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coleção & o passo decisivo para sua aprovação Matemática II MATEMÁTICA E SUAS TECNOLOGIAS 9 9 Licensed to Rodrigo Meinberg - Email: rogerio.melo@gold360.com.brLicensed to Jefferson Antônio Pereira de Lima - jeffersonpereira28drc-@outlook.com Matemática II Produção editorial: Gold Editora Ltda. Coordenação editorial: Isabel Moraes Coordenação pedagógica: Mônica Lungov, Raquel dos Santos Funari Assistência editorial: Henrique Ostronoff Texto: Wolney Cândido de Melo (mestre em ensino de Ciências pela Universidade de São Paulo, pedagogo e professor no ensino médio e em cursos pré-vestibulares, assessor em cursos para formação de docentes, com enfoque nas novas tendências do Enem e vestibulares) Arte: Nuova Comunicação Iconografia: Cláudio Perez Ilustrações: Alisson Lima Revisão: Sandra Miguel Colaboração: Auro Paranhos, Luciana Sutil Fotos: Shutterstock (exceto as indicadas na própria página) ISBN 978-857-768-497-7 Todos os direitos reservados de acordo com a convenção internacional de direitos autorais. Nenhuma parte desta obra pode ser reproduzida ou utilizada seja por que meios forem – eletrônicos ou mecânicos, inclusive fotocópias ou gravações, ou por sistemas de armazenagem e recuperação de dados – sem o consentimento, por escrito, da editora. Gold Editora R. Elvira Ferraz, 250, cj 505 04552-040 – São Paulo – SP CNPJ 04.963.593/0001-42 Licensed to Rodrigo Meinberg - Email: rogerio.melo@gold360.com.brLicensed to Jefferson Antônio Pereira de Lima - jeffersonpereira28drc-@outlook.com Matemática II A Coleção Enem & Vestibulares – o passo decisivo para sua aprovação foi desenvolvida especialmente para você que busca conquistar uma boa pontuação tanto no Exame Nacional do Ensino Médio, o Enem, como em vestibulares tradicionais. Com conteúdo desenvolvido por professores do ensino médio, com ampla experiência em preparação de estudantes para o Enem e para ves- tibulares, cada um dos 12 volumes da série apresenta linguagem afinada com o que tem sido cobrado nos exames atuais, muitos exemplos práti- cos, fotografias, tabelas, ilustrações e muitas dicas para você. Este nono volume – Matemática II – reúne de forma simples e didá- tica temas como trigonometria, área de figuras planas, área e volume de sólidos geométricos, estatística e probabilidade, entre outros assuntos recorrentes no Enem e nos vestibulares. Além disso, apresenta dezenas de exemplos e exercícios resolvidos para que você possa assimilar o con- teúdo facilmente. Bom estudo! Licensed to Rodrigo Meinberg - Email: rogerio.melo@gold360.com.brLicensed to Jefferson Antônio Pereira de Lima - jeffersonpereira28drc-@outlook.com Sumário 1. Conhecimentos geométricos ........................................................................6 Trigonometria .......................................................................................................................................... ..7 1. Trigonometria do triângulo retângulo .................................................................................... 7 2. Relações no ciclo trigonométrico ...........................................................................................11 Características e grandezas das figuras geométricas planas e espaciais ........................ 16 1. Unidades de medida e escalas ................................................................................................ 16 2. Comprimentos ...............................................................................................................................17 3. Áreas ..................................................................................................................................................18 4. Volumes ........................................................................................................................................... 19 Ângulos ..................................................................................................................................................... 24 1. Posições relativas entre duas retas ...................................................................................... 24 2. Posições relativas entre reta e plano .................................................................................. 26 3. Posições relativas entre dois planos ....................................................................................27 Simetrias de figuras planas ou espaciais ......................................................................................28 1. Simetria axial ................................................................................................................................. 29 2. Simetria em relação a um ponto ........................................................................................... 29 Isometria .................................................................................................................................................. 30 1. Translação ........................................................................................................................................31 2. Reflexão ............................................................................................................................................31 3. Rotação ............................................................................................................................................31 Proporcionalidade entre segmentos ..............................................................................................32 1. Teorema de Tales .........................................................................................................................32 Circunferências....................................................................................................................................... 34 1. Ângulos na circunferência ........................................................................................................ 34 2. Potência de um ponto em relação a uma circunferência ........................................... 36 2. Conhecimentos de estatística e probabilidade ......................................42 Representação e análise de dados ................................................................................................. 43 1. Distribuição de frequências .....................................................................................................44 2. Gráficos ........................................................................................................................................... 45 3. Em intervalos reais ..................................................................................................................... 48 Licensed to Rodrigo Meinberg - Email: rogerio.melo@gold360.com.brLicensed to Jefferson Antônio Pereira de Lima - jeffersonpereira28drc-@outlook.com Medidas de tendência central .......................................................................................................... 49 1. Médias .............................................................................................................................................. 49 2. Moda (Mo) ..................................................................................................................................... 50 3. Mediana (Md) .................................................................................................................................51 Desvios e variância ................................................................................................................................53 1. Variância .......................................................................................................................................... 54 2. Desvio padrão ...............................................................................................................................55Noções de probabilidade ....................................................................................................................55 1. Probabilidade .................................................................................................................................55 3. Conhecimentos algébricos/geométricos .................................................58 Plano cartesiano .................................................................................................................................... 59 1. Distância entre dois pontos .....................................................................................................60 2. Condições de alinhamento entre três pontos ................................................................. 62 Retas........................................................................................................................................................... 64 1. Equação geral da reta ................................................................................................................ 66 2. Equação fundamental da reta ............................................................................................... 67 3. Distância entre ponto e reta ................................................................................................... 68 4. Paralelismo e perpendicularismo entre retas .................................................................. 69 Circunferência ..........................................................................................................................................72 1. Equação geral e reduzida da circunferência ......................................................................72 2. Posições relativas entre ponto e circunferência..............................................................73 3. Posições entre reta e circunferência ................................................................................... 74 Licensed to Rodrigo Meinberg - Email: rogerio.melo@gold360.com.brLicensed to Jefferson Antônio Pereira de Lima - jeffersonpereira28drc-@outlook.com 6 Conhecimentos geométricos1 Licensed to Rodrigo Meinberg - Email: rogerio.melo@gold360.com.brLicensed to Jefferson Antônio Pereira de Lima - jeffersonpereira28drc-@outlook.com Matemática IIMATEMÁTICA E SUAS TECNOLOGIAS 7 Do grego trigono (triangular) e metria (medida), a palavra “trigono- metria” deve sua origem à resolução de problemas práticos de nave- gação e Astronomia, principalmente. A trigonometria do triângulo, que relaciona as medidas dos lados com as medidas de seus ângulos, é de grande utilidade para a resolu- ção de problemas de Geometria e Física, tais como o cálculo da altura de prédios e montanhas ou da largura de rios. 1. Trigonometria do triângulo retângulo Um triângulo é denominado retângulo quando um de seus ângu- los internos é reto, ou seja, mede 90°. Observe o triângulo ABC da figura com  = 90° (reto) e seus ângu- los agudos α e β. β a b c α É importante saber que: y Em relação ao ângulo α, temos: c é o cateto oposto b é o cateto adjacente y Em relação ao ângulo β, temos: b é o cateto oposto c é o cateto adjacente y O lado a, oposto ao ângulo reto, é a hipotenusa. No triângulo retângulo são definidas as razões trigonométricas: seno, cosseno e tangente de um ângulo agudo β. Trigonometria A C B Licensed to Rodrigo Meinberg - Email: rogerio.melo@gold360.com.brLicensed to Jefferson Antônio Pereira de Lima - jeffersonpereira28drc-@outlook.com 8 1.1. Seno do ângulo β (sen β) É a razão entre a medida do cateto oposto e a medida da hipote- nusa, ou seja: sen β = b a — 1.2. Cosseno do ângulo β (cos β) É a razão entre a medida do cateto adjacente e a medida da hipo- tenusa, isto é: cos β = c a — 1.3. Tangente do ângulo β (tg β) É a razão entre a medida do cateto oposto e a medida do cateto adjacente, isto é: tg β = b c — A tangente do ângulo β também pode ser definida como a razão entre o sen β e o cos β. tg β = ——— sen β cos β Dois ângulos são chamados complementares quando sua soma dá 90º. No triângulo da página anterior, α e β são complementares. Note que, nesse caso, teremos sempre sen α = cos β e sen β = cos α. Vale a pena lembrar alguns valores notáveis: 30º 45º 60º sen 1 2 — ∙ 2 2 —— ∙ 3 2 —— cos ∙ 3 2 —— ∙ 2 2 —— 1 2 — tg ∙ 3 3 —— 1 ∙ 3 Licensed to Rodrigo Meinberg - Email: rogerio.melo@gold360.com.brLicensed to Jefferson Antônio Pereira de Lima - jeffersonpereira28drc-@outlook.com Matemática IIMATEMÁTICA E SUAS TECNOLOGIAS 9 | Enem 2010 | Um balão atmosférico, lançado em Bauru (343 quilômetros a noroeste de São Paulo), na noite do último domingo, caiu nesta segunda-feira em Cuiabá Paulista, na região de Presidente Prudente, assustando agricultores da região. O artefato faz parte do programa Projeto Hibiscus, desenvolvido por Brasil, França, Argentina, Inglaterra e Itália, para a medição do comportamento da camada de ozônio, e sua descida se deu após o cumprimento do tempo previsto de medição. Disponível em: http://www.correiodobrasil.com.br. Acesso em: 2 maio 2010. 1,8 km 3,7 km 60º 30º A B Balão Na data do acontecido, duas pessoas avistaram o balão. Uma estava a 1,8 km da posição vertical do balão e o avistou sob um ângulo de 60°; a outra estava a 5,5 km da posição vertical do balão, alinhada com a primeira, e no mesmo sentido, conforme se vê na figura, e o avistou sob um ângulo de 30°. Qual a altura aproximada em que se encontrava o balão? a) 1,8 km d) 3,7 km b) 1,9 km e) 5,5 km c) 3,1 km Chamando de h a altura em que se encontra o balão, temos: C h D 1,8 km 3,7 km 60º 30º A B Balão No triângulo ADC, temos: tg 60º = —— " ∙ 3 = —— " h = 1,8 ∙ ∙ 3 h 1,8 h 1,8 h ≅ 1,8 ∙ 1,73 " h ≅ 3,11 km Resposta: alternativa “c”. Licensed to Rodrigo Meinberg - Email: rogerio.melo@gold360.com.brLicensed to Jefferson Antônio Pereira de Lima - jeffersonpereira28drc-@outlook.com 10 | Enem 2009 | Ao morrer, o pai de João, Pedro e José deixou como herança um terreno retangular de 3 km x 2 km que contém uma área de extração de ouro delimitada por um quarto de círculo de raio 1 km a partir do canto inferior esquerdo da propriedade. Dado o maior va- lor da área de extração de ouro, os irmãos acordaram em repartir a propriedade de modo que cada um ficasse com a terça parte da área de extração, conforme mostra a figura. João 1 km 2 km 1 km 3 km Pedro José Em relação à partilha proposta, constata-se que a porcentagem da área do terre- no que coube a João corresponde, aproximadamente, a (considere ∙ 3 3 —— = 0,58) a) 50%. d) 33%. b) 43%. e) 19%. c) 37%. No triângulo assinalado (João), temos: João 1 km 2 km 1 km 3 km Pedro José 30º x tg 30º = — ) x = 2 —— = 2 ∙ 0,58 = 1,16 x 2 ∙ 3 3 A = ——— = 1,16 1,16 ∙ 2 2 Em porcentagem: —— ≅ 19% 1,16 6 Resposta: alternativa “e”. Licensed to Rodrigo Meinberg - Email: rogerio.melo@gold360.com.brLicensed to Jefferson Antônio Pereira de Lima - jeffersonpereira28drc-@outlook.com Matemática IIMATEMÁTICA E SUAS TECNOLOGIAS 11 2. Relações no ciclo trigonométrico Círculo ou ciclo trigonométrico é um círculo de centro na origem do referencial e raio igual à unidade, ao qual se encontra associado um referencial xOy. eixo dos senos III Q IV Q eixo das tangentes II Q I Q EA x 1 C D tg 𝛂 cotg 𝛂 cos 𝛂 sen 𝛂 B P o y F1 –1 –1 𝛂 eixo das cotangentes eixo dos cossenos Em que: y P é o ponto de intersecção do raio vetor do ângulo com o arco que delimita a circunferência trigonométrica. y O seno de α é a ordenada do ponto P. y O cosseno de α é a abscissa do ponto P. y C é o ponto de intersecção do raio vetor do ângulo com o eixo das tangentes. y A tangente de α é a ordenada do ponto C. y D é o ponto de intersecção do raio vetor do ângulo com o eixo das cotangentes. y A cotangente de α é a abscissa do ponto D. Sinaisdo seno e do cosseno seno 2° quadrante 1° quadrante y x + − + − 3° quadrante 4° quadrante cosseno 2° quadrante 1° quadrante y x + + − − 3° quadrante 4° quadrante o o Licensed to Rodrigo Meinberg - Email: rogerio.melo@gold360.com.brLicensed to Jefferson Antônio Pereira de Lima - jeffersonpereira28drc-@outlook.com 12 2.1. Ciclo trigonométrico 11 π 6 −− 7 π 4 −− 5 π 3 −− 3 π 2 −− 3 π 4 −− 2 π 3 −− π 2 −− 4 π 3 −− 5 π 4 −− 5 π 6 −− π 6 −− π 4 −− π 3 −− 7 π 6 −− π 0 3 2−− ∙ 3 2−− ∙ 2 2−− ∙ 2 2−− ∙ 1 2−− 1 2−− 3 2−− ∙ 3 2−− ∙ 2 2−− ∙ 2 2−− ∙ 1 2−− 1 2−− 2.2. Redução ao 1º quadrante Observando o círculo trigonométrico, podemos estabelecer algu- mas relações importantes. São elas: Ângulos complementares: α e 90° – α 1 –1 –1 0 α 1 α 90º sen (90º – α) = cos α cos (90º – α) = sen α tg (90º – α) = cotg α cotg (90º – α) = tg α Ângulos suplementares: α e 180° – α 1 –1 –1 0 – α 1 αα 180º sen (180º – α) = sen α cos (180º – α) = cos α tg (180º – α) = tg α cotg (180º – α) = cotg α α Licensed to Rodrigo Meinberg - Email: rogerio.melo@gold360.com.brLicensed to Jefferson Antônio Pereira de Lima - jeffersonpereira28drc-@outlook.com Matemática IIMATEMÁTICA E SUAS TECNOLOGIAS 13 Ângulos que diferem de 180º: α e 180° + α 1 –1 –1 0 1 α α 180º + α sen (180º + α) = sen α cos (180º + α) = cos α tg (180º + α) = tg α cotg (180º + α) = cotg α Ângulos simétricos: α e − α 1 –1 –1 0 1 α – α sen (– α) = – sen α cos (– α) = cos α tg (– α) = – tg α cotg (– α) = – cotg α Valores de algumas razões trigonométricas 0º 30º (π/6) 45º (π/4) 60º (π/3) 90º (π/2) 180º (π) sen 0 1 2 — ∙ 2 2 —— ∙ 3 2 —— 1 0 cos 1 ∙ 3 2 —— ∙ 2 2 —— 1 2 — 0 –1 tg 0 ∙ 3 3 —— 1 ∙ 3 não se define 0 cotg não se define ∙ 3 1 ∙ 3 3 —— 0 não se define 2.3. Algumas relações importantes da trigonometria Relação fundamental: sen2 α + cos2 α = 1 Licensed to Rodrigo Meinberg - Email: rogerio.melo@gold360.com.brLicensed to Jefferson Antônio Pereira de Lima - jeffersonpereira28drc-@outlook.com 14 Relações de adição: sen (x ± y) = sen x ∙ cos y ± sen y ∙ cos x cos (x ± y) = cos x ∙ cos y ± sen x ∙ sen y 2.4. Funções trigonométricas Função seno É uma função f : R " R que associa a cada número real x o seu seno. Então: f(x) = sen x. O sinal dessa função é positivo no 1º e 2º quadrantes e negativo quando x pertence ao 3º e 4º quadrantes. Gráfico da função f(x) = sen x 0 0,5π- 0,5π 1,5π 2ππ 0 1 –1 Função cosseno É uma função f : R " R que associa a cada número real x o seu cosseno. Então: f(x) = cos x. O sinal dessa função é positivo no 1º e 4º quadrantes e negativo quando x pertence ao 2º e 3º quadrantes. Gráfico da função f(x) = cos x 0 0,5π- 0,5π 1,5π 2ππ 0 1 –1 Licensed to Rodrigo Meinberg - Email: rogerio.melo@gold360.com.brLicensed to Jefferson Antônio Pereira de Lima - jeffersonpereira28drc-@outlook.com Matemática IIMATEMÁTICA E SUAS TECNOLOGIAS 15 Função tangente É uma função f : R " R que associa a cada número real x a sua tangente. Então: f(x) = tg x. Sinais da função tangente: valores positi- vos nos quadrantes ímpares e negativos nos quadrantes pares. Gráfico da função f(x) = tg x 0 0,5π- 0,5π 1,5π 2ππ 0 1 2 –1 | Enem 2010 | Um satélite de telecomunicações, t minutos após ter atingido sua órbita, está a r quilô- metros de distância do centro da Terra. Quando r assume seus valores máximo e mínimo, diz-se que o satélite atingiu o apogeu e o perigeu, respectivamente. Suponha que, para esse satélite, o valor de r em função de t seja dado por: r (t) = ————————5 865 1+ 0,15 ∙ cos (0,06 t) Um cientista monitora o movimento desse satélite para controlar