Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
1 4 Ro be rto G er al do T av ar es A rn au t Ka th le en S . G on ça lv es Radiciação 85 A u la 4 • R ad iciação 84 e-Tec Brasil – Estatística Aplicada Apresentar o conceito de radiciação e suas propriedades. Após o estudo desta aula, você deverá ser capaz de: 1. realizar operações que envolvam radiciação. Para melhor compreensão desta aula, você precisa ter em mente o conceito de potenciação e o de números naturais, inteiros, racionais e reais. META OBJETIVO PRÉ-REQUISITOS 85 A u la 4 • R ad iciação 84 e-Tec Brasil – Estatística Aplicada Esta aula foi escrita com base em trechos do livro ARNAUT, Roberto Geraldo Tavares. Matemática Básica: volume único. 5 ed. Rio de Janeiro: Fundação CECIERJ, 2008. INTRODUÇÃO Os relatos mais antigos sobre operações utilizando potências remontam aos egípcios, cerca de 2000 a.C. (antes de Cristo). Os babilônios também possuíam conhecimento sobre o tema, o que pode ser conferido em uma antiga tábua de argila conhecida como tabuinha de Larsa. O início do uso do termo “potência” em matemática é atribuído ao filósofo grego Hipócrates. Ele chamou o quadrado de um segmento de dynamis, palavra grega que em português significa potência. Por que estamos falando de potência na aula de radiciação? Conforme você perceberá adiante, a radiciação é a operação inversa da potenciação. Por que estudar esse tema em Estatística? Isso acontecerá? Você verá com mais detalhes uma medida de dispersão chamada desvio padrão, que é a raiz quadrada da variância, outra medida que você estudará em Estatística. Daí a importância de saber realizar operações que envolvam radiciação. Embora a raiz quadrada seja o conteúdo mais importante, nesta aula, para você seguir com a disciplina de Estatística, fica difícil introduzir o assunto sem conhecermos um pouco mais sobre o tema. Estudaremos aqui o conceito de radiciação, as várias possibilidades que se enquadram nele, bem como as propriedades necessárias para fazermos cálculos que envolvam o uso de raízes. Então, vamos lá? DEFININDO RADICIAÇÃO Para entender a radiciação, você precisa ter compreendido o conceito de potenciação, porque a radiciação nada mais é do que a operação inversa da potenciação. Veja o seguinte exemplo: 4 4 4 16 16 42 2= × = ⇔ = 86 e-Tec Brasil – Estatística Aplicada 87 A u la 4 • R ad iciação Ou seja, quatro elevado ao quadrado é igual a dezesseis, porque quatro vezes quatro (quatro multiplicado por ele mesmo duas vezes) é igual a dezesseis. Quando queremos descobrir a raiz quadrada de dezesseis 162( ) , queremos saber qual número multiplicado por ele mesmo (o dois significa que o número tem que ser multiplicado duas vezes) é igual a dezesseis. Vamos ver outro exemplo: Quer dizer, três elevado ao cubo (elevado a três) é igual a vinte e sete, porque três multiplicado por ele mesmo três vezes é igual a vinte e sete. Então, a raiz cúbica de vinte e sete 273( )é igual a três, porque três é o número que multiplicado por ele mesmo três vezes tem como resultado o número vinte e sete. Seja a um número real e n um número natural. O número x é chamado de RAIZ ENÉSIMA DE A se, e somente se, xn = a. Perceba que xn = a é o mesmo que a xn = , ou seja, a radiciação é a operação inversa da potenciação. ATENÇÃOATENÇÃO RAIZ ENÉSIMA DE A Raiz de a com índice n, sendo n a representação de um número qualquer. Em matemática, é muito comum usarmos letras representando números. Isso simplifica a comunicação; se fôssemos escrever por extenso todas as fórmulas ma- temáticas, os livros seriam enormes. Assim, as letras a, n, x, m e p que você verá nesta aula estão sendo usadas para representar um número qualquer. Por exemplo, xn = a significa que você pode pensar nessa equação para qualquer número no lugar de x e qualquer número no lugar de n, gerando um resultado que é a letra a. O valor de a pode ser qualquer número; no entanto, ele vai depender dos valores de x e n. Veja a seguir: Para xn = a, temos 23 = 8; 42 = 16; 124 = 20736 e assim por diante. 3 3 3 3 27 27 33 3= × × = ⇔ = 86 e-Tec Brasil – Estatística Aplicada 87 A u la 4 • R ad iciação A REPRESENTAÇÃO DE RADICIAÇÃO Usaremos a NOTAÇÃO an para representar raízes enésimas do número a. No caso em que n = 2 e a > 0 (a é maior que zero), em vez de a2 , escreveremos simplesmente a e lemos “raiz quadrada de a”. Nesta situação, − a é o simétrico de a e −− a a( ) =2 . Você entendeu por que −− a a( ) =2 .? É simples, quando você multiplicar números com o mesmo sinal, o resultado será sempre positivo. Se −− −− −−a a a( ) = ×2 , então o resultado desta operação será positivo. Mas por que o resultado é igual a a? Fácil! Quando você multiplica duas raízes iguais, o resultado é sempre o número dentro da raiz, ou seja, 2 2 2× = , 9 9 9× = , e assim por diante. Posteriormente, vamos definir melhor a representação an . Figura 4.1: Uma das primeiras referências à potenciação foi encontrada em papiros egípcios do final do Império Médio. Fonte: www.sxc.hu Kr is s Sz ku rla to w sk i NOTAÇÃO Conjunto de sinais que se usa para representar ou designar algo. 88 e-Tec Brasil – Estatística Aplicada 89 A u la 4 • R ad iciação Obs.: No símbolo an dizemos que: √ é o radical; a é o radicando; n é o índice da raiz. Figura 4.2: Encontramos o uso de potenciação no cálculo do volume de pirâmides de base quadrangular. Ta tia na B ol sh ak ov a Fonte: www.sxc.hu ATENÇÃOATENÇÃO Números simétricos, também chamados de opostos, são números que possuem o mesmo valor, mas com sinais contrários. Quer dizer, 7 é simétrico ou oposto de –7; 16 é simétrico ou oposto de –16; 6 é simétrica ou oposta a −− 6 . 88 e-Tec Brasil – Estatística Aplicada 89 A u la 4 • R ad iciação AS POSSIBILIDADES DA EQUAÇÃO xn = a Da definição de radiciação, conclui-se que determinar as raízes enésimas de a é o mesmo que determinar todas as soluções da equação xn = a. Vamos examinar os seguintes casos: Primeiro caso: O número a é igual a zero e o número n pertence ao conjunto dos números naturais, sendo que n é maior ou igual a 2 A única raiz enésima de zero é o próprio zero, ou seja, 0 0n = , para qualquer valor de n. Segundo caso: o número a é maior que zero e o número n pertence ao conjunto dos números naturais, sendo que n é um número par O número a possui duas raízes enésimas. Essas duas raízes são simétricas. A raiz enésima positiva de a é representada pelo símbolo an . A raiz enésima negativa de a, por ser simétrica da primeira, é representada pelo símbolo – an . Portanto, cuidado! Quando escrevemos, por exemplo, 34 , 56 , 3, estamos representando números positivos. Exemplo: O número 16 tem duas raízes quartas ( 4 ). A raiz quarta positiva de 16 é 2 (porque 24 = 16). A raiz quarta negativa de 16 é –2. Assim, As raízes quartas de 16 são 2 e –2. 16 24 = −− −−16 24 = 90 e-Tec Brasil – Estatística Aplicada 91 A u la 4 • R ad iciação A Fórmula de Bháskara e o cálculo dos macacos Entre os matemáticos hindus da Índia Antiga era muito comum a realização de competições que desafiavam os competidores com quebra-cabeças. Os passatempos matemáticos dessa época eram apresentados por meio de ditos populares em forma de prosa. Veja este exemplo: “...alegravam-se os macacos divididos em dois bandos: sua oitava parte ao quadrado no bosque brincava. Com alegres gritos, doze gritando no campo estão. Sabe quantos macacos há no grupo no total?” Podemos montar o problema assim: ...alegravam-se os macacos divididos em dois bandos ⇒ x sua oitava parte ao quadrado no bosque brincava ⇒ Com alegres gritos, doze gritando no campo estão ⇒ 12 Sabe quantos macacos há no grupo no total?⇒ ⇒ +X x−− 8 12 2 Observe que, no final, temos uma equação para calcular a pergunta. Toda equação que apresenta o termo X2 é chamada de equação do segundo grau. Sempre que se quer resolver esse tipo de equação, utiliza-se uma fórmula chamada de Fórmula de Bháskara: x b b ac a = ±−− −− 2 4 2 . Mais adiante nesta aula, você entenderá por que a raiz quadrada da Fórmula de Bháskara pode ser positiva (+) ou negativa (–), e isso faz com que o X, nessa fórmula, tenha dois resultados possíveis (no caso do problema, 16 ou 48 macacos no grupo). Fonte: Adaptado de: ROPELATO; RAMOS (2006). ⇒ x 8 2 CURIOSIDADECURIOSIDADE Fonte: www.sxc.hu Bi lly A le xa nd er 90 e-Tec Brasil – Estatística Aplicada 91 A u la 4 • R ad iciação Terceiro caso: o número a é menor que zero e o número n pertence ao conjunto dos números naturais, sendo que n é par. Neste caso, não existe raiz. O que queremos dizer com isso? Simplesmente que no conjunto dos números reais não faz sentido uma expressão como −−2 ou −−68 . Exemplo: Não existe raiz quadrada de −4. Ou, dito de outro modo, não existe nenhum número real x tal que x2 = −4. Isso vale para qualquer potência de número par. Figura 4.3: A probabilidade de usarmos a radiciação no nosso dia-a-dia é pequena, mas é possível que você precise dela no seu futuro emprego. Fonte: www.sxc.hu G & A S ch ol ie rs 92 e-Tec Brasil – Estatística Aplicada 93 A u la 4 • R ad iciação Quarto caso: O número a é diferente de zero e o número n pertence ao conjunto dos números naturais, sendo que n é ímpar O número a possui exatamente uma única raiz enésima no conjunto dos números reais. Essa raiz tem o mesmo sinal de a e é representada pelo símbolo an . Exemplos: a) O número 8 tem uma única raiz cúbica (3 ), que é representada com o símbolo 83 e vale 2, isto é, 8 23 = (porque 23 = 8). Isso vale para qualquer potência de número ímpar. b) O número −64 tem uma única raiz cúbica no conjunto dos números reais que é representada pelo símbolo −−643 e vale −4, isto é, −− −−64 43 = (porque −43 = −64). Isso vale para qualquer potência de número ímpar. Obs.: Conforme já observado, por convenção, na raiz quadrada, omite-se o índice (n). Escreve-se, por exemplo, 6 e −− 6 para representar 62 . Exemplos: a) O número 8 é uma raiz quadrada de 64, pois 82 = 64. b) O número −8 é uma raiz quadrada de 64, pois (−8)2 = 64. c) 0 03 = ⇔ 03 = 0 d) ⇔ 42 = 0 e) f) g) −−4 não tem sentido em R. h) 33 = 27 i) (−3)3 = −27 j) (−1)3 = −1 k) 74 = 2401 16 4= −− −−16 4= −− −−4 162( ) = ± = ±16 4 ± ( ) = ±4 162⇔ ⇔27 33 = −− −−27 33 = ⇔ ⇔ ⇔ −− −−1 13 = 2401 74 = ⇔ 92 e-Tec Brasil – Estatística Aplicada 93 A u la 4 • R ad iciação Atende ao Objetivo 1 Vamos verificar se você entendeu os casos apresentados até aqui? Então, calcule os radicais a seguir: a. b. c. d. Figura 4.4: É possível extrair raízes usando calculadoras, mas você vai precisar de um modelo de calculadora científica ou financeira. Fonte: www.sxc.hu Jo ha nn al g ATIVIDADE 1 −−54 814 325 05 94 e-Tec Brasil – Estatística Aplicada 95 A u la 4 • R ad iciação PROPRIEDADE DAS RAÍZES Sejam a e b números reais e m e n números inteiros. Suponha que as raízes enésimas que escreveremos nas propriedades de 1 até 4, a seguir, são bem definidas. Então, valem as seguintes propriedades: Propriedade 1: para cálculo com radicais de mesmo índice Para multiplicar, mantém-se o índice e multiplicam-se os radicandos, isto é, Para dividir, mantém-se o índice e dividem-se os radicandos, isto é, b ≠ 0, Exemplos: a) 3 9 27 33 3 3× = = (porque 33 = 27) b) 2 5 10× = c) 32 8 43 3 3= × (operação inversa) d) 8 2 4 2 2 2 2= × = × = ( 4 2 2 42= ⇔ = ) a b abn n n× = . a b a b b n n n= ≠, 0 O templo e a raiz quadrada de dois Fonte: www.sxc.hu Ko ns ta nt in os D af al ia s CURIOSIDADECURIOSIDADE 94 e-Tec Brasil – Estatística Aplicada 95 A u la 4 • R ad iciação Você já ouviu falar no Pathernon? O Pathernon é um templo grego localizado na cidade de Atenas. Ele foi erguido em homenagem à deusa Atena Pathernos, considerada a protetora da cidade. Sua construção data de 447 a 438 a.C. Em um livro chamado Os segredos da antiga geometria, Tom Brunes faz uma análise geométrica do templo. Ele afirma que o lado e a diagonal de uma série de quadrados regem a arquitetura do edifício. Cada um dos quadrados está em relação com o quadrado maior que o contém na proporção de 1 para 1,25. Essa relação funcional é chamada de Função da Raiz Quadrada de Dois 2( ). Fonte: Adaptado de http://www.psico-pictografia.blogspot.com/ 96 e-Tec Brasil – Estatística Aplicada 97 A u la 4 • R ad iciação Atende ao Objetivo 1 Com base na primeira propriedade das raízes, faça os seguintes cálculos: a. 16 43 3× b. 30 6 c. 81 84 4× d. 6750 23 3÷÷ ATIVIDADE 2 Propriedade 2: para calcular raiz de raiz Para calcular uma raiz de outra raiz, mantém-se o radicando e multiplicam-se os índices, isto é, a amn mn= . Exemplos: a) 729 729 729 33 2 3 6= = =× (porque 36 = 729) b) 5 5 543 3 4 2 24= =× × Atende ao Objetivo 1 Com base na segunda propriedade das raízes, calcule as seguintes raízes: a. b. ATIVIDADE 3 256 409634 96 e-Tec Brasil – Estatística Aplicada 97 A u la 4 • R ad iciação Propriedade 3: para calcular raiz de potência Calcular a raiz e em seguida a potência é o mesmo que calcular a potência e em seguida a raiz, isto é, a an m mn( ) = , sendo que o número m pertence ao conjunto dos números inteiros. Exemplos: a) 4 4 2 325 5 5= ( ) = = ( 4 2 2 42= ⇔ = ) b) 16 16 2 424 4 2 2= ( ) = = ( 16 2 2 164 4= ⇔ = ) Figura 4.5: Uma das maneiras de calcular a área de um triângulo é por meio do Teorema de Heron. A fórmula é A S S a S b S c= ( )( )( )−− −− −− , onde A é a área do triângulo que se quer calcular; S é o valor do semiperímetro do triângulo; a, b e c são os comprimentos dos lados do triângulo. Jonathan W erner Fonte: www.sxc.hu 98 e-Tec Brasil – Estatística Aplicada 99 A u la 4 • R ad iciação Atende ao Objetivo 1 Com base no que você aprendeu sobre a terceira propriedade das raízes, calcule: a. b. ATIVIDADE 4 Propriedade 4: sobre alteração do índice Multiplicar ou dividir índice e expoente por um mesmo número não altera o resultado, isto é, a amn mpnp= . Exemplos: a) Dividindo por 3, temos: 2 2 236 3 36 3= =÷÷÷÷ b) Dividindo por 8, temos: 2 2 2816 8 816 8= =÷÷÷÷ c) Multiplicando por 3 no primeiro termo e por 2 no segundo, temos: 5 2 5 2 5 2 125 4 125 4 5003 1 32 3 1 23 2 36 26 6 6 6 6× = × = × = × = × =×× ×× 5 2 5 2 5 2 125 4 125 4 5003 1 32 3 1 23 2 36 26 6 6 6 6× = × = × = × = × =×× ×× (Lembre-se de que quando não há expoente é como se o número fosse elevado a 1.) 2723 24345 ATENÇÃOATENÇÃO Voltamos a enfatizar que as propriedades enunciadas são válidas sob a condição de que as potências e os radicais estejam bem definidos. Por exemplo, não faz sentido usar a pro- priedade 3 para escrever −− −−2 234 4 3 ( ) = ( ) , uma vez que não faz sentido −−24 , no conjunto dos números reais. 98 e-Tec Brasil – Estatística Aplicada 99 A u la 4 • R ad iciação Nosso próximo assunto tem como objetivo ampliar a utilização de potências e radicais para facilitar operações com números reais. Ou, de um outro ponto de vista, veja a definição apresentada após a próxima atividade. Trataremos a radiciação como um caso especial de potências de expoentes fracionários. Figura 4.6: Para resolver equações de segundo grau, usamos a Fórmula de Bháskara: Atende ao Objetivo 1 Utilize a propriedade4 para realizar os seguintes cálculos: a. b. c. ATIVIDADE 5 X b a = ±−− ∆ 2 368 2 3 3 5 2 3 54 3 6× × 100 e-Tec Brasil – Estatística Aplicada 101 A u la 4 • R ad iciação POTÊNCIA DE EXPOENTE RACIONAL Definição a) Seja a um número real positivo, n um número natural não-nulo (diferente de zero) e um número racional na forma irredutível, a potência de base a e a expoente racional m n definem-se por a a m n mn= . b) Seja a um número real, n um número natural ímpar e m n um número racional na forma irredutível, a potência de base a e o expoente racional m n definem-se por a a m n mn= . Exemplos: a) b) c) d) ATENÇÃOATENÇÃO Valem para as potências de expoente racional as mesmas propriedades válidas para as potências de expoente inteiro. 3 3 3 5 35= 2 2 2 1 7 17 7= = 2 2 2 2 2 1 2 1 3 1 2 1 3 5 6 56× = = = + 2 2 2 5 25 −− = 100 e-Tec Brasil – Estatística Aplicada 101 A u la 4 • R ad iciação Figura 4.7: Para calcular a diagonal de um quadrado, você precisa saber radiciação. A fórmula é d l= 2 , onde d é o valor da diagonal que se quer achar, l é o comprimento de um dos lados do quadrado (são todos iguais). Fonte: www.sxc.hu G in iM in iG i Atende ao Objetivo 1 Escreva as potências a seguir em forma de radicais: a. b. c. d. ATIVIDADE 6 3 3 4 3 1 7 5 1 2 2 2 3 −− 102 e-Tec Brasil – Estatística Aplicada 103 A u la 4 • R ad iciação RESUMINDO... ATIVIDADE 1 a. Não existe raiz quadrada quando o radicando é negativo e o índice é par. b. Como o radicando é maior que 0 e o índice é par, existem duas raízes simétricas nesta resposta. As raízes são + 3 e −3, porque 34 = 3 × 3 × 3 × 3 = 81. c. Como o radicando é ≠ 0 e o índice é ímpar, só há uma raiz. A resposta é 2, porque 25 = 2 × 2 × 2 × 2 × 2 = 32. d. Se o radicando é zero, não importa o índice, a raiz será zero. RESPOSTAS DAS ATIVIDADES • O cálculo da radiciação é o inverso da potenciação. • Na notação an , √ , a, n, são, respectivamente, raiz, radicando e índice. • Não importa o valor do índice, se o radicando for zero, a raiz será zero. • Quando a > 0 e n é par, a tem duas raízes simétricas, sendo uma positiva e outra negativa. • Se n é par, não existe raiz para um radicando negativo. • Quando a ≠ 0 e n é impar, a só possui uma raiz (não há uma simétrica). • Na representação de raiz quadrada omite-se o índice. • Para multiplicar ou dividir radicais com mesmo índice basta multiplicar ou dividir os radicandos e manter o índice. • Para calcular raiz de raiz, multiplicamos os índices e mantemos o radicando. • Quando o radicando tem um expoente, podemos escrever a raiz, sem alterar seu valor, deslocando o expoente para todo o radical. • Podemos multiplicar ou dividir o índice e o expoente por um mesmo número sem que isso afete o resultado. • Um número com expoente fracionário pode ser escrito como radical. A base será o radi- cando, o numerador do expoente fracionário será o expoente do radicando e o denominador do expoente fracionário será o índice. 102 e-Tec Brasil – Estatística Aplicada 103 A u la 4 • R ad iciação ATIVIDADE 2 a. Quando os radicais têm índices iguais, basta multiplicar os radicandos. 16 4 64 64 43× = → = , pois 43 = 64. b. Quando os radicais têm índices iguais, basta dividir os radicandos. 30 ÷ 6 = 5. O resultado é 5. c. Quando os radicais têm índices iguais, basta multiplicar os radicandos. 81 8 648 648 64× = → =. d. Quando os radicais têm índices iguais, basta dividir os radicandos. 6750 2 3375 3375 153÷÷ = → = , pois 153 = 3375. ATIVIDADE 3 a. Para calcular raiz de raiz, temos que multiplicar os índices e manter o radicando. Assim: a. 256 256 42 2 4× = = , pois 44 = 256. b. 4096 4096 24 3 12× = = , pois 212 = 4096. ATIVIDADE 4 a. Neste caso, podemos escrever, sem alterar o valor, como 27 27 33 2 3( ) → = , pois 33 = 27. Por fim, 32 = 9. b. Baseando-se na terceira propriedade das raízes, podemos escrever da seguinte forma: 243 35 4 4( ) = , pois 35 = 243 . Por fim, 34 = 81. ATIVIDADE 5 a. Podemos dividir o índice e o expoente do radicando pelo mesmo número sem que isso altere o resultado. Assim, simplificamos o expoente 6 com o índice 8 ( 3 36 28 2 34÷÷ = ), pois ambos são divisíveis por 2. Temos, então, 3 2734 4= . b. Com base na quarta propriedade das raízes, podemos igualar os índices de ambos os radicais, o que facilita a resolução do problema. Assim, multiplicamos por cinco o numerador e por 3 o denominador: 2 27 32 27 53 5 15 15 × = . c. Também com base na quarta propriedade, podemos multiplicar todos os termos da multiplicação a fim de igualarmos os índices. Multiplicamos o primeiro termo por 3, o segundo por 4 e o terceiro por 2. Assim, temos: 2 3 5 8 81 25 8 81 25 162003 4 3 43 4 6 2 12 12 12 12 12× × ×× × = × × = × × = . 104 e-Tec Brasil – Estatística Aplicada ATIVIDADE 6 a. 3 2734 4= b. 37 c. 5 512 = (quando o expoente é 1, não precisa ser representado) d. 2 1 4 23 3 −− = (reveja, na aula de potenciação, a nota sobre expoentes negativos) REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ARNAUT, Roberto Geraldo Tavares. Matemática Básica: volume único. 5 ed. Rio de Janeiro: Fundação CECIERJ, 2008. ROPELATO, Graziela; RAMOS, Paulo. Para que estudar a fórmula de bháskara? Revista de divulgação técnico-científica do ICPG, Indaial, v. 3, n. 9, jul./dez. 2006.
Compartilhar