=960.Como 63 = 3 2 x 7 , o número de divi- sores de 63 e' 6. Os pares de divisores que nos interessam, são, só, dois (1,63) e (7 ,9) , visto que o terceiro (3,21) e constituído por números que não são primos, entre si. d obter-se-à dividindo 960 por 64 = 1 + 63, num caso, e por 16 = 7 + 9, no outro. E os números são, ou 540 e 420, ou 15 e 945. 16 G A Z E T A D E M A T E M Á T I C A I I 40 — a) iQual é o número com3 algarismos cujo p r i - meiro algarismo é duas vezes o segundo mais 2 e o segundo é o terceiro diminuído de 3, sabendo que a soma dos três algarismos é 9? b) 4 Qual é o valor da razão entre os coeficientes dos três termos dos desen- volvimentos dos binómios ( 1 + a ) 6 e ( 1 —a) 6 e o valor da sua soma? e) Procurar os valores de x que x 2 a 8a 2 satisfazem a desigualdade ;— > —,——, " D x—a x + a x!—az 41 — a) Calcular pelos logaritmos a área do para- lelogramo definido pelos dois lados e o ângulo agudo, respectivamente: a=7,30m, 6 = 12,25m e a = 6 1 ° 2 7 ' 3 3 " . b) Demonstrar que 4 sen3 a = —sen 3a+3 sen a . 42 — Traçar por método geométrico um triângulo inscrito numa circunferência dada, semelhante a um triângulo dado. 43 — Mostrar que dois números divididos pela sua diferença dão restos iguais Licenciaturas em ciências físico-químicas e em ciên- cias matemáticas, cursos preparatórios das esco- las militares e curso de engenheiro geógrafo. I I — a) Desenvolva ( 2 j / x +3^7= e simplifique os termos do desenvolvimento, b) Enuncie os teore- mas que permitem determinar o sinal do trinómio do 2.° grau axl + bx + c para os diferentes valores de x. c) Resolva a equação x 4—8x 2 + 1 6 = 0 . 48 — a) Dados a hipotenusa a = 839,2 m e o ângulo fí = 40°27 , 32" (que se opõe ao cateto b) dum tr iân- gulo rectângulo, calcule por logaritmos o compri- mento do outro cateto c. 6) Calcule, sem recorrer às tábuas de logaritmos, os valores de x=sen405° , ?/ = t g (—it/6) . c) Represente gràficamente a função 3/=cos2x, dando a x os valores x = 0 ° , 45°, 90°, 135° e 180°. 49 — a) Demonstre que a mediana dum triângulo rectângulo que divide ao meio a hipotenusa tem por comprimento metade do comprimento da hipotenusa. b) Considere os três números inteiros e consecutivos n , n + 1 e n + 2 . £ Quantos podem ser divisíveis por dois? 4Poderá acontecer que nenhum seja divisível por 3 ? £ Se n fôr par haverá entre os três números algum que seja divisível por 4? Qual dêles se rá? Justifique as respostas. 44—a) Determine os valores de x que tornam nega- x 2—2x + 5 •' „ tiva a fracção • R : 2 < x < 3 . b) 4 Que x 2 —5x+6 valor deve ter a para que o valor de x deduzido da equação (a 2 —l)x = a + l seja determinado? R:a——1. c) Supondo que na equação ax + by=c,a,bec são primos entre si, indique : 1.° £ Qual é a condição para que a equação admita soluções inteiras? 2.° 4Quais são as condições para que a equação admita uma i n f i - nidade de soluções inteiras e positivas? 45 — a) Dados os catetos è = 829m,7 e e = 655m,6 dum triângulo rectângulo, calcule, por logaritmos, o valor do ângulo B que se opõe ao lado 6. b) Cal- cule, sem recorrer às tábuas, os valores de x = t g (—T/3) e y=sen900° . R : x = — ^ 3 , y—0. c) Deduza das , , , cos a 1 . igualdades: cotga = ^ - ^ e oseca = ^-^ a igual- dade: cosec2 a—cotg2 a = l . 46 — a) Demonstre que unindo 2 a 2 os meios dos lados consecutivos dum quadrilátero qualquer se obtém um paralelogramo. b) 1 Como determina os restos que se obtêm na divisão dum número por 100, por 3 e por 4? Aplique os teoremas enunciados ao cálculo dos restos das divisões de 432965432 pelos números referidos. Instituto Superior de Ciências Económicas e Finan- ceiras. 50 — a) Defina potência de expoente inteiro e po- sitivo ; diga que generalizações conhece da definição de potência e quais os motivos que levaram a dar essas definições, b) Simplifique e reduza a radicais a ( x 2_ y 2) l /3 função z = ^ r i _ y i l 2 ) [(xv1 + y V Í ) • Classifique a fun- ção z obtida e a função u=-z3. R : z = y / x + ^ z e' função irracional das duas variáveis x e y ; u e função racional de x e y . 51 — a) Defina as funções inversas de seno, coseno e tangente e escreva a expressão geral dos arcos cuja tangente é — 1 . R : are t g (—1) =kir —ir/4 rad. b) Determine os ângulos internos dum trapézio isos- celes conhecendo a sua altura e a diferença das bases. R : a = arctg2h/d (h altura e d diferença das bases)i 52 — a) Defina ângulo poliedro e poliedro regular. ^Quantos poliedros regulares convexos existem e quais? Desses poliedros há algum que seja uma pirâmide ? e um prisma ? £ Qual é a razão pela qual não existe nenhum poliedro regular convexo cujas faces tenham mais de cinco lados? 4) Dada uma circunferência (C) G A Z E T A D E M A T E M Á T I C A 17 e um ponto interior M não coincidente com o centro, determine o lugar geométrico dos meios das cordas que passam por M. £ E se o ponto M estiver sobre a circunferência ? R : O logar geométrico é a circun- ferência de diâmetro CM (C) designa o centro de (C)). 53 — Faz-se girar um triângulo rectângulo em torno da sua hipotenusa ; seja V o volume do sólido gerado. Faz-se em seguida girar em torno de cada um dos seus catetos ; sejam v e i>' os volumes dos sólidos obtidos ; verificar que J _ J L + J L . V2 vi v'i R : Sejam a a hipotenusa, b e c os catetos, e v o volume do sólido gerado pela rotação do triângulo em torno do cateto c . 1 / b c \ 2 1 1 Tem-se V= — w a l — ) , v = — irbc 2 , v' = — web2. 3 \ a / 3 3 , - - - 1 1 • 1 Por substituição na expressão — = 1 , notando \2 y2 y'2 que a2 = b 2 + c2, esta verifica-se. 54 — Calcular as arestas dum paralelipípedo rectân- gulo sabendo que as suas medidas estão em progressão aritmética e conhecendo, além disso, a área total e a diagonal do paralelipípedo. R : Sejam x—r, x e x 4- r as medidas das arestas do paralelipípedo. As equações do problema são : ( d 2 = (x - r ) 2 + x 2 + (x + r ) 2 \ A = 2x (x - r) + 2x (x + r) + 2 (x - r) (x + r) Resolvendo este sistema e atendendo a que é x > 0 os valores de m que satisfazem ao sistema de 3 equações: -x" = l m 2 + l 2d 2—A . . - »/d 2 + A acnam-se as soluções x = - — f . e r o y o Para que o paralelipípedo exista é necessário e sufi- ciente que A < 2d 2. Se A = 2d 2 trata-se dum cubo. Note-se que os dois valores de r conduzem ao mesmo paralelipípedo. [Gazela de Matemática, n.° 2, Abril de 1940]. Vido 2.* ed. pág. 15, 1.° vol. Licenciaturas em ciências físico-químicas e em ciências matemáticas, cursos preparatórios das escolas militares e curso de engenheiro geógrafo. I 55 — 4 Para que valores de m diferem duma unidade as raízes da equação 2x 2 — ( m ? + l ) x + m? - f 3 = 0. R : Sejam x 1 e x" as raizes da equação dada. Trata-se de determinar m de tal maneira que x'—x" = l . Como a equação dada è eqvivalente ao sistema de duas equações : . • „ m 2 + l , m 2 + 3 x' + x" = , x ' x " = , temos que determinar x' + x' = • x' x" 2 m 2 -f 3 Resolvendo o sistema formado pelas duas primeiras „ t - m * + 3 equações em ordem a x' e x ' acha-se : x = e 4 ., m 2 + l x = —-— ; valores que substituídos na 3." equação nos conduzem à equação do 4." grau em m : (m2-t-3) ( m 2 - l ) = 8 (m 2 +3) , cujas soluções são m = + j / — 3 e m = + 3, valores que substituídos na equação dada conduzem às equações 2x 2 — lOx + 12 = 0 e x 2 - f x = 0 . Em vez da equação x'—x'' = l podíamos ter considerado a equação x'—x" = = — 1 , mas como é fácil de ver o resultado obtido seria o mesmo. 56 — Defina arranjos e permutações. 57 — Aplique a fórmula do binómio de Newton ao desenvolvimento de (x — l ) 4 . R : Temos ( x — l ) 4 = x*— —4x3 + 6 x 2 - 4 x + l . 58 — Dados o cateto c = 216m,7 dum triângulo rectângulo e o ângulo B = 3 6 ° 27' 14", que se opõe ao outro cateto, calcule por logaritmos o comprimento da hipotenusa a do triângulo. R: Como c = acosB tem-se a = c/cos B e portanto log a = log c + colog cos B .
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