o seu afasta- mento do centro da Terra. Para isso, ele precisa calcular a soma dos valores de r, no apogeu e no perigeu, representada por S. O cientista deveria concluir que, periodicamente, S atinge o valor de: a) 12 765 km. d) 10 965 km. b) 12 000 km. e) 5 865 km. c) 11 730 km. Maior valor (cos (0,06 t) = –1) " r (t) = —————— = 6 9005 865 1+ 0,15 ∙ (–1) Menor valor (cos (0,06 t) = 1) " r (t) = —————— = 5 1005 865 1+ 0,15 ∙ (1) Somando, temos: 6 900 + 5 100 = 12 000 Resposta: alternativa “b”. Licensed to Rodrigo Meinberg - Email: rogerio.melo@gold360.com.brLicensed to Jefferson Antônio Pereira de Lima - jeffersonpereira28drc-@outlook.com 16 Características e grandezas das figuras geométricas planas e espaciais 1. Unidades de medida e escalas As unidades mais utilizadas na Matemática para as diversas me- didas são: y massa: grama e quilograma y volume: mililitro, litro e metro cúbico y comprimento: milímetro, centímetro, metro e quilômetro y área: metro quadrado Quando queremos expressar uma unidade como múltipla de ou- tra, costumamos utilizar prefixos que indicam a relação entre as unidades. Os prefixos mais utilizados são: Múltiplos Submúltiplos prefixo símbolo relação com a unidade prefixo símbolo relação com a unidade quilo k mil vezes a unidade deci d décima parte da unidade hecto h cem vezes a unidade centi c centésima parte da unidade deca da dez vezes a unidade mili m milésima parte da unidade Exemplos: 1 km (um quilômetro) = 1 000 metros 1 mm (um milímetro) = 1 1 000 ——— metros Licensed to Rodrigo Meinberg - Email: rogerio.melo@gold360.com.brLicensed to Jefferson Antônio Pereira de Lima - jeffersonpereira28drc-@outlook.com Matemática IIMATEMÁTICA E SUAS TECNOLOGIAS 17 Relação entre as unidades y Comprimento: as principais unidades de comprimento utilizadas são o metro (m), centímetro (cm), milímetro (mm) e quilômetro (km). As relações entre elas são: mmcmmkm ∙ 1 000 ÷1 000 ∙ 100 ÷100 ∙ 10 ÷10 1 km = 1 000 m 1 m = 100 cm 1 cm = 10 mm y Área: as principais unidades de área utilizadas são o metro qua- drado (m2), o centímetro quadrado (cm2), o hectare (ha) e o quilô- metro quadrado (km2). As relações entre elas são: 1 km2 = 1 000 000 m2 1 ha = 10 000 m2 1 m2 = 10 000 cm2 y Volume: as principais unidades de volume utilizadas são o metro cúbico (m3), o litro (L), o centímetro cúbico (cm3) e o mililitro (mL). As relações entre elas são: 1 m3 = 1 000 L 1 L = 1 000 cm3 1 cm3 = 1 mL 2. Comprimentos Podemos observar que a aresta do cubo abaixo tem uma medida linear de 5 cm. Essa medida é seu comprimento. Utilizamos medidas de comprimento para medir alturas, largu- ras, profundidades, que são medidas de apenas uma dimensão. Comprimentos são medidas unidimensionais. 5 cm Licensed to Rodrigo Meinberg - Email: rogerio.melo@gold360.com.brLicensed to Jefferson Antônio Pereira de Lima - jeffersonpereira28drc-@outlook.com 18 3. Áreas Áreas são extensões bidimensionais, pois, como podemos ver no cubo abaixo, a face destacada possui altura de 5 cm e base também de 5 cm. Normalmente é utilizada a nomenclatura superfície. Como esse cubo tem uma aresta de 5 cm, a área de suas faces será igual a 5 cm ∙ 5 cm, que é igual a 25 cm2. O expoente 2 do cm2 indica tratar-se de uma unidade de medida com duas dimensões. 5 cm 25 cm2 Formas de calcular a área das principais figuras planas Quadrado A = a ∙ a = a2 a a Retângulo A = a ∙ b b a Paralelogramo A = b ∙ h b h Triângulo A = ———b ∙ h 2 h Triângulo equilátero A = — ∙ ∙ 3a 2 4 a a Trapézio A = ——— ∙ h B + b 2 b h B Hexágono regular A = 6 ∙ área do triângulo equilátero aa a aa a A = 6 ∙ — ∙ ∙ 3a 2 4 A = — ∙ a2 ∙ ∙ 33 2 Círculo A = π ∙ r2 π ≅ 3,1416 r P = 2 ∙ π ∙ r Área de figuras planas Licensed to Rodrigo Meinberg - Email: rogerio.melo@gold360.com.brLicensed to Jefferson Antônio Pereira de Lima - jeffersonpereira28drc-@outlook.com Matemática IIMATEMÁTICA E SUAS TECNOLOGIAS 19 4. Volumes O volume (ou capacidade volumétrica) é uma medida do espaço ocupado por um corpo. O cubo abaixo apresenta três dimensões:altura, largura e profun- didade, sendo, portanto, tridimensional. O volume desse cubo é dado pelo produto 5 cm ∙ 5 cm ∙ 5 cm, o que resulta em 125 cm3. O expoente 3 do cm3 nos diz tratar-se de uma unidade de medida com três dimensões. 5 cm 125 cm3 Área e volume de sólidos geométricos Formas de calcular a área e o volume de sólidos geométricos Sólido Área lateral Área total Volume Paralelepípedo retângulo a b c AL = 2 (a ∙ c + b ∙ c) At = 2 (a ∙ b + a ∙ c + b ∙ c) V = a ∙ b ∙ c Cubo a a a AL = 4 ∙ a2 At = 6 ∙ a2 V = a 3 Licensed to Rodrigo Meinberg - Email: rogerio.melo@gold360.com.brLicensed to Jefferson Antônio Pereira de Lima - jeffersonpereira28drc-@outlook.com 20 Formas de calcular a área e o volume de sólidos geométricos Sólido Área lateral Área total Volume Prisma reto AL = Pb ∙ h Pb = perímetro da base At = Pb∙ h + 2Ab Ab = área da base V = Ab ∙ h Prisma oblíquo h AL = soma das áreas das faces laterais At = AL + 2Ab V = Ab ∙ h Cilindro de evolução h r AL = Pb ∙ h = 2 ∙ π ∙ r ∙ h At = Pb ∙ h + 2Ab = 2 ∙ π ∙ r ∙ h + 2 ∙ π ∙ r2 V = Ab ∙ h = π ∙ r2 ∙ h Esfera r o — At = 4 ∙ π ∙ r 2 V = — ∙ π ∙ r34 3 Pirâmide regular h Ap AL = ——— Pb ∙ Ap 2 AP = apótema da pirâmide AL = ——— + Ab Pb ∙ Ap 2 V = — ∙ Ab ∙ h 1 3 (A fórmula do volume é válida para pirâmides não regulares) Cone de revolução h r g AL = π ∙ r ∙ g g = geratriz (g2 = r2 + h2) At = π ∙ r ∙ g + π ∙ r2 V = — ∙ Ab ∙ h 1 3 = ————— π ∙ r 2 ∙ h 3 h Licensed to Rodrigo Meinberg - Email: rogerio.melo@gold360.com.brLicensed to Jefferson Antônio Pereira de Lima - jeffersonpereira28drc-@outlook.com Matemática IIMATEMÁTICA E SUAS TECNOLOGIAS 21 | Enem 2009 – questão modelo | Com o objetivo de trabalhar com seus alunos o conceito de volume de sólidos, um professor fez o seguinte experimento: pegou uma caixa de polietileno, na forma de um cubo com 1 metro de lado, e colocou nela 600 litros de água. Em seguida, colocou, dentro da caixa com água, um sólido que ficou completamente submerso. Considerando que, ao colocar o sólido dentro da caixa, a altura do nível da água passou a ser 80 cm, qual era o volume do sólido? a) 0,2 m3 b) 0,48 m3 c) 4,8 m3 d) 20 m3 e) 48 m3 Volume da água: V1 = 600 L = 0,6 m3 Ao colocar o sólido, o volume passa a ser: V = a ∙ b ∙ c " V2 = 1 m ∙ 1 m ∙ 0,8 m " V2 = 0,8 m 3. A diferença entre V2 e V1 corresponde ao volume do sólido submerso: ∆V = V2 – V1 " ∆V = 0,8 – 0,6 " ∆V = 0,2 m3. Resposta: alternativa “a”. | Enem 2009 – questão modelo | Uma elipse é uma seção plana de um cilindro circular reto, em que o plano que intersecta o cilindro é oblíquo ao eixo do cilindro (Figura 1). É possível construir um sólido de nome elipsoide que, quando seccionado por três planos perpendiculares entre si, mostram elipses de diferentes semieixos a, b e c, como na Figura 2. O volume de um elipsoide de semieixos a, b e c é dado por V = — π ∙ a ∙ b ∙ c4 3 . Figura 1 elipse Figura 2 bb a c Considere que um agricultor produz melancias, cujo formato é aproximadamente um elipsoide, e ele deseja embalar e exportar suas melancias em caixas na forma de um paralelepípedo retângulo. Para melhor acondicioná-las, o agricultor preencherá o espaço vazio da caixa com material amortecedor de impactos (palha de arroz/ serragem/bolinhas de isopor). Licensed to Rodrigo Meinberg - Email: rogerio.melo@gold360.com.brLicensed to Jefferson Antônio Pereira de Lima - jeffersonpereira28drc-@outlook.com 22 Suponha que sejam a, b e c, em cm, as medidas dos semieixos do elipsoide que modela as melancias, e que sejam 2a, 2b e 2c, respectivamente, as medidas das arestas da caixa. Nessas condições, qual é o volume de material amortecedor necessário em cada caixa? a) V = 8abc cm3 b) V = — πabc cm34 3 c) V = abc e8 + —o cm34π 3 d) V = abc e8 – —o cm34π 3 e) V = abc e— – 8 o cm34π 3 Volume da melancia: V = — π ∙ a ∙ b ∙ c 4 3 Volume da caixa: V2 = 2a ∙ 2b ∙ 2c " V2 = 8 ∙ a ∙ b ∙ c Ao colocar a melancia na caixa, o volume vazio que deve ser preenchido com material amortecedor é dado pela diferença entre V2 e V1. Assim: ∆V = V2 – V1" ∆V = 8 ∙ a ∙ b ∙ c – — ∙ π ∙ a ∙ b ∙ c 4 3 " ∆V = a ∙ b ∙ c ∙ c8 – — ∙ π 4 3 m Resposta: alternativa “d”. | Enem 2009 – prova cancelada | Em uma padaria, há dois tipos de fôrma de bolo, fôrmas 1 e 2, como mostra a figura abaixo. 1 2 A2A1 β Sejam L o lado da base da fôrma quadrada, r o raio da base da fôrma redonda, A1 e A2 as áreas das bases das fôrmas 1 e 2, e V1 e V2 os seus volumes, respectivamente. Se as fôrmas têm a mesma altura h, para que elas comportem a mesma quantidade de massa de bolo, qual é a relação entre r e L? a) L = r b) L = 2 ∙ r c) L = π ∙ r d) L = ∙π ∙ r e) L = π ∙ r2/2 Licensed to Rodrigo Meinberg - Email: rogerio.melo@gold360.com.brLicensed to Jefferson Antônio Pereira de Lima - jeffersonpereira28drc-@outlook.com MATEMÁTICA E SUAS TECNOLOGIAS 23 Volume da fôrma de base quadrada: V1 = L ∙ L ∙ h " V1 = L 2 ∙ h Volume da fôrma de base redonda: V2 = π ∙ r 2 ∙ h Para que comportem a mesma quantidade de massa de bolo, os volumes de- vem ser iguais. Assim: V1 = V2 " L2 ∙ h = π ∙ r2 ∙ h " L2 = π ∙ r2 " L = ∙π ∙ r Resposta: alternativa “d”. | Enem 2010 | Um arquiteto está fazendo um projeto de iluminação de ambiente e necessita saber a altura que deverá instalar a luminária ilustrada na figura. h g = 5m luminária Sabendo-se que a luminária deverá iluminar uma área circular de 28,26 m2, con- siderando π ≈ 3,14, a altura h será igual a a) 3 m. b) 4 m. c) 5 m. d) 9 m. e) 16 m. A área iluminada é dada por: A = π ∙ r2 " 28,26 = 3,14 ∙ r2 " r2 = 9 " r = 3 m Da figura temos: h 5m 3m luminária Assim: 52 = h2 + 32 " h = 4 m Resposta: alternativa “b”. Licensed to Rodrigo Meinberg - Email: rogerio.melo@gold360.com.brLicensed to Jefferson Antônio Pereira de Lima - jeffersonpereira28drc-@outlook.com 24 Ângulos 1. Posições relativas entre duas retas Duas retas distintas podem assumir as seguintes posições relati- vas no espaço: 1.1. Retas paralelas Duas retas são paralelas se pertencerem ao mesmo plano (ou seja, se forem coplanares) e não possuírem ponto de intersecção ou ponto em comum. r s 1.2. Retas coincidentes São retas que pertencem ao mesmo plano e possuem todos os pon- tos em comum. r ≡ s 1.3. Retas concorrentes Duas retas concorrentes possuem apenas um ponto comum, não sendo necessário que pertençam ao mesmo plano. r s Licensed to Rodrigo Meinberg - Email: rogerio.melo@gold360.com.brLicensed to Jefferson Antônio Pereira de Lima - jeffersonpereira28drc-@outlook.com Matemática IIMATEMÁTICA E SUAS TECNOLOGIAS 25 1.4. Retas concorrentes perpendiculares São retas que possuem ponto em comum, formando um ângulo de 90º. 1.5. Retas reversas São retas que não possuem ponto de intersecção e estão contidas em planos distintos. r s Resumindo R1 e R2 são retas paralelas R3 e R2 são retas concorrentes R1 R3 R2 R1 e R2 são retas reversas R2 R1 Licensed to Rodrigo Meinberg - Email: rogerio.melo@gold360.com.brLicensed to Jefferson Antônio Pereira de Lima - jeffersonpereira28drc-@outlook.com 26 2. Posições relativas entre reta e plano Uma reta e um plano podem assumir as seguintes posições rela- tivas entre si: 2.1. Reta paralela ao plano Considerando uma reta r e um plano α, eles serão paralelos se não tiverem nenhum ponto em comum. r α 2.2. Reta contida no plano Considerando uma reta s e um plano α, a reta estará contida no plano se todos os infinitos pontos de s pertencerem a α. 2.3. Retas e planos secantes (ou concorrentes) A reta t será concorrente ao plano α se ambos possuírem um ponto em comum. t α t α s Licensed to Rodrigo Meinberg - Email: rogerio.melo@gold360.com.brLicensed to Jefferson Antônio Pereira de Lima - jeffersonpereira28drc-@outlook.com Matemática IIMATEMÁTICA E SUAS TECNOLOGIAS 27 3. Posições relativasentre dois planos Dois planos podem assumir no espaço as seguintes posições re- lativas entre si: 3.1. Planos paralelos Dois planos são considerados paralelos quando não possuem pon- tos em comum ou quando uma reta r pertencente ao plano α é paralela a uma reta s pertencente ao plano β. α β s r 3.2. Planos secantes (ou concorrentes) Dois planos são secantes quando são distintos e a intersecção en- tre eles forma uma reta (AB ) ). A B 3.3. Planos coincidentes Dois planos são chamados coincidentes quando todos os pontos de um pertencem também ao outro. Eles equivalem a um único plano. α β Licensed to Rodrigo Meinberg - Email: rogerio.melo@gold360.com.brLicensed to Jefferson Antônio Pereira de Lima - jeffersonpereira28drc-@outlook.com 28 Simetrias de figuras planas ou espaciais Um conceito que aparece com frequência nas provas do Enem é o de simetria. Geometricamente, simetria corresponde à semelhança exata de determinada forma em torno de um plano, ponto ou linha reta, cha- mada eixo de simetria. Por exemplo: se girarmos uma figura em torno de determinado eixo e uma metade se sobrepuser à outra, ponto a ponto, diremos que ela é simétrica. Duas imagens simétricas têm comprimentos e ângulos de mesmas medidas, mas nem sempre a direção e o sentido de suas par- tes são mantidos. Nas artes e na natureza, as simetrias são encontradas facilmen- te. As asas de uma borboleta são um exemplo simples. Veja outros exemplos abaixo: Em cada figura acima está traçado um eixo de simetria, dividindo a figura em partes semelhantes. O eixo de simetria pode estar não apenas na vertical, como tam- bém na horizontal ou inclinado. Veja a seguir alguns tipos de simetria. Licensed to Rodrigo Meinberg - Email: rogerio.melo@gold360.com.brLicensed to Jefferson Antônio Pereira de Lima - jeffersonpereira28drc-@outlook.com Matemática IIMATEMÁTICA E SUAS TECNOLOGIAS 29 1. Simetria axial É aquela na qual os pontos ou objetos têm suas imagens espelhadas a partir de determinada reta, ou eixo de simetria. Este eixo é a mediatriz que une os pontos correspondentes. 2. Simetria em relação a um ponto Duas figuras são simétricas em relação a um ponto P, denominado centro da simetria, quando cada um dos pontos de uma coincide com os da outra, em relação a esse ponto P. X • Y X Y Z P Z Quando o ponto P não é equidistante dos pontos correspondentes, não é uma situação de simetria. Porém, trata-se de um caso muito importante da geometria com diversas aplicações cotidianas, chamado homotetia. Duas figuras são homotéticas quando são semelhantes e os lados correspondentes são paralelos dois a dois. Essa situação é bastante utilizada quando queremos efetuar aumentos ou reduções de figuras. P R Q C A B Os triângulos ABC e PQR são homotéticos. Licensed to Rodrigo Meinberg - Email: rogerio.melo@gold360.com.brLicensed to Jefferson Antônio Pereira de Lima - jeffersonpereira28drc-@outlook.com 30 P R Q C B A Os triângulos ABC e PQR não são homotéticos, apesar de serem semelhantes. O centro de homotetia é determinado pelo encontro das retas que passam pelos vértices homólogos. O A A' B' B C' C D D' centro de homotetia A ampliação e/ou redução é feita por meio do aumento ou da di- minuição da distância em relação ao ponto de homotetia. Na figura abaixo, a imagem original ABCDE foi ampliada em A’B’C’D’E’ e redu- zida em A’’B’’C’’D’’E’’. F B A A'' B'' C'' D''E'' C D E A' B' C' D' E' Isometria Denomina-se isometria a transformação de uma figura geomé- trica em outra igual, mantendo as distâncias entre os pontos e a amplitude dos ângulos. Os segmentos da figura transformada são geometricamente iguais aos da figura original, mas podem variar em direção e sentido. As isometrias simples podem ser rotações, translações e reflexões. Licensed to Rodrigo Meinberg - Email: rogerio.melo@gold360.com.brLicensed to Jefferson Antônio Pereira de Lima - jeffersonpereira28drc-@outlook.com Matemática IIMATEMÁTICA E SUAS TECNOLOGIAS 31 1. Translação Consiste em mover um objeto ou figura sem que ocorra rotação ou reflexão. O deslocamento de todos os pontos desse objeto ou fi- gura tem a mesma medida e ocorre na mesma direção e no mesmo sentido, de forma paralela ao objeto ou figura. 2. Reflexão É semelhante a reproduzir a imagem de um objeto no espelho. A distância de um ponto qualquer ao espelho é igual à distância da imagem desse mesmo ponto ao espelho. Além disso, a orientação da imagem refletida no espelho não é a mesma do objeto. (Na foto abaixo, o eixo de simetria está indicado por uma linha horizontal.) 3. Rotação Esse tipo de simetria possui um ponto central, em relação ao qual todos os pontos do plano giram. Licensed to Rodrigo Meinberg - Email: rogerio.melo@gold360.com.brLicensed to Jefferson Antônio Pereira de Lima - jeffersonpereira28drc-@outlook.com 32 | Enem 2011 | Disponível em: http://www.diaadia.pr.gov.br. Acesso em: 28 abr. 2010. O polígono que dá forma a essa calçada é invariante por rotações, em torno de seu centro, de a) 45°. d) 120°. b) 60°. e) 180°. c) 90º. Primeiramente, é necessário esquematizar os ângulos presentes entre cada ponto simétrico do polígono. Observe que os três ângulos x indicados são congruentes. Logo, cada um de- les mede 120º. Resposta: alternativa “d”. Proporcionalidade entre segmentos 1. Teorema de Tales O filósofo grego Tales de Mileto (640-550 a.C.) utilizou conceitos de proporcionalidade entre medidas para determinar a altura de pirâmi- des. Para tanto, utilizou as medidas das sombras projetadas no chão por uma estaca vertical de tamanho conhecido e pela própria pirâmide. Licensed to Rodrigo Meinberg - Email: rogerio.melo@gold360.com.brLicensed to Jefferson Antônio Pereira de Lima - jeffersonpereira28drc-@outlook.com Matemática IIMATEMÁTICA E SUAS TECNOLOGIAS 33 Ele verificou que a razão entre as alturas da pirâmide e da estaca era igual à razão entre as medidas das sombras da pirâmide e da es- taca, respectivamente. O Teorema de Tales pode ser enunciado da seguinte forma: “Um feixe de retas paralelas cortadas ou intersectadas por seg- mentos transversais formam segmentos de reta proporcionalmente correspondentes”. Representando graficamente o teorema, temos: B C A a b c r s B' C' A' altura da pirâmide altura da estaca sombra da pirâmide sombra da estaca = Licensed to Rodrigo Meinberg - Email: rogerio.melo@gold360.com.brLicensed to Jefferson Antônio Pereira de Lima - jeffersonpereira28drc-@outlook.com 34 No esquema anterior, as retas a, b e c são paralelas e as retas r e s são transversais a elas. Conforme o Teorema de Tales, é possível descrever as seguintes proporcionalidades: AB BC A'B' B'C' —— = —— ou AB AC A'B' A'C' —— = —— Essa relação utiliza os conceitos de razão e proporção: o segmento AB está para o segmento BC assim como o segmento A’B’ está para o segmento B’C’. O cálculo dessa proporção é realizado por meio de uma simples multiplicação cruzada, ou de acordo com a propriedade das proporções: o produto dos meios é igual ao produto dos extremos. 1. Ângulos na circunferência 1.1. Ângulo central Possui o vértice no centro da circunferência. Na figura abaixo, AB é o arco que corresponde ao ângulo central AÔB. A medida do ângulo AÔB é igual à medida do arco AB. O A B α = ABα 1.2. Ângulo inscrito Seu vértice situa-se na circunferência e tem os lados secantes a ela. A medida do ângulo inscrito é igual à metade da medida do arco estabelecido por ele na circunferência. Circunferências Licensed to Rodrigo Meinberg - Email: rogerio.melo@gold360.com.brLicensed to Jefferson Antônio Pereira de Lima - jeffersonpereira28drc-@outlook.com Matemática IIMATEMÁTICA E SUAS TECNOLOGIAS 35 αP A B α = —— AB 2 1.3. Ângulo de segmento Seu vértice pertence à circunferência, sendo um dos lados secan- te e o outro tangente a ela.O ângulo de segmento tem medida igual à metade do arco que ele estabelece na circunferência. A B α = —— AB 2 α Na figura acima, α é considerado um ângulo de segmento, estabe- lecendo na circunferência o arco AB. 1.4. Ângulo excêntrico interior Seu vértice é um ponto interno à circunferência, não sendo coin- cidente com o centro dela. O ângulo APB da figura abaixo é excêntrico interior, estabelecendo na circunferência o arco AB. As retas PA ) e ) PB interceptam a circunferência nos pontos C e D, estabelecendo o arco CD. A medida do ângulo APB é a média aritmé- tica das medidas dos arcos AB e CD. α = ————AB + CD 2 P A D B C α Licensed to Rodrigo Meinberg - Email: rogerio.melo@gold360.com.brLicensed to Jefferson Antônio Pereira de Lima - jeffersonpereira28drc-@outlook.com 36 1.5. Ângulo excêntrico exterior Seu vértice situa-se em um ponto da região exterior da circunfe- rência e que tem os lados secantes ou tangentes à circunferência. A B C P D α = ———— AB – CD 2 α O ângulo APB é excêntrico exterior e determina na circunferência os arcos AB e CD. A medida do ângulo APB é a metade da diferença entre os arcos AB e CD. 2. Potência de um ponto em relação a uma circunferência Considerando um ponto P e uma circunferência, dizemos que uma reta r passa por P e intercepta a circunferência nos pontos A e B. A B r P Potência = PA · PB Definimos como potência do ponto P em relação à circunferência o produto das medidas dos segmentos PA e PB. y Se P é um ponto da circunferência: PB = 0 ou PA = 0 portanto, a potência é NULA. y Se r é tangente à circunferência e P não pertence à circunferência: A = B = T a potência em relação à circunferência é PA · PB = PT · PT = (PT)2 Licensed to Rodrigo Meinberg - Email: rogerio.melo@gold360.com.brLicensed to Jefferson Antônio Pereira de Lima - jeffersonpereira28drc-@outlook.com Matemática IIMATEMÁTICA E SUAS TECNOLOGIAS 37 Podemos resumir os diferentes casos nos seguintes esquemas: A B r P Potência = PA · PB A B r P Potência = PA · PB P T r Potência = (PT)2 Quando temos duas retas concorrentes, as potências de ambas em relação ao ponto de intersecção são iguais. Assim: A C B D P PA · PB = PC · PD A C B D P PA · PB = PC · PD A C B T P (PT)2 = PA · PB A B P PA = PB Para o caso de várias retas concorrentes, temos: B3 T A1 B1 A2 B2 A3 (PT)2 = PA1 · PB1 = PA2 · PB2 = PA3 · PB3 Licensed to Rodrigo Meinberg - Email: rogerio.melo@gold360.com.brLicensed to Jefferson Antônio Pereira de Lima - jeffersonpereira28drc-@outlook.com 38 | Vestibular IFSP | Na figura, a reta t é tangente, no ponto P, ao círculo de centro O. A medida do arco = AB é 100º e a do arco = BCP é 194º. O valor de x, em graus, é: x tP O C A B a) 53 b) 57 c) 61 d) 64 e) 66 Como x é excêntrico exterior, segue que x = ———— = BCP – = AP 2 Mas = AP = 360º – ( = AB + = BCP). Portanto: x = ——————————— = —— = 64º194º – 360º + 100º + 194º 2 128º 2 Resposta: alternativa “d”. | Vestibular Unesp | Considere 3 retas coplanares paralelas, r, s e t, cortadas por 2 outras retas, confor- me a figura. r 4 3 5x 10 y s t Os valores dos segmentos identificados por x e y são, respectivamente: a) —3 20 e —3 40 b) 6 e 11 c) 9 e 13 d) 11 e 6 e) —20 3 e — 40 3 A partir dos dados da figura, podemos escrever: —4 x = —3 5 " 3 · x = 20 " x = —20 3 —x y = —5 10 " 5 · y = x · 10 " 5 · y = —20 3 · 10 " y = —40 3 Resposta: alternativa “e”. Licensed to Rodrigo Meinberg - Email: rogerio.melo@gold360.com.brLicensed to Jefferson Antônio Pereira de Lima - jeffersonpereira28drc-@outlook.com Matemática IIMATEMÁTICA E SUAS TECNOLOGIAS 39 | Vestibular UFF | O circuito triangular de uma corrida está esquematizado na figura a seguir: RP QRua PQ Ru a T P Ru a S Q Av. QR Rua TS = 3 km Rua SQ = 3 km Rua PQ = 2 km Av. QR = 4 km Av. S R Rua TS S T As ruas TP e SQ são paralelas. Partindo de S, cada corredor deve percorrer o circui- to passando, sucessivamente, por R, Q, P, T, retornando, finalmente, a S. Assinale a opção que indica o perímetro do circuito. a) 4,5 km b) 19,5 km c) 20,0 km d) 22,5 km e) 24,0 km A partir dos dados da figura, podemos esquematizar: RP Q2 y 3 4 x 3 S T Assim, como as ruas TP e SQ são paralelas, temos: —4 2 = — x 3 " 2 · x = 12 " x = 6 km Considerando a semelhança de triângulos QSR e PTR, temos a seguinte proporção: ——QR PR = ——SQ TP " ——4 4 + 2 = —3 y " 4 · y = 3 · 6 " 4 · y = 18 " y = 4,5 km Portanto, o perímetro do circuito é P = (4 + 2 + 4,5 + 3 + 6) " P = 19,5 km Resposta: alternativa “b”. | Enem 2010 | Para construir uma manilha de esgoto, um cilindro com 2 m de diâmetro e 4 m de altura (de espessura desprezível), foi envolvido homogeneamente por uma camada de concreto, contendo 20 cm de espessura. Supondo que cada metro cúbico de concreto custe R$ 10,00 e tomando 3,1 como valor aproximado de π, então o preço dessa manilha é igual a a) R$ 230,40. d) R$ 54,56. b) R$ 124,00. e) R$ 49,60. c) R$104,16. Licensed to Rodrigo Meinberg - Email: rogerio.melo@gold360.com.brLicensed to Jefferson Antônio Pereira de Lima - jeffersonpereira28drc-@outlook.com 40 Área = área do círculo maior – área do círculo menor. Área = (r2maior ∙ π) – ( r2menor ∙ π) Área = (r2 maior – r2 menor) ∙ π Área = (1,22 – 12 ) ∙ 3,1 " Área = 1,364 m2 Volume = área da base ∙ altura V = 1,364 ∙ 4 " V = 5,456 m3 Sabendo-se que cada metro cúbico custa R$ 10,00, o preço da manilha será: Preço = 5,456 ∙ 10 " Preço = R$ 54,56 Resposta: alternativa “d”. | Enem 2010 | Uma metalúrgica recebeu uma encomenda para fabricar, em grande quantida- de, uma peça com o formato de um prisma reto com base triangular, cujas dimen- sões da base são 6 cm, 8 cm e 10 cm e cuja altura é 10 cm. Tal peça deve ser vazada de tal maneira que a perfuração na forma de um cilindro circular reto seja tangente as suas faces laterais, conforme mostra a figura. O raio da perfuração da peça é igual a a) 1 cm. b) 2 cm. c) 3 cm. d) 4 cm. e) 5 cm. 6 cm 8 cm 10 cm Observando a peça de cima, temos: A P N M 10 B r r r r r 8 – r 6 – r o C O quadrado APON tem lado r. Da figura, temos que BM = 6 – r e MC = 8 – r . Então, BC = 6 – r + 8 – r " BC = 14 – 2 r. Como BC = 10 " 14 – 2r = 10" r = 2 Resposta: alternativa “b”. Licensed to Rodrigo Meinberg - Email: rogerio.melo@gold360.com.brLicensed to Jefferson Antônio Pereira de Lima - jeffersonpereira28drc-@outlook.com Matemática IIMATEMÁTICA E SUAS TECNOLOGIAS 41 | Enem 2004 | Nos X-Games Brasil, em maio de 2004, o skatista brasileiro Sandro Dias, apelidado “Mineirinho”, conseguiu realizar a manobra denominada “900”, na modalidade skate vertical, tornando-se o segundo atleta no mundo a conseguir esse feito. A denominação “900” refere-se ao número de graus que o atleta gira no ar em torno de seu próprio corpo, que, no caso, corresponde a a) uma volta completa. b) uma volta e meia. c) duas voltas completas. d) duas voltas e meia. e) cinco voltas completas. Uma volta completa corresponde a uma circunferência, ou seja, 360º. Então, a manobra do skatista corresponde a ———900º 360º = 2,5 voltas. Resposta: alternativa “d”. | Vestibular UTFPR | O jardineiro do Sr. Artur fez um canteiro triangular composto por folhagens e flores onde as divisões são todas paralelas à base AB do triângulo ABC, conforme figura. A B y x35 cm 25 cm 20 cm 40 cm C Sendo assim, as medidas x e y dos canteiros de flores são, respectivamente: a) 30 cm e 50 cm. b) 28 cm e 56 cm. c) 50 cm e 30 cm. d) 56 cm e 28 cm. e) 40 cm e 20 cm. A partir dos dados da figura, podemos escrever: —35 y = —25 40 " 25 ∙ y = 35 ∙ 40 " 25y = 1 400 " y = 56 cm —x 35 = —20 25 " 25 ∙ x = 35 ∙ 20 " 25x = 700 " x = 28 cm Resposta: alternativa “b”. Licensed to RodrigoMeinberg - Email: rogerio.melo@gold360.com.brLicensed to Jefferson Antônio Pereira de Lima - jeffersonpereira28drc-@outlook.com 42 Conhecimentos de estatística e probabilidade2 xxxxxxxxxxxxx Licensed to Rodrigo Meinberg - Email: rogerio.melo@gold360.com.brLicensed to Jefferson Antônio Pereira de Lima - jeffersonpereira28drc-@outlook.com Matemática IIMATEMÁTICA E SUAS TECNOLOGIAS 43 A Estatística é uma ciência da indução lógica que estuda os da- dos e utiliza teorias probabilísticas para explicar eventos e experi- mentos. Por meio dela, é possível organizar e analisar dados para explicar o passado e o presente e, de alguma forma, obter previsões do futuro. Pesquisas, como as de opinião e de mercado, exigem a escolha de um universo estatístico, ou população estatística, formado por um conjunto de elementos que possam oferecer todas as informa- ções necessárias relativas ao tema ou assunto que se pretende co- nhecer e analisar. No entanto, quando o universo estatístico é muito amplo, isto é, quando não é possível coletar dados de todos os elementos desse conjunto, seleciona-se um subconjunto ou amostra. Para que o estudo seja imparcial, essa amostra deve ser repre- sentativa do universo estatístico e para isso é necessário estabelecer alguns critérios. Na análise estatística de determinada amostra, também são im- portantes os conceitos de amplitude de uma amostra, que é a dife- rença entre o maior e o menor valor, e rol, uma sequência de dados numéricos, organizados em ordem crescente ou decrescente. Exemplo: Em uma federação de futebol com 1 800 atletas, foi realizada uma pes- quisa sobre a estatura dos jogadores. Como não era possível em um pe- queno espaço de tempo realizar a pesquisa com todos, escolheram um grupo de 18 jogadores que pudesse ser representativo do conjunto de atletas da federação. A amostra apresenta as seguintes estaturas: Representação e análise de dados Licensed to Rodrigo Meinberg - Email: rogerio.melo@gold360.com.brLicensed to Jefferson Antônio Pereira de Lima - jeffersonpereira28drc-@outlook.com 44 156 cm 168 cm 208 cm 198 cm 163 cm 175 cm 189 cm 166 cm 189 cm 200 cm 188 cm 178 cm 191 cm 186 cm 180 cm 170 cm 183 cm 195 cm y Qual o universo estatístico? Resolução: A federação de futebol. y Qual a amostra? Resolução: O grupo de 18 atletas. y Escreva o rol das alturas dos atletas: Resolução: 156, 163, 166, 168, 170, 175, 178, 180, 183, 186, 188, 189, 189, 191, 195, 198, 200, 208. Ou, em ordem decrescente: 208, 200, 198, 195, 191, 189, 189, 188, 186, 183, 180, 178, 175, 170, 168, 166, 163, 156. 1. Distribuição de frequências Tabelas e gráficos são ferramentas que facilitam a análise de dados numéricos de determinada amostra. Dessa forma, os dados podem ser organizados em classes, que são subconjuntos com ca- racterísticas determinadas. Entre elas, temos a unitária e o inter- valo real. Intervalo real é uma classe representada por intervalos de nú- meros reais. Exemplo: Uma amostra das alturas de jogadores de futebol de uma federação, em centímetros: 1,7; 1,75; 1,78; 1,90; ... Classe unitária é representada por uma mesma espécie. Exem- plo: amostra das idades dos jogadores de futebol de uma federação, em anos: 11, 12, 13, 14, 15, 16 e 17. Licensed to Rodrigo Meinberg - Email: rogerio.melo@gold360.com.brLicensed to Jefferson Antônio Pereira de Lima - jeffersonpereira28drc-@outlook.com Matemática IIMATEMÁTICA E SUAS TECNOLOGIAS 45 1.1. Tabela de distribuição de frequências Exemplo: Em uma federação de futebol, selecionou-se uma amostra de 100 atletas que participaram de um teste para se conhecer o nível das habilidades dos esportistas inscritos na entidade. As notas das avaliações, que po- diam chegar até o valor 1 000, foram organizadas em uma tabela. Observe na tabela abaixo que a amostra foi organizada em classes deter- minadas pelas notas dos atletas. Considere as seguintes definições: y Frequência (F) é a quantidade de notas de uma mesma classe. y Frequência total (Ft) dessa amostra é o somatório das frequências de todas as classes. y Frequência relativa (Fr) é a razão entre a frequência de uma classe e a frequência total, isto é: Fr = —— F Ft Tabela de distribuição de frequências Classe (notas) Frequência (número de atletas) Frequência relativa 750 15 ——15 100 = 0,15 = 15% 820 26 ——26 100 = 0,26 = 26% 870 32 ——32 100 = 0,32 = 32% 900 18 ——18 100 = 0,18 = 18% 950 9 ——9 100 = 0,09 = 9% Ft = 100 2. Gráficos As informações da tabela podem ser representadas por tipos va- riados de gráfico. Licensed to Rodrigo Meinberg - Email: rogerio.melo@gold360.com.brLicensed to Jefferson Antônio Pereira de Lima - jeffersonpereira28drc-@outlook.com 46 2.1. Gráfico de linha Os pontos são determinados por pares ordenados (classe, frequên- cia), representados por segmentos de retas. Representando os dados da tabela de frequência, temos: 35 30 25 20 15 10 5 0 0 200 N úm er o de a tle ta s Notas400 600 800 1 000 Desempenho dos atletas 2.2. Gráfico de colunas Os pontos são determinados por pares ordenados (classe, frequên- cia), representados por colunas verticais. Representando os dados da tabela de frequência, temos: 35 30 25 20 15 10 5 0 750 N úm er o de a tle ta s Notas820 900870 950 Desempenho dos atletas Licensed to Rodrigo Meinberg - Email: rogerio.melo@gold360.com.brLicensed to Jefferson Antônio Pereira de Lima - jeffersonpereira28drc-@outlook.com Matemática IIMATEMÁTICA E SUAS TECNOLOGIAS 47 2.3. Gráfico de barras Os pontos são determinados pelos pares ordenados (frequência, classe), representados por barras horizontais. Representando os dados da tabela de frequência, temos: 35302520151050 750 Número de atletas N ot as 820 900 870 950 Desempenho dos atletas 2.4. Gráfico de setores Dividimos o ciclo em setores, cujos ângulos terão medidas direta- mente proporcionais às frequências relativas. Representando os dados da tabela de frequência, temos: Desempenho dos atletas 750 820 870 900 95032 26 15 18 9 Licensed to Rodrigo Meinberg - Email: rogerio.melo@gold360.com.brLicensed to Jefferson Antônio Pereira de Lima - jeffersonpereira28drc-@outlook.com 48 3. Em intervalos reais 3.1. Tabelas Exemplo: Em uma festa com 20 jovens, entre meninos e meninas, verificou-se que apresentavam as seguintes alturas em centímetros: 156 cm 168 cm 200 cm 198 cm 163 cm 150 cm 166 cm 189 cm 200 cm 179 cm 191 cm 186 cm 180 cm 170 cm 183 cm 175 cm 178 cm 195 cm 177 cm 184 cm Para apresentar em uma tabela de distribuição de frequência as alturas dos jovens representadas por intervalos, é preciso seguir alguns passos: y Calcular a amplitude da amostra, ou seja, a diferença entre o maior e o menor valor. Então: (200 – 150) cm = 50 cm. y O menor e o maior valores da amostra determinam o intervalo fecha- do [150, 200], que é dividido em subintervalos de comprimento igual, no valor de 10 cm: [150, 160[, [160, 170[, [170, 180[, [180, 190[, [190,200], que são as classes e cujo comprimento é a amplitude, isto é, 50 cm. Considere as seguintes definições quanto à amostra: y Frequência (F) é o total de elementos pertencentes a uma classe. y Frequência total (Ft) é o somatório das frequências de todas as classes. y Frequência relativa (Fr) é a razão entre a frequência de uma classe e a frequência total, isto é: Fr = —— F Ft . Classe (altura em centímetros) Frequência (número de jovens) Frequência relativa [150, 160[ 2 ——2 20 = 0,10 = 10% [160, 170[ 3 —— 3 20 = 0,15 = 15% [170, 180[ 6 —— 6 20 = 0,30 = 30% [180, 190[ 4 —— 4 20 = 0,20 = 20% [190, 200] 5 —— 5 20 = 0,25 = 25% Ft = 20 Licensed to Rodrigo Meinberg - Email: rogerio.melo@gold360.com.brLicensed to Jefferson Antônio Pereira de Lima - jeffersonpereira28drc-@outlook.com Matemática IIMATEMÁTICA E SUAS TECNOLOGIAS 49 Também chamadas medidas de posição, destacam todos os valo- res de uma amostraem um único valor. Isto é, concentram a maioria dos dados em torno de um valor central. Existem três tipos de medi- da central em amostras: 1. Médias 1.1. Média aritmética simples ( _ x ou Ma) Aplicável a dois ou mais números, é o resultado da divisão da soma dos números da amostra pela quantidade de números somados. Exemplo: Um time de futebol de certa cidade do interior realizou, no mês de janei- ro, 5 jogos do campeonato, ganhando 4 e perdendo 1. Os resultados dos jogos são os seguintes: 3 x 2; 5 x 2; 2 x 4; 3 x 0; e 5 x 2. y Qual a média de gols marcados por esse time nesse mês? Resolução: = Ma = —————————3 + 5 + 2 + 3 + 5 5 = —18 5 = 3,6 Ou seja, em média o time fez 3,6 gols por partida. y Qual a média de gols das partidas de que esse time participou no re- ferido mês? Resolução: A média é igual à soma de todos os gols contra ou a favor, nas 5 partidas, divididos pelo número de partidas. Então: = Ma = ————————— 5 + 7 + 6 + 3 + 7 5 = —28 5 = 5,6 Ou seja, média de 5,6 gols por partida. Medidas de tendência central Licensed to Rodrigo Meinberg - Email: rogerio.melo@gold360.com.brLicensed to Jefferson Antônio Pereira de Lima - jeffersonpereira28drc-@outlook.com 50 1.2. Média aritmética ponderada ( _ p ) De n números, é a soma dos produtos de cada valor multiplicado por seus respectivos pesos e dividido pela soma dos pesos. Exemplos: No final do ano Bruno obteve as seguintes notas bimestrais em Matemá- tica: 6, 5, 7 e 9. y Cálculo da média aritmética simples das notas. Resolução: = ——————— 6 + 5 + 7 + 9 4 = —27 4 — = 6,75 Ou seja, a média aritmética simples anual é 6,75. y Cálculo da média aritmética ponderada, sabendo-se que o 1º bimestre tem peso 2; o 2º, peso 2; o 3º, peso 3; e o 4º, peso 3. Resolução: Basta multiplicar a nota de cada bimestre pelo respectivo peso e dividir pela soma dos pesos. Então: = ——————————————— 6 · 2 + 5 · 2 + 7 · 3 + 9 · 3 2 + 2 + 3 + 3 = ————————— 12 + 10 + 21 + 27 10 = —70 10 = 7 Ou seja, a média aritmética ponderada anual é 7. 2. Moda (Mo) Valor de maior frequência em uma amostra. Exemplos: y Em uma empresa trabalham seis funcionários, que recebem os se- guintes salários: R$ 800,00, R$ 820,00, R$ 850,00, R$ 800,00, R$ 860,00 e R$ 800,00. Resolução: Como a maior frequência da amostra é o valor R$ 800,00, logo Mo = R$ 800,00. y As alturas dos jogadores de um time de vôlei são: 200 cm, 210 cm, 208 cm, 200 cm, 210 cm e 207 cm. Resolução: Aqui existem duas maiores frequências: 200 cm e 210 cm. Logo, a amostra é bimodal, Mo1 = 200 cm e Mo2 = 210 cm. Licensed to Rodrigo Meinberg - Email: rogerio.melo@gold360.com.brLicensed to Jefferson Antônio Pereira de Lima - jeffersonpereira28drc-@outlook.com Matemática IIMATEMÁTICA E SUAS TECNOLOGIAS 51 3. Mediana (Md) Valor em rol localizado no centro da distribuição dos dados. A mediana de um rol de dados com número ímpar de elementos é o elemento médio. No caso de um rol de dados com número par de elementos, a mediana é a semissoma dos dois elementos médios ou a média aritmética entre os termos centrais. Exemplos: y Em uma empresa trabalham cinco funcionários com os seguintes sa- lários: R$ 800,00, R$ 820,00, R$ 850,00, R$ 800,00 e R$ 860,00. Determine a mediana da amostra dos salários. Resolução: Os valores devem ser organizados em ordem crescente: R$ 800,00, R$ 800,00, R$ 820,00, R$ 850,00 e R$ 860,00. Como o número de salários é ímpar, ou seja, 5, a mediana é o termo central R$ 820,00, isto é, Md = R$ 820,00. y Se na empresa trabalham seis funcionários com os salários: R$ 800,00, R$ 820,00, R$ 850,00, R$ 800,00, R$ 860,00 e R$ 800,00, como determinar a mediana da amostra dos salários? Resolução: Os valores devem ser organizados em ordem crescente: R$ 800,00, R$ 800,00, R$ 800,00, R$ 820,00, R$ 850,00 e R$ 860,00. Como o número de salários apresentados é par, ou seja, 6, a mediana é deter- minada pela média entre os termos centrais (R$ 800,00 e R$ 820,00). Assim: Md = ————————————— R$ 800,00 + R$ 820,00 2 = ——————— R$ 1 620,00 2 = R$ 810,00 Exercício 1 A tabela a seguir mostra a distribuição de frequência das notas em Matemática obtidas por 25 alunos. Classe (notas) Frequência (número de alunos) 6 3 7 5 8 7 9 6 10 4 Ft = 25 y A partir desses dados, calcule a média aritmética dessa classe. Calculando a média aritmética ponderada, temos: Licensed to Rodrigo Meinberg - Email: rogerio.melo@gold360.com.brLicensed to Jefferson Antônio Pereira de Lima - jeffersonpereira28drc-@outlook.com 52 = ——————————————————6 · 3 + 7 · 5 + 8 · 7 + 9 · 6 + 10 · 4 25 = —————————————18 + 35 + 56 + 54 + 40 25 = ——203 25 = 8,12 y Determine a moda da amostra. A nota que tem maior frequência é 8. Logo: Mo = 8. y Determine a mediana da amostra. Como há 25 elementos, ou seja, em número ímpar, a mediana é o elemento que ocupa a 13ª posição e esse elemento é a nota 8. (6, 6, 6, 7, 7, 7, 7, 7, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8,...,10). Logo: Md = 8. Exercício 2 A tabela de distribuição de frequência dos comprimentos, em centímetros, de 50 barras de alumínio de uma siderúrgica mostra o seguinte: Classe (comprimento em centímetros) Frequência (número de barras) [3, 9[ 5 [8, 14[ 12 [13, 19[ 18 [18, 24[ 10 [23, 29] 5 Ft = 50 y Calcule a média aritmética dessa classe. Quando as classes são formadas por intervalos reais, é necessário, antes de tudo, encontrar o ponto médio (xm) de cada uma delas. Classe (comprimento em centímetros) Ponto médio (xm) Frequência (número de barras) [3, 9[ ——3 + 9 2 = 6 5 [8, 14[ ———8 + 14 2 = 11 12 [13, 19[ ————13 + 19 2 = 16 18 [18, 24[ ————18 + 24 2 = 21 10 [23, 29] ————23 + 29 2 = 26 5 Ft = 50 Licensed to Rodrigo Meinberg - Email: rogerio.melo@gold360.com.brLicensed to Jefferson Antônio Pereira de Lima - jeffersonpereira28drc-@outlook.com Matemática IIMATEMÁTICA E SUAS TECNOLOGIAS 53 Agora, podemos calcular a média ponderada dos pontos médios com a frequência: = ——————————————————————6 · 5 + 11 · 12 + 16 · 18 + 21 · 10 + 26 · 5 50 = ———————————————— 30 + 132 + 288 + 210 + 130 50 = = ——790 50 =15,8 Ou seja, a média aritmética é 15,8 centímetros. y Determine a moda (Mo) dessa amostra. Como podemos ver na tabela acima, o ponto médio com maior frequência é 16. Logo: Mo = 16. y Determine a mediana dessa amostra. Como a quantidade de elementos é par, a mediana é a média aritmética entre a 13ª e a 14ª posição dos pontos médios: Md = ———— 16 + 16 2 = —32 2 = 16 Considerando as notas bimestrais de três alunos, representadas na tabela abaixo: NOTAS Alunos 1º bimestre 2º bimestre 3º bimestre 4º bimestre A 6 6 6 6 B 5 6 8 5 C 2 5 8 9 Vamos calcular a média dos três alunos: = ———————— = —— = 6 6 + 6 + 6 + 6 4 24 4 = ———————— = —— = 6 5 + 6 + 8 + 5 4 24 4 = ———————— = —— = 6 2 + 5 + 8 + 9 4 24 4 Como todas as médias são iguais a 6, poderíamos perguntar: Qual foi o aluno mais regular? O aluno C apresentou uma variação muito maior que o aluno B. Já o aluno A apresentou notas constantes, isto é, foi mais regular. Desvios e variância Licensed to Rodrigo Meinberg - Email: rogerio.melo@gold360.com.brLicensed to Jefferson Antônio Pereira de Lima - jeffersonpereira28drc-@outlook.com 54 Somente com as médias não é possível fazer uma análise sobre a regularidade dos alunos. Assim, é preciso adotar uma medida que apresente a variação das notas desses alunos. Para isso, é importan- te conhecer a diferença, ou dispersão, que existe entre as notas de cada bimestre e a média. Existem situações em que a medidas de tendência central (média, moda e mediana) não são as apropriadas para uma análise de uma amostra de valores. Nesses casos, é necessário utilizar as medidas de dispersão, ou variabilidade: a variância e o desvio padrão. Cálculo dos desvios das notas dos alunos em relação à média 6: Bimestres A Desvio B Desvio C Desvio 1º 6 0 5 –1 2 –4 2º 6 0 6 0 5 –13º 6 0 8 2 8 2 4º 6 0 5 –1 9 3 1. Variância É a média do quadrado da distância de cada ponto até a média da amostra ou população em análise. A variância pode ser classificada como variância da amostra ou da população. Variância da amostra é o calculo da variância dentro de uma amostra observada. Variância da população é a soma dos quadrados dos desvios divi- dida pelo número n de ocorrências e que é indicada por V e definida por V = ———————— / ni=1 (xi – ) 2 n , em que xi é a variável aleatória e é a média (valor esperado). Calculando a variância da população, a partir dos dados acima: VA = ———————————————————————— = ———————— = — = 0 (6 – 6)2 + (6 – 6)2 + (6 – 6)2 + (6 – 6)2 4 0 + 0 + 0 + 0 4 0 4 VB = ———————————————————————— = ———————— = — = 1,5 (5 – 6)2 + (6 – 6)2 + (8 – 6)2 + (5 – 6)2 4 1 + 0 + 4 + 1 4 6 4 VC = ———————————————————————— = ————————— = — = 7,5 (2 – 6)2 + (5 – 6)2 + (8 – 6)2 + (9 – 6)2 4 16 + 1 + 4 + 9 4 30 4 Licensed to Rodrigo Meinberg - Email: rogerio.melo@gold360.com.brLicensed to Jefferson Antônio Pereira de Lima - jeffersonpereira28drc-@outlook.com Matemática IIMATEMÁTICA E SUAS TECNOLOGIAS 55 2. Desvio padrão Raiz quadrada da variância, o desvio padrão é indicado por DP e definido por DP = V. Utiliza a mesma unidade da variável (km, m, cm, atm etc.). Calculando o desvio padrão: DPA = VA = 0 = 0. DPB = VB = 1,5 ≅ 1,22. DPC = Vc = 7,5 ≅ 2,74. Se o valor do desvio padrão for igual a zero, a distribuição dos valores será chamada homogênea. E quanto mais homogênea, me- lhor seu desempenho. Quando isso não ocorre, a distribuição é con- siderada heterogênea. Assim, podemos definir: o melhor desempenho entre os três alu- nos foi o do aluno A, uma vez que possui desvio padrão (DP) zero; o C teve o pior desempenho, pois seu DP é o maior: 2,74; o B possui melhor desempenho que o C, pois seu DP está mais próximo de zero. Concluindo, podemos afirmar que, apesar de os três possuírem no- tas com média aritmética 6, o aluno A apresenta a melhor regularidade. Noções de probabilidade 1. Probabilidade Estabelece as possibilidades de um resultado ocorrer em um ex- perimento aleatório. Geralmente é representada por um número real entre zero e um. 1.1. Experimento aleatório É aquele de resultado imprevisível, isto é, que depende do acaso. Licensed to Rodrigo Meinberg - Email: rogerio.melo@gold360.com.brLicensed to Jefferson Antônio Pereira de Lima - jeffersonpereira28drc-@outlook.com 56 1.2. Espaço amostral (S) É o conjunto de todos os resultados possíveis de um experimento. 1.3. Espaço amostral equiprovável É o conjunto de todos os resultados possíveis de ocorrer em deter- minado experimento. 1.4. Evento (E) é qualquer subconjunto do espaço amostral. A probabilidade de ocorrer algum elemento do espaço amostral equiprovável (S) é indicada por P(E) e definida por P(E) = ——— n (E) n (S) , em que: y P(E) = probabilidade de o evento ocorrer y n(E) = quantidade de elementos do evento que nos interessa y n(S) = quantidade de elementos do espaço amostral Exemplo: No lançamento de um dado: y Qual é o espaço amostral? Resolução: S = {1, 2, 3, 4, 5, 6} y Qual o número de elementos do espaço amostral? Resolução: n(S) = 6 y Qual a probabilidade de obter, na face voltada para cima, um número 2? Resolução: Espaço amostral: S = {1, 2, 3, 4, 5, 6}. Número de elementos do espaço amostral: n(S) = 6. Então: se E1 = {2} e n(E1) = 1, logo P(E1) = ——— = — ≅ 0,16 ≅ 16%. n (E1) n (S) 1 6 y Qual a probabilidade de obter, na face voltada para cima, um número menor que 4? Resolução: Se E2 = {1, 2, 3} e n(E2) = 3, logo P(E2) = ——— = — = 0,5 = 50% n (E2) n (S) 3 6 Licensed to Rodrigo Meinberg - Email: rogerio.melo@gold360.com.brLicensed to Jefferson Antônio Pereira de Lima - jeffersonpereira28drc-@outlook.com Matemática IIMATEMÁTICA E SUAS TECNOLOGIAS 57 y Qual a probabilidade de obter, na face voltada para cima, um número primo menor que 5? Resolução: Se E3 = {2, 3} e n(E3) = 2, logo P(E3) = ——— = — ≅ 0,33 ≅ 33% n (E3) n (S) 2 6 Exemplo 2: No caso de lançamento de 2 dados: y Determine a probabilidade de obter, nas faces voltadas para cima, a soma dos números igual a 9. Resolução: As combinações possíveis para o espaço amostral são: S = {(1,1), (1,2), . . . (5,6), (6,6)}. Então, a quantidade de elementos do espaço amostral é dada por: n(S) = 6 · 6 = 36. Os elementos que interessam à resolução são aqueles cuja soma é 9. Logo: E = {(3,6), (6,3), (4,5) (5,4)} e n(E) = 4. Assim: P(E3) = ——— = — ≅ 0,11 ≅ 11% n (E) n (S) 4 36 y Determine a probabilidade de obter, nas faces voltadas para cima, a soma dos números igual a 1. Resolução: Se S = {(1,1), (1,2), . . . , (5,6), (6,6)}, n(S) = 6 · 6 = 36. Como não é possível obter soma igual a 1, tem-se que: E1 = { } e n(E1) = 0. Logo, P(E1) = ——— = — = 0 = 0% n (E1) n (S) 0 36 y Determine a probabilidade de obter, nas faces voltadas para cima, a soma dos números menor que 13. Resolução: Se S = {(1,1), (1,2),... (5,6), (6,6)}, n(S) = 6 · 6 = 36, E1 = S e n(E1) = 36, logo P(E1) = ——— = — = 1 = 100% n (E1) n (S) 36 36 Todo evento que for vazio é denominado evento impossível. Todo evento que coincide com o espaço amostral é denominado evento certo. Licensed to Rodrigo Meinberg - Email: rogerio.melo@gold360.com.brLicensed to Jefferson Antônio Pereira de Lima - jeffersonpereira28drc-@outlook.com 58 Conhecimentos algébricos/geométricos3 Licensed to Rodrigo Meinberg - Email: rogerio.melo@gold360.com.brLicensed to Jefferson Antônio Pereira de Lima - jeffersonpereira28drc-@outlook.com Matemática IIMATEMÁTICA E SUAS TECNOLOGIAS 59 Iniciando o estudo da Geometria Analítica, o primeiro item a ser ex- plicado é o plano cartesiano e a localização de um ponto em seu interior. O plano cartesiano foi criado em 1637 pelo matemático e filósofo francês René Descartes. É constituído por dois eixos perpendicula- res, sendo o horizontal chamado eixo das abscissas e o vertical, eixo das ordenadas. A função do plano cartesiano é localizar pontos em determinado espaço. As disposições dos eixos no plano formam quatro quadran- tes, como pode ser visto na figura: y 0 2º quadrante 3º quadrante 1º quadrante 4º quadrante O encontro dos eixos é chamado origem do sistema cartesiano e cada ponto do plano cartesiano é indicado por um par ordenado (x, y), no qual x é a abscissa e y, a ordenada. Plano cartesiano –1 –3 –4 –5 –2 0 1 2 3 4 5 –2 –1 0 1 2 3 4 5 7 96 8 10–3 C B A FE D y x x René Descartes Licensed to Rodrigo Meinberg - Email: rogerio.melo@gold360.com.brLicensed to Jefferson Antônio Pereira de Lima - jeffersonpereira28drc-@outlook.com 60 No plano cartesiano da página anterior estão indicados os pon- tos: A(4,5), B(–1,3), C(0,4), D(4,0), E(–1,–2) e F(0,–1). O sistema de plano cartesiano tem diversas aplicações, desde a construção de um simples gráfico até os trabalhos relacionados a localizações nos espaços aéreo, terrestre e marítimo. 1. Distância entre dois pontos Consideremos dois pontos, A e B, localizados em um plano cartesiano: y x A B Indicando nos eixos cartesianos a distância entre os pontos e suas coordenadas, temos: y xxA dAB yA xB yB A O B Como se pode ver, a distância dAB entre os pontos A e B é a hipote- nusa do triângulo AOB. Assim, aplicando o Teorema de Pitágoras, temos: d2AB = AO 2 + BO2 Contudo, temos: AO = xB – xA e BO = yB – yA Portanto, a expressão fica da seguinte forma: d2AB = (xB – xA) 2 + (yB – yA) 2 Licensed to Rodrigo Meinberg - Email: rogerio.melo@gold360.com.brLicensed to Jefferson Antônio Pereira de Lima - jeffersonpereira28drc-@outlook.com Matemática IIMATEMÁTICA E SUAS TECNOLOGIAS 61 E por fim: dAB = (xB – xA) 2 + (yB – yA) 2 Dessa forma, podemos determinar a distância entre dois pontos de coordenadas A(xA, yA) e B(xB, yB) pela expressão: dAB = (xB – xA) 2 + (yB – yA) 2 Exemplo: Determinar adistância entre os pontos: A(2,1) e B(8,9) e representá-la graficamente. 1 2 3 6 4 7 5 8 9 –2 0 0 2 4 6 8 10 12 14 C BA y x Resolução: A distância entre os pontos A e B é dada pela expressão: dAB = (xB – xA) 2 + (yB – yA) 2 Assim: dAB = (8 – 2) 2 + (9 – 1)2 dAB = 62 + 82 " dAB = 36 + 64 " dAB = 100 Logo, dAB= 10 unidades. | Enem 2011 | Um bairro de uma cidade foi planejado em uma região plana, com ruas paralelas e perpendiculares, delimitando quadras de mesmo tamanho. No plano de coorde- nadas cartesianas seguinte, esse bairro localiza-se no segundo quadrante, e as dis- tâncias nos eixos são dadas em quilômetros. Licensed to Rodrigo Meinberg - Email: rogerio.melo@gold360.com.brLicensed to Jefferson Antônio Pereira de Lima - jeffersonpereira28drc-@outlook.com 62 -4 -4 -8 -8 -2 -2 -6 -6 2 4 6 8 2 4 6 8 A reta de equação y = x + 4 representa o planejamento do percurso da linha do metrô subterrâneo que atravessará o bairro e outras regiões da cidade. No ponto P = (–5, 5), localiza-se um hospital público. A comunidade solicitou ao comitê de planejamento que fosse prevista uma estação do metrô de modo que sua distância ao hospital, medida em linha reta, não fosse maior que 5 km. Atendendo ao pedido da comunidade, o comitê argumentou corretamente que isso seria automaticamente satisfeito, pois já estava prevista a construção de uma estação no ponto a) (–5,0). b) (–3,1). c) (–2,1). d) (0,4). e) (2,6). Os únicos pontos das opções das respostas que pertencem à reta são os das alternativas b: (–3,1), d: (0,4) e e: (2,6). Calculando agora a distância de P a cada um deles, temos: dP, B = (–5 – (–3) 2 + (5 – 1))2 = 20 < 5 dP, D = (–5 –0) 2 + (5 – 4)2 = 26 > 5 dP, E = (–5 –2) 2 + (5 – 6)2 = 50 > 5 Logo, o ponto (–3,1) atende às condições do problema. Resposta: alternativa “b”. 2. Condições de alinhamento entre três pontos É possível verificar se três pontos estão alinhados por meio do cálculo do determinante de uma matriz de ordem 3x3, formada a partir das coordenadas desses três pontos. Se o cálculo do determinante dessa matriz resultar em valor igual a zero, pode-se afirmar que esses três pontos estão alinhados. Licensed to Rodrigo Meinberg - Email: rogerio.melo@gold360.com.brLicensed to Jefferson Antônio Pereira de Lima - jeffersonpereira28drc-@outlook.com Matemática IIMATEMÁTICA E SUAS TECNOLOGIAS 63 No plano cartesiano da figura a seguir, as coordenadas dos pontos A, B e C são: y x y3 x3 y2 x2 y1 x1 A B C Ponto A (x1,y1) Ponto B (x2,y2) Ponto C (x3,y3) Com essas coordenadas construímos a matriz 3x3, na qual as abs- cissas dos pontos constituem a 1ª coluna; as ordenadas, a 2ª coluna; e a 3ª coluna será complementada com o número 1. Resolvendo esse x1 x2 x3 y1 y2 y3 1 1 1 = 0 determinante e igualando-o a zero, temos: x1 x2 x3 y1 y2 y3 1 1 1 x1 x2 x3 y1 y2 y3 = 0 x1 · y2 · 1 + y1 · 1 · x3 + 1 · x2 · y3 – (y1 · x2 · 1 + x1 · 1 · y3 + 1 · y2 · x3) = 0 x1 · y2 + y1 · x3 + x2 · y3 – y1 · x2 – x1 · y3 – y2 · x3 = 0 Se a igualdade a zero se verificar, os pontos estão alinhados. Exemplo: Verifique se os pontos P(2,1), Q(0,–3) e R(–2,–7) pertencem à mesma reta. Resolução: Para que pertençam a uma mesma reta, os pontos devem es- tar alinhados. Construindo a matriz com as coordenadas dos pontos P, Q e R, é preciso verificar a condição de alinhamento: 2 0 –2 1 –3 –7 1 1 1 = 0 2 · (–3) · 1 + 1 · 1 · (–2) + 1 · (–7) · 0 – [1 · (–3) · ( –2) + 1 · 0 · 1 + 2 · (–7) · 1] = 0 – 6 – 2 – 0 – [6 + 0 – 14] = 0 – 8 – 6 +14 = 0 –14 + 14 = 0 0 = 0 Conclui-se que os pontos estão alinhados, uma vez que o determinante da matriz das coordenadas dos pontos é nulo. Licensed to Rodrigo Meinberg - Email: rogerio.melo@gold360.com.brLicensed to Jefferson Antônio Pereira de Lima - jeffersonpereira28drc-@outlook.com 64 O coeficiente angular de uma reta é a medida da tangente do seu ângulo de inclinação em relação ao eixo das abscissas. É importante lembrar que, no caso de a reta ser perpendicular ao eixo das abscissas, o coeficiente angular não existe, pois não é possível determinar a tangente de um ângulo de 90º. Para que uma reta seja representada em um plano cartesiano, é preciso que sejam dadas, no mínimo, as coordenadas de dois pontos pertencentes a essa reta. Assim, tomemos uma reta s que passa pelos pontos A(xA, yA) e B(xB, yB) e que possui um ângulo de inclinação com o eixo Ox igual a α. y x α s yB xB yA xA A B Nesta figura, indicamos o triângulo ABC, retângulo em C, formado a partir das coordenadas de A e B. y x α α s yB xB yA xA A C B Sabendo que o coeficiente angular é igual à tangente do ângulo de inclinação, temos: tg α = ———————— "tg α = ———— cateto oposto cateto adjacente yB – yA xB – xA α xB – xA yB – yA A C B Portanto, o cálculo do coeficiente angular (m) de uma reta pode ser feito pela razão da diferença entre as ordenadas e a diferença entre as abscissas de dois pontos pertencentes a essa reta. m = —— ∆y ∆x Retas Licensed to Rodrigo Meinberg - Email: rogerio.melo@gold360.com.brLicensed to Jefferson Antônio Pereira de Lima - jeffersonpereira28drc-@outlook.com Matemática IIMATEMÁTICA E SUAS TECNOLOGIAS 65 Exemplos y Qual é o coeficiente angular da reta que passa pelos pontos de coorde- nadas A(–1,3) e B(–2,4)? –1 –2 0 1 3 4 5 –2 –1 0 1 3 4 5 ∆y ∆x –3–4 B A 2 2 C Resolução: m = ————— " m = — " m = –1 (4 – 3) (–2 – (–1)) 1 –1 y O coeficiente angular da reta que passa pelos pontos A(2,6) e B(4,14) é: –2 –4 0 2 6 8 12 10 14 16 18 –4 –2 0 2 6 8 10 12 14 ∆y –6–8 4 4 ∆x CA B Resolução: m = ————— " m = — " m = 4 (14 – 6) 4 – 2 8 2 Licensed to Rodrigo Meinberg - Email: rogerio.melo@gold360.com.brLicensed to Jefferson Antônio Pereira de Lima - jeffersonpereira28drc-@outlook.com 66 1. Equação geral da reta A determinação da equação geral da reta na forma ax + by + c = 0 é feita com a utilização de uma matriz na qual é aplicada a Regra de Sarrus, empregada para a obtenção do determinante de uma matriz quadrada de ordem 3 x 3. Para isso, são necessários, no mínimo, dois pares ordenados (x,y) de pontos pertencentes a essa reta. x x1 x2 y y1 y2 1 1 1 = 0 Na matriz são indicados os pares ordenados (x1,y1) e (x2,y2) e um ponto genérico representado pelo par (x,y). A 3ª coluna da matriz é completada com o algarismo 1. A partir desse ponto, basta calcular o determinante com resultado igual a zero. Exemplo: Determine a equação geral da reta que passa pelos pontos A(1,2) e B(3,8). y Ponto A " x1 = 1 e y1 = 2 y Ponto B " x2 = 3 e y2 = 8 y Ponto C " representado pelo par ordenado (x,y) x 1 3 y 2 8 1 1 1 = 0 Resolução: Para calcular o determinante de uma matriz quadrada utili- zando a Regra de Sarrus, seguimos os seguintes passos: y repetir a 1ª e a 2ª colunas da matriz. y somar os produtos dos termos da diagonal principal. y somar os produtos dos termos da diagonal secundária. y subtrair da soma total dos termos da diagonal principal a soma dos termos da diagonal secundária. Aplicação dos passos na resolução da matriz dos pontos da reta: Licensed to Rodrigo Meinberg - Email: rogerio.melo@gold360.com.brLicensed to Jefferson Antônio Pereira de Lima - jeffersonpereira28drc-@outlook.com Matemática IIMATEMÁTICA E SUAS TECNOLOGIAS 67 Passo 1 Passos 2 e 3 x 1 3 y 2 8 1 1 1 x 1 3 y 2 8 = 0 x 1 3 y 2 8 1 1 1 x 1 3 y 2 8 6 2x8x 3yy 8 Passo 4 [2x + 3y + 8] – [6 + 8x + y] = 0 2x + 3y + 8 – 6 – 8x – y = 0 2x – 8x + 3y – y + 8 – 6 = 0 Logo: –6x + 2y + 2 = 0 (equação geral da reta) Portanto, os pontos A(1,2) e B(3,8) pertencem à reta dada pela equação geral: –6x + 2y + 2 = 0. 2. Equação fundamental da reta Pode ser determinada a partir das coordenadas C(x0, y0) de
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