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Matemática Básica SIRLEI ALVES CHAVES 1ª Edição Brasília/DF - 2018 Autores Sirlei Alves Chaves Produção Equipe Técnica de Avaliação, Revisão Linguística e Editoração Sumário Organização do Livro Didático........................................................................................................................................4 Introdução ..............................................................................................................................................................................6 Capítulo 1 Conjuntos Numéricos ...................................................................................................................................................9 Capítulo 2 Produtos Notáveis e Frações .................................................................................................................................. 20 Capítulo 3 Potenciação, Radiciação e Racionalização ......................................................................................................... 27 Capítulo 4 Razão, Proporção e Regra de três (simples e composta) .............................................................................. 36 Capítulo 5 Matemática Básica e suas aplicações nas finanças ........................................................................................ 47 Capítulo 6 Matemática básica e suas aplicações em Estatística ..................................................................................... 61 Referências .......................................................................................................................................................................... 68 4 Organização do Livro Didático Para facilitar seu estudo, os conteúdos são organizados em capítulos, de forma didática, objetiva e coerente. Eles serão abordados por meio de textos básicos, com questões para reflexão, entre outros recursos editoriais que visam tornar sua leitura mais agradável. Ao final, serão indicadas, também, fontes de consulta para aprofundar seus estudos com leituras e pesquisas complementares. A seguir, apresentamos uma breve descrição dos ícones utilizados na organização do Livro Didático. Atenção Chamadas para alertar detalhes/tópicos importantes que contribuam para a síntese/conclusão do assunto abordado. Cuidado Importante para diferenciar ideias e/ou conceitos, assim como ressaltar para o aluno noções que usualmente são objeto de dúvida ou entendimento equivocado. Importante Indicado para ressaltar trechos importantes do texto. Observe a Lei Conjunto de normas que dispõem sobre determinada matéria, ou seja, ela é origem, a fonte primária sobre um determinado assunto. Para refletir Questões inseridas no decorrer do estudo a fim de que o aluno faça uma pausa e reflita sobre o conteúdo estudado ou temas que o ajudem em seu raciocínio. É importante que ele verifique seus conhecimentos, suas experiências e seus sentimentos. As reflexões são o ponto de partida para a construção de suas conclusões. 