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RACIOCÍNIO LÓGICO Didatismo e Conhecimento 1 RACIOCÍNIO LÓGICO 1. RACIOCÍNIO LÓGICO: CONJUNTOS E SUAS OPERAÇÕES. Número de Elementos da União e da Intersecção de Conjuntos Dados dois conjuntos A e B, como vemos na figura abaixo, podemos estabelecer uma relação entre os respectivos números de elementos. Note que ao subtrairmos os elementos comuns evitamos que eles sejam contados duas vezes. Observações: a) Se os conjuntos A e B forem disjuntos ou se mesmo um deles estiver contido no outro, ainda assim a relação dada será verdadeira. b) Podemos ampliar a relação do número de elementos para três ou mais conjuntos com a mesma eficiência. Observe o diagrama e comprove. Conjuntos Conjuntos Primitivos Os conceitos de conjunto, elemento e pertinência são primitivos, ou seja, não são definidos. Um cacho de bananas, um cardume de peixes ou uma porção de livros são todos exemplos de conjuntos. Conjuntos, como usualmente são concebidos, têm elementos. Um elemento de um conjunto pode ser uma banana, um peixe ou um livro. Convém frisar que um conjunto pode ele mesmo ser elemento de algum outro conjunto. Por exemplo, uma reta é um conjunto de pontos; um feixe de retas é um conjunto onde cada elemento (reta) é também conjunto (de pontos). Em geral indicaremos os conjuntos pelas letras maiúsculas A, B, C, ..., X, e os elementos pelas letras minúsculas a, b, c, ..., x, y, ..., embora não exista essa obrigatoriedade. Em Geometria, por exemplo, os pontos são indicados por letras maiúsculas e as retas (que são conjuntos de pontos) por letras minúsculas. Outro conceito fundamental é o de relação de pertinência que nos dá um relacionamento entre um elemento e um conjunto. Se x é um elemento de um conjunto A, escreveremos x∈A Lê-se: x é elemento de A ou x pertence a A. Se x não é um elemento de um conjunto A, escreveremos x ∉A Lê-se x não é elemento de A ou x não pertence a A. Como representar um conjunto Pela designação de seus elementos: Escrevemos os elementos entre chaves, separando os por vírgula. Exemplos - {3, 6, 7, 8} indica o conjunto formado pelos elementos 3, 6, 7 e 8. {a; b; m} indica o conjunto constituído pelos elementos a, b e m. {1; {2; 3}; {3}} indica o conjunto cujos elementos são 1, {2; 3} e {3}. Pela propriedade de seus elementos: Conhecida uma propriedade P que caracteriza os elementos de um conjunto A, este fica bem determinado. P termo “propriedade P que caracteriza os elementos de um conjunto A” significa que, dado um elemento x qualquer temos: Assim sendo, o conjunto dos elementos x que possuem a propriedade P é indicado por: {x, tal que x tem a propriedade P} Uma vez que “tal que” pode ser denotado por t.q. ou | ou ainda :, podemos indicar o mesmo conjunto por: {x, t . q . x tem a propriedade P} ou, ainda, {x : x tem a propriedade P} Didatismo e Conhecimento 2 RACIOCÍNIO LÓGICO Exemplos - { x, t.q. x é vogal } é o mesmo que {a, e, i, o, u} - {x | x é um número natural menor que 4 } é o mesmo que {0, 1, 2, 3} - {x : x em um número inteiro e x2 = x } é o mesmo que {0, 1} Pelo diagrama de Venn-Euler: O diagrama de Venn-Euler consiste em representar o conjunto através de um “círculo” de tal forma que seus elementos e somente eles estejam no “círculo”. Exemplos - Se A = {a, e, i, o, u} então - Se B = {0, 1, 2, 3 }, então Conjunto Vazio Conjunto vazio é aquele que não possui elementos. Representa- se pela letra do alfabeto norueguês 0/ ou, simplesmente { }. Simbolicamente: ∀ x, x∉ 0/ Exemplos - 0/ = {x : x é um número inteiro e 3x = 1} - 0/ = {x | x é um número natural e 3 – x = 4} - 0/ = {x | x ≠ x} Subconjunto Sejam A e B dois conjuntos. Se todo elemento de A é também elemento de B, dizemos que A é um subconjunto de B ou A é a parte de B ou, ainda, A está contido em B e indicamos por A ⊂ B. Simbolicamente: A⊂B⇔ (∀ x)(x∈∀ ⇒ x∈B) Portanto, A ⊄B significa que A não é um subconjunto de B ou A não é parte de B ou, ainda, A não está contido em B. Por outro lado, A ⊄ B se, e somente se, existe, pelo menos, um elemento de A que não é elemento de B. Simbolicamente: A⊄B⇔ (∃ x)(x∈A e x∉B) Exemplos - {2 . 4} ⊂ {2, 3, 4}, pois 2 ∈ {2, 3, 4} e 4 ∈ {2, 3, 4} - {2, 3, 4}⊄ {2, 4}, pois 3 ∉{2, 4} - {5, 6} ⊂ {5, 6}, pois 5 ∈{5, 6} e 6 ∈{5, 6} Inclusão e pertinência A definição de subconjunto estabelece um relacionamento entre dois conjuntos e recebe o nome de relação de inclusão (⊂ ). A relação de pertinência (∈) estabelece um relacionamento entre um elemento e um conjunto e, portanto, é diferente da relação de inclusão. Simbolicamente x∈A ⇔ {x}⊂A x∉A ⇔ {x}⊄A Igualdade Sejam A e B dois conjuntos. Dizemos que A é igual a B e indicamos por A = B se, e somente se, A é subconjunto de B e B é também subconjunto de A. Simbolicamente: A = B ⇔ A⊂B e B⊂A Demonstrar que dois conjuntos A e B são iguais equivale, segundo a definição, a demonstrar que A ⊂ B e B ⊂ A. Segue da definição que dois conjuntos são iguais se, e somente se, possuem os mesmos elementos. Portanto A ≠ B significa que A é diferente de B. Portanto A ≠ B se, e somente se, A não é subconjunto de B ou B não é subconjunto de A. Simbolicamente: A ≠ B ⇔ A⊄B ou B⊄A Exemplos - {2,4} = {4,2}, pois {2,4} ⊂ {4,2} e {4,2}⊂ {2,4}. Isto nos mostra que a ordem dos elementos de um conjunto não deve ser levada em consideração. Em outras palavras, um conjunto fica determinado pelos elementos que o mesmo possui e não pela ordem em que esses elementos são descritos. - {2,2,2,4} = {2,4}, pois {2,2,2,4} ⊂ {2,4} e {2,4} ⊂ {2,2,2,4}. Isto nos mostra que a repetição de elementos é desnecessária. - {a,a} = {a} - {a,b = {a} ⇔ a= b - {1,2} = {x,y} ⇔ (x = 1 e y = 2) ou (x = 2 e y = 1) Conjunto das partes Dado um conjunto A podemos construir um novo conjunto formado por todos os subconjuntos (partes) de A. Esse novo conjunto chama-se conjunto dos subconjuntos (ou das partes) de A e é indicado por P(A). Simbolicamente: P(A)={X | X⊂ A} ou X⊂ P(A) ⇔ X⊂ A Exemplos a) = {2, 4, 6} P(A) = { 0/ , {2}, {4}, {6}, {2,4}, {2,6}, {4,6}, A} b) = {3,5} P(B) = { 0/ , {3}, {5}, B} c) = {8} P(C) = { 0/ , C} d) = 0/ P(D) = { 0/ } Didatismo e Conhecimento 3 RACIOCÍNIO LÓGICO Propriedades Seja A um conjunto qualquer e 0/ o conjunto vazio. Valem as seguintes propriedades 0/ ≠(0/ ) 0/ ∉ 0/ 0/ ⊂ 0/ 0/ ∈{ 0/ } 0/ ⊂A⇔ 0/ ∈P(A) A⊂A⇔ A∈P(A) Se A tem n elementos então A possui 2n subconjuntos e, portanto, P(A) possui 2n elementos. União de conjuntos A união (ou reunião) dos conjuntos A e B é o conjunto formado por todos os elementos que pertencem a A ou a B. Representa-se por A∪ B. Simbolicamente: A∪ B = {X | X∈A ou X∈B} Exemplos - {2,3}∪ {4,5,6}={2,3,4,5,6} - {2,3,4}∪ {3,4,5}={2,3,4,5} - {2,3}∪ {1,2,3,4}={1,2,3,4} - {a,b}∪ φ {a,b} Intersecção de conjuntos A intersecção dos conjuntos A e B é o conjunto formado por todos os elementos que pertencem, simultaneamente, a A e a B. Representa-se por A∩ B. Simbolicamente: A∩ B = {X | X∈A ou X∈B} Exemplos - {2,3,4}∩ {3,5}={3} - {1,2,3}∩ {2,3,4}={2,3} - {2,3}∩ {1,2,3,5}={2,3} - {2,4}∩ {3,5,7}=φ Observação: Se A∩ B=φ , dizemos que A e B são conjuntos disjuntos. Subtração A diferença entre os conjuntos A e B é o conjunto formado por todos os elementos que pertencem a A e não pertencem a B. Representa-se por A – B. Simbolicamente: A – B = {X | X ∈A e X∉B} O conjunto A – B é também chamado de conjunto complementar de B em relação a A, representado por CAB. Simbolicamente: CAB = A - B{X | X∈A e X∉B} Exemplos - A = {0, 1, 2, 3} e B = {0, 2} CAB = A – B = {1,3} e CBA = B – A =φ - A = {1, 2, 3} e B = {2, 3, 4} CAB = A – B = {1} e CBA = B – A = {14} - A = {0, 2, 4} e B = {1 ,3 ,5} CAB = A – B = {0,2,4} e CBA = B – A = {1,3,5} Observações: Alguns autores preferem utilizar o conceito de completar de B em relação a A somente nos casos em que B ⊂A. - Se B ⊂ A representa-se por B o conjunto complementar de B em relação a A. Simbolicamente: B⊂A ⇔ B = A – B= CAB` Exemplos Seja S = {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6}. Então: a) A = {2, 3, 4} A⇒ = {0, 1, 5, 6} b) B = {3, 4, 5, 6 } B⇒ = {0, 1, 2} c) C = φ C⇒ = S Número de elementos de um conjunto Sendo X um conjunto com um número finito de elementos, representa-se por n(X) o número de elementos de X. Sendo, ainda, A e B dois conjuntos quaisquer, com número finito de elementos temos: n(A∪ B)=n(A)+n(B)-n(A∩ B) A∩ B=φ ⇒ n(A∪ B)=n(A)+n(B) n(A -B)=n(A)-n(A ∩ B) B⊂A⇒ n(A-B)=n(A)-n(B) Didatismo e Conhecimento 4 RACIOCÍNIO LÓGICO Exercícios 1. Assinale a alternativa a Falsa: a) φ ⊂{3}b)(3) ⊂ {3} c)φ ∉ {3} d)3∈{3} e)3={3} 2. Seja o conjunto A = {1, 2, 3, {3}, {4}, {2, 5}}. Classifique as afirmações em verdadeiras (V) ou falsas (F). a) 2 ∈ A b) (2) ∈A c) 3∈A d) (3) ∈A e) 4∈A 3. Um conjunto A possui 5 elementos . Quantos subconjuntos (partes) possuem o conjunto A? 4. Sabendo-se que um conjunto A possui 1024 subconjuntos, quantos elementos possui o conjunto A? 5. 12 - Dados os conjuntos A = {1; 3; 4; 6}, B = {3; 4 ; 5; 7} e C = {4; 5; 6; 8 } pede-se: a) A∪ B b) A∩ B c) A∪ C d) A∩ C 6. Considere os conjuntos: S = {1,2,3,4,5} e A={2,4}. Determine o conjunto X de tal forma que: X∩ A=φ e X∪ A = S. 7. Seja A e X conjuntos. Sabendo-se que A⊂X e A∪ X={2,3,4}, determine o conjunto X. 8. Dados três conjuntos finitos A, B e C, determinar o número de elementos de A∩ (B∪ C), sabendo-se: a) A∩ B tem 29 elementos b) A∩ C tem 10 elementos c) A∩ B tem 7 elementos. 9. Numa escola mista existem 42 meninas, 24 crianças ruivas, 13 meninos não ruivos e 9 meninas ruivas. Pergunta-se a) quantas crianças existem na escola? b) quantas crianças são meninas ou são ruivas? 10. USP-SP - Depois de n dias de férias, um estudante observa que: - Choveu 7 vezes, de manhã ou à tarde; - Quando chove de manhã não chove à tarde; - Houve 5 tardes sem chuva; - Houve 6 manhãs sem chuva. Podemos afirmar então que n é igual a: a)7 b)8 c)9 d)10 e)11 Respostas 1) Resposta “E”. Solução: A ligação entre elemento e conjunto é estabelecida pela relação de pertinência (∈) e não pela relação de igualdade (=). Assim sendo, 3∈{3} e 3≠{3}. De um modo geral, x ≠ {x}, ∀ x. 2) Solução: a) Verdadeira, pois 2 é elemento de A. b) Falsa, pois {2} não é elemento de A. c) Verdadeira, pois 3 é elemento de A. d) Verdadeira, pois {3} é elemento de A. e) Falsa, pois 4 não é elemento de A. 3) Resposta “32”. Solução: Lembrando que: “Se A possui k elementos, então A possui 2k subconjuntos”, concluímos que o conjunto A, de 5 elementos, tem 25 = 32 subconjuntos. 4) Resposta “10”. Solução: Se k é o número de elementos do conjunto A, então 2k é o número de subconjuntos de A. Assim sendo: 2k=1024⇔ 2k=210⇔ k=10. 5) Solução: Representando os conjuntos A, B e C através do diagrama de Venn-Euler, temos: a) A∪ B={1,3,4,5,6,7} b) A∩ B={3,4} c) A∪ C={1,3,4,5,6,8} Didatismo e Conhecimento 5 RACIOCÍNIO LÓGICO d) A∩ C={4,6} 6) Resposta “X={1;3;5}”. Solução: Como X∩ A=φ e X∪ A=S, então X= A =S-A=CsA ⇒ X={1;3;5} 7) Resposta “X = {2;3;4} Solução: Como A⊂X, então A∪ X = X = {2;3;4}. 8) Resposta “A”. Solução: De acordo com o enunciado, temos: n(A∩ B∩ C) = 7 n(A∩ B) = a + 7 = 26⇒ a = 19 n(A∩ C) = b + 7 = 10⇒ b = 3 Assim sendo: e portanto n[A∩ (B∪ C)] = a + 7 + b = 19 + 7 + 3 Logo: n[A∩ (B∪ C)] = 29. 9) Solução: Sejam: A o conjunto dos meninos ruivos e n(A) = x B o conjunto das meninas ruivas e n(B) = 9 C o conjunto dos meninos não-ruivos e n(C) = 13 D o conjunto das meninas não-ruivas e n(D) = y De acordo com o enunciado temos: =⇔=+=+=∪ =⇔=+=+=∪ 15249)()()( 33429)()()( xxBnAnDAn yyDnBnDBn Assim sendo a) O número total de crianças da escola é: 703313915)()()()()( =+++=+++=∪∪∪ DnCnBnAnDCBAn 703313915)()()()()( =+++=+++=∪∪∪ DnCnBnAnDCBAn b) O número de crianças que são meninas ou são ruivas é: 5733915)()()()]()[( =++=++=∪∪∪ DnBnAnDBBAn 10) Resposta “C”. Solução: Seja M, o conjunto dos dias que choveu pela manhã e T o conjunto dos dias que choveu à tarde. Chamando de M’ e T’ os conjuntos complementares de M e T respectivamente, temos: n(T’) = 5 (cinco tardes sem chuva) n(M’) = 6 (seis manhãs sem chuva) n(M Ç T) = 0 (pois quando chove pela manhã, não chove à tarde) Daí: n(M È T) = n(M) + n(T) – n(M Ç T) 7 = n(M) + n(T) – 0 Podemos escrever também: n(M’) + n(T’) = 5 + 6 = 11 Temos então o seguinte sistema: n(M’) + n(T’) = 11 n(M) + N(T) = 7 Somando membro a membro as duas igualdades, vem: n(M) + n(M’) + n(T) + n(T’) = 11 + 7 = 18 Observe que n(M) + n(M’) = total dos dias de férias = n Analogamente, n(T) + n(T’) = total dos dias de férias = n Portanto, substituindo vem: n + n = 18 2n = 18 n = 9 Logo, foram nove dias de férias, ou seja, n = 9 dias. Didatismo e Conhecimento 6 RACIOCÍNIO LÓGICO NÚMEROS NATURAIS, INTEIROS, RACIONAIS E REAIS E SUAS OPERAÇÕES. REPRESENTAÇÃO NA RETA. POTENCIAÇÃO E RADICIAÇÃO. Números Naturais O conjunto dos números naturais é representado pela letra maiúscula N e estes números são construídos com os algarismos: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, que também são conhecidos como algarismos indo-arábicos. No século VII, os árabes invadiram a Índia, difundindo o seu sistema numérico. Embora o zero não seja um número natural no sentido que tenha sido proveniente de objetos de contagens naturais, iremos considerá-lo como um número natural uma vez que ele tem as mesmas propriedades algébricas que os números naturais. Na verdade, o zero foi criado pelos hindus na montagem do sistema posicional de numeração para suprir a deficiência de algo nulo. Na sequência consideraremos que os naturais têm início com o número zero e escreveremos este conjunto como: N = { 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, ...} Representaremos o conjunto dos números naturais com a letra N. As reticências (três pontos) indicam que este conjunto não tem fim. N é um conjunto com infinitos números. Excluindo o zero do conjunto dos números naturais, o conjunto será representado por: N* = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, ...} A construção dos Números Naturais - Todo número natural dado tem um sucessor (número que vem depois do número dado), considerando também o zero. Exemplos: Seja m um número natural. a) O sucessor de m é m+1. b) O sucessor de 0 é 1. c) O sucessor de 1 é 2. d) O sucessor de 19 é 20. - Se um número natural é sucessor de outro, então os dois números juntos são chamados números consecutivos. Exemplos: a) 1 e 2 são números consecutivos. b) 5 e 6 são números consecutivos. c) 50 e 51 são números consecutivos. - Vários números formam uma coleção de números naturais consecutivos se o segundo é sucessor do primeiro, o terceiro é sucessor do segundo, o quarto é sucessor do terceiro e assim sucessivamente. Exemplos: a) 1, 2, 3, 4, 5, 6 e 7 são consecutivos. b) 5, 6 e 7 são consecutivos. c) 50, 51, 52 e 53 são consecutivos. - Todo número natural dado N, exceto o zero, tem um antecessor (número que vem antes do número dado). Exemplos: Se m é um número natural finito diferente de zero. a) O antecessor do número m é m-1. b) O antecessor de 2 é 1. c) O antecessor de 56 é 55. d) O antecessor de 10 é 9. O conjunto abaixo é conhecido como o conjunto dos números naturais pares. Embora uma sequência real seja outro objeto matemático denominado função, algumas vezes utilizaremos a denominação sequência dos números naturais pares para representar o conjunto dos números naturais pares: P = { 0, 2, 4, 6, 8, 10, 12, ...} O conjunto abaixo é conhecido como o conjunto dos números naturais ímpares, às vezes também chamados, a sequência dos números ímpares. I = { 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, ...} Igualdade e Desigualdades Diremos que um conjunto A é igual a um conjunto B se, e somente se, o conjunto A está contido no conjunto B e o conjunto B está contido no conjunto A. Quando a condição acima for satisfeita, escreveremos A = B (lê-se: A é igual a B) e quando não for satisfeita denotaremos tal fato por: A ≠ B (lê-se: A é diferente de B). Na definição de igualdade de conjuntos, vemos que nãoé importante a ordem dos elementos no conjunto. Exemplo com igualdade: No desenho, em anexo, observamos que os elementos do conjunto A são os mesmos elementos do conjunto B. Neste caso, A = B. Consideraremos agora uma situação em que os elementos dos conjuntos A e B serão distintos. Sejam A = {a,b,c,d} e B = {1,2,3,d}. Nem todos os elementos do conjunto A estão no conjunto B e nem todos os elementos do conjunto B estão no conjunto A. Também não podemos afirmar que um conjunto é maior do que o outro conjunto. Neste caso, afirmamos que o conjunto A é diferente do conjunto B. Operações com Números Naturais Na sequência, estudaremos as duas principais operações possíveis no conjunto dos números naturais. Praticamente, toda a Matemática é construída a partir dessas duas operações: adição e multiplicação. A adição de números naturais A primeira operação fundamental da Aritmética tem por finalidade reunir em um só número, todas as unidades de dois ou mais números. Antes de surgir os algarismos indo-arábicos, as adições podiam ser realizadas por meio de tábuas de calcular, com o auxílio de pedras ou por meio de ábacos. Didatismo e Conhecimento 7 RACIOCÍNIO LÓGICO Propriedades da Adição - Fechamento: A adição no conjunto dos números naturais é fechada, pois a soma de dois números naturais é ainda um número natural. O fato que a operação de adição é fechada em N é conhecido na literatura do assunto como: A adição é uma lei de composição interna no conjunto N. - Associativa: A adição no conjunto dos números naturais é associativa, pois na adição de três ou mais parcelas de números naturais quaisquer é possível associar as parcelas de quaisquer modos, ou seja, com três números naturais, somando o primeiro com o segundo e ao resultado obtido somarmos um terceiro, obteremos um resultado que é igual à soma do primeiro com a soma do segundo e o terceiro. (A + B) + C = A + (B + C) - Elemento neutro: No conjunto dos números naturais, existe o elemento neutro que é o zero, pois tomando um número natural qualquer e somando com o elemento neutro (zero), o resultado será o próprio número natural. - Comutativa: No conjunto dos números naturais, a adição é comutativa, pois a ordem das parcelas não altera a soma, ou seja, somando a primeira parcela com a segunda parcela, teremos o mesmo resultado que se somando a segunda parcela com a primeira parcela. Multiplicação de Números Naturais É a operação que tem por finalidade adicionar o primeiro número denominado multiplicando ou parcela, tantas vezes quantas são as unidades do segundo número denominadas multiplicador. Exemplo 4 vezes 9 é somar o número 9 quatro vezes: 4 x 9 = 9 + 9 + 9 + 9 = 36 O resultado da multiplicação é denominado produto e os números dados que geraram o produto, são chamados fatores. Usamos o sinal × ou · ou x, para representar a multiplicação. Propriedades da multiplicação - Fechamento: A multiplicação é fechada no conjunto N dos números naturais, pois realizando o produto de dois ou mais números naturais, o resultado estará em N. O fato que a operação de multiplicação é fechada em N é conhecido na literatura do assunto como: A multiplicação é uma lei de composição interna no conjunto N. - Associativa: Na multiplicação, podemos associar 3 ou mais fatores de modos diferentes, pois se multiplicarmos o primeiro fator com o segundo e depois multiplicarmos por um terceiro número natural, teremos o mesmo resultado que multiplicar o terceiro pelo produto do primeiro pelo segundo. (m . n) . p = m .(n . p) → (3 . 4) . 5 = 3 . (4 . 5) = 60 - Elemento Neutro: No conjunto dos números naturais existe um elemento neutro para a multiplicação que é o 1. Qualquer que seja o número natural n, tem-se que: 1 . n = n . 1 = n → 1 . 7 = 7 . 1 = 7 - Comutativa: Quando multiplicamos dois números naturais quaisquer, a ordem dos fatores não altera o produto, ou seja, multiplicando o primeiro elemento pelo segundo elemento teremos o mesmo resultado que multiplicando o segundo elemento pelo primeiro elemento. m . n = n . m → 3 . 4 = 4 . 3 = 12 Propriedade Distributiva Multiplicando um número natural pela soma de dois números naturais, é o mesmo que multiplicar o fator, por cada uma das parcelas e a seguir adicionar os resultados obtidos. m . (p + q) = m . p + m . q → 6 x (5 + 3) = 6 x 5 + 6 x 3 = 30 + 18 = 48 Divisão de Números Naturais Dados dois números naturais, às vezes necessitamos saber quantas vezes o segundo está contido no primeiro. O primeiro número que é o maior é denominado dividendo e o outro número que é menor é o divisor. O resultado da divisão é chamado quociente. Se multiplicarmos o divisor pelo quociente obteremos o dividendo. No conjunto dos números naturais, a divisão não é fechada, pois nem sempre é possível dividir um número natural por outro número natural e na ocorrência disto a divisão não é exata. Relações essenciais numa divisão de números naturais - Em uma divisão exata de números naturais, o divisor deve ser menor do que o dividendo. 35 : 7 = 5 - Em uma divisão exata de números naturais, o dividendo é o produto do divisor pelo quociente. 35 = 5 x 7 - A divisão de um número natural n por zero não é possível pois, se admitíssemos que o quociente fosse q, então poderíamos escrever: n ÷ 0 = q e isto significaria que: n = 0 x q = 0 o que não é correto! Assim, a divisão de n por 0 não tem sentido ou ainda é dita impossível. Potenciação de Números Naturais Para dois números naturais m e n, a expressão mn é um produto de n fatores iguais ao número m, ou seja: mn = m . m . m ... m . m → m aparece n vezes O número que se repete como fator é denominado base que neste caso é m. O número de vezes que a base se repete é denominado expoente que neste caso é n. O resultado é denominado potência. Esta operação não passa de uma multiplicação com fatores iguais, como por exemplo: 23 = 2 × 2 × 2 = 8 → 43 = 4 × 4 × 4 = 64 Propriedades da Potenciação - Uma potência cuja base é igual a 1 e o expoente natural é n, denotada por 1n, será sempre igual a 1. Exemplos: a- 1n = 1×1×...×1 (n vezes) = 1 b- 13 = 1×1×1 = 1 c- 17 = 1×1×1×1×1×1×1 = 1 - Se n é um número natural não nulo, então temos que no=1. Por exemplo: - (a) nº = 1 - (b) 5º = 1 - (c) 49º = 1 - A potência zero elevado a zero, denotada por 0o, é carente de sentido no contexto do Ensino Fundamental. Didatismo e Conhecimento 8 RACIOCÍNIO LÓGICO - Qualquer que seja a potência em que a base é o número natural n e o expoente é igual a 1, denotada por n1, é igual ao próprio n. Por exemplo: - (a) n¹ = n - (b) 5¹ = 5 - (c) 64¹ = 64 - Toda potência 10n é o número formado pelo algarismo 1 seguido de n zeros. Exemplos: a- 103 = 1000 b- 108 = 100.000.000 c- 10o = 1 Exercícios 1. O consecutivo e o antecedente de um número natural n serão respectivamente: 2. Se n é par, o consecutivo par de n será? Se n é ímpar, o consecutivo ímpar de n será? 3. Seja o quadrado abaixo em que cada lado mede 3cm. Quantos quadradinhos de 1cm² cabem no quadrado? 3cm 4. Com o mesmo quadrado acima, obter o valor de 3²? 5. De quantos cubinhos de 1cm de lado, isto é, um centímetro cúbico, precisaremos para construir um cubo com 3cm de comprimento, 3cm de largura e 3cm de altura? 6. Faça a potenciação dos seguintes números: a) 2³ b) 5³ c) 2² d) 64 7. Qual é o valor do número natural b, tal que 64 = b × b × b? 8. Qual o elemento do conjunto dos números naturais que é divisor de todos os números? 9. Realize a divisão nos seguintes números naturais: a) 125 : 5 b) 36 : 6 c) 49 : 7 10. Calcule: a) -8 + 5 b) -5 – 7 c) –(-10) –(-8) + (-12) –(-17) d) –(-5) + (-10) - 14 Respostas 1) Solução: O antecedente de um número n será n – 1, pois é aquele que antecede o n. Já o consecutivo é n + 1. 2) Solução: Sendo n par, o seu consecutivo será n + 2, e sendo impar o consecutivo sendo impar o n será n + 2. 3) Resposta “9 quadradinhos”. Solução: Temos 9 quadradinhos, então basta apenas fazermos: 9 x 1 = 9 quadradinhos4) Resposta “9”. Solução: Basta apenas multiplicarmos o 3 duas vezes: 3 x 3 = 9. 5) Resposta “27”. Solução: Para construirmos um cubo, basta apenas multiplicarmos os lados: 3 x 3 x 3 = 27 cubinhos. 6) Solução: a) 2 x 2 x 2 = = 8 b) 5 x 5 x 5 = = 125 c) 2 x 2 = = 4 d) 6 x 6 x 6 x 6 = = 1296 7) Resposta “4”. Solução: R³[64] = 4, pois 64 = b × b × b, ou seja, 64 = b³. Esta é uma propriedade de potenciação. A base é b e o expoente é 3. O número que elevado ao cubo fornece o resultado 64 é o número b = 4. 8) Resposta “1”. Solução: O número 1, pois se dividirmos um número natural n por 1 obteremos o próprio n. Por exemplo, 2 maçãs para 1 garoto, 3 balas para 1 criança, 5 lápis para 1 estudante. 9) Solução: a) 125 : 5 = = 25 b) 36 : 6 = = 6 c) 49 : 7 = = 7 10) Solução: a) -8 + 5 = = -3 b) -5 – 7 = = -12 c) –(-10) –(-8) + (-12) –(-17) = = 10 + 8 – 12 + 17 = = 35 – 12 = = 23 Didatismo e Conhecimento 9 RACIOCÍNIO LÓGICO d) –(-5) + (-10) – 14 = = 5 – 10 – 14 = = 5 – 24 = = -19 Números Inteiros Definimos o conjunto dos números inteiros como a reunião do conjunto dos números naturais (N = {0, 1, 2, 3, 4,..., n,...}, o conjunto dos opostos dos números naturais e o zero. Este conjunto é denotado pela letra Z (Zahlen=número em alemão). Este conjunto pode ser escrito por: Z = {..., -4, -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, 4, ...} O conjunto dos números inteiros possui alguns subconjuntos notáveis: - O conjunto dos números inteiros não nulos: Z* = {..., -4, -3, -2, -1, 1, 2, 3, 4,...}; Z* = Z – {0} - O conjunto dos números inteiros não negativos: Z+ = {0, 1, 2, 3, 4,...} Z+ é o próprio conjunto dos números naturais: Z+ = N - O conjunto dos números inteiros positivos: Z*+ = {1, 2, 3, 4,...} - O conjunto dos números inteiros não positivos: Z_ = {..., -5, -4, -3, -2, -1, 0} - O conjunto dos números inteiros negativos: Z*_ = {..., -5, -4, -3, -2, -1} Módulo: chama-se módulo de um número inteiro a distância ou afastamento desse número até o zero, na reta numérica inteira. Representa-se o módulo por | |. O módulo de 0 é 0 e indica-se |0| = 0 O módulo de +7 é 7 e indica-se |+7| = 7 O módulo de –9 é 9 e indica-se |–9| = 9 O módulo de qualquer número inteiro, diferente de zero, é sempre positivo. Números Opostos: Dois números inteiros são ditos opostos um do outro quando apresentam soma zero; assim, os pontos que os representam distam igualmente da origem. Exemplo: O oposto do número 2 é -2, e o oposto de -2 é 2, pois 2 + (-2) = (-2) + 2 = 0 No geral, dizemos que o oposto, ou simétrico, de a é – a, e vice-versa; particularmente o oposto de zero é o próprio zero. Adição de Números Inteiros Para melhor entendimento desta operação, associaremos aos números inteiros positivos a idéia de ganhar e aos números inteiros negativos a idéia de perder. Ganhar 5 + ganhar 3 = ganhar 8 (+5) + (+3) = (+8) Perder 3 + perder 4 = perder 7 (-3) + (-4) = (-7) Ganhar 8 + perder 5 = ganhar 3 (+8) + (-5) = (+3) Perder 8 + ganhar 5 = perder 3 (-8) + (+5) = (-3) O sinal (+) antes do número positivo pode ser dispensado, mas o sinal (–) antes do número negativo nunca pode ser dispensado. Propriedades da adição de números inteiros: O conjunto Z é fechado para a adição, isto é, a soma de dois números inteiros ainda é um número inteiro. Associativa: Para todos a,b,c em Z: a + (b + c) = (a + b) + c 2 + (3 + 7) = (2 + 3) + 7 Comutativa: Para todos a,b em Z: a + b = b + a 3 + 7 = 7 + 3 Elemento Neutro: Existe 0 em Z, que adicionado a cada z em Z, proporciona o próprio z, isto é: z + 0 = z 7 + 0 = 7 Elemento Oposto: Para todo z em Z, existe (-z) em Z, tal que z + (–z) = 0 9 + (–9) = 0 Subtração de Números Inteiros A subtração é empregada quando: - Precisamos tirar uma quantidade de outra quantidade; - Temos duas quantidades e queremos saber quanto uma delas tem a mais que a outra; - Temos duas quantidades e queremos saber quanto falta a uma delas para atingir a outra. A subtração é a operação inversa da adição. Observe que: 9 – 5 = 4 4 + 5 = 9 diferença subtraendo minuendo Considere as seguintes situações: 1- Na segunda-feira, a temperatura de Monte Sião passou de +3 graus para +6 graus. Qual foi a variação da temperatura? Esse fato pode ser representado pela subtração: (+6) – (+3) = +3 2- Na terça-feira, a temperatura de Monte Sião, durante o dia, era de +6 graus. À Noite, a temperatura baixou de 3 graus. Qual a temperatura registrada na noite de terça-feira? Esse fato pode ser representado pela adição: (+6) + (–3) = +3 Se compararmos as duas igualdades, verificamos que (+6) – (+3) é o mesmo que (+5) + (–3). Temos: (+6) – (+3) = (+6) + (–3) = +3 (+3) – (+6) = (+3) + (–6) = –3 (–6) – (–3) = (–6) + (+3) = –3 Daí podemos afirmar: Subtrair dois números inteiros é o mesmo que adicionar o primeiro com o oposto do segundo. Didatismo e Conhecimento 10 RACIOCÍNIO LÓGICO Multiplicação de Números Inteiros A multiplicação funciona como uma forma simplificada de uma adição quando os números são repetidos. Poderíamos analisar tal situação como o fato de estarmos ganhando repetidamente alguma quantidade, como por exemplo, ganhar 1 objeto por 30 vezes consecutivas, significa ganhar 30 objetos e esta repetição pode ser indicada por um x, isto é: 1 + 1 + 1 ... + 1 + 1 = 30 x 1 = 30 Se trocarmos o número 1 pelo número 2, obteremos: 2 + 2 + 2 + ... + 2 + 2 = 30 x 2 = 60 Se trocarmos o número 2 pelo número -2, obteremos: (–2) + (–2) + ... + (–2) = 30 x (-2) = –60 Observamos que a multiplicação é um caso particular da adição onde os valores são repetidos. Na multiplicação o produto dos números a e b, pode ser indicado por a x b, a . b ou ainda ab sem nenhum sinal entre as letras. Para realizar a multiplicação de números inteiros, devemos obedecer à seguinte regra de sinais: (+1) x (+1) = (+1) (+1) x (-1) = (-1) (-1) x (+1) = (-1) (-1) x (-1) = (+1) Com o uso das regras acima, podemos concluir que: Sinais dos números Resultado do produto Iguais Positivo Diferentes Negativo Propriedades da multiplicação de números inteiros: O conjunto Z é fechado para a multiplicação, isto é, a multiplicação de dois números inteiros ainda é um número inteiro. Associativa: Para todos a,b,c em Z: a x (b x c) = (a x b) x c 2 x (3 x 7) = (2 x 3) x 7 Comutativa: Para todos a,b em Z: a x b = b x a 3 x 7 = 7 x 3 Elemento neutro: Existe 1 em Z, que multiplicado por todo z em Z, proporciona o próprio z, isto é: z x 1 = z 7 x 1 = 7 Elemento inverso: Para todo inteiro z diferente de zero, existe um inverso z–1=1/z em Z, tal que z x z–1 = z x (1/z) = 1 9 x 9–1 = 9 x (1/9) = 1 Distributiva: Para todos a,b,c em Z: a x (b + c) = (a x b) + (a x c) 3 x (4+5) = (3 x 4) + (3 x 5) Divisão de Números Inteiros Dividendo divisor dividendo: Divisor = quociente 0 Quociente . divisor = dividendo Sabemos que na divisão exata dos números naturais: 40 : 5 = 8, pois 5 . 8 = 40 36 : 9 = 4, pois 9 . 4 = 36 Vamos aplicar esses conhecimentos para estudar a divisão exata de números inteiros. Veja o cálculo: (–20) : (+5) = q (+5) . q = (–20) q = (–4) Logo: (–20) : (+5) = - 4 Considerando os exemplos dados, concluímos que, para efetuar a divisão exata de um número inteiro por outro número inteiro, diferente de zero, dividimos o módulo do dividendo pelo módulo do divisor. Daí: - Quando o dividendo e o divisor têm o mesmo sinal, o quociente é um número inteiro positivo. - Quando o dividendo e o divisor têm sinais diferentes, o quociente é um número inteiro negativo. - A divisão nem sempre pode ser realizada no conjunto Z. Por exemplo, (+7) : (–2) ou (–19) : (–5) são divisões que não podem ser realizadas em Z, pois o resultado não é um número inteiro. - No conjunto Z, a divisão não é comutativa, não é associativa e não tem a propriedade da existência do elemento neutro. 1- Não existe divisão por zero. Exemplo: (–15) : 0 nãotem significado, pois não existe um número inteiro cujo produto por zero seja igual a –15. 2- Zero dividido por qualquer número inteiro, diferente de zero, é zero, pois o produto de qualquer número inteiro por zero é igual a zero. Exemplos: a) 0 : (–10) = 0 b) 0 : (+6) = 0 c) 0 : (–1) = 0 Potenciação de Números Inteiros A potência an do número inteiro a, é definida como um produto de n fatores iguais. O número a é denominado a base e o número n é o expoente. an = a x a x a x a x ... x a a é multiplicado por a n vezes Exemplos: 33 = (3) x (3) x (3) = 27 (-5)5 = (-5) x (-5) x (-5) x (-5) x (-5) = -3125 (-7)² = (-7) x (-7) = 49 (+9)² = (+9) x (+9) = 81 - Toda potência de base positiva é um número inteiro positivo. Exemplo: (+3)2 = (+3) . (+3) = +9 Didatismo e Conhecimento 11 RACIOCÍNIO LÓGICO - Toda potência de base negativa e expoente par é um número inteiro positivo. Exemplo: (– 8)2 = (–8) . (–8) = +64 - Toda potência de base negativa e expoente ímpar é um número inteiro negativo. Exemplo: (–5)3 = (–5) . (–5) . (–5) = –125 Propriedades da Potenciação: Produtos de Potências com bases iguais: Conserva-se a base e somam-se os expoentes. (–7)3 . (–7)6 = (–7)3+6 = (–7)9 Quocientes de Potências com bases iguais: Conserva-se a base e subtraem-se os expoentes. (+13)8 : (+13)6 = (+13)8 – 6 = (+13)2 Potência de Potência: Conserva-se a base e multiplicam-se os expoentes. [(+4)5]2 = (+4)5 . 2 = (+4)10 Potência de expoente 1: É sempre igual à base. (+9)1 = +9 (–13)1 = –13 Potência de expoente zero e base diferente de zero: É igual a 1. Exemplo: (+14)0 = 1 (–35)0 = 1 Radiciação de Números Inteiros A raiz n-ésima (de ordem n) de um número inteiro a é a operação que resulta em outro número inteiro não negativo b que elevado à potência n fornece o número a. O número n é o índice da raiz enquanto que o número a é o radicando (que fica sob o sinal do radical). A raiz quadrada (de ordem 2) de um número inteiro a é a operação que resulta em outro número inteiro não negativo que elevado ao quadrado coincide com o número a. Observação: Não existe a raiz quadrada de um número inteiro negativo no conjunto dos números inteiros. Erro comum: Frequentemente lemos em materiais didáticos e até mesmo ocorre em algumas aulas aparecimento de: √9 = ±3 mas isto está errado. O certo é: √9 = +3 Observamos que não existe um número inteiro não negativo que multiplicado por ele mesmo resulte em um número negativo. A raiz cúbica (de ordem 3) de um número inteiro a é a operação que resulta em outro número inteiro que elevado ao cubo seja igual ao número a. Aqui não restringimos os nossos cálculos somente aos números não negativos. Exemplos (a) 3 8 = 2, pois 2³ = 8. (b) 3 8− = –2, pois (–2)³ = -8. (c) 3 27 = 3, pois 3³ = 27. (d) 3 27− = –3, pois (–3)³ = -27. Observação: Ao obedecer à regra dos sinais para o produto de números inteiros, concluímos que: (a) Se o índice da raiz for par, não existe raiz de número inteiro negativo. (b) Se o índice da raiz for ímpar, é possível extrair a raiz de qualquer número inteiro. Exercícios 1. Qual é o maior quadrado perfeito que se escreve com dois algarismos? 2. Um número inteiro é expresso por (53 – 38 + 40) – 51 + (90 – 7 + 82) + 101. Qual é esse número inteiro? 3. Calcule: a) (+12) + (–40) b) (+12) – (–40) c) (+5) + (–16) – (+9) – (–20) d) (–3) – (–6) – (+4) + (–2) + (–15) 4. Determine o valor de x de modo a tornar as sentenças verdadeiras: a) x + (–12) = –5 b) x + (+9) = 0 c) x – (–2) = 6 d) x + (–9) = –12 e) –32 + x = –50 f) 0 – x = 8 5. Qual a diferença prevista entre as temperaturas no Piauí e no Rio Grande do Sul, num determinado dia, segundo as informações? Tempo no Brasil: Instável a ensolarado no Sul. Mínima prevista -3º no Rio Grande do Sul. Máxima prevista 37° no Piauí. 6. Qual é o produto de três números inteiros consecutivos em que o maior deles é –10? 7. Três números inteiros são consecutivos e o menor deles é +99. Determine o produto desses três números. 8. Copie as igualdades substituindo o x por números inteiros de modo que elas se mantenham: a) (–140) : x = –20 b) 144 : x = –4 c) (–147) : x = +21 d) x : (+13) = +12 e) x : (–93) = +45 f) x : (–12) = –36 9. Adicionando –846 a um número inteiro e multiplicando a soma por –3, obtém-se +324. Que número é esse? 10. Numa adição com duas parcelas, se somarmos 8 à primeira parcela, e subtrairmos 5 da segunda parcela, o que ocorrerá com o total? Didatismo e Conhecimento 12 RACIOCÍNIO LÓGICO Respostas 1) Resposta “9²”. Solução: Basta identificar os quadrados perfeitos. Os números quadrados perfeitos são: 1² = 1 (menor que dois algarismos) 2² = 4 3² = 9 4² = 16 (dois algarismos) 5² = 25 6² = 36 7² = 49 8² = 64 9² = 81 10² = 100 (mais que dois algarismos) Logo, o maior quadrado perfeito é o 9² = 81 2) Resposta “270”. Solução: (53 – 38 + 40) – 51 + (90 – 7 + 82) + 101 55 – 51 + 165 + 101 = 270 Portanto, o número inteiro é 270. 3) Solução: a) (+12) + (–40) = 12 – 40 = -28 b) (+12) – (–40) = 12 + 40 = 52 c) (+5) + (–16) – (+9) – (–20) = +5 -16 – 9 + 20 = 25 – 25 = 0 d) (–3) – (–6) – (+4) + (–2) + (–15) = -3 + 6 – 4 – 2 – 15 = 6 – 24 = -18 4) Solução: a) x + (–12) = –5 → x = -5 + 12 → x = 7 b) x + (+9) = 0 → x = -9 c) x – (–2) = 6 → x = 6 – 2 → x = 4 d) x + (–9) = –12 → x = -12 + 9 → x = -3 e) –32 + x = –50 → x = -50 + 32 → x = -18 f) 0 – x = 8 → x = -8 5) Resposta “40˚”. Solução: A diferença está entre -3º e +37º. Se formos ver... -3º, -2º, -1º, 0º, 1º, 2º, 3º, 4º, 5º, 6º, 7º... será +40º. 6) Resposta “-1320”. Solução: (x) . (x+1) . (x+2) = ? x+2 = -10 x= -10 -2 x = -12 (-12) . (-12+1) . (-12+2) = -12 . -11 . -10 = - 1320 7) Resposta “999900”. Solução: (x) . (x+1) . (x+2) = ? x= 99 (99) . (99+1) . (99+2) = 99 . 100 . 101 = 999900 8) Solução: a) (–140) : x = –20 -20x = -140 x = 7 b) 144 : x = –4 -4x = 144 x = -36 c) (–147) : x = +21 21x = -147 x = -7 d) x : (+13) = +12 x = 12 . 13 x = 156 e) x : (–93) = +45 x = 45 . -93 x = -4185 f) x : (–12) = –36 x = -36 . -12 x = 432 9) Resposta “738”. Solução: x + (-846) . -3 = 324 x – 846 . -3 = 324 -3 (x – 846) = 324 -3x + 2538 = 324 3x = 2538 – 324 3x = 2214 x = x = 738 10) Resposta “3”. Solução: Seja t o total da adição inicial. Ao somarmos 8 a uma parcela qualquer, o total é acrescido de 8 unidades: t + 8 Ao subtrairmos 5 de uma parcela qualquer, o total é reduzido de 5 unidades: Temos: t + 8 - 5 = t + 3 Portanto o total ficará acrescido de 3 unidades. Números Racionais - Q Um número racional é o que pode ser escrito na forma m n, onde m e n são números inteiros, sendo que n deve ser diferente de zero. Frequentemente usamos m/n para significar a divisão de m por n. Como podemos observar, números racionais podem ser obti- dos através da razão entre dois números inteiros, razão pela qual, o conjunto de todos os números racionais é denotado por Q. Assim, é comum encontrarmos na literatura a notação: Q = { m n : m e n em Z, n diferente de zero} Didatismo e Conhecimento 13 RACIOCÍNIO LÓGICO No conjunto Q destacamos os seguintes subconjuntos: - Q* = conjunto dos racionais não nulos; - Q+ = conjunto dos racionais não negativos; - Q*+ = conjunto dos racionais positivos; - Q _ = conjunto dos racionais não positivos; - Q*_ = conjunto dos racionais negativos. Representação Decimal das Frações Tomemos um número racional pq , tal que p não seja múltiplo de q. Para escrevê-lo na forma decimal, basta efetuar a divisão do numerador pelo denominador. Nessa divisão podem ocorrer dois casos: 1º) O numeral decimal obtido possui, após a vírgula, um número finito de algarismos. Decimais Exatos: 2 5 = 0,4 1 4 = 0,25 35 4 = 8,75 153 50 = 3,06 2º) O numeral decimalobtido possui, após a vírgula, infinitos algarismos (nem todos nulos), repetindo-se periodicamente. Decimais Periódicos ou Dízimas Periódicas:1 3 = 0,333... 1 22 = 0,04545... 167 66 = 2,53030... Representação Fracionária dos Números Decimais Trata-se do problema inverso: estando o número racional escrito na forma decimal, procuremos escrevê-lo na forma de fração. Temos dois casos: 1º) Transformamos o número em uma fração cujo numerador é o número decimal sem a vírgula e o denominador é composto pelo numeral 1, seguido de tantos zeros quantas forem as casas decimais do número decimal dado: 0,9 = 9 10 5,7 = 57 10 0,76 = 76 100 3,48 = 348 100 0,005 = 5 1000 = 1 200 2º) Devemos achar a fração geratriz da dízima dada; para tanto, vamos apresentar o procedimento através de alguns exemplos: Exemplo 1 Seja a dízima 0, 333... . Façamos x = 0,333... e multipliquemos ambos os membros por 10: 10x = 0,333 Subtraindo, membro a membro, a primeira igualdade da segunda: 10x – x = 3,333... – 0,333... ⇒ 9x = 3 ⇒ x = 3/9 Assim, a geratriz de 0,333... é a fração 3 9 . Exemplo 2 Seja a dízima 5, 1717... Façamos x = 5,1717... e 100x = 517,1717... . Subtraindo membro a membro, temos: 99x = 512 ⇒ x = 512/99 Assim, a geratriz de 5,1717... é a fração 512 99 . Exemplo 3 Seja a dízima 1, 23434... Façamos x = 1,23434... 10x = 12,3434... 1000x = 1234,34... . Subtraindo membro a membro, temos: 990x = 1234,34... – 12,34... ⇒ 990x = 1222 ⇒ x = 1222/990 Simplificando, obtemos x = 611 495 , a fração geratriz da dízima 1, 23434... Módulo ou valor absoluto: É a distância do ponto que representa esse número ao ponto de abscissa zero. Exemplo: Módulo de - 3 2 é 3 2 . Indica-se 3 2 - = 3 2 Módulo de + 3 2 é 3 2 . Indica-se 3 2 + = 3 2 Números Opostos: Dizemos que – 32 e 3 2 são números racionais opostos ou simétricos e cada um deles é o oposto do outro. As distâncias dos pontos – 3 2 e 3 2 ao ponto zero da reta são iguais. Soma (Adição) de Números Racionais Como todo número racional é uma fração ou pode ser escrito na forma de uma fração, definimos a adição entre os números racionais a b e c d , da mesma forma que a soma de frações, através de: a b + c d = ad + bc bd Didatismo e Conhecimento 14 RACIOCÍNIO LÓGICO Propriedades da Adição de Números Racionais O conjunto Q é fechado para a operação de adição, isto é, a soma de dois números racionais ainda é um número racional. - Associativa: Para todos a, b, c em Q: a + ( b + c ) = ( a + b ) + c - Comutativa: Para todos a, b em Q: a + b = b + a - Elemento neutro: Existe 0 em Q, que adicionado a todo q em Q, proporciona o próprio q, isto é: q + 0 = q - Elemento oposto: Para todo q em Q, existe -q em Q, tal que q + (–q) = 0 Subtração de Números Racionais A subtração de dois números racionais p e q é a própria operação de adição do número p com o oposto de q, isto é: p – q = p + (–q) Multiplicação (Produto) de Números Racionais Como todo número racional é uma fração ou pode ser escrito na forma de uma fração, definimos o produto de dois números racionais a b e c d , da mesma forma que o produto de frações, através de: a b x c d = acbd O produto dos números racionais a e b também pode ser indicado por a × b, axb, a.b ou ainda ab sem nenhum sinal entre as letras. Para realizar a multiplicação de números racionais, devemos obedecer à mesma regra de sinais que vale em toda a Matemática: (+1) × (+1) = (+1) (+1) × (-1) = (-1) (-1) × (+1) = (-1) (-1) × (-1) = (+1) Podemos assim concluir que o produto de dois números com o mesmo sinal é positivo, mas o produto de dois números com sinais diferentes é negativo. Propriedades da Multiplicação de Números Racionais O conjunto Q é fechado para a multiplicação, isto é, o produto de dois números racionais ainda é um número racional. - Associativa: Para todos a, b, c em Q: a × ( b × c ) = ( a × b ) × c - Comutativa: Para todos a, b em Q: a × b = b × a - Elemento neutro: Existe 1 em Q, que multiplicado por todo q em Q, proporciona o próprio q, isto é: q × 1 = q - Elemento inverso: Para todo q = a b em Q, q diferente de zero, existe q-1 = b a em Q: q × q-1 = 1 a b x b a = 1 - Distributiva: Para todos a, b, c em Q: a × ( b + c ) = ( a × b ) + ( a × c ) Divisão de Números Racionais A divisão de dois números racionais p e q é a própria operação de multiplicação do número p pelo inverso de q, isto é: p ÷ q = p × q-1 Potenciação de Números Racionais A potência qn do número racional q é um produto de n fatores iguais. O número q é denominado a base e o número n é o expoente. qn = q × q × q × q × ... × q, (q aparece n vezes) Exemplos: a) 2 5 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ 3 = 2 5 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ . 2 5 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ . 2 5 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ = 8 125 b) − 1 2 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ = − 1 2 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ . − 1 2 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ . − 1 2 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ = − 1 8 c) (–5)² = (–5) . ( –5) = 25 d) (+5)² = (+5) . (+5) = 25 Propriedades da Potenciação: Toda potência com expoente 0 é igual a 1. + 2 5 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ 0 = 1 - Toda potência com expoente 1 é igual à própria base. − 9 4 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ 1 = - 9 4 - Toda potência com expoente negativo de um número racional diferente de zero é igual a outra potência que tem a base igual ao inverso da base anterior e o expoente igual ao oposto do expoente anterior. − 3 5 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ −2 . − 5 3 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ 2 = 25 9 - Toda potência com expoente ímpar tem o mesmo sinal da base. 2 3 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ 3 = 2 3 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ . 2 3 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ . 2 3 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ = 8 27 - Toda potência com expoente par é um número positivo. − 1 5 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ 2 = − 1 5 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ . − 1 5 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ = 1 25 - Produto de potências de mesma base. Para reduzir um produto de potências de mesma base a uma só potência, conservamos a base e somamos os expoentes. 2 5 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ 2 . 2 5 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ 3 = 2 5 .2 5 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ . 2 5 .2 5 .2 5 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ = 2 5 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ 2+3 = 2 5 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ 5 Didatismo e Conhecimento 15 RACIOCÍNIO LÓGICO - Quociente de potências de mesma base. Para reduzir um quociente de potências de mesma base a uma só potência, conservamos a base e subtraímos os expoentes. - Potência de Potência. Para reduzir uma potência de potência a uma potência de um só expoente, conservamos a base e multiplicamos os expoentes 1 2 2⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ ⎡ ⎣ ⎢ ⎤ ⎦ ⎥ 3 = 1 2 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ 2 . 1 2 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ 2 . 1 2 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ 2 = 1 2 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ 2+2+2 = 1 2 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ 3+2 = 1 2 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ 6 Radiciação de Números Racionais Se um número representa um produto de dois ou mais fatores iguais, então cada fator é chamado raiz do número. Vejamos alguns exemplos: Exemplo 1 4 Representa o produto 2 . 2 ou 22. Logo, 2 é a raiz quadrada de 4. Indica-se √4= 2. Exemplo 2 1 9 Representa o produto 13 . 1 3 ou 1 3 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ 2 . Logo, 13 é a raiz quadrada de 1 9 .Indica-se 1 9 = 1 3 Exemplo 3 0,216 Representa o produto 0,6 . 0,6 . 0,6 ou (0,6)3. Logo, 0,6 é a raiz cúbica de 0,216. Indica-se 0,2163 = 0,6. Assim, podemos construir o diagrama: N Z Q Um número racional, quando elevado ao quadrado, dá o número zero ou um número racional positivo. Logo, os números racionais negativos não têm raiz quadrada em Q. O número -100 9 não tem raiz quadrada em Q, pois tanto -10 3 como +10 3 , quando elevados ao quadrado, dão 100 9 . Um número racional positivo só tem raiz quadrada no conjunto dos números racionais se ele for um quadrado perfeito. O número 2 3 não tem raiz quadrada em Q, pois não existe número racional que elevado ao quadrado dê 2 3 . Exercícios 1. Calcule o valor das expressões numéricas: a) 7 24 − 5 12 − 1 8 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ − − 7 6 + 3 4 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ ⎡ ⎣⎢ ⎤ ⎦⎥ b) + 3 16 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ : − 1 12 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ + 5 2 ⎡ ⎣⎢ ⎤ ⎦⎥ − 9 4 − 7 2 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ 2. Escreva o produto 73 3 2. 3 2 + + como uma só potência. 3. Escreva o quociente − 16 25 ⎛ ⎝⎜ ⎞⎠⎟ 12 : − 16 25 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ 4 como uma só potência. 4. Qual é o valor da expressão − 13 24 − 1 2 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ 3 : + 3 4 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ ? 5. Para encher um álbum de figurinhas, Karina contribuiu com 1 6 das figurinhas, enquanto Cristina contribuiu com das figurinhas 3 4 . Com que fração das figurinhas as duas juntas contribuíram? 6. Ana está lendo um livro. Em um dia ela leu 1 4 do livro e no dia seguinte leu 1 6 do livro. Então calcule: a) A fração do livro que ela já leu. b) A fração do livro que falta para ela terminar a leitura. 7. Em um pacote há 45 de 1 Kg de açúcar. Em outro pacote há 13 . Quantos quilos de açúcar o primeiro pacote tem a mais que o segundo? 8. A rua onde Cláudia mora está sendo asfaltada. Os 5 9 da rua já foram asfaltados. Que fração da rua ainda resta asfaltar? 9. No dia do lançamento de um prédio de apartamentos, 1 3 desses apartamentos foi vendido e 1 6 foi reservado. Assim: a) Qual a fração dos apartamentos que foi vendida e reservada? b) Qual a fração que corresponde aos apartamentos que não foram vendidos ou reservados? 10. Transforme em fração: a) 2,08 b) 1,4 c) 0,017 d) 32,17 Respostas 1) Solução a) 7 24 − 5 12 − 1 8 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ − − 7 6 + 3 4 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ ⎡ ⎣⎢ ⎤ ⎦⎥ = 7 24 − 10 − 3 24 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ − −14 + 9 12 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ ⎡ ⎣⎢ ⎤ ⎦⎥ 7 24 − 7 24 + 5 12 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ = 7 24 − 7 +10 24 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ = 7 24 − 17 24 = − 10 24 = − 5 12 Didatismo e Conhecimento 16 RACIOCÍNIO LÓGICO b) + 3 16 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ : − 1 12 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ + 5 2 ⎡ ⎣⎢ ⎤ ⎦⎥ − 9 4 − 7 2 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ 3 16 − 1 12 + 5 2 ⎡ ⎣ ⎢ ⎢ ⎢ ⎤ ⎦ ⎥ ⎥ ⎥ − 9 −14 4 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ = 36 16 − 5 2 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ − − 5 4 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ − 9 4 + 5 2 + 5 4 = −9 +10 + 5 4 = 6 4 = 3 2 mmc:(4;2)=4 2) Solução: + 2 3 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ 10 3) Solução: − 16 25 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ 8 4) Solução: 5) Resposta 11 12Solução: 1 6 + 3 4 = 2 12 + 9 12 = 11 12 6) Solução: a) 1 4 + 1 6 = 3 12 + 2 12 = 5 12 b) 1- 5 12 = 12 12 - 5 12 = 7 12 7) Respostas 7 15Solução: 4 5 - 1 3 = 12 15 - 5 15 = 7 15 8) Resposta 4 9Solução: 1 - 5 9 = 9 9 - 5 9 = 4 9 9) Solução: a) 1 3 + 1 6 = 2 6 + 16 = 3 6 = 1 2 b) 1- 1 2 = 2 2 - 1 2 = 1 2 10) Solução: a) 2,08 → 208 100 = 52 25 b) 1,4 → 14 10 = 7 5 c) 0,017 → 17 1000 d) 32,17 → 3217 100 Números Reais O conjunto dos números reais R é uma expansão do conjunto dos números racionais que engloba não só os inteiros e os fracionários, positivos e negativos, mas também todos os números irracionais. Os números reais são números usados para representar uma quantidade contínua (incluindo o zero e os negativos). Pode-se pensar num número real como uma fração decimal possivelmente infinita, como 3,141592(...). Os números reais têm uma correspondência biunívoca com os pontos de uma reta. Denomina-se corpo dos números reais a coleção dos elementos pertencentes à conclusão dos racionais, formado pelo corpo de frações associado aos inteiros (números racionais) e a norma associada ao infinito. Existem também outras conclusões dos racionais, uma para cada número primo p, chamadas números p-ádicos. O corpo dos números p-ádicos é formado pelos racionais e a norma associada a p! Propriedade O conjunto dos números reais com as operações binárias de soma e produto e com a relação natural de ordem formam um corpo ordenado. Além das propriedades de um corpo ordenado, R tem a seguinte propriedade: Se R for dividido em dois conjuntos (uma partição) A e B, de modo que todo elemento de A é menor que todo elemento de B, então existe um elemento x que separa os dois conjuntos, ou seja, x é maior ou igual a todo elemento de A e menor ou igual a todo elemento de B. Ao conjunto formado pelos números Irracionais e pelos números Racionais chamamos de conjunto dos números Reais. Ao unirmos o conjunto dos números Irracionais com o conjunto dos números Racionais, formando o conjunto dos números Reais, todas as distâncias representadas por eles sobre uma reta preenchem-na por completo; isto é, ocupam todos os seus pontos. Por isso, essa reta é denominada reta Real. Didatismo e Conhecimento 17 RACIOCÍNIO LÓGICO Podemos concluir que na representação dos números Reais sobre uma reta, dados uma origem e uma unidade, a cada ponto da reta corresponde um número Real e a cada número Real corresponde um ponto na reta. Ordenação dos números Reais A representação dos números Reais permite definir uma relação de ordem entre eles. Os números Reais positivos são maiores que zero e os negativos, menores. Expressamos a relação de ordem da seguinte maneira: Dados dois números Reais a e b, a ≤ b ↔ b – a ≥ 0 Exemplo: -15 ≤ ↔ 5 – (-15) ≥ 0 5 + 15 ≥ 0 Propriedades da relação de ordem - Reflexiva: a ≤ a - Transitiva: a ≤ b e b ≤ c → a ≤ c - Anti-simétrica: a ≤ b e b ≤ a → a = b - Ordem total: a < b ou b < a ou a = b Expressão aproximada dos números Reais Os números Irracionais possuem infinitos algarismos decimais não-periódicos. As operações com esta classe de números sempre produzem erros quando não se utilizam todos os algarismos decimais. Por outro lado, é impossível utilizar todos eles nos cálculos. Por isso, somos obrigados a usar aproximações, isto é, cortamos o decimal em algum lugar e desprezamos os algarismos restantes. Os algarismos escolhidos serão uma aproximação do número Real. Observe como tomamos a aproximação de e do número nas tabelas. Aproximação por Falta Excesso Erro menor que π π 1 unidade 1 3 2 4 1 décimo 1,4 3,1 1,5 3,2 1 centésimo 1,41 3,14 1,42 3,15 1 milésimo 1,414 3,141 1,415 3,142 1 décimo de milésimo 1,4142 3,1415 1,4134 3,1416 Operações com números Reais Operando com as aproximações, obtemos uma sucessão de intervalos fixos que determinam um número Real. É assim que vamos trabalhar as operações adição, subtração, multiplicação e divisão. Relacionamos, em seguida, uma série de recomendações úteis para operar com números Reais: - Vamos tomar a aproximação por falta. - Se quisermos ter uma ideia do erro cometido, escolhemos o mesmo número de casas decimais em ambos os números. - Se utilizamos uma calculadora, devemos usar a aproximação máxima admitida pela máquina (o maior número de casas decimais). - Quando operamos com números Reais, devemos fazer constar o erro de aproximação ou o número de casas decimais. - É importante adquirirmos a idéia de aproximação em função da necessidade. Por exemplo, para desenhar o projeto de uma casa, basta tomar medidas com um erro de centésimo. - Em geral, para obter uma aproximação de n casas decimais, devemos trabalhar com números Reais aproximados, isto é, com n + 1 casas decimais. Para colocar em prática o que foi exposto, vamos fazer as quatro operações indicadas: adição, subtração, multiplicação e divisão com dois números Irracionais. Valor Absoluto Como vimos, o erro pode ser: - Por excesso: neste caso, consideramos o erro positivo. - Por falta: neste caso, consideramos o erro negativo. Quando o erro é dado sem sinal, diz-se que está dado em valor absoluto. O valor absoluto de um número a é designado por |a| e coincide com o número positivo, se for positivo, e com seu oposto, se for negativo. Exemplo: Um livro nos custou 8,50 reais. Pagamos com uma Didatismo e Conhecimento 18 RACIOCÍNIO LÓGICO nota de 10 reais. Se nos devolve 1,60 real de troco, o vendedor cometeu um erro de +10 centavos. Ao contrário, se nos devolve 1,40 real, o erro cometido é de 10 centavos. GEOMETRIA PLANA: DISTÂNCIAS E ÂNGULOS, POLÍGONOS, CIRCUNFERÊNCIA, PERÍMETRO E ÁREA. Geometria Plana A Geometria é a parte da matemática que estuda as figuras e suas propriedades. A geometria estuda figuras abstratas, de uma perfeição não existente na realidade. Apesar disso, podemos ter uma boa idéia das figuras geométricas, observando objetos reais, como o aro da cesta de basquete que sugere uma circunferência, as portas e janelas que sugerem retângulos e o dado que sugere um cubo. Reta,semirreta e segmento de reta Definições. a) Segmentos congruentes. Dois segmentos são congruentes se têm a mesma medida. b) Ponto médio de um segmento. Um ponto P é ponto médio do segmento AB se pertence ao segmento e divide AB em dois segmentos congruentes. c) Mediatriz de um segmento. É a reta perpendicular ao segmento no seu ponto médio Ângulo Definições. a) Ângulo é a região plana limitada por duas semirretas de mesma origem. b) Ângulos congruentes: Dois ângulos são ditos congruentes se têm a mesma medida. c) Bissetriz de um ângulo: É a semirreta de origem no vértice do ângulo que divide esse ângulo em dois ângulos congruentes. Perímetro Entendendo o que é perímetro. Imagine uma sala de aula de 5m de largura por 8m de comprimento. Quantos metros lineares serão necessários para colocar rodapé nesta sala, sabendo que a porta mede 1m de largura e que nela não se coloca rodapé? Didatismo e Conhecimento 19 RACIOCÍNIO LÓGICO A conta que faríamos seria somar todos os lados da sala, menos 1m da largura da porta, ou seja: P = (5 + 5 + 8 + 8) – 1 P = 26 – 1 P = 25 Colocaríamos 25m de rodapé. A soma de todos os lados da planta baixa se chama Perímetro. Portanto, Perímetro é a soma dos lados de uma figura plana. Área Área é a medida de uma superfície. A área do campo de futebol é a medida de sua superfície (gramado). Se pegarmos outro campo de futebol e colocarmos em uma malha quadriculada, a sua área será equivalente à quantidade de quadradinho. Se cada quadrado for uma unidade de área: Veremos que a área do campo de futebol é 70 unidades de área. A unidade de medida da área é: m² (metros quadrados), cm² (centímetros quadrados), e outros. Se tivermos uma figura do tipo: Sua área será um valor aproximado. Cada é uma unidade, então a área aproximada dessa figura será de 4 unidades. No estudo da matemática calculamos áreas de figuras planas e para cada figura há uma fórmula pra calcular a sua área. Retângulo É o quadrilátero que tem todos os ângulos internos congruentes e iguais a 90º. No cálculo da área de qualquer retângulo podemos seguir o raciocínio: Pegamos um retângulo e colocamos em uma malha quadriculada onde cada quadrado tem dimensões de 1 cm. Se contarmos, veremos que há 24 quadrados de 1 cm de dimensões no retângulo. Como sabemos que a área é a medida da superfície de uma figuras podemos dizer que 24 quadrados de 1 cm de dimensões é a área do retângulo. O retângulo acima tem as mesmas dimensões que o outro, só que representado de forma diferente. O cálculo da área do retângulo pode ficar também da seguinte forma: A = 6 . 4 A = 24 cm² Podemos concluir que a área de qualquer retângulo é: A = b . h Didatismo e Conhecimento 20 RACIOCÍNIO LÓGICO Quadrado É o quadrilátero que tem os lados congruentes e todos os ângulos internos a congruentes (90º). Sua área também é calculada com o produto da base pela altura. Mas podemos resumir essa fórmula: Como todos os lados são iguais, podemos dizer que base é igual a e a altura igual a , então, substituindo na fórmula A = b . h, temos: A = . A= ² Trapézio É o quadrilátero que tem dois lados paralelos. A altura de um trapézio é a distância entre as retas suporte de suas bases. Em todo trapézio, o segmento que une os pontos médios dos dois lados não paralelos, é paralelo às bases e vale a média aritmética dessas bases. A área do trapézio está relacionada com a área do triângulo que é calculada utilizando a seguinte fórmula: A = b . h (b = base e h = altura). 2 Observe o desenho de um trapézio e os seus elementos mais importantes (elementos utilizados no cálculo da sua área): Um trapézio é formado por uma base maior (B), por uma base menor (b) e por uma altura (h). Para fazermos o cálculo da área do trapézio é preciso dividi-lo em dois triângulos, veja como: Primeiro: completamos as alturas no trapézio: Segundo: o dividimos em dois triângulos: A área desse trapézio pode ser calculada somando as áreas dos dois triângulos (∆CFD e ∆CEF). Antes de fazer o cálculo da área de cada triângulo separadamente observamos que eles possuem bases diferentes e alturas iguais. Cálculo da área do ∆CEF: A∆1 = B . h 2 Cálculo da área do ∆CFD: A∆2 = b . h 2 Somando as duas áreas encontradas, teremos o cálculo da área de um trapézio qualquer: AT = A∆1 + A∆2 AT = B . h + b . h 2 2 Didatismo e Conhecimento 21 RACIOCÍNIO LÓGICO AT = B . h + b . h → colocar a altura (h) em evi- 2 dência, pois é um termo comum aos dois fatores. AT = h (B + b) 2 Portanto, no cálculo da área de um trapézio qualquer utilizamos a seguinte fórmula: A = h (B + b) 2 h = altura B = base maior do trapézio b = base menor do trapézio Losango É o quadrilátero que tem os lados congruentes. Em todo losango as diagonais são: a) perpendiculares entre si; b) bissetrizes dos ângulos internos. A área do losango é definida pela seguinte fórmula: . 2 d DS = Onde D é a diagonal maior e d é a menor. Triângulo Figura geométrica plana com três lados. Ângulo externo. O ângulo externo de qualquer polígono convexo é o ângulo formado entre um lado e o prolongamento do outro lado. Classificação dos triângulos. a) quanto aos lados: - triângulo equilátero. - triângulo isósceles. - triângulo escaleno. b) quanto aos ângulos: - triângulo retângulo. - triângulo obtusângulo. - triângulo acutângulo. Propriedades dos triângulos 1) Em todo triângulo, a soma das medidas dos 3 ângulos internos é 180º. 2) Em todo triângulo, a medida de um ângulo externo é igual à soma das medidas dos 2 ângulos internos não adjacentes. 3) Em todo triângulo, a soma das medidas dos 3 ângulos externos é 360º. Didatismo e Conhecimento 22 RACIOCÍNIO LÓGICO 4) Em todo triângulo isósceles, os ângulos da base são congruentes. Observação - A base de um triângulo isósceles é o seu lado diferente. Altura - É a distância entre o vértice e a reta suporte do lado oposto. Área do triangulo Segmentos proporcionais Teorema de Tales. Em todo feixe de retas paralelas, cortado por uma reta transversal, a razão entre dois segmento quaisquer de uma transversal é igual à razão entre os segmentos correspondentes da outra transversal. Semelhança de triângulos Definição. Dois triângulos são semelhantes se têm os ângulos dois a dois congruentes e os lados correspondentes dois a dois proporcionais. Definição mais “popular”. Dois triângulos são semelhantes se um deles é a redução ou a ampliação do outro. Importante - Se dois triângulos são semelhantes, a proporcionalidade se mantém constante para quaisquer dois segmentos correspondentes, tais como: lados, medianas, alturas, raios das circunferências inscritas, raios das circunferências circunscritas, perímetros, etc. Exercícios 1. Seja um paralelogramo com as medidas da base e da altura respectivamente, indicadas por b e h. Se construirmos um outro paralelogramo que tem o dobro da base e o dobro da altura do outro paralelogramo, qual será relação entre as áreas dos parale- logramos? 2. Os lados de um triângulo equilátero medem 5 mm. Qual é a área deste triângulo equilátero? 3. Qual é a medida da área de um paralelogramo cujas medi- das da altura e da base são respectivamente 10 cm e 2 dm? 4. As diagonais de um losango medem 10 cm e 15 cm. Qual é a medida da sua superfície? 5. Considerando as informações constantes no triangulo PQR, pode-se concluir que a altura PR desse triângulo memde: a)5 b)6 c)7 d)8 6. Num cartão retangular, cujo comprimento é igual ao dobro de sua altura, foram feitos dois vincos AC e BF, que formam, entre si, um ângulo reto (90°). Observe a figura: Didatismo e Conhecimento 23 RACIOCÍNIO LÓGICO Considerando AF=16cm e CB=9cm, determine: a) as dimensões do cartão; b) o comprimento do vinco AC 7. Na figura, os ângulos assinalados sao iguais, AC=2 e AB=6. A medida de AE é: a)6/5 b)7/4 c)9/5d)3/2 e)5/4 8. Na figura a seguir, as distâncias dos pontos A e B à reta va- lem 2 e 4. As projeções ortogonais de A e B sobre essa reta são os pontos C e D. Se a medida de CD é 9, a que distância de C deverá estar o ponto E, do segmento CD, para que CÊA=DÊB a)3 b)4 c)5 d)6 e)7 9. Para ladrilhar uma sala são necessários exatamente 400 pe- ças iguais de cerâmica na forma de um quadrado. Sabendo-se que a área da sala tem 36m², determine: a) a área de cada peça, em m². b) o perímetro de cada oeça, em metros. 10. Na figura, os ângulos ABC, ACD, CÊD, são retos. Se AB=2 3 m e CE= 3 m, a razão entre as áreas dos triângulos ABC e CDE é: a)6 b)4 c)3 d)2 e) 3 Respostas 1. A2 = (2b)(2h) = 4bh = 4A1 2. Segundo o enunciado temos: l=5mm Substituindo na fórmula: ² 3 5² 3 6,25 3 10,8 4 4 lS S S= ⇒ = = ⇒ = 3. Sabemos que 2 dm equivalem a 20 cm, temos: h=10 b=20 Substituindo na fórmula: . 20.10 100 ² 2 ²S b h cm dm= = = = 4. Para o cálculo da superfície utilizaremos a fórmula que en- volve as diagonais, cujos valores temos abaixo: d1=10 d2=15 Utilizando na fórmula temos: 1. 2 10.15 75 ² 2 2 d dS cm= ⇒ = 5. 4 6 36 6 9 6 PR PR = ⇒ = = 6. 9 ² 144 12 16 ) 12( );2 24( ) ) 9² ² 81 144 15 x x x x a x altura x comprimento b AC x = ⇒ = ⇒ = = = = + = + = 7. 8. Didatismo e Conhecimento 24 RACIOCÍNIO LÓGICO 9. 10. Ângulos Ângulo: Do latim - angulu (canto, esquina), do grego - gonas; reunião de duas semi-retas de mesma origem não colineares. Ângulo Agudo: É o ângulo, cuja medida é menor do que 90º. Ângulo Central: - Da circunferência: é o ângulo cujo vértice é o centro da cir- cunferência; - Do polígono: é o ângulo, cujo vértice é o centro do polígono regular e cujos lados passam por vértices consecutivos do polígono. Ângulo Circunscrito: É o ângulo, cujo vértice não pertence à circunferência e os lados são tangentes à ela. Ângulo Inscrito: É o ângulo cujo vértice pertence a uma cir- cunferência e seus lados são secantes a ela. Ângulo Obtuso: É o ângulo cuja medida é maior do que 90º. Didatismo e Conhecimento 25 RACIOCÍNIO LÓGICO Ângulo Raso: - É o ângulo cuja medida é 180º; - É aquele, cujos lados são semi-retas opostas. Ângulo Reto: - É o ângulo cuja medida é 90º; - É aquele cujos lados se apoiam em retas perpendiculares. Ângulos Complementares: Dois ângulos são complementa- res se a soma das suas medidas é 900. Ângulos Congruentes: São ângulos que possuem a mesma medida. Ângulos Opostos pelo Vértice: Dois ângulos são opostos pelo vértice se os lados de um são as respectivas semi-retas opos- tas aos lados do outro. Ângulos Replementares: Dois ângulos são ditos replementa- res se a soma das suas medidas é 3600. Ângulos Suplementares: Dois ângulos são ditos suplementa- res se a soma das suas medidas de dois ângulos é 180º. Poligonal: Linha quebrada, formada por vários segmentos formando ângulos. Grado: (gr.): Do latim - gradu; dividindo a circunferência em 400 partes iguais, a cada arco unitário que corresponde a 1/400 da circunferência denominamos de grado. Grau: (º): Do latim - gradu; dividindo a circunferência em 360 partes iguais, cada arco unitário que corresponde a 1/360 da circunferência denominamos de grau. Exercícios 1. As retas f e g são paralelas (f // g). Determine a medida do ângulo â, nos seguintes casos: Didatismo e Conhecimento 26 RACIOCÍNIO LÓGICO a) b) c) 2. As retas a e b são paralelas. Quanto mede o ângulo î? 3. Obtenha as medidas dos ângulos assinalados: a) b) c) d) 4. Usando uma equação, determine a medida de cada ângulo do triângulo: a) Quanto mede a soma dos ângulos de um quadrado? 5. Dois ângulos são complementares tais que o triplo de um deles é igual ao dobro do outro. Determine o suplemento do menor. 6. A metade de um ângulo menos a quinta parte de seu com- plemento mede 38 graus. Qual é esse angulo? Didatismo e Conhecimento 27 RACIOCÍNIO LÓGICO 7. Cinco semi-retas partem de um mesmo ponto V, forman- do cinco ângulos que cobrem todo o plano e são proporcionais aos números 2, 3, 4, 5 e 6. Calcule o maior dos ângulos. 8. Na figura, o ângulo x mede a sexta parte do ângulo y, mais a metade do ângulo z. Calcule y. 9. Observe a figura abaixo e determine o valor de m e n. 10. Determine o valor de a na figura seguinte: Respostas 1) Resposta a) 55˚ b) 74˚ c) 33˚ 2) Resposta “130”. Solução: Imagine uma linha cortando o ângulo î, formando uma linha paralela às retas “a” e “b”. Fica então decomposto nos ângulos ê e ô. Sendo assim, ê = 80° e ô = 50°, pois o ângulo ô é igual ao complemento de 130° na reta b. Logo, î = 80° + 50° = 130°. 3) Solução: a) 160° - 3x = x + 100° 160° - 100° = x + 3x 60° = 4x x = 60°/4 x = 15° Então 15°+100° = 115° e 160°-3*15° = 115° b) 6x + 15° + 2x + 5º = 180° 6x + 2x = 180° -15° - 5° 8x = 160° x = 160°/8 x = 20° Então, 6*20°+15° = 135° e 2*20°+5° = 45° c) Sabemos que a figura tem 90°. Então x + (x + 10°) + (x + 20°) + (x + 20°) = 90° 4x + 50° = 90° 4x = 40° x = 40°/4 x = 10° d) Sabemos que os ângulos laranja + verde formam 180°, pois são exatamente a metade de um círculo. Então, 138° + x = 180° x = 180° - 138° x = 42° Logo, o ângulo x mede 42°. 4) Solução: Sabemos que a soma dos ângulos do triângulo é 180°. Então, 6x + 4x + 2x = 180° 12x = 180° x = 180°/12 x = 15° Os ângulos são: 30° 60° e 90°. a) Um quadrado tem quatro ângulos de 90º, e, portanto a soma deles vale 360º. 5) Resposta “144˚”. Solução: - dois ângulos são complementares, então a + b = 90º - o triplo de um é igual ao dobro do outro, então 3a = 2b É um sistema de equações do 1º grau. Se fizermos a = 2b/3, substituímos na primeira equação: 2b/3 + b = 90 5b/3 = 90 b = 3/5 * 90 b = 54 → a = 90 – 54 = 36º Como a é o menor ângulo, o suplemento de 36 é 180-36 = 144º. Didatismo e Conhecimento 28 RACIOCÍNIO LÓGICO 6) Resposta “80˚”. Solução: (a metade de um ângulo) menos seu a [quinta parte] de seu [complemento] mede 38º. [a/2] – [1/5] [(90-a)] = 38 a/2 – 90/5 + a/5 = 38 a/2 + a/5 = 38 + 90/5 7a/10 = 38 + 18 a = 10/7 * 56 a = 80º 7) Resposta “180˚”. Solução: Seja x a constante de proporcionalidade, temos para os ângulos: a, b, c, d, e…, a seguinte proporção com os números 2, 3, 4, 5 e 6: a/2 = x → a = 2x b/3 = x → b = 3x c/4 = x → c = 4x d/5 = x → d = 5x e/6 = x → e = 6x Assim as semi-retas: a + b + c + d + e = 2x + 3x + 4x + 5x + 6x = 360º Agora a soma das retas: 20x Então: 20x = 360º → x = 360°/20 x = 18° Agora sabemos que o maior é 6x, então 6 . 18° = 108°. 8) Resposta “135˚”. Solução: Na figura, o ângulo x mede a sexta parte do ângulo y, mais a metade do ângulo z. Calcule y. Então vale lembrar que: x + y = 180 então y = 180 – x. E também como x e z são opostos pelo vértice, x = z E de acordo com a figura: o ângulo x mede a sexta parte do ângulo y, mais a metade do ângulo z. Calcule y. x = y/6 + z/2 Agora vamos substituir lembrando que y = 180 - x e x = z Então: x = 180° - x/6 + x/2 agora resolvendo fatoração: 6x = 180°- x + 3x | 6x = 180° + 2x 6x – 2x = 180° 4x = 180° x=180°/4 x=45º Agora achar y, sabendo que y = 180° - x y=180º - 45° y=135°. 9) Resposta “11º; 159º”. Solução: 3m - 12º e m + 10º, são ângulos opostos pelo vértice logo são iguais. 3m - 12º = m + 10º 3m - m = 10º + 12º 2m = 22º m = 22º/2 m = 11º m + 10º e n são ângulos suplementares logo a soma entre eles é igual a 180º. (m + 10º) + n = 180º (11º + 10º) + n = 180º 21º + n = 180º n = 180º - 21º n = 159º Resposta: m = 11º e n = 159º. 10) Resposta “45˚”. É um ângulo oposto pelo vértice, logo, são ângulos iguais. Polígonos Um polígono é uma figura geométrica plana limitada por uma linha poligonal fechada. A palavra “polígono” advém do grego e quer dizer muitos (poly) e ângulos (gon). Linhas poligonais e polígonos Linha poligonal é uma sucessão de segmentos consecutivos e não-colineares, dois a dois. Classificam-se em: Linha poligonal fechada simples Linha poligonal fechada não-simples Didatismo e Conhecimento29 RACIOCÍNIO LÓGICO Linha poligonal aberta simples Linha poligonal aberta não-simples Polígono é uma linha fechada simples. Um polígono divide o plano em que se encontra em duas regiões (a interior e a exterior), sem pontos comuns. Elementos de um polígono Um polígono possui os seguintes elementos: - Lados: Cada um dos segmentos de reta que une vértices con- secutivos: AB,BC,CD,DE,DE,EA . - Vértices: Ponto de encontro de dois lados consecutivos: A, B, C, D, E. - Diagonais: Segmentos que unem dois vértices não consecu- tivos: AC,AD,BD,BE,CE - Ângulos internos: Ângulos formados por dois lados conse- cutivos: , , , , . - Ângulos externos: Ângulos formados por um lado e pelo prolongamento do lado a ele consecutivo: , , , , Classificação dos polígonos quanto ao número de lados Nome Número de lados Nome Número de lados triângulo 3 quadrilátero 4 pentágono 5 hexágono 6 heptágono 7 octógono 8 eneágono 9 decágono 10 hendecágono 11 dodecágono 12 tridecágono 13 tetradecágono 14 pentadecágono 15 hexadecágono 16 heptadecágono 17 octodecágono 18 eneadecágono 19 icoságono 20 triacontágono 30 tetracontágono 40 pentacontágono 50 hexacontágono 60 heptacontágono 70 octacontágono 80 eneacontágono 90 hectágono 100 quilógono 1000 googólgono 10100 Classificação dos polígonos A classificação dos polígonos pode ser ilustrada pela seguinte árvore: Um polígono é denominado simples se ele for descrito por uma fronteira simples e que não se cruza (daí divide o plano em uma região interna e externa), caso o contrário é denominado com- plexo. Um polígono simples é denominado convexo se não tiver ne- nhum ângulo interno cuja medida é maior que 180°, caso o contrá- rio é denominado côncavo. Um polígono convexo é denominado circunscrito a uma cir- cunferência ou polígono circunscrito se todos os vértices pertence- rem a uma mesma circunferência. Um polígono inscritível é denominado regular se todos os seus lados e todos os seus ângulos forem congruentes. Alguns polígonos regulares: - triângulo equilátero - quadrado - pentágono regular - hexágono regular Didatismo e Conhecimento 30 RACIOCÍNIO LÓGICO Propriedades dos polígonos De cada vértice de um polígono de n lados, saem n - 3 diago- nais (dv). O número de diagonais (d) de um polígono é dado porn(n − 3) 2 , onde n é o número de lados do polígono. A soma das medidas dos ângulos internos de um polígono de n lados (Si) é dada por (n − 2).180 . A soma das medidas dos ângulos externos de um polígono de n lados (Se) é igual a 360 n . Em um polígono convexo de n lados, o número de triângulos formados por diagonais que saem de cada vértice é dado por n - 2. A medida do ângulo interno de um polígono regular de n lados (ai) é dada por (n − 2).180 n . A medida do ângulo externo de um polígono regular de n la- dos (ae) é dada por 360 n . A soma das medidas dos ângulos centrais de um polígono re- gular de n lados (Sc) é igual a 360º. A medida do ângulo central de um polígono regular de n lados (ac) é dada por 360 n . Outros polígonos Alguns polígonos são diferentes dos outros, por apresentarem lados cruzados, são eles: Estrelado Polígono formado por corda e ângulos iguais. Pode ser: Falso: Pela sobreposição de Polígonos Verdadeiro: Formado por linhas poligonais fechadas não- -simples Entrecruzado Polígono, cujo prolongamento dos lados, ajuda a formar outro polígono. Entrelaçado Formado por faixas de retas paralelas que se entrelaçam Esboço dos Polígonos citados acima Ângulos de um Polígono Regular Polígono Regular: É o polígono que possui todos os lados congruentes e todos os ângulos internos congruentes. Também, em cada vértice do polígono, a soma das medidas dos ângulos interno e externo é 180°. Para um polígono de n lados, temos que o ângulo interno (A¡) = (1− 2 / n)×180 Exemplos Hexágono Regular: 6 lados Cálculo da Soma das medidas dos ângulos internos: S¡ = 6-2 . 180° = 4.180° = 720° Como o Hexágono é regular: A¡ = 720º/6 = 120° Ae = 180º - 120º = 60° O ângulo interno mede 120° e o externo, 60°. Para um polígono convexo qualquer de n lados: Soma dos ângulos Internos SÎ = (n-2) . 180º Soma dos ângulos Externos Sê = 360º Número de Diagonais d= n(n-3) / 2 Polígonos regulares São aqueles que possuem todos os lados congruentes e todos os ângulos congruentes. Î = (n-2).180º /n ê=360º/n Î + ê =180º Exercícios 1. Quanto vale a soma dos ângulos internos de um dode- cágono? 2. Qual o polígono que tem soma dos ângulos internos igual a 3240º? 3. Ache o valor de x na figura: 4. Um quadrilátero possui: a) Quantos vértices? b) Quantos Lados? c) Quantos lados internos e externos? Didatismo e Conhecimento 31 RACIOCÍNIO LÓGICO 5. De o nome do polígono que possui: a) 8 lados b) 5 vértices 6. De o nome do polígono que possui: a) 3 ângulos externos b) 22 ângulos internos 7. Qual o número mínimo de lados de um polígono? 8. Determine o número de diagonais do octógono. 9. Determine o polígono cujo número de diagonais é o do- bro do número de lados. 10. Quantos ângulos internos possui um decágono? Respostas 1) Solução: n = 12 Si = (n - 2).180° Si = 10.180° = 1800 2) Solução: Si = 3240° Si = (n -2 ).180° 3240° = (n - 2).180° 3240 180 = n - 2 18 = n - 2 n = 20 3) Solução: A soma dos ângulos internos do pentágono é: Si = (n - 2).180° Si = (5 - 2).180° Si = 3.180° Si = 540° 540 = x + 3 2 x + x +15 + 2x − 20 + x + 2 540 = 5x + 3 2 x + 20 520 = 10x + 3x 2 1040 = 13x x = 1040 13 x = 80 4) Solução: Um quadrilátero, pelo próprio nome já diz, possui 4 lados. Portanto: a) 4 vértices b) 4 lados c) 4 ângulos internos e externos. 5) Solução: a) Octógono b) Pentágono 6) Solução: a) Triângulo b) Polígono de 22 lados. 7) Solução: 3 lados. 8) Solução. Um octógono possui 8 lados, ou 8 vértices, logo: n = 8 n.(n − 3) 2 = 8.(8 − 3) 2 = 8.5 2 = 40 2 = 20 9) Solução: n número de lados: n n de diagonais: d = Pelo dado do problema: d = 2n n.(n − 3) 2 = 2n→ n.(n − 3) = 4n→ n.(n − 3) n = 4n n → n − 3 = 4→ n = 4 + 3 = 7 Logo, o polígono é o heptágono. 10) Solução: 10 ângulos Circunferência e Círculo Equações da circunferência Equação reduzida Circunferência é o conjunto de todos os pontos de um plano equidistantes de um ponto fixo, desse mesmo plano, denominado centro da circunferência: Assim, sendo C(a, b) o centro e P(x, y) um ponto qualquer da circunferência, a distância de C a P(dCP) é o raio dessa circunfe- rência. Então: Didatismo e Conhecimento 32 RACIOCÍNIO LÓGICO dcp = (XP − XC ) 2 + (YP −YC ) 2 ⇒ (x − a)2 − (y − b)2 = r ⇒ (x − a)2 + (y − b)2 = r2 Portanto, (x - a)2 + (y - b)2 =r2 é a equação reduzida da cir- cunferência e permite determinar os elementos essenciais para a construção da circunferência: as coordenadas do centro e o raio. Observação: Quando o centro da circunferência estiver na ori- gem (C(0,0)), a equação da circunferência será x2 + y2 = r2. Equação Geral Desenvolvendo a equação reduzida, obtemos a equação geral da circunferência:(x − a)2 + (y − b)2 = r2 ⇒ x2 − 2ax + a2 + y2 − 2by + b2 = r2 ⇒ x2 + y2 − 2ax − 2by + a2 + b2 − r2 = 0 Como exemplo, vamos determinar a equação geral da circun- ferência de centro C(2, -3) e raio r = 4. A equação reduzida da circunferência é: ( x - 2 )2 +( y + 3 )2 = 16 Desenvolvendo os quadrados dos binômios, temos: x2 − 4x + 4 + y2 + 6y + 9 −16 = 0⇒ x2 + y2 − 4x + 6y − 3 = 0 Determinação do centro e do raio da circunferência, dada a equação geral Dada a equação geral de uma circunferência, utilizamos o pro- cesso de fatoração de trinômio quadrado perfeito para transformá- -la na equação reduzida e, assim, determinamos o centro e o raio da circunferência. Para tanto, a equação geral deve obedecer a duas condições: - Os coeficientes dos termos x2 e y2 devem ser iguais a 1; - Não deve existir o termo xy. Então, vamos determinar o centro e o raio da circunferência cuja equação geral é x2 + y2 - 6x + 2y - 6 = 0. Observando a equação, vemos que ela obedece às duas con- dições.
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