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COLÉGIO SATC Disciplina na modalidade a distância APOSTILA DE CÁLCULO TÉCNICO II Professora Tutora: Morgana Nuernberg Sartor Faraco CRICIÚMA – SC COLÉGIO SATC Diretor Carlos Antônio Ferreira Coordenadora Colégio SATC Izes Ester Machado Beloli Coordenadora Gera Maria da Graça Cabral Orientadora Pedagógica Ana Alíria da Silva Peres Coordenador do Curso Gilberto Fernandes da Silva Professora Conteudista Morgana Nuernberg Sartor Faraco Designer Instrucional Patrícia Medeiros Paz Diagramadoras Flavia Giassi Patel Patricia Medeiros Paz Revisoras de Ortográfia Flavia Giassi Patel Patricia Medeiros Paz Este material é de responsabilidade do autor. O conteúdo está licenciado para o Colégio SATC e a sua reprodução e distribuição autorizada no âmbito dos cursos técnicos/EaD. O conteúdo poderá ser citado em trabalhos acadêmicos e/ou profissionais, desde que identifique a fonte. A cópia total ou parcial sem autorização expressa da Coordenação dos Cursos Técnicos em EaD, constitui crime contra a propriedade intelectual, conforme estipulado na Lei de Direitos Autorais vigente, com sanções previstas no Código Penal. SUMÁRIO APRESENTAÇÃO .................................................................................................... 05 UNIDADE 1: TRIGONOMETRIA ............................................................................... 07 TÓPICO 1: TEOREMA DE PITÁGORAS .................................................................. 08 TÓPICO 2: FUNÇÕES TRIGONOMÉTRICAS: SENO, CO-SENO E TANGENTE ... 15 EXERCÍCIOS ............................................................................................................ 29 CHECK LIST ............................................................................................................. 32 UNIDADE 2: ESTATÍSTICA BÁSICA ....................................................................... 33 TÓPICO 1: LEITURA E INTERPRETAÇÃO GRÁFICA ............................................ 34 TÓPICO 2: FREQUÊNCIA ABSOLUTA E RELATIVA ............................................. 39 TÓPICO 3: MÉDIA ARITMÉTICA SIMPLES E PONDERADA ................................ 41 EXERCÍCIO ............................................................................................................... 43 CHECK LIST ............................................................................................................. 49 UNIDADE 3: MATRIZES E DETERMINANTES ........................................................ 50 TÓPICO 1: MATRIZES ............................................................................................. 51 TÓPICO 2: DETERMINANTES ................................................................................. 61 TÓPICO 3: NÚMEROS COMPLEXOS ...................................................................... 65 EXERCÍCIOS ............................................................................................................ 81 CHECK LIST ............................................................................................................. 86 GABARITO COMENTADO ....................................................................................... 87 REFERÊNCIAS ....................................................................................................... 106 5 APRESENTAÇÃO Bem-vindo(a) ao componente curricular Cálculo Técnico II do curso técnico de Eletrotécnica, na modalidade a distância, da SATC. Na estudaremos na Unidade 1 o teorema de Pitágoras, mais precisamente o triângulo retângulo. Já na Unidade 2 trabalharemos estatística básica. Por fim, na Unidade 3, trabalharemos com as matrizes, as determinantes e os números complexos. A carga horária desta disciplina é de 35 horas/aula. Os horários de estudo poderão ser organizados de acordo com a conveniência de cada aluno, lembrando que há prazos para a conclusão das atividades propostas. Fiquem atentos para as datas das avaliações presenciais e on-line, que são publicadas pelos professores no Ambiente Virtual de Aprendizagem (AVA) e para trabalhos adicionais solicitados pelo professor. Para o estudo dessa apostila você terá o auxílio de alguns recursos pedagógicos que facilitarão o seu processo de aprendizagem. Perceba que a margem externa das páginas dos conteúdos são maiores. Elas servem tanto para você fazer anotações durante os seus estudos, quanto para o professor incluir informações adicionais importantes. Esse material também dispõe de vários ícones de aprendizagem, os quais destacarão informações relevantes sobre os assuntos que você está estudando. Vejamos quais são eles e os seus respectivos significados: 6 ÍCONES DE APRENDIZAGEM Indica a proposta de aprendizagem para cada unidade da apostila. Mostra quais conteúdos serão estudados em cada unidade da apostila. Apresenta exercícios sobre cada unidade. Apresenta os conteúdos mais relevantes que você deve ter aprendido em cada unidade. Se houver alguma dúvida sobre algum deles, você deve estudar mais antes de entrar nas outras unidades. Apresenta a fonte de pesquisa das figuras e as citações presentes na apostila. Traz perguntas que auxiliam você na reflexão sobre os conteúdos e no sequenciamento dos mesmos. Apresenta curiosidades e informações complementares sobre um conteúdo. Traz endereços da internet ou indicações de livros que possam complementar o seu estudo sobre os conteúdos. Lembre-se também de diariamente verificar se há publicações de aulas no Portal, pois é por meio delas que os professores passarão a você todas as orientações sobre esse componente. Ainda é bom lembrar que além do auxílio do professor, você também poderá contar com o acompanhamento de nosso sistema de Tutoria. Você poderá entrar em contato sempre que sentir necessidade, seja pelo e-mail tutoria.eadedutec@satc.edu.br ou pelo telefone (48) 3431 – 7590/ 3431 – 7596. Desejamos um bom desempenho nesse seu novo desafio. E não esqueça: estudar a distância exige bastante organização, empenho e disciplina. mailto:tutoria.eadedutec@satc.edu.br 7 UNIDADE 1 TRIGONOMETRIA Objetivos de Aprendizagem Ao final desta unidade você deverá ser capaz de: identificar os elementos de um triângulo retângulo; aplicar o Teorema de Pitágoras; aplicar as razões trigonométricas (seno, cosseno e tangente) num triângulo retângulo. Plano de Estudos Esta unidade está dividida em dois tópicos, organizada de modo a facilitar sua compreensão dos conteúdos. TÓPICO 1: TEOREMA DE PITÁGORAS TÓPICO 2: FUNÇÕES TRIGONOMÉTRICAS: SENO, CO-SENO E TANGENTE 8 TÓPICO 1 TEOREMA DE PITÁGORAS Definimos como triângulo, de forma simplificada, toda figura geométrica fechada que possui três lados. O Teorema de Pitágoras é válido para um triângulo retângulo. Definimos por triângulo retângulo todo triângulo que possui um ângulo interno de 90º, também chamado de ângulo reto (90º). Este ângulo é representado pelo símbolo: O Teorema de Pitágoras estabelece uma relação de cálculo entre os lados de um triângulo retângulo. Portanto, todo triângulo retângulo terá uma hipotenusa e dois catetos. O Teorema de Pitágoras estabelece uma relação de cálculo entre a hipotenusa e os catetos de um triângulo retângulo. Tal teorema tem grande aplicação prática em desenho, em Chamamos de hipotenusa o lado oposto ao ângulo de 90º que sempre é o maior dos lados de um triângulo retângulo. Aos outros lados, chamamos de catetos. Mas o que é um triângulo retângulo? Esta definição foi baseada no site http://www.infoescola.com/administracao_/fluxograma/ Esta definição foi baseada no site http://www.infoescola.com/ administracao_/fluxograma/ Esta Unidade utilizou como base a Apostila de Matemática Básica para EJA. do Colégio Estadual Yvone Pimentel, de Ronald Wykrota, Curitiba – Paraná. 2012. Disponível no site: wykrota@uol.com.br mailto:wykrota@uol.com.br mailto:wykrota@uol.com.br 9 construção civil, em serralherias, em marmorarias, entre outros. Podemos enunciar o Teorema de Pitágoras da seguinte maneira: Veja o triângulo retângulo: O enunciado anterior relaciona comprimentos, mas o teorema também pode ser enunciado como uma relação entre áreas: Para um triângulo retângulo, o quadrado do valor da sua hipotenusa será igual à soma dos quadrados dos seus catetos. . A figura ao lado foi retirada do site: http://naveiadamatematic a.blogspot.com.br/2010/0 8/trigonometria-no- triangulo-retangulo.html 10 Para ambos enunciados, pode-se equacionar: (hipotenusa)² = (cateto)² + (cateto)² Onde a representa o comprimento da hipotenusa, b e c representam os comprimentos dos outros dois lados (catetos). Então, temos como fórmula do teorema de Pitágoras: veja a figura abaixo: Observe nessa figura que o lado desconhecido está representado pela letra c, que no exemplo é um dos catetos. A a2 = b2 + c2 A figura ao lado foi retirada do site: http://blog-da- uniao.blogspot.com.br/20 11_07_03_archive.html Assista a um vídeo bastante interessante que mostra um exemplo de aplicabilidade do Teorema de Pitágoras meio milênio antes de Cristo. Acesse: http://www.youtube.com/w atch?v=4l4Z8qkvSUc 11 hipotenusa vale 5 m (pois é este lado que está oposto ao ângulo de 90º). Como a figura representa um triângulo retângulo, precisamos calcular um dos catetos (c), pois temos o outro cateto (que vale 4 m) e a hipotenusa. Sendo assim, podemos aplicar o Teorema de Pitágoras: Agora vamos ao cálculo da figura acima: a2 = b2 +c2 52 = 42 + c2 25 = 16 + c2 c2 = 9 Para retirar o quadrado do “c2” é só passar para depois do sinal de igual “ = “ a raiz quadrada √ , então: c = √9 Para facilitar o entendimento, vamos a alguns exemplos. c = 3 m O valor do cateto c = 3 m Importante: usa-se PITÁGORAS sempre que tivermos dois lados do triângulo retângulo e quisermos achar o terceiro lado. 12 determine os lados desconhecidos nos triângulos apresentados abaixo: Veja que o valor desconhecido está representado pela letra a, que no exemplo é o maior dos lados e está oposto ao ângulo de 90º (hipotenusa). Como a figura representa um triângulo retângulo e precisamos calcular a sua hipotenusa, podemos aplicar o Teorema de Pitágoras. Assim, temos: a2 = b2 +c2 a2 = 40 + 302 a2 = 1600 + 900 a2 = 2500 Para retirar o quadrado do “a2” é só passar para depois do sinal de igual “ = “ a raiz quadrada √ , então: a = √2500 ATENÇÃO Com relação aos catetos, tanto faz se considerarmos b=30 cm e c=40 cm ou c=30 cm e b=40cm. Isso acontece, pois a operação a ser realizada é uma soma e a ordem dos fatores a serem somados não a = 50 cm O valor da hipotenusa a = 50 cm 13 Veja a figura abaixo: Note que o lado desconhecido está representado pela letra b. A hipotenusa vale 10 m. Como a figura representa um triângulo retângulo, no qual precisamos calcular um dos catetos e temos o outro cateto (8 m) e a hipotenusa (10 m), podemos aplicar o Teorema de Pitágoras. Assim, temos: a2 = b2 +c2 102 = b2+ 82 100= b2 + 64 100 - 64 = b2 b2 = 36 Para retirar o quadrado do “b2” é só passar para depois do sinal de igual “ = “ a raiz quadrada √ , então: 14 b = √36 b = 6 m Observe outro triângulo retângulo: Veja que o lado desconhecido está representado pela letra a, que no exemplo é a hipotenusa. Um dos catetos vale 12 cm e o outro vale 15 cm. Aplicando o teorema de Pitágoras, temos: a2 = b2 +c2 a2 = 122 + 152 a2 = 144 + 225 a2 = 369 Para retirar o quadrado do “a2” é só passar para depois do sinal de igual “ = “ à raiz quadrada √ , então: a = √369 ou 3√41 b = 6 m O valor do cateto b = 6 m a = 19,209 cm “use a calculadora” O valor da hipotenusa a = 19,209 cm 15 TÓPICO 2 FUNÇÕES TRIGONOMÉTRICAS: SENO, COSSENO E TANGENTE De maneira simplificada, são funções trigonométricas básicas que podem ser aplicadas num triângulo retângulo. Relacionam os ângulos formados entre dois dos lados de um triângulo retângulo com um de seus ângulos internos. Possuem grande aplicação na Matemática e nas ciências exatas, como a Física e a Química. Essas funções trigonométricas são sempre aplicadas em relação a um dos ângulos internos de um triângulo retângulo. Assim, sabendo o valor de um dos ângulos internos do triângulo retângulo podemos calcular o valor de um dos catetos desse triângulo ou até mesmo o valor da sua hipotenusa. Para entender as definições de seno, co-seno e tangente, se faz necessário conhecer uma nomenclatura bastante comum aos triângulos. Para tanto, considere o triângulo retângulo abaixo, onde b e c são os catetos: ATENÇÃO Com relação aos catetos, tanto faz se considerarmos b=12 cm e c=15 cm ou c=12 cm e b=15 cm. Isso acontece, pois a operação a ser realizada é uma soma, e a ordem dos fatores a serem somados não altera o resultado final, mesmo que estes fatores estejam sendo elevados ao quadrado. . 16 Considerando o ângulo α: o cateto b encontra-se do lado do triângulo, ficando oposto ao ângulo α. Assim, o cateto b será chamado de cateto oposto ao ângulo α; o cateto c encontra-se encostado no ângulo α, ficando adjacente a ele. Assim, o cateto c será chamado de cateto adjacente ao ângulo α. Considerando o ângulo β: o cateto c encontra-se do outro lado do triângulo, ficando oposto ao ângulo β. Assim, o cateto c será chamado de cateto oposto ao ângulo β; o cateto b encontra-se encostado no ângulo β, ficando adjacente a ele. Assim, o cateto b será chamado de cateto adjacente ao ângulo β. 17 Função Seno de um Ângulo α: sen α Para um triângulo retângulo, o seno de um ângulo interno α é igual à razão entre o valor do cateto oposto ao ângulo e o valor da hipotenusa desse triângulo. Matematicamente, podemos escrever: Função Cosseno de um Ângulo α: cos α Para um triângulo retângulo, o cosseno de um ângulo α é igual à razão entre o valor do cateto adjacente ao ângulo e o valor da hipotenusa desse triângulo. ATENÇÃO Em ambos os casos, a hipotenusa é a mesma e está ali representada pela letra a. Lembrando que a hipotenusa está sempre oposta ao ângulo de 90º. Sem α = cateto opostohipotenusa 18 Matematicamente, podemos escrever: Função Tangente de um Ângulo α: tg α Para um triângulo retângulo, a tangente de um ângulo α é igual à razão entre o valor do cateto oposto ao ângulo e o valor do cateto adjacente desse triângulo. Matematicamente, podemos escrever: cos α = cateto adjacente hipotenusa 19 Para cada ângulo α do círculo trigonométrico existe um valor para sen α, cos α e tg α. Como não faz sentido decorarmos cada um desses valores, vamos apresentar duas tabelas com valores de seno, co-seno e tangente dos ângulos que são mais utilizados em problemas e exercícios. O conhecimento de uma dessas tabelas pode tornar a resolução de um exercício mais rápida. Na primeira tabela abaixo apresentaremos os valores em forma de fração ou raiz, sem fazer as contas. Na segunda tabela, apresentaremos o resultado das contas indicadas na primeira tabela. É bom lembrar que as duas Tabelas apresentam valores absolutamente iguais, porém, escritos de maneira diferente. Observe: dado o triângulo retângulo ABC abaixo, calcule: tg α = cateto oposto cateto adjacente Que tal vermos alguns exemplos para facilitar nosso entendimento? O círculo unitário, círculo trigonométrico ou círculo goniométrico é um círculo cujo centro está localizado na origem do plano cartesiano e seu raio mede 1. É usado no estudo de funções trigonométricas como seno, cosseno e tangente. http://pt.wikipedia.org/wiki/C%C3%ADrculo http://pt.wikipedia.org/wiki/Plano_cartesiano http://pt.wikipedia.org/wiki/Raio http://pt.wikipedia.org/wiki/Fun%C3%A7%C3%B5es_trigonom%C3%A9tricas http://pt.wikipedia.org/wiki/Fun%C3%A7%C3%B5es_trigonom%C3%A9tricas http://pt.wikipedia.org/wiki/Seno http://pt.wikipedia.org/wiki/Cosseno http://pt.wikipedia.org/wiki/Tangente 20 Antes de resolver o exercício, vamos identificar quem é a hipotenusa e quem são os catetos, em relação a cada um dos ângulos: hipotenusa: 5 m; em relação ao ângulo α, temos: cateto oposto ao ângulo α: 4m; cateto adjacente ao ângulo α: 3m. em relação ao ângulo β, temos: cateto oposto ao ângulo β: 3m; cateto adjacente ao ângulo β: 4m. a. sen α 21 b. cos c. sen β Para saber qual é o valor do ângulo α, basta consultar na tabela de senos e cossenos qual é o ângulo que possui 0,8 como valor de seno. . Para saber qual é o valor do ângulo α, basta consultar numa tabela de senos e cossenos qual é o ângulo que possui 0,6 como valor de cosseno. . 22 d. cos β e. tg β Para saber qual é o valor do ângulo β, basta consultar numa tabela de senos e cossenos qual é o ângulo que possui 0,6 como valor de seno. . Para saber qual é o valor do ângulo β, basta consultar numa tabela de senos e cossenos qual é o ângulo que possui 0,8 como valor de cosseno. . 23 f. tg α considerando o triângulo retângulo abaixo, calcule os lados desconhecidos b e c. Para saber qual é o valor do ângulo β, basta consultar numa tabela de senos, cossenos e tangentes qual é o ângulo que possui 0,75 como valor de tangente. . Para saber qual é o valor do ângulo β, basta consultar numa tabela de senos, cossenos e tangentes qual é o ângulo que possui 0,75 como valor de tangente. . 24 Antes de resolver o exercício, vamos identificar quem é a hipotenusa e quem são os catetos, em relação a cada um dos ângulos: hipotenusa: 10 m; em relação ao ângulo de 60º, temos: cateto oposto ao ângulo de 60º: c; cateto adjacente ao ângulo de 60º: b. em relação ao ângulo de 30º, temos: cateto oposto ao ângulo de 30º: b; cateto adjacente ao ângulo de 30º: c. Primeiramente, calcularemos o valor de b. Como b é o cateto oposto ao ângulo de 30º, podemos aplicar a definição de seno. Assim, temos: 𝑠𝑒𝑛 𝛼 = 𝑐𝑎𝑡𝑒𝑡𝑜 𝑜𝑝𝑜𝑠𝑡𝑜 ℎ𝑖𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑢𝑠𝑎 𝑠𝑒𝑛 30° = 𝑏 10 Para isolar o b, passa-se o 10 que está dividindo para o outro lado do sinal de igual multiplicando, assim: 𝑠𝑒𝑛 30° . 10 = 𝑏 Sabendo que sen 30º = 0,5 (esse valor pode ser visto na tabela ou você pode usar a calculadora): 0,5 . 10 = 𝑏 𝒃 = 𝟓 𝒎 25 Outra maneira de se calcular b seria notar que b é o cateto adjacente do ângulo de 60º. Assim, podemos aplicar a definição de cosseno: cos 𝛼 = 𝑐𝑎𝑡𝑒𝑡𝑜 𝑎𝑑𝑗𝑎𝑐𝑒𝑛𝑡𝑒 ℎ𝑖𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑢𝑠𝑎 cos 60° = 𝑏 10 Aqui novamente vamos isolar o b, então, passa-se o “10” multiplicando o cos 60º: cos 60°. 10 = 𝑏 Sabendo que cos 60º = 0,5 (esse valor pode ser visto na tabela ou você pode usar a calculadora): 0,5 . 10 = 𝑏 𝒃 = 𝟓 𝒎 Agora vamos calcular o valor de c. Como c é o cateto oposto ao ângulo de 60º, podemos aplicar a definição de seno. Assim, temos: 𝑠𝑒𝑛 𝛼 = 𝑐𝑎𝑡𝑒𝑡𝑜 𝑜𝑝𝑜𝑠𝑡𝑜 ℎ𝑖𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑢𝑠𝑎 𝑠𝑒𝑛 60° = 𝑐 10 Há outra maneira de calcularmos o valor de b? 26 Para isolar o c, passa-se o 10 que está dividindo para o outro lado do sinal de igual multiplicando, assim: 𝑠𝑒𝑛 60° . 10 = 𝑐 Sabendo que sen 60º = 0,866 (esse valor pode ser visto na tabela ou você pode usar a calculadora): 0,866 . 10 = 𝑐 𝒄 = 𝟖, 𝟔𝟔 𝒎 Outra maneira de calcularmos o c seria perceber que c é o cateto adjacente do ângulo de 30º. Assim, podemos aplicar a definição de cosseno: cos 𝛼 = 𝑐𝑎𝑡𝑒𝑡𝑜 𝑎𝑑𝑗𝑎𝑐𝑒𝑛𝑡𝑒 ℎ𝑖𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑢𝑠𝑎 cos 30° = 𝑐 10 Aqui novamente vamos isolar o c, então, passa-se o “10” multiplicando o cos 30º: cos 30°. 10 = 𝑐 Sabendo que cos 30º = 0,866 (esse valor pode ser visto na tabela ou você pode usar a calculadora): 0,866 . 10 = 𝑏 𝒃 = 𝟖, 𝟔𝟔 𝒎 27 um mastro horizontal possui uma altura de 30 m e, em determinado momento do dia, ele projeta uma sombra que possui comprimento de 17,321 m. Calcule o ângulo de elevação do sol em relação ao mastro, neste momento. Primeiramente, precisamos saber qual é o ângulo que a projeção dos raios luminosos do sol fazem em relação à vertical, portanto queremos saber o ângulo que foi chamado aqui de α. Sabemos o valor da altura do mastro (30 m), que no triângulo apresentado é o cateto oposto ao ângulo α e o comprimento da sombra (17,321 m), que nesse caso é o cateto adjacente ao ângulo α. Precisamos, protanto, utilizar uma relação existente entre o cateto oposto e o cateto adjacente. Analisando as definições apresentadas, devemos utilizar a definição de tangente: 𝑡𝑔 𝛼 = 𝑐𝑎𝑡𝑒𝑡𝑜 𝑜𝑝𝑜𝑠𝑡𝑜 𝑐𝑎𝑡𝑒𝑡𝑜 𝑎𝑑𝑗𝑎𝑐𝑒𝑛𝑡𝑒 → 𝑡𝑔 𝛼 = 30 17,321 → 𝑡𝑔 𝛼 = 1,732 Como nosso objetivo é descobrir o ângulo α (e não a sua tangente), precisamos consultar a tabela de valores de seno, cosseno e tangente para descobrir qual é o ângulo que tem por tangente o valor de 1,732. Analisando a tabela 2 (página 18) podemos perceber que o ângulo procurado é de 60º. Assim: 28 Também podemos usar a calculadora sempre que quisermos calcular o ângulo. Usaremos a função inversa da calculadora. Para isso usa-se a tecla da calculadora que representa a 2ª função (2nd ou shift) e depois sen-1, cos-1, tg -1. 29 EXERCÍCIOS 1. Determine os lados desconhecidos nos triângulos retângulos apresentados abaixo: 2. Dado o triângulo retângulo ABC abaixo, calcule: a. Sen α. 30 b. Cos α. c. Tag α. d. sen β. e. Cos β. f. Tag β. 3. Considerando o triângulo retângulo abaixo, calcule os lados desconhecidos b e c. 4. Um mastro horizontal possui uma altura de 60 m e, em determinado momento do dia, ele projeta uma sombra que possui comprimento de 34,64203 m. Calculeo ângulo de elevação do sol em relação ao mastro, nesse momento. 31 5. Para o triângulo abaixo, determine o valor de y. 32 CHECK LIST O triângulo retângulo é muito utilizado nos cálculos matemáticos e podemos reconhecê-lo pela presença do ângulo reto ou ângulo de 90°. Para os cálculos que envolvem esse triângulo, verificamos que o Teorema de Pitágoras é utilizado para calcular um dos lados do triângulo quando a situação-problema nos dá os outros dois lados. Aprendemos também que, quando a situação-problema nos fornece um ângulo e um lado e pede para encontrar outro lado, aplicamos as funções trigonométricas seno, cosseno e tangente. Também podemos usar essas funções trigonométricas para achar um determinado ângulo do triângulo quando conhecemos dois lados deste triângulo. Desse modo, nessa unidade você pode apreender: a reconhecer um triângulo retângulo; aplicar o Teorema de Pitágoras para resolução de situações matemáticas; usar corretamente as relações trigonométricas num triângulo retângulo. 33 UNIDADE 2 ESTATÍSTICA BÁSICA Objetivos de Aprendizagem Ao final desta unidade você deverá: ler gráficos; diferenciar frequência absoluta de frequência relativa; diferenciar média aritmética de média ponderada. calcular média aritmética e média ponderada. Plano de Estudos Esta unidade está dividida em três tópicos organizados de modo a facilitar sua compreensão dos conteúdos. TÓPICO 1: LEITURA E INTERPRETAÇÃO GRÁFICA TÓPICO 2: FREQUÊNCIA ABSOLUTA E RELATIVA TÓPICO 3: MÉDIA ARITMÉTICA SIMPLES E PONDERADA 34 TÓPICO 1 LEITURA E INTERPRETAÇÃO GRÁFICA Gráficos Estatísticos O gráfico estatístico é uma forma de apresentação dos dados estatísticos, cujo objetivo é o de produzir, no investigador ou no público em geral, uma impressão mais rápida e viva do fenômeno em estudo, já que os gráficos falam mais rápido à compreensão que as séries. Requisitos Básicos de um Gráfico Estatístico Simplicidade: trazer apenas o essencial; evitar desenhos, etc., que desviem a atenção; Clareza: possibilitar a leitura correta dos valores do fenômeno; Veracidade: expressar a verdade sobre o fenômeno representado. Na hora da execução de um gráfico estatístico devemos seguir algumas regras: colocar o título na parte superior, o subtítulo a seguir, de preferência na horizontal, da esquerda para a direita; cuidado com a escala utilizada; representação das unidades do fenômeno em estudo; fontes dos dados; O que são gráficos estatísticos? 35 legendas claras e nítidas; cores utilizadas. Gráfico em Linhas Este tipo de gráfico se utiliza da linha poligonal para representar a série estatística. O gráfico em linha constitui uma aplicação do processo de representação das funções num sistema de coordenadas cartesianas. No gráfico abaixo temos a representação da evolução da produção (em toneladas – eixo y) de óleo de dendê no Brasil com o passar dos anos (eixo x). . Você deve usar um gráfico de linhas se seus rótulos de categorias são textos e estão representando valores uniformemente espaçados como meses, trimestres ou anos fiscais As figuras do Tópico 1 foram retiradas da apostila de Matemática Básica, Prof. Cícero José – UNIBAN. Quando devo utilizar esse tipo de gráfico? 36 Gráfico em Colunas (Vertical) É a representação de uma série por meio de retângulos, dispostos verticalmente (em colunas). Os retângulos têm a mesma base e as alturas são proporcionais aos respectivos dados. Veja: Gráfico em Barras (Horizontal) É a representação de uma série por meio de retângulos, dispostos horizontalmente (em barras). Os retângulos têm a mesma base e as alturas são proporcionais aos respectivos dados. 37 Quando os dados estão organizados em colunas ou linhas em uma planilha Gráfico em Setores (Popular Gráfico de Pizza) O gráfico de composição em setores destina-se a representar a composição, usualmente em porcentagem, de partes de um todo. Consiste num círculo de raio arbitrário, representando o todo, dividido em setores, que correspondem às partes de maneira proporcional. Seu emprego é adequado sempre que desejamos comparar parte dos dados com o total deles. No gráfico abaixo se divide em percentuais os tipos de bibliotecas brasileiras no ano de 1974 – onde aparece em maior percentual às bibliotecas municipais (46%). Quando devo utilizar esse tipo de gráfico? 38 Histograma Quando se trata da representação gráfica de distribuição de frequências com dados agrupados utilizamos um gráfico denominado histograma de frequências absolutas. Histograma é um gráfico de barras contíguas, isto é, formado por um conjunto de retângulos justapostos. No eixo das abscissas (eixo horizontal) marcamos as classes, cujas amplitudes correspondem às bases dos retângulos. No eixo das ordenadas (eixo vertical) marcamos as frequências absolutas, que correspondem às alturas dos retângulos. Os pontos médios das bases dos retângulos coincidem com os pontos médios dos intervalos das classes. O que é um histograma? 39 Pictograma O pictograma constitui um dos processos gráficos que melhor fala ao público por sua forma ser atraente e, ao mesmo tempo, sugestiva. veja um pictograma: TÓPICO 2 FREQUÊNCIA ABSOLUTA E RELATIVA Você sabe a diferença de frequência absoluta e frequência relativa? 40 Frequência absoluta é o número de vezes que a informação é observada na população. Já a frequência relativa é obtida dividindo-se a frequência absoluta pela quantidade de elementos da população. considere a seguinte situação: o número do efetivo empregado na mineração de carvão dos três estados do Sul está registrado no quadro abaixo: Estado Paraná Rio Grande Do Sul Santa Catarina Total Nº de empregados 337 669 4140 5146 Com essas informações, escreveremos uma tabela que registre a frequência absoluta e relativa. Estado Frequência Absoluta Frequência Relativa Paraná 337 337/5146 = 0,065x100 = 6,5% 5146 Rio Grande do Sul 669 669 = 0,13x100 = 13% 5146 fazendo arredondamento Santa Catarina 4140 4140 = 0,805x100 = 80,5% 5146 fazendo arredondamento Total 5146 100% População é o conjunto dos elementos aos quais desejamos pesquisar alguma característica. 41 TÓPICO 3 MÉDIA ARITMÉTICA SIMPLES E PONDERADA A média aritmética simples é a medida de posição mais utilizada e a mais intuitiva de todas. Ela está tão presente em nosso dia a dia que qualquer pessoa entende seu significado e a utiliza com frequência. A média de um conjunto de valores numéricos é calculada somando-se todos estes valores e dividindo-se o resultado pelo número de elementos somados, que é igual ao número de elementos do conjunto, ou seja, a média de n números é sua soma dividida por n. Nos cálculos envolvendo média aritmética simples, todas as ocorrências têm exatamente a mesma importância ou o mesmo peso. Dizemos, então, que elas têm o mesmo peso relativo. No entanto, existem casos em que as ocorrências têm importância relativa diferente. Nestes casos, o cálculo da média deve levar em conta essa importância relativa ou peso relativo. Este tipo de média chama-se média aritmética ponderada. Ponderar é sinônimo de pesar. No cálculo da média ponderada, multiplicamos cada valor do conjunto por seu "peso", isto é, sua importância relativa. Podemos utilizar a média aritmética simples para definir qual é a média de empregados na mineração nos três estados do Sul. Veja o cálculo: Dados: Santa Catarina = 4140 empregados Paraná = 337 empregadosRio Grande do Sul = 669 empregados média = (337 + 669 + 4140) ÷ 3 média = (5146) ÷ 3 média = 1715 empregados. 42 Assim podemos fazer algumas conclusões. Uma delas é que o estado de Santa Catarina tem um número bem superior à média dos três estados, enquanto Paraná tem aproximadamente a quinta parte da média. Vamos agora exemplificar o cálculo da média aritmética ponderada. Um aluno obteve as seguintes notas na disciplina de Ciências Aplicadas: 10,0; 8,0; 3,0. Mas soube que a primeira prova teria peso 3, a segunda teve peso 2 e a terceira teria peso 5. Para calcular sua média do bimestre teve que calcular a média ponderada de suas notas. Vamos aos cálculos: 10 . 3 + 8 . 2 + 3 . 5 3 + 2 + 5 = 30 + 16 + 15 10 = 61 10 = 6,1 Observe que a média foi 6,1 e que não atingiu o valor mínimo de 7. Observe que foi cometido um erro! Os pesos não estão na ordem correta! A primeira prova teria peso 3, a segunda peso 5 e a terceira teria peso 2. Vejamos se houve alguma mudança: 10 . 3 + 8 . 5 + 3 . 2 3 + 5 + 2 = 30 + 40 + 6 10 = 76 10 = 7,6 Note que agora o aluno foi aprovado, afinal de contas a média final até melhorou! 43 EXERCÍCIOS 1. (ENEM – MEC) Uma pesquisa de opinião foi realizada para avaliar os níveis de audiência de alguns canais de televisão, entre 20 e 21 horas, durante uma determinada noite. Os resultados obtidos estão representados no gráfico de barras a seguir: Agora, responda as questões abaixo: a. Qual foi aproximadamente o número de residências atingidas nessa pesquisa? _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ b. Qual é aproximadamente a porcentagem de entrevistados que declararam estar assistindo à TvB? _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ 44 2. O histograma seguinte mostra os gastos dos n clientes de um supermercado registrados em um caixa expresso durante uma manhã. a. Determine o valor de n. _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ b. Que porcentagem do total de clientes gastou pelo menos 20 reais? _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ c. Que porcentagem do total de clientes gastou menos de 15 reais? _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ 3. O gráfico a seguir indica a quantidade de bolos vendidos por um supermercado numa certa semana. Observe: 45 a. Em que dia da semana a venda foi maior? Em que dia foi menor? _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ b. Quantos bolos foram vendidos na quinta-feira? _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ c. Em quais dias da semana foram vendidas as mesmas quantidades? Quais foram as quantidades? _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ d. Quantos bolos foram vendidos nessa semana? _____________________________________________________ _____________________________________________________ 46 _____________________________________________________ _____________________________________________________ e. Que porcentagem do total da semana representará as vendas do domingo? _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ 4. Abaixo está o histograma dos resultados da avaliação de matemática dos alunos do curso de eletrotécnica presencial. No eixo horizontal constam as notas obtidas pelos alunos, enquanto no eixo vertical estão especificadas as quantidades de alunos. Sabendo-se que a nota mediana, obtida por essa turma, foi igual a 6,0 (seis). Sobre a média das notas dessa turma é correto afirmar que: a. É inferior a 6,0. b. É igual a 6,0. c. É superior a 6,0. d. É impossível fazer uma estimativa precisa da média. 5. Qual é a média aritmética simples dos números11, 7,13 e 9? _____________________________________________________ _____________________________________________________ 47 _____________________________________________________ _____________________________________________________ 6. Qual é a média aritmética ponderada dos números 10, 14, 18 e 30 sabendo-se que os seus pesos são respectivamente 1, 2, 3 e 5? _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ 7. As alturas em cm dos alunos de uma turma de 10º ano são as seguintes: Agora complete a tabela a seguir: http://www.matematicadidatica.com.br/MediaAritmeticaGeometriaExercicios.aspx#anchor_ex2 http://www.matematicadidatica.com.br/MediaAritmeticaGeometriaExercicios.aspx#anchor_ex2 http://www.matematicadidatica.com.br/MediaAritmeticaGeometriaExercicios.aspx#anchor_ex2 48 CHECK LIST Nessa unidade trabalhamos com diferentes gráficos e aprendemos a interpretá-los. Diferenciamos também a frequência absoluta da relativa bem como apreendemos a calcular a média aritmética e a média ponderada. Assim, para compreender e efetuar os cálculos nas próximas unidades você deverá: interpretar gráficos observando-os; trabalhar com cálculos de média aritmética e ponderada para poder aplicar no dia a dia de um técnico em eletrotécnica. 49 UNIDADE 3 MATRIZES E DETERMINANTES Objetivos de Aprendizagem Ao final desta unidade você deverá: realizar operações matemáticas com matrizes de qualquer ordem; calcular determinantes; utilizar os números complexos identificando a parte real e o imaginário; resolver as operações básicas de adição, subtração, multiplicação e divisão envolvendo os números complexos. Plano de Estudos Esta unidade está dividida em três tópicos, organizados de modo a facilitar sua compreensão dos conteúdos. TÓPICO 1: MATRIZES TÓPICO 2: DETERMINANTES TÓPICO 3: NÚMEROS COMPLEXOS 50 TÓPICO 1 MATRIZES Em quase todos os jornais e revistas é possível encontrar tabelas informativas. Na matemática chamaremos estas tabelas de matrizes. Matriz é um conjunto de elementos dispostos, ordenadamente, em linhas e colunas. Quando trabalhamos com matrizes, em geral utilizamos apenas os números das tabelas, organizando-os em linhas e colunas, entre parênteses, colchetes ou entre duas barras (os dois primeiros são mais comuns). Veremos que essas representações utilizadas facilitarão nosso trabalho,quando estudarmos as operações com matrizes. Observação: utilizamos uma letra maiúscula para identificar matrizes. observe o exemplo: Médias de Público 1ª Divisão 2ª Divisão 3ª Divisão Inglaterra 34363 18221 7849 Alemanha 39109 17950 3964 Espanha 31126 8341 ** Itália 22697 5838 2869 Brasil 12401 7958 3274 Sobre o exemplo acima, podemos dizer que esta matriz é de ordem 5x3, pois tem 5 linhas e 3 colunas. O primeiro número indica o número de linhas e o segundo o número de colunas. Esta Unidade foi baseada na Apostila de Matriz e Determinantes de Cassio Kiechaloski Mello. E também em Matemática Aplicada na Educação Profissional/ Luiz Fernando Lopes , Luiz Roberto Calliari – Curitiba, PR: Base Editorial, 2010. 51 Cada elemento de uma matriz é indicado por aij, onde i é a linha e j a coluna onde se encontra este elemento. Genericamente, uma matriz será representada da seguinte forma: Na figura acima temos A= (aij)mxn, tal que: i e j são os índices de a; m e n são os índices de aij; construir a matriz M = (mij) 2x3, onde mij = 2i + j. Vamos montar uma matriz 2 x 3 ( 2 por 3), ou seja, com 2 linhas e 3 colunas ( pois: i = 2 e j = 3): M = [ 𝑚11 𝑚12 𝑚13 𝑚21 𝑚22 𝑚23 ] Todos os valores foram representados por “m” e com sua respectiva linha e coluna (exemplo: m11 está na 1ª linha e na 1ª coluna). Agora vamos calcular o valor para cada elemento da matriz, usando a fórmula que rege a matriz do exemplo (mij = 2i + j): m11 = 2i + j = 2.1 + 1 = 2 + 1 = 3 52 m12 = 2i + j = 2.1 + 2 = 2 + 2 = 4 m13 = 2i + j = 2.1 + 3 = 2 + 3 = 5 m21 =2i + j = 2.2 + 1 = 4 + 1 = 5 m22 =2i + j = 2.2 + 2 = 4 + 2 = 6 m23 =2i + j = 2.2 + 3 = 4 + 3 = 7 Com os valores calculados podemos montar a matriz: M = [ 3 4 5 5 6 7 ] Tipos Especiais de Matrizes Existem alguns tipos de matrizes que são especiais e por isso serão apresentadas e identificadas abaixo. Matriz Linha Matriz formada por apenas uma linha. Quando m = 1 (matriz com 1 linha ). A = [3 5 -2] Matriz Coluna Matriz formada por apenas uma coluna. Quando n = 1 (matriz com 1 coluna ). A =[ 𝟑 𝟓 −𝟐 ] 53 Matriz Quadrada Quando m = n (a matriz possui o mesmo número de linhas e colunas). A = [ 𝟑 𝟏 𝟕 𝟐 𝟎 −𝟑 𝟏𝟎 𝟒 𝟓 ] O exemplo acima possui 3 linhas e 3 colunas (3x3). Matriz Diagonal Quando aij = 0 se i ≠ j. Somente acontece em matriz quadrada (na qual o número de linhas é igual ao número de colunas). Como pode ser observado no exemplo abaixo, a diagonal da matriz quadrada 3x3 possui valores ≠ de 0 e valores = 0 para os demais elementos. Observe: A = [ 𝟑 𝟎 𝟎 𝟎 𝟖 𝟎 𝟎 𝟎 𝟓 ] A = [ 𝟑 𝟎 𝟎 𝟎 𝟖 𝟎 𝟎 𝟎 𝟓 ] = [ 𝒂𝟏𝟏 𝒂𝟏𝟐 𝒂𝟏𝟑 𝒂𝟐𝟏 𝒂𝟐𝟐 𝒂𝟐𝟑 𝒂𝟑𝟏 𝒂𝟑𝟐 𝒂𝟑𝟑 ] Para aij onde i=j o valor é ≠ 0 →(a11, a22, a33); Para aij onde i≠j o valor é = 0 →(a12, a13,a21, a23, a31, a32). A matriz possui valores diferentes de zero em uma das diagonais, contudo é uma matriz diagonal. 54 Matriz Identidade É uma matriz diagonal na qual aij = 1 se i = j. Então, a diagonal é composta por 1 e o restante por 0. A = [ 𝟏 𝟎 𝟎 𝟎 𝟏 𝟎 𝟎 𝟎 𝟏 ] A matriz possui valores iguais a 1 (um) em uma das diagonais. Matriz Transposta Matriz obtida ao se inverter linhas e colunas de uma matriz. No exemplo abaixo, está representada a matriz M e sua transposta MT (que é assim representada). Como pode ser observado as linhas viraram colunas: M = [ 𝟏 𝟐 𝟑 𝟒 𝟓 𝟔 𝟕 𝟖 𝟗 ] MT = [ 𝟏 𝟒 𝟕 𝟐 𝟓 𝟖 𝟑 𝟔 𝟗 ] A matriz MT foi obtida transformando as linhas da matriz M em colunas. Igualdade entre Matrizes Duas matrizes são iguais se todos os seus elementos correspondentes forem iguais. observe abaixo: 55 [ 𝒂 𝟑 𝟓 𝒅 ] = [ 𝟐 𝒅 𝒄 𝟕 ] Então, a = 2, b = 3, c = 5 e d = 7. Operações com Matrizes Adição Na adição de matrizes somamos os elementos iguais de cada matriz, ou seja, os elementos pertencentes à mesma linha e a mesma coluna. veja um exemplo: A + B: A = [ 3 5 −1 2 1 3 ] B= [ 4 5 −1 2 1 3 ] A + B= [ 3 + 4 5 + 5 −1 + (−1) 2 + 2 1 + 1 3 + 3 ] = [ 7 10 −2 4 2 6 ] Subtração Subtraímos os elementos iguais de cada matriz, ou seja, os elementos pertencentes à mesma linha e a mesma coluna. veja um exemplo: A – B: A = [ 3 5 −1 2 1 3 ] B= [ 4 5 −1 2 1 3 ] A + B = (aij + bij)mxn A – B = (aij – bij)mxn 56 A + B= [ 3 − 4 5 − 5 −1 − (−1) 2 − 2 1 − 1 3 − 3 ] = [ −1 0 0 0 0 0 ] as matrizes abaixo são as que serão utilizadas para a realização da seguinte operação: A = [ 1 0 3 2 ] B = [ 2 3 5 −2 ] C = [ −1 2 5 1 ] 𝐷 = 𝐴 − 𝐵 + 𝐶 Primeiro, subtrai-se os elementos A11-B11 e posteriormente soma-se o resultado da subtração com o elemento C11 e assim sucessivamente com os demais elementos das matrizes, como é mostrado a seguir: A-B+C = [ 1 0 3 2 ] - [ 2 3 5 −2 ]+ [ −1 2 5 1 ] = [ 1 − 2 + (−1) 0 − 3 + 2 3 − 5 + 5 2 − (−2) + 1 ] = [ −2 −1 3 5 ] Multiplicação por Escalar Se multiplicarmos uma matriz por um número real qualquer, todos os elementos dessa matriz serão multiplicados por este número. observe o exemplo a seguir: 3 x [ 2 3 5 1 ] = [ 6 9 15 3 ] 57 Multiplicação de Matrizes A multiplicação de matrizes consiste em multiplicar os membros da linha da 1° matriz pelos membros da coluna da 2° matriz, na qual os elementos devem ser somados, constituindo um único item posicional da matriz. Observe: [𝐴32] × [𝐵22]= [ 𝑎11 𝑎12 𝑎21 𝑎22 𝑎31 𝑎32 ] x [ 𝑏11 𝑏12 𝑏21 𝑏22 ] = [ 𝑎11 × 𝑏11 + 𝑎12 × 𝑏21 𝑎11 × 𝑏12 + 𝑎12 × 𝑏22 𝑎21 × 𝑏11 + 𝑎22 × 𝑏21 𝑎21 × 𝑏12 + 𝑎22 × 𝑏22 𝑎31 × 𝑏11 + 𝑎32 × 𝑏21 𝑎31 × 𝑏12 + 𝑎32 × 𝑏22 ] observe as matrizes a seguir e calcule AxB. Lembre-se: verifique se o número de colunas de A é igual ao número de linhas de B (nA = 3 e mB = 3). Após multiplique a linha de A pela coluna de B. 𝐀 = [ 𝟐 𝟓 𝟗 𝟑 𝟔 𝟖 ] 𝐁 = [ 𝟐 𝟕 𝟒 𝟑 𝟓 𝟐 ] [A] × [B] = [ 2 5 9 3 6 8 ] × [ 2 7 4 3 5 2 ] = Só podemos multiplicar A por B se o número de colunas de A for igual ao número de linhas de B. 58 [ (2x2) + (5x4) + (9x5) (2x7) + 5x3) + (9x2) (3x2) + (6x4) + (8x5) (3x7) + (6x3) + (8x2) ]= [ 4 + 20 + 45 14 + 15 + 18 6 + 24 + 40 21 + 18 + 16 ] = [ 69 47 70 55 ] Matriz Inversa Agora vamos aprender a calcular a matriz Inversa. Seja A uma matriz quadrada de ordem n. B é a inversa de A se AxB = BxA = In. Neste caso, chamaremos B de A-1. Uma matriz só é inversível se seu determinante for diferente de 0. observe a matriz a seguir e ache a A-1: A = [ 1 2 3 4 ] Primeiramente, vamos multiplicar a matriz A por uma matriz qualquer: [𝐴] × [𝑋] = [ 1 2 3 4 ] × [ 𝑎 𝑏 𝑐 𝑑 ] Aplicando o que nós já aprendemos, encontramos o seguinte resultado: [𝐴] × [𝑋] = [ 𝑎 + 2𝑐 𝑏 + 2𝑑 3𝑎 + 4𝑐 3𝑏 + 4𝑑 ] O próximo passo é igualarmos a matriz encontrada a uma matriz identidade: [ 𝑎 + 2𝑐 𝑏 + 2𝑑 3𝑎 + 4𝑐 3𝑏 + 4𝑑 ] = [ 𝟏 𝟎 𝟎 𝟏 ] 59 Assim podemos montar um sistema com quatro variáveis e quatro equações: { a + 2c = 1 3𝑎 + 4𝑐 = 0 𝑏 + 2𝑑 = 0 3𝑏 + 4𝑑 = 1 Agora é só resolver o sistema, obter o valor de ‘a’, ‘b’, ‘c’, ‘d’ e substituir na matriz: a + 2c = 1 a = 1 – 2c 3a + 4c = 0 ( substituindo a) 3(1 – 2c) + 4c = 0 3 – 6c + 4c =0 3 – 2c = 0 -2c = -3 c = 3/2 a = 1 – 2c ( substituindo c) a = 1 – 2(3/2) a = 1 – 6/2 a = 1 – 3 a = -2 b + 2d = 0 b = -2d 3b + 4d = 1 ( substituindo b) 3(-2d) + 4d = 1 -6d + 4d = 1 -2d = 1 60 d = -1/2 b = -2d (substituindo d) b = -2(-1/2) b = 2/2 b = 1 A matriz inversa de [A]= [𝐴]−1 = [ −2 1 3 2 − 1 2 ] TÓPICO 2 DETERMINANTES Chamamos de determinante de uma matriz o número real associado a ela, ou seja, determinante é uma função matricial que associa a cada matriz quadrada (no qual o número de linhas é igual ao número de colunas) um valor escalar; ela transforma essa matriz em um número real. Esta função permite saber se a matriz tem ou não inversa, pois as que não têm são precisamente aquelas cujo determinante é igual a 0. Somente definimos o determinante de uma matriz quadrada, então precisamos relembrar o que é uma matriz quadrada, certo? Uma matriz quadrada nada mais é que uma matriz que tem o número de linhas igual ao número de colunas. Para se indicar o determinante de uma matriz utiliza-se a seguinte representação: 𝐴 = [ 2 5 1 3 ] → det A = | 2 5 1 3 | http://pt.wikipedia.org/wiki/Fun%C3%A7%C3%A3o_matricial http://pt.wikipedia.org/wiki/Matriz_(matem%C3%A1tica) http://pt.wikipedia.org/wiki/Matriz_(matem%C3%A1tica)#Matriz_quadrada http://pt.wikipedia.org/wiki/Escalar http://pt.wikipedia.org/wiki/N%C3%BAmero_real http://pt.wikipedia.org/wiki/Matriz_inversa http://pt.wikipedia.org/wiki/Zero 61 Determinante de 1ª Ordem O determinante da matriz [A] de ordem n=1 é o próprio número que origina a matriz. Dada uma matriz quadrada de 1ª ordem A = [a11] temos que o determinante é o número real a11: A=[a 11] →det A = a11 calcule o determinante de [A]: [A] = [3] Det [A] = 3 Determinante de 2ª Ordem O determinante de uma matriz de segunda ordem é a diferença entre o produto dos termos da diagonal principal e o produto dos termos da diagonal secundária. 𝐴 = [ 𝑎11 𝑎12 𝑎21 𝑎22 ] Diagonal secundária Diagonal principal det [A] = 𝑎11 × 𝑎22 − 𝑎12 × 𝑎21 calcule o determinante de [A]: 𝐴 = [ 2 1 4 3 ] det [A] = 2 × 3 − 1 × 4 det [A] = 6 − 4 det [A] = 2 Determinante de 3ª Ordem http://pt.wikipedia.org/wiki/Matriz_quadrada 62 Aplica-se a regra de Sarrus. A Regra de Sarrus é um método para o cálculo do determinante de matrizes quadradas de ordem 3, consiste em em começar por escrever à direita da matriz as duas primeiras colunas da mesma ou escrever à baixo da matriz as duas primeiras linhas da mesma como segue abaixo: Somam-se, então, os produtos dos elementos das diagonais que partem de cima e da esquerda e subtraem-se os produtos dos elementos das diagonais que partem de cima e da direita: Utilizando o exemplo que duplicamos as duas primeiras colunas, vamos fazer a multiplicação conforme a indicação das setas: Det A = (a11 . a22 . a33 + a12. a23. a31 + a13 . a21. a32) - ( a13 . a22 . a31 + a11 . a23 . a32 + a12. a21. a33) calcule o determinante de [A]: http://pt.wikipedia.org/wiki/Sarrus http://pt.wikipedia.org/wiki/Determinante http://pt.wikipedia.org/wiki/Matriz_quadrada 63 A = [ 1 3 10 −1 1 10 0 2 10 ] → vamos duplicar as duas primeiras colunas | 1 3 10 −1 1 10 0 2 10 | | 1 3 −1 1 0 2 | Det (A) = ( (1.1.10) + (3.10.0) + (10.(-1).2)) – ((0.1.10) + (2.10.1) + (10.(-1).3) = = (10 + 0 + (-20)) – (0 +20 + (-30)) = -10 – (-10) = -10 + 10 = 0 Propriedades dos Determinantes Toda matriz quadrada que possui uma linha ou coluna nula tem determinante nulo; O determinante de uma matriz quadrada A é igual ao determinante de sua matriz transposta; Toda matriz que possui duas linhas ou colunas iguais tem determinante nulo; O determinante muda de sinal quando se troca a posição de duas linhas ou colunas; Uma matriz quadrada que possui duas linhas ou colunas proporcionais tem seu determinante nulo; O determinante do produto de duas matrizes é igual ao produto dos determinantes; Multiplicando uma linha ou coluna de uma matriz por um número real K, seu determinante fica respectivamente multiplicado por K; Uma matriz quadrada que possui todos os elementos de um mesmo lado da diagonal principal iguais a zero tem determinante igual ao produto dos elementos da diagonal principal. 64 TÓPICO 3 NÚMEROS COMPLEXOS A união dos conjuntos dos números naturais, inteiros, racionais e irracionais formam o conjunto dos números reais. A criação do conjunto dos números reais se deu ao longo de todo o processo de evolução da matemática, atendendo às necessidades da sociedade. Na busca por novas descobertas, os matemáticos esbarraram em uma situação oriunda da resolução de uma equação do 2º grau. Vamos resolver a equação x² + 2x + 5 = 0, aplicando o Teorema de Bháskara, como já estudamos em Cálculo Técnico I: 𝑥 = −𝑏±√𝑏2−4𝑎𝑐 2𝑎 𝑥 = −2 ± √22 − 4.1.5 2.1 𝑥 = −2 ± √4 − 20 2 𝑥 = −2 ± √−16 2 Note que ao desenvolver o teorema nos deparamos com a raiz quadrada de um número negativo, sendo impossível a resolução dentro do conjunto dos números reais, pois não existe número negativo que elevado ao quadrado tenha como resultado número negativo. A resolução dessas raízes só foi possível com a criação e a adequação dos números complexos, por Leonhard Importante: os números complexos serão de extrema importância para análise de circuitos em correntes alternadas – por isso, prestem bastante atenção a este conteúdo! Este Tópico foi baseado no site: http://www.brasilescol a.com/matematica/co njunto-dos-numeros- complexos.htm 65 Euler. Os números complexos são representados pela letra C e são mais conhecidos como o número da letra i, sendo designada nesse conjunto a seguinte fundamentação: i² = -1 Esses estudos levaram os matemáticos ao cálculo das raízes de números negativos, pois com a utilização do termo i² = - 1, também conhecido como número imaginário, é possível extrair a raiz quadrada de números negativos. Observe o processo para equação do 2º grau acima: √−16 = √−1 .16 =√−1. 42 = √−1. √42 Teremos então: √−1 = i √42 = 4 Portanto: √−16 = 4 i A necessidade de se obter a solução de tal equação motivou o estudo de raízes com índice par de números negativos. Então, Euler foi um dos pioneiros neste estudo ao designar a raiz quadrada de -1 como sendo a unidade imaginária, ou seja: 𝒊 = √−𝟏 Relembrando: quando temos a raiz quadrado de um lado do sinal de igual (=) e queremos passá-la para o outro lado, devemos inverter a operação. Ou seja, levar essa raiz para o outro 66 lado do sinal de igual, permanecendo o expoente com o mesmo índice da raiz. Portanto, 𝒊 = √−𝟏 i 2 = -1 Em outro exemplo de equação do 2º grau, ao resolver a equação x² + 4 = 0, obtemos como solução x² = - 4 ou: 𝑥 = ±√−4 → 𝑥 = ±√4(−1) → 𝑥 = ±2√−1 → 𝑥1 = +2√−1 𝑒 𝑥2 = −2√−1, Portanto, se 𝒊 = √−𝟏 teremos: 𝑥1 = +2√−1 𝑒 𝑥2 = −2√−1, 𝒙𝟏 = 𝟐𝒊 𝒐𝒖 𝒙𝟐 = −𝟐𝒊 Ao se chamar a unidade imaginária 𝒊 = √−𝟏 fica criado o Conjunto dos Números Complexos, que é uma aplicação do conjunto dos números reais. Os números complexos constituem o maior conjunto numérico existente. Observe a representação abaixo: Número Complexo = Parte Real + Parte Imaginária 67 Nela destacamos: N: conjunto dos números naturais; Z: conjunto dos números inteiros; Q: conjunto dos números racionais; I: conjunto dos números irracionais; R: conjunto dos números reais; C: conjunto dos números complexos. Forma AlgébricaUm número complexo na forma algébrica provém de um par ordenado que pode ser representado no sistema cartesiano ortogonal, também chamado de plano de Argand-Gauss ou, ainda, plano imaginário. Observe: Então, todo número complexo z = (a,b) pode ser expresso na forma algébrica por: z = a + bi Esta figura foi retirada do site: http://www.profezequias.n et/complexos.html 68 Onde: a = parte real e bi = parte imaginária, sendo: a = coeficiente da parte real e b = coeficiente da parte imaginária. O conjunto dos números complexos “C”, na forma algébrica pode ser assim definido: C ={𝑎 + 𝑏𝑖, 𝑠𝑒𝑛𝑑𝑜 𝑎, 𝑏 𝜖 𝑅 𝑒 𝑖 = √−1} O conjunto dos números complexos “C” é igual a soma do coeficiente da parte real “a” com o coeficiente da parte imaginária “bi”, sendo a, b pertencente ( 𝜖) ao conjunto dos números reais (𝑅) e i igual à raiz quadrada de menos um (𝑖 = √-1). observe os casos abaixo: 1. 𝑧1 = 3 + 2𝑖 Onde: a = 3 b = 2 2. 𝑧2 = 5 − 2𝑖 Onde: a = 5 b = - 2 3. 𝑧3 = 2 + 0𝑖 Onde: a = 2 b = 0 Neste caso z3 é chamado de número real, pois a parte imaginária é igual à zero. 4. 𝑧4 = 0 − 4𝑖 Onde: a = 0 b = -4 69 Neste caso z4 é chamado de número imaginário puro, pois a parte real é igual à zero. 5. 𝑧5 = 4+6𝑖 3 Onde: a = 4 3 b = 6 3 = 2 Potências de i Como já visto 𝑖 = √−1 . Considerando as potências deste número, sendo n um número inteiro, podemos estabelecer: 𝑖0 = 1 𝑖1 = 𝑖 𝑖2 = 𝑖 . 𝑖 = √−1 . √−1 = −1 𝑖3 = 𝑖2 . 𝑖 = (−1) . 𝑖 = −𝑖 𝑖4 = 𝑖2 . 𝑖2 = (−1) . (−1) = 1 𝑖5 = 𝑖3 . 𝑖2 = (−𝑖) . (−1) = + 𝑖 𝑖6 = 𝑖3 . 𝑖3 = (−𝑖) . (−𝑖) = 𝑖2 = −1 𝑖7 = 𝑖 . 𝑖6 = 𝑖 . (−1) = −𝑖 ......... Notamos que as potências de 𝑖 são periódicas de período igual a 4 . E sendo isto verdade, notamos que essa periodicidade sempre será: 1, i, -1,-i, 1, i, -1, -i.....de período em período. Vamos explicar como chegar nesses valores 1, i, -1, -i que irão se repetir sempre. 𝒊𝟎 = 𝟏 Todo número elevado a zero é 1; 𝒊𝟏 = 𝒊 1 , i , -1, -i 1 , i , -1, -i 70 Todo número elevado a 1 é ele próprio; 𝒊𝟐 = 𝒊 . 𝒊 = √−𝟏 . √−𝟏 = −𝟏 Sabemos que o número imaginário i = √−𝟏, portanto 𝒊𝟐 = ( √−𝟏) 𝟐 neste caso, vamos cortar a raiz quadrada com o expoente 2 (𝒊𝟐 = ( √−𝟏) 𝟐 ) e irá resultar apenas -1. 𝒊𝟑 = 𝒊𝟐 . 𝒊 = (−𝟏) . 𝒊 = −𝒊 Nesse caso, podemos dizer que 𝒊𝟑 = 𝒊𝟐 . 𝒊 (pois, segundo a regra dos expoentes: multiplicação de bases iguais (no caso i) conserva-se a base e soma os expoentes (o contrário também é verdadeiro). Substituímos 𝒊𝟐 = −𝟏 ficamos com: 𝒊𝟐 . 𝒊 = (−𝟏) . 𝒊 = −𝒊 E assim finalizamos a periodicidade de período igual a 4: 1, i , -1, -1 Para resolver os expoentes maiores que quatro, dividimos o expoente por 4 e o resto desta divisão será o novo expoente do número imaginário, o qual estará dentro da periodicidade. Podemos, então, generalizar as potências de i como sendo: 𝑖𝑛, n ∈ N, n ≥ 4, dividindo o expoente n por 4 e igualando o 𝒊𝒏 = 𝒊𝒓, onde r é o resto da divisão. “⎿ " 𝑠𝑖𝑔𝑛𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎 𝑑𝑖𝑣𝑖𝑠ã𝑜 71 𝑛 ⎿4 𝑟 𝑞 , 𝑛 = 4. 𝑞 + 𝑟 1. 𝑖13 ; 13⎿4; r = 1; 𝑖13 = 𝑖1 → 𝑖13 = 𝑖 1 3 2. 𝑖27; 27⎿4; r = 3; 𝑖27 = 𝑖3 = -i 𝑜𝑛𝑑𝑒 𝑖3 = 𝑖2. i = -1. 𝑖 = -𝑖 3 6 3. (3 − 2𝑖)2 = 32 – 12𝑖 + 4𝑖2 = 9 – 12𝑖 + 4.(-1) = 5 – 12𝑖. Igualdade de Números Complexos Dois números complexos são iguais se as partes reais, entre si, e os coeficientes das partes imaginárias, entre si, forem iguais. Se: z1 = a1 + b1i e z2 = a2 + b2i , então: z1 = 𝑧2 ⇔ 𝑎1 = 𝑎2 e 𝑏1= 𝑏2 𝑧1 = 𝑥 − 7𝑖 e 𝑧2 = 4 + 𝑦𝑖 Se 𝑧1 = 𝑧2 ⇔ 𝑎1 = 𝑎2 e 𝑏1= 𝑏2 então; a1 = x a2 = 4 então x = 4 b1 = -7 b2 = y então y = -7 Conjugado dos Números Complexos Para se obter o conjugado de um número complexo, basta inverter o sinal de coeficiente da parte imaginária, ou seja, basta mudar o sinal do número que acompanha o número 72 imaginário “i”. Se for positivo (+) fica negativo (–) e se for negativo, fica positivo. Se z = a + bi, o conjugado de z é denotado por: 𝑧̅ = a – bi. quais os conjugados dos números complexos abaixo: 1. 𝑧1 = 2 + 3𝑖 → 𝑧1̅= 2 - 3𝑖 2. 𝑧2 = √3 + 𝑖 → 𝑧2̅ = √3 − 𝑖 3. 𝑧3 = −𝜋𝑖 → 𝑧3̅ = +𝜋𝑖 Adição Na operação de adição entre os números complexos, somam-se as partes reais e os coeficientes das partes imaginárias, respectivamente. z1 = 3 − 4i e z2 = −2 + 3i Neste caso vamos somar as partes reais a1 = 3 e a2 = -2 e os coeficientes das partes imaginárias b1 = -4 e b2 = 3 z1+ z2 = [3 + ( −2)] + [( −4) + 3]i = 1 − 1i = 1 − i (2 + 5i) + (3 + 4i) = Pessoal!!! Note que um traço sobre o número complexo z, representa o seu conjugado 𝑧̅. 73 Neste caso, aparece uma operação de adição entre dois números complexos, novamente vamos somar as partes reais e as partes imaginárias. Partes reais a1 = 2 e a2 = 3, esta soma vai resultar em 2 + 3 = 5. Agora, os coeficientes das partes imaginárias são b1 = 5 e b2 = 4, esta soma irá resultar em 5 + 4 = 9. Portanto: (2 + 5i) + (3 + 4i) = 5 + 9i Subtração Na operação de subtração subtraem-se as partes reais e os coeficientes das partes imaginárias, respectivamente. Então, aqui faremos como as operações de adição só que neste caso iremos subtrair. z1 = 5 + 4i e z2 = 7 + 3𝑖 Neste caso vamos subtrair as partes reais a1 = 5 e a2 = 7, esta subtração irá resultar em 5 - 7 = -2. Subtrair também os coeficientes das partes imaginárias b1 = 4 e b2 = 3, esta subtração irá resultar em 4 - 3 = 1. z1 − z2 = (5 − 7) + (4 − 3)i = −2 + 1i = −2 + i (2+ 5i) - (3 + 4i) Neste caso vamos subtrair as partes reais a1 = 2 e a2 = 3, essa subtração irá resultar em 2 - 3 = -1. Subtrair também os coeficientes das partes imaginárias b1 = 5 e b2 = 4, essa subtração irá resultar em 5 - 4 = -1. z1 − z2 = (2 − 3) + (5 − 4)i = 74 −1 − 1i = −1 − i (1 + i) - (1 - i) = Neste caso vamos fazer de forma direta sem apresentar o passo a passo da subtração, ok? É fácil e simples! (1 + i) - (1 - i) = 0 +1i = i Neste caso, a parte real se anulou e deixou de existir, resultando em apenas 1i, que pode ser representando por apenas “i”. Como a parte real não existe, chamamos esse número complexo de imaginário puro. Multiplicação Na multiplicação de números complexos aplica-se a propriedade distributiva. Podemos chamar também essa multiplicação de “chuveirinho”, na qual o primeiro número a1 multiplica a2 e b2 e o segundo número b1 multiplica novamente a2 e b2. z1 = 2 − 5i e z2 = 3 + 2i 75 z1. z2 = 2 . 3 + 2 . 2i + 3. (-5i) + 2i. (-5i) = 6+ 4i - 15i -10i 2 =z1 . z2 = 6 − 11i − 10𝑖 2 Quando aparecer o i2 podemos utilizar a regra das potências dos números imaginário e substituir o i2 por -1. Então, como i2 = −1 : z1 . z2 = 6 − 11i − 10. (−1) = 6 − 11i + 10 = 16 − 11i (2 + 3i) . (3 - 2i), vamos aplicar o chuveirinho! (2 + 3i) . (3 - 2i) z1. z2 = 2 . 3 + 2 . −2i + 3. (3i) + (-2i). (3i) = 6 - 4i + 9i - 6i 2 Vamos realizar as operações com os termos semelhantes =z1 . z2 = 6 + 5i − 6𝑖 2. Quando aparece o i2 podemos utilizar a regra das potências dos números imaginários e substituir o i2 por -1. Então, como i2 = −1, : z1 . z2 = 6 + 5i − 6. (−1) = 6 + 5i + 6 = 12 + 5i (1 + 3i) (1 + i), vamos aplicar o chuveirinho! (1 + 3i) (1 + i) z1. z2 = 1 . 1 + 1 .i + 1. (3i) + i. (3i) = 1 + i + 3i + 3i 2 76 Vamos realizar as operações com os termos semelhantes =z1 . z2 = 1 + 4i + 3𝑖 2 Quando aparece o i2 podemos utilizar a regra das potências dos números imaginários e substituir o i2 por -1. Então, como i2 = −1, : z1 . z2 = 1 + 4i + 3. (−1) = 1 + 4i − 3 = −2 + 4i Divisão O quociente entre dois números complexos é obtido multiplicando-se o numerador e o denominador pelo conjugado do denominador: Z1 Z2 = Z1 . 𝑧2̅ Z2. 𝑧2̅ Pessoal, vamos relembrar que para encontrar o conjugado (𝑧̅ ) de um número complexo basta inverter o sinal do coeficiente da parte imaginária, ou seja, basta mudar o sinal do número que acompanha o número imaginário “i”. Para compreender melhor vamos acompanhar a resolução dos exemplos: i i 2 1510 = Como é uma divisão de números complexos, precisamos multiplicar o numerador e denominador dessa fração pelo conjugado z̅ do denominador. O primeiro passo, então é definir o conjugado do denominador: NUMERADOR DENOMINADOR 77 Conjugado do denominado: basta mudar o sinal da parte imaginária z̅ = 2 + i Já no segundo passo é fazer a multiplicação do numerador e denominador pelo conjugado do denominador encontrado acima. . 2+i 2+i Como vimos na multiplicação dos números complexos vamos aplicar a regra do chuveirinho – propriedade distributiva. . 2+i 2+i = (−10 .2)+(−10 .i)+(15i .2)+(15i .i) (2.2)+(2.i)+(−i.2)+(−i.i) = −20−10i+30i+15i2 4+2i−2i−i2 Vamos resolver as operações com os termos semelhantes. −20+20i+15i2 4−i2 Agora vamos aplicar as propriedades de potência dos números complexos. Onde tem i2 podemos substituir por: i2 = -1 −20+20i+15.(−1) 4−(−1) = −20+20i−15 4+1 = −35+20i 5 i i 2 1510 i i 2 1510 i i 2 1510 DENOMINADOR 78 Agora podemos dividir os coeficientes do número complexo pelo denominador 5. −35+20i 5 =-7 + 4i i i 1 31 Como é uma divisão de números complexos, precisamos multiplicar o numerador e denominador dessa fração pelo conjugado z̅ do denominador. O primeiro passo, então é definir o conjugado do denominador: = Conjugado do denominado: basta mudar o sinal da parte imaginária z̅ = 1 − i O segundo passo é fazer a multiplicação do numerador e denominador pelo conjugado do denominador encontrado acima. . 1−i 1−i Como vimos na multiplicação dos números complexos vamos aplicar a regra do chuveirinho – propriedade distributiva. . 1−i 1−i = (1 .1)+(1 .−i)+(3i .1)+(3i .−i) (1.1)+(1.−i)+(i.1)+(i.−i) 1−i+3i−3i2 1−i+i−i2 i i 1 31 i i 1 31 i i 1 31 DENOMINADOR 79 Vamos resolver as operações com os termos semelhantes. 1+2i−3i2 1−i2 Agora vamos aplicar as propriedades de potência dos números complexos. Onde tem i2 podemos substituir por: i2 = -1 1+2i−3(−1) 1−(−1) = 1+2i+3 1+1 = 4+2i 2 = Agora podemos dividir os coeficientes do número complexo pelo denominador 2. 4+2i 2 = 2 + 1i = 2 + i 80 EXERCÍCIOS 1. Dada a Matriz 𝐴 = [ 3 2 8 5 ] encontre [𝐴]𝑇e [𝐴]−1 _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ 2. Faça as operações solicitadas abaixo: _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ 3. Dada as matrizes abaixo: 81 Obtenha: 4. Determine a matriz inversa das seguintes matrizes: 82 5. Para a matriz [A] dada abaixo, qual matriz representa [A]²: 6. Dado as matrizes abaixo, o valor de 2A-3B-C é: 83 7. Calcule o valor de cada um dos determinantes: 84 8. Determine o coeficiente da parte real e o coeficiente da parte imaginária de cada um dos números complexos. a. 𝑍 = 2𝑖 − 3 b. 𝑍 = − 7𝑖 c. 𝑍 = 9 d. 𝑍 = 8+3𝑖 7 e. 𝑍 = 12 − √3𝑖 9. Representem, no plano imaginário, os complexos: 𝑎) 𝑍1 = 2 + 𝑖 𝑏) 𝑍2 = −3𝑖 10. Efetue as operações: a. (1 + i) . ( 3 – 2i) = b. (3 + i ) . (-i) = c. 4−𝑖 3+𝑖 = d. (2 + 3i ) . (1 - 𝑖5) + 2i -3 = e. (2+i) (7−3i) = 85 CHECK LIST Nessa unidade você pôde aprender: a realizar operações matemáticas simples entre matrizes; identificar e calcular diversos tipos de matrizes; calcular determinantes de qualquer ordem. 86 GABARITO COMENTADO UNIDADE 1 Questão 1 Para resolver este exercício precisamos usar a regra: HIPOTENUSA2 = CATETO2 + CATETO2 a. HIPOTENUSA2 = CATETO2 + CATETO2 Que podemos representar da seguinte maneira: a2 =b2 + c2 a2 = 120 2 + 1602 a2 = 14.400 + 25.600 a2 = 40.000 a = √40.000 a = 200 cm b. HIPOTENUSA2 = CATETO2 + CATETO2 a2 =b2 + c2 352 = 202 + c2 1.225 = 400 + c2 c2 = 1.225 – 400 c2 = 825 c = √825 c = 28,72 m (aproximadamente) c. HIPOTENUSA2 = CATETO2 + CATETO2 a2 =b2 + c2 87 212 = b2 + 192 441 = b2 + 361 b2 = 441 – 361 b2 = 80 b= √80 b = 8,94 m (aproximadamente) Questão 2 Para determinarmos os senos e cossenos dos ângulos α e β, usaremos as funções trigonométricas: Sen α = cateto oposto Cos α = cateto adjacente Tg α = cateto oposto hipotenusa hipotenusa cateto adjacente a. senα = 8/13 = 0,615 b. cosα = 6/13 = 0,461 c. tgα = 8/6 = 1,3333... d. senβ = 6/13 = 0,461 e. cosβ = 8/13 = 0,615 f. tg β =6/8 = 0,75 Questão 3 Neste caso vamos utilizar novamente as funções: Sen α = cateto oposto Cos α = cateto adjacente hipotenusa hipotenusa Para calcular o lado b podemos usar: Sen 30º = b/110 0,5 = b/110 b = 0,5 x 110 b = 55 cm 88 Ou ainda por: cos 60º = b/110 →verifique se você encontra o mesmo resultado. Para calcular o lado c: Sen 60º = c/110 0,86 = c/110 C = 94,6 cm Ou ainda por: cos 30º = c/110 →verifique se você encontra o mesmo resultado. Questão 4 Para o cálculo do ângulo β retiramos os dados do problema que são: Cateto Oposto (CO) ao ângulo β = 60 m e Cateto Adjacente (CA) ao ângulo β= 34,64203 m. A relação trigonométrica que utiliza cateto oposto e adjacente é a tangente do ângulo. Portanto: Tg β= CO CA Tg β= 60/34,64203 Tg β=1,732 m Agora para determinar o ângulo cujo tangente é 1,732 m → usa-se a calculadora científica na segunda função tan-1(1,732) = 59,99927222. Resposta: β= 60º “aproximadamente”. Questão 5 Para determinar o valor de y com os dados da questão podemos resolver por: Sen 30º = 115/y 0,5 = 115/y Y = 115/0,5 Y = 230 cm Ou podemos resolver por: 89 Cos 60º= 115/y → Resolva para ver se você consegue chegar ao mesmo resultado! UNIDADE 2 Questão 1 a. Esta questão você responde com uma simples contagem: TvA = 30; TvB = 30; TvC = 20; TvD = 100 e nenhum canal = 20. Portanto: 30+30+20+100+20 = 200 b. Vamos estabelecer uma regra de três simples. Número de residências 200 (TOTAL) 100%30 (TvB) x 200x = 3000 x = 3000:200 X = 15 % Questão 2 a. n = números de clientes? Para achar n basta somente somar os valores do eixo y (vertical) do gráfico: n = 15 + 31+ 20 + 25 + 10 +19 = 120 clientes b. ao menos gataram R$ 20: resolve-se por regra de três: 120 clientes --------100% (20 + 31 + 15) ------x? 120 x = 6600 X = 6600/120 x = 55% c. Gastaram menos de 15 reais – regra de três: 90 120 clientes --------100% ( 31 + 15) ------x? 120 x = 4600 X = 4600/120 x = 38,333..% Questão 3 a. A venda foi menor na segunda e quarta–feira com 50 bolos vendidos em cada dia. A venda foi maior no domingo, 175 bolos. b. 125 bolos vendidos na quinta-feira: 5 x 25 = 125. c. Quantidades iguais de bolos vendidos: segunda e quarta-feira foram vendidos 50 bolos cada dia; terça e sexta-feira foram vendidos 75 bolos. d. 28 kits de 25 bolos cada, portanto: 28 x 25 = 700 bolos na semana. e. Regra de três: 700 bolos -------100% 175---------------- x X = 17500 / 700 x = 25% Questão 4 Vamos calcular a média aritmética das turmas usando a nota média de cada coluna: ( 2x2,5 + 3x3,5 + 5x4,5 + 8x5,5 + 4x6,5 + 5x7,5 + 5x8,5 + 4x9,5 ) = 36 5 + 10,5 + 22,5 + 44 + 26 + 37,5 + 42,5 + 38 = 226 ≈ 6,28 36 36 Portanto, a alternativa correta é a letra c. É superior a 6,0. 91 Questão 5 Somam-se os valores e divide-se pelo número de ocorrências: 11+ 7+ 13 +9 = 40 = 10 4 4 Questão 6 10x1 + 14x2 + 18x3 + 30x5 = 242 = 22 1 + 2 + 3 + 5 11 Questão 7 Frequência absoluta é o número de vezes que a informação é observada na população. Já a frequência relativa é obtida dividindo-se a frequência absoluta pela quantidade de elementos da população. Classe Frequência absoluta Frequência relativa [165,170[ 6 ( existem 7 números entre 165 e 170 o 170 não entra: 167, 169, 168, 165, 165, 166) 6 ÷25 = 0,24 x 100= 24% [170,175[ 7 (174, 173, 170, 171, 173, 171,171) 7 ÷25 = 0,28 x 100= 28% [175,180[ 6 (177, 178, 175, 179, 178, 176) 6 ÷25 = 0,24 x 100= 24% [180,185[ 4 (184, 183, 182,180) 4 ÷25 = 0,16 x 100= 16% [185,190[ 2 (185, 187) 2 ÷25 = 0,08 x 100= 8% Total 25 alunos 100% 92 UNIDADE 3 Questão 1 𝐴 = [ 3 2 8 5 ] encontre [𝐴]𝑇e [𝐴]−1. Trasposta da matriz A =AT . Na matriz transposta o que é linha vira coluna, portanto AT= 𝐴 = [ 3 8 2 5 ] Agora para achar a matriz inversa da matriz A =A-1. Primeiramente, vamos multiplicar a matriz A por uma matriz qualquer: 𝐴 = [ 3 2 8 5 ] . [ 𝑎 𝑏 𝑐 𝑑 ] = Aplicando o que nós já aprendemos (linha x coluna), encontramos o seguinte resultado: 𝐴 = [ 3𝑎 + 2𝑐 3𝑏 + 8𝑑 8𝑎 + 5𝑐 8𝑏 + 5 𝑑 ] O próximo passo é igualarmos a matriz encontrada a uma matriz identidade: 𝐴 = [ 3𝑎 + 2𝑐 3𝑏 + 8𝑑 8𝑎 + 5𝑐 8𝑏 + 5 𝑑 ] = [ 𝟏 𝟎 𝟎 𝟏 ] Assim podemos montar um sistema com quatro variáveis e quatro equações: { 3a + 2c = 1 8𝑎 + 5𝑐 = 0 3𝑏 + 8𝑑 = 0 8𝑏 + 5𝑑 = 1 Agora é só resolver o sistema, obter o valor de ‘a’, ‘b’, ‘c’, ‘d’ e substituir na matriz: 8a + 5c = 0 a= -5c 8 3a + 2c = 1 ( substituído a) 3(– 5c/8) + 2c = 1 (– 15c/8) + 2c = 1 93 -1,875c + 2c = 1 0,125c = 1 c = 8 a= -5c ( substituindo c) 8 a = -5.(8)/8 a = -5 3b = -2b b = -2b/3 8b + 5d = 1 ( substituindo b) 8(-2d/3) + 5d = 1 -5,33333333d + 5d = 1 -0,3333333d = 1 d = -1/0,33333 d= - 3,000003 aproximadamente -3 3b = -2d (substituindo d) b = -2 (-3) 3 b = 6/3 b = 2 A matriz inversa de [A]= [ −5 2 8 −3 ] Questão 2) a. ( 3 5 7 3 8 6 ) + ( 2 6 −3 8 7 −2 ) = ( 3 + 2 5 + 6 7 + (−3) 3 + 8 8 + 7 6 + (−2) ) = ( 5 11 4 11 15 4 ) Só podemos somar ou subtrair os elementos pertencentes à mesma linha (i) e coluna (j). b. ( 3 −7 0 15 1 −6 ) + ( −10 0 3 −5 1 −7 ) = ( 3 + (−10) −7 + 0 0 + 3 15 + (−5) 1 + 1 −6 + (−7) ) = ( −7 −7 3 10 2 −13 ) 94 Questão 3 A= ( 2 3 7 5 6 0 ) B= ( 0 4 1 −1 3 2 ) a. 1 3 . A 1 3 . ( 2 3 7 5 6 0 ) Devemos multiplicar todos os elementos dessa matriz por 1 3 . 1 3 . A = ( 2 3 1 7 3 5 3 2 0 ) b. 2. B ⇒ 2. ( 0 4 1 −1 3 2 ) = ( 0 8 2 −2 6 4 ) c. 3A + 2𝐵𝑇 3.a = 3 ( 2 3 7 5 6 0 ) = ( 6 9 21 15 18 0 ) O que é linha vira coluna = matriz transposta. 2.𝐵𝑇= 2. ( 0 1 3 4 −1 2 ) = ( 0 2 6 8 −2 4 ) 3A + 2𝐵𝑇 ( 6 9 21 15 18 0 ) + ( 0 2 6 8 −2 4 ) = ( 6 11 27 23 16 4 ) d. A*B ↓ ↓ ( 2 3 7 5 6 0 ) 2𝑋3 * ( 0 4 1 −1 3 2 ) 3𝑋2 95 Lembrando que na multiplicação de matrizes multiplica-se linha por coluna. E para poder ocorrer a multiplicação, o número de colunas do 1º deve ser igual ao número de linhas do 2º. ( 2𝑋0 + 3𝑋1 + 7𝑋3 2𝑋4 + 3𝑋(−1) + 7𝑋2 5𝑋0 + 6𝑋1 + 0𝑋3 5𝑋4 + 6𝑋(−1) + 0𝑋2 ) ( 26 19 6 14 ) 2𝑋2 A resposta vai ser dada por uma matriz com o mesmo número de linhas da 1º (2) e o mesmo número de colunas da 2º (2). Só podemos somar ou subtrair os elementos pertencentes à mesma linha (i) e coluna (j). Questão 4 a. Matriz Inversa A-1 →deve-se multiplicar a matriz por outra matriz qualquer ( 𝑎 𝑏 𝑐 𝑑 ) e igualar por uma matriz identidade ( 1 0 0 1 ) portanto: ( 4 −1 3 2 ) . ( 𝑎 𝑏 𝑐 𝑑 ) = ( 1 0 0 1 ) ( 4𝑎 − 𝑐 4𝑏 − 𝑑 −3𝑎 + 2𝑐 −3𝑏 + 2𝑑 ) = ( 1 0 0 1 ) { 4𝑎 − 𝑐 = 1 −3𝑎 + 2𝑐 = 0 { 4𝑏 − 𝑑 = 0 −3𝑏 + 2𝑑 = 1 2c =3a 4b = d substituindo em : −3𝑏 + 2𝑑 = 1 c = 3𝑎 2 -3b + 2.(4b)= 1 4a – c = 1 -3b +8b = 1→ 5b = 1→b = 𝟏 𝟓 4a - 𝟑𝒂 𝟐 = 𝟏 substituindo b, temos: 4b=d → 4. 𝟏 𝟓 = d →d = 𝟒 𝟓 8𝑎−3𝑎 2 = 1 5a =2 8 21 3 2 -3 14 0 6 0 20 -6 0 96 a= 𝟐 𝟓 substituindo a em c, temos: c = 3𝑎 2 →c = 3. 2 5 /2 →c = 6 5 2 1 →c = 6 5 . 1 2 →c = 𝟔 𝟏𝟎 = 𝟑 𝟓 pois simplificamos por 2. Resposta: ( 2 5 1 5 3 5 4 5 ) b. ( 5 0 1 2 ) . ( 𝑎 𝑏 𝑐 𝑑 ) = ( 1 0 0 1 ) ( 5𝑎 5𝑏 𝑎 + 2𝑐 𝑏 + 2𝑑 ) = ( 1 0 0 1 ) 5a = 1 5b = 0 a + 2c = 0 b + 2d = 1 a = 𝟏 𝟓 b = 0 1 5 + 2c = 0 0 + 2d = 1 2.c = −1 5 d = 𝟏 𝟐 c = −𝟏 𝟏𝟎 c. ( 8 9 7 8 ) . ( 𝑎 𝑏 𝑐 𝑑 ) = ( 1 0 0 1 ) ( 8𝑎 + 9𝑐 8𝑏 + 9𝑎 7𝑎 + 8𝑐 7𝑏 + 8𝑎 ) = ( 1 0 0 1 ) { 8𝑎 + 9𝑐 = 1 7𝑎 + 8𝑐 = 0 { 8𝑏 + 9𝑑 = 0 7𝑏 + 8𝑑 = 1 7a = -8c 8b = -9d a = −𝟖𝒄 𝟕 b = −𝟗𝒅 𝟖 8𝑎 + 9𝑐 = 1 7𝑏 + 8𝑑 = 1 8 ( −8𝑐 7 ) + 9𝑐 = 1 7 ( −9𝑑 8 ) + 8𝑑 = 1 −64𝑐 7 + 9𝑐 1 = 1 −63𝑑 8 + 8𝑑 1 = 1 −64𝑐+63𝑐 7 = 1 −63𝑑+64𝑑 8 = 1 97 −𝑐 = 7 𝒅 = 𝟖 𝒄 = −𝟕 Substituindo: 𝑎 = −8𝑐
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