5 ORgaNIzaçãO DO LIvRO DIDátICO Provocação Textos que buscam instigar o aluno a refletir sobre determinado assunto antes mesmo de iniciar sua leitura ou após algum trecho pertinente para o autor conteudista. Saiba mais Informações complementares para elucidar a construção das sínteses/conclusões sobre o assunto abordado. Sintetizando Trecho que busca resumir informações relevantes do conteúdo, facilitando o entendimento pelo aluno sobre trechos mais complexos. Sugestão de estudo complementar Sugestões de leituras adicionais, filmes e sites para aprofundamento do estudo, discussões em fóruns ou encontros presenciais quando for o caso. Posicionamento do autor Importante para diferenciar ideias e/ou conceitos, assim como ressaltar para o aluno noções que usualmente são objeto de dúvida ou entendimento equivocado. 6 Introdução Este livro de estudo se destina aos alunos do curso de graduação a distância da Faculdade Unyleya. Dessa forma, são apresentados alguns conceitos e definições fundamentais da disciplina Matemática Básica, tendo como objetivo principal aplicá-los na resolução de problemas característicos. Acredita-se que, a partir dos temas apresentados, os futuros getores possam adquirir subsídios matemáticos para construir uma prática que atenda às novas demandas do mercado de trabalho, isto é, que vai além do nível descritivo. Sempre que possível, ao longo deste Livro de Estudos, são postas algumas questões relativas aos conceitos apresentados a fim de conectá-las a uma abordagem da Gestão. Assim, articulam-se teoria e prática para estabelecer conceitos e significar objetos matemáticos. A apresentação dos temas ocorre de forma simples, clara e objetiva e, sempre que possível, é associada a exemplos e a contextos relacionados à realidade de um gestor. Vale ressaltar que não há a preocupação de esgotar completamente os conceitos abordados, embora estejam incluídas referências bibliográficas para aqueles que desejam aprofundar e estudar mais detalhadamente as noções apresentadas. Seja bem-vindo à disciplina de Matemática Básica. O objetivo central desta disciplina é apresentar ferramentas matemáticas que sirvam como instrumentos de análise, de crítica e de intervenção, a fim de ajudar os futuros gestores a analisar situações, a definir, explicitar e adotar opções para a resolução de problemas, considerando sempre múltiplas alternativas para a tomada de decisões acertivas diante do problema que se tem. Sendo assim, nesta disciplina, os assuntos estudados assumem caráter formativo e aplicativo, no âmbito da própria matemática e também num âmbito mais geral. Num primeiro momento, será feita a apresentação de conjuntos numéricos, subconjuntos e intervalos. Você perceberá, ao longo dos capítulos, uma ênfase na resolução de problemas, que utilizam estratégias de resolução diferenciadas e que visam à compreensão de conceitos, definições e regras pertinentes aos objetos matemáticos propostos em cada capítulo. 7 Objetivos Este Livro Didático tem como objetivos: » Servir de instrumento de reflexão, discussão e problematização em torno de temas e questões fundamentais na prática dos Gestores. » Proporcionar aos futuros gestores oportunidades no manuseio de equações e fórmulas matemáticas para os interessados em ultrapassar o nível apenas descritivo das situações problema, ou seja, utilizar a matemática como uma ferramenta que apresenta alternativas e que contribui racionalmente para a tomada de decisões em diferentes momentos de um processo de gestão. 8 9 Introdução Neste capítulo, trataremos de classificar os conjuntos numéricos. Os conjuntos numéricos são uma parte essencial da Matemática, notadamente no contexto de aplicação a outros campos de estudo. Atualmente tais conjuntos englobam os números naturais, inteiros, racionais, reais e complexos, denotados respectivamente por ℕ, ℤ, ℚ, , ℝ e . Tenha uma bom capítulo! Objetivos » Fazer operações com os números em todos os conjuntos numéricos. » Aplicar as operações em conjuntos numéricos na resolução de problemas. Números naturais Os números naturais indicam uma contagem, uma ordem ou um código. A sequência dos números naturais é: 0 , 1 , 2 , 3 , . . . , e o conjunto que representa esta sequência de números é denotado pelo símbolo ℕ : Exemplo: ℕ = {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11...} Dados dois números naturais w e y podemos ter: 1CAPÍTULOCONJUNtOS NUMÉRICOS 10 CAPÍTULO 1 • CONJUNtOS NUMÉRICOS w = y ou w > y (leia: w maior que y) ou w < y (leia: w menor que y), sendo que: w > y ⇔ (w – y) ∈ * w < y ⇔ (w – y) ∉ Exemplos: a. 8 > 5 = 8 – 5 = 3 e 3 ∈ * b. 6 < 11 = ((6 – 11 = 5)∉ c. {x ∈ | x > 4} = {5, 6, 7, 8, 9, 10, ...} d. {x ∈ | x > 4} = {4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, ...} e. {x ∈ | x < 7} = {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6} f. {x ∈ | x < 7} = {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7} g. {x ∈ | 10 < x < 15} = {11, 12, 13, 14} Números inteiros Com opassar dos tempos, os números naturais tornaram-se insuficientes para a resolução de todos os problemas matemáticos e, na busca de suprir essas necessidades, foi criado o conjunto dos números inteiros, que é composto pelos números naturais (inteiros positivos e o zero) e os números inteiros negativos. O conjunto dos números naturais é denotado pelo símbolo ℤ. Exemplo: ℤ = {..., -5, -4, -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3, +4, +5 ...} São subconjuntos impontantes de ℤ: ℤ – conjunto dos inteiros não nulos: {..., -5, -4, -3, -2, -1, 1, 2, 3, 4, 5 ...} ℤ+* – conjunto dos inteiros positivos: {1, 2, 3, 4, 5 ...} ℤ -* – c cconjunto dos inteiros negativos: {..., -5, -4, -3, -2, -1} ℤ+ – conjunto dos inteiros não negativos: {1, 2, 3, 4, 5 ...} ℤ- – conjunto dos inteiros não positivos: {..., -5, -4, -3, -2, -1, 0} 11 CONJUNtOS NUMÉRICOS • CAPÍTULO 1 Para dois números inteiros w e y, temos: w > y ⇔ (w – y) ∈ ℤ+* w < y ⇔ (w – y) ∉ ℤ -* Observe que: w > 0 ⇔ w é positivo w ∈ ℤ+* w < 0 ⇔ w é negativo w ∉ ℤ -* Exemplos: a. 5 > – 7 = (5 – (– 7) = 5 + 7 = 12 > 0) b. – 3 > – 8 = (– 3 – (–8) = – 3 + 8 = 5 > 0) c. {x ∈ ℤ | – 5 < x < 2} = {- 5, - 4, - 3, - 2, - 1, 0, 1, 2} d. {x ∈ ℤ | – 5 < x < 2} = {- 4, - 3, - 2, - 1, 0, 1} e. {x ∈ ℤ | x < 2} = {...,- 5, - 4, - 3, - 2, - 1, 0, 1} f. {x ∈ ℤ | x > –3} = {- 2, - 1, 0, 1, 2, 3, 4, ...} Pode-se observar que o conjunto dos números naturais é um subconjunto do conjunto dos números inteiros. Nesse caso, diz-se que ℕ está contido em ℤ, em símbolos, ℕ ⊂ ℤ. Números racionais Todo número racional é do tipo a b , com a e b inteiros, sendo b ≠ 0. Fazem parte desse conjunto: os números naturais, inteiros positivos/negativos, decimais, as frações e as dízimas periódicas. Frações, dízimas periódicas e números decimais finitos são exemplos de números racionais. Todos esses números têm uma característica em comum, ou seja, podem ser escritos como uma razão entre dois números inteiros. Sendo assim, representando o conjunto dos números racionais pelo símbolo ℚ. Exemplo: ℚ = { ..., -3, -2,5, -1, 0, + 1 2 , +1, +1,8, +2 ...} 12 CAPÍTULO 1 • CONJUNtOS NUMÉRICOS Exemplos: a. 80,8 , pois 0,8 10 ∈ = b. 2612,61 , pois 2,61 100 − ∈ − = c. 41,333 , pois1 ,333 3 …∈ … = Um número racional escrito na forma decimal pode apresentar finito de casas decimais (decimal exato) ou ainda infinito períodico (dízimas períodicas). Note que todo número inteiro é racional: Figura 1. Notação de conjuntos. Fonte: Criação o autor. O número w y , racional também é chamado de razão w para y. Para verificar se duas razões são iguais, basta aplicarmos a regra da “multiplicação em cruz”: w x wz yx y z = ⇔ = Logo, a soma, subtração, multiplicação e divisão de dois números racionais será sempre um número racional, vejamos: 13 CONJUNtOS NUMÉRICOS • CAPÍTULO 1 w x wz yx y z yz + + = w x wz yx y z yz − − = . w x wx y z yz = : . w x w z wz y z y x yx = = Exemplos: a. 6 20 180 6 . 9 . 20 6 180 30 9 6 x x x x x = ⇔ = ⇔ = ⇔ = ⇔ = b. 3 7 18 35 53 5 6 30 30 + + = = c. 9 3 9 8 72: . 6 4 8 4 3 12 ⇔ ⇔ =− − − − Números irracionais Os números racionais podem ser obtidos por meio da razão entre dois números inteiros, isto é, pelas divisões indicadas por pq , sendo p e q inteiros e q diferente de zero. Porém, existem números que estão fora dos padrões descritos acima, ou seja, apresentam representação decimal infinita e não periódica. Nesse caso, tais representações não podem ser dadas por meio da divisão entre dois números inteiros. Logo, esse número não é racional. Os números irracionais não podem ser representados por uma fração, pois possuem infinitas casas decimais e, por esse motivo, não apresentam período. Os números irracionais são considerados uma dízima não periódica. Exemplo: = { -2,345, ...., -1,452, ...., 1,679} Números reais O conjuntos dos números reais são formados por todos os números com representação decimal, ou seja, com casas decimais exatas ou periódicas (números racionais) e casas decimais não exatas e não periódicas (números irracionais). O símbolo do conjunto dos números reais é o ℝ. Desse modo, o conjunto dos números reais (ℝ) é formado pela união do conjunto dos números racionais (ℚ) com o conjunto dos números irracionais ( ). 14 CAPÍTULO 1 • CONJUNtOS NUMÉRICOS Soma, subtração, multiplicação e divisão, quando for possível a divisão, de dois números reais sempre terão como resultado um número real. A adição e a multiplicação em números reais seguem as seguintes propriedades: 1. Comutativa: , x e y x y y xe xy yx∀ ∈ ∀ ∈ + = + = 2. Associativa: ( ) ( ) ( ) ( ), , x y e z x y z x y z e xy z x yz∀ ∈ ∀ ∈ ∀ ∈ + + = + + = 3. Elemento neutro: , 0 .1 x x xe x x∀ ∈ + = = 4. Inverso adtivo (oposto) e inverso multiplicativo (inverso): ( ) ( ), | 0x x x x∀ ∈ ∃ − ∈ + − = * *1 1, | . 1x x a x ∀ ∈ ∃ ∈ = 5. Distributiva: ( ), , x y e z x y z xy xz∀ ∈ ∀ ∈ ∀ ∈ + = + Exemplos: a. O oposto de 3 3 5 5 é − . O inverso de 3 5 5 3 é − . b. O oposto de 2 2 5 5 é− + . O inverso de 2 5 5 2 é− c. O oposto de 8 5 8 5é− − + . O inverso de 18 5 8 5 é− − Vejamos alguns subconjunto dos números reais. ℝ+ – conjunto dos reais não negativos, isto é, somente os números positivos. Exemplo: { | 0}x x+ = ∈ ≥ Importante Nos exemplos b e c, obrigatoriamente temos que racionalizar, no entanto só veremos como fazê-lo no capítulo 3, racionalização. 15 CONJUNtOS NUMÉRICOS • CAPÍTULO 1 − – conjunto dos reais não positivos, isto é, somente os números negativos. Exemplo: { | 0}x x− = ∈ ≤ ℝ* – conjunto dos reais não nulos, isto é, sem o zero. Exemplo: * { | 0 0}x x e x= ∈ < > ℝ+* –conjunto dos reais positivos não nulos. Exemplo: * { | 0}x x+ = ∈ > ℝ-* – conjunto dos reais negativos não nulos. Exemplo: * { | 0x x− = ∈ < Figura 2. Representação dos conjuntos numéricos. Fonte: Elaborada pelo autor. Em que temos: ℕ ⊂ ℤ ⊂ ℚ ⊂ ℝ e ⊂ ℝ, com ℚ ∪ = ∅ Sintetizando Resumo das notações utilizadas: Conjunto dos números naturais: ℕ = {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 , 7, 8, 9, 10, ...} Conjunto dos números naturais, com execeção do zero: ℕ* = {1, 2, 3, 4, 5, 6 , 7, 8, 9, 10, ...} Conjunto dos números inteiros: ℤ = {..., -5, -4, -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, 4, 5, ...} Conjunto dos números inteiros não nulos: ℤ* = {..., -5, -4, -3, -2, -1, 1, 2, 3, 4, 5, ...} = ℤ - {0} Conjunto dos números inteiros não negativos: ℤ+ = {0, 1, 2, 3, 4, 5, ...} Conjunto dos números inteiros positivos: ℤ+* = {0, 1, 2, 3, 4, 5, ...} 16 CAPÍTULO 1 • CONJUNtOS NUMÉRICOS a reta real Os números reais podem ser representados por pontos de uma reta. Figura 3. Reta real. Fonte: Elaborada pelo autor. A reta acima que representa ℝ é chamada reta real, na qual os números estão ordenados. Um número a é menor que qualquer número x colocado à sua direita e é maior que qualquer número x à sua esquerda. Intervalos reais Alguns subconjuntos de ℝ podem ser representados de forma “simplificada”, isto é, são subconjuntos definidos por desigualdades. Para observarmos os diferentes tipos de intervalos reais, consideramos os números reais a e b, tal que a < b, define-se: Conjunto dos números inteiros não positivos: ℤ- = {..., -5, -4, -3, -2, -1, 0} Conjunto dos números inteiros positivos: ℤ -* = {..., -5, -4, -3, -2, -1} Conjunto dos números racionais: ℚ = { a b a ∈ ℤ e b ℤ*} atenção Representação de um conjunto Um conjunto pode ser denotado por meio de letras maiúsculas, como A, B, C etc., e seus elementos por letras minúsculas, como a, b, c etc. Existem três formas fundamentais de representação de um conjunto: » Representação tabular: nesse caso, os elementos são apresentados entre chaves e separados por vírgulas. » Representação por meio de diagrama de Venn: os elementos são simbolizados por pontos interiores a uma região plana, delimitada por uma linha fechada que não se entrelaça.» Representação por uma propriedade: nessa representação, os elementos de um conjunto A são descritos por meio de uma propriedade P que os determina. Exemplos: A = {a, e, i, o, u} (representação tabular) A = {x| x é vogal} (representação por meio de uma propriedade). 17 CONJUNtOS NUMÉRICOS • CAPÍTULO 1 Figura 4. Intervalos reais. Fonte: Paiva (2010). Vejamos a seguir alguns exemplos de intervalos: atenção O símbolo ∞ significa “infinito”. A “bolinha cheia” (•) em um extremo do intervalo indica que o número associado a esse extremo pertence ao intervalo. A “bolinha vazia” (o) em um extremo do intervalo indica que o número associado a esse extremo não pertence ao intervalo. O intervalo sempre será aberto nos extremos + ∞ e - ∞. Os quatro primeiros exemplos de intervalos da tabela são chamados de intervalos limitados. 18 CAPÍTULO 1 • CONJUNtOS NUMÉRICOS Quadro 1. Exemplos de intervalos. Representação da reta real Sentença matemática Noções simbólicas Intervalo aberto { }|x a x b∈ < < ]a,b[ (a,b) Intervalo fechado { }|x a x b∈ ≤ ≤ [a,b] [a,b] Intervalo semiaberto à direita { }|x a x b∈ ≤ < [a,b[ [a,b) Intervalo semiaberto à esquerda { }|x a x b∈ < ≤ ]a,b] (a,b] Fonte: Elaborada pelo autor. Dados dois intervalos, pode-se definir entre eles as operações de união, interseção e diferença. Observe os exemplos a seguir. Dados os intervalos: A = ]5, 9], B = [7, 11], C = ] -2, + ∞ [ e D = ] - ∞, 8], segue que: a. A ∪ B Portanto: A ∪ B = ]5, 11] b. A ∩ B Portanto: A ∩ B = [7, 9] c. C – D Portanto: C – D = ]-8, + ∞[ 19 CONJUNtOS NUMÉRICOS • CAPÍTULO 1 Sintetizando Vimos até agora: » Classificação de um número como número natural, inteiro, racional, irracional ou real. » Relação dos conjuntos numéricos por meio da relação de inclusão. 20 Introdução Neste capítulo, apresentaremos três tipos de produtos notáveis, conhecidos como quadrado da soma de dois termos, quadrado da diferença de dois termos e produto da soma pela diferença de dois termos. Também dedicaremos atenção às frações, ensinando- lhe operações e praticando a simplificação de frações algébricas. Temas convergentes, os produtos notáveis são utilizados para simplificar frações. Reserve um momento tranquilo para esta leitura e, principalmente, para a resolução dos problemas e das atividades de aprendizagem. Sempre que sentir dificuldade, retorne aos conceitos e exemplos apresentados ou contate seu Professor. Bons estudos! Objetivos » Apresentar as propriedades de produtos notáveis. » Estudar frações: frações equivalentes; comparação de frações; operações com frações. Produtos notáveis Os produtos notáveis são as operações mais famosas da Matemática e seu uso simplifica cálculos, diminui o tempo de resolução dos problemas e otimiza aprendizados. Por isso, são realmente notáveis! Em muitas expressões matemáticas, é comum chegarmos a algo como (x + 5)2 e, então, precisarmos calcular o produto (x + 5)⋅(x + 5). 2CAPÍTULOPRODUtOS NOtávEIS E FRaçÕES 21 PRODUtOS NOtávEIS E FRaçÕES • CAPÍTULO 2 Esses produtos são denominados produtos notáveis. Primeiro produtos notável Observe o produto notável (a + b)2. É chamado de produto notável do quadrado da soma de dois termos e, sempre que o vemos no meio de uma expressão, podemos substituí-lo por: a2 + 2ab + b2, ou seja, o quadrado da soma de dois termos é igual ao quadrado do primeiro termo, mais duas vezes o produto do primeiro termo pelo segundo, mais o quadrado do segundo termo. Provavelmente você pode estar se perguntando: como chegamos a essa propriedade? É o que veremos a seguir! Para calcular um número ao quadrado, multiplicamos esse número por ele mesmo, por exemplo: 32 = 3.3, que é igual a 9. Então, para calcular (a + b)2, multiplicamos (a + b) por (a + b), ou seja: ( ) ( ) ( )2 .a b a b a b+ = + + . . . .a a a b b a b b+ + + 2 22 , a ab b pois ab ba+ + = Portanto, é verdade que: ( )2 2 22a b a ab b+ = + + . Vejamos alguns exemplos do primeiro produto notável: » ( ) 2 2 2 24 2 . . 4 4 8 16x x x x x+ = + + ⇔ + + » ( ) ( ) ( )2 2 2 2 22 3 2 2 . 2 . 3 3 4 12 9x z x x z z x xz z+ = + + ⇔ + + Conseguiu compreender a noção de produtos notáveis e o primeiro dos três tipos que vamos estudar nesta disciplina? Caso tenha restado alguma dúvida, não hesite em consultar seu Professor antes de seguir para o próximo tópico. Segundo produto notável O segundo produto notável é muito semelhante ao primeiro. Observe a expressão algébrica: ( )2 2 22a b a ab b− = − + . Logo: ( ) ( ) ( )2 .a b a b a b− = − − ( ) ( ) ( ) ( ). . . .a a a b b a b b+ − + − + − − 2 22a ab b− + 22 CAPÍTULO 2 • PRODUtOS NOtávEIS E FRaçÕES Afinal, ( ) ( ) ( ) ( ) 2. . – . a b b a abe b b b− = − = − − = Percebeu a diferença entre os dois produtos notáveis apresentados? Muito bem! A única diferença é o sinal de menos. Então, o que foi apontado sobre o primeiro tipo de produto notável também é válido para o segundo, ou seja, o quadrado da diferença de dois termos é igual ao quadrado do primeiro termo, menos duas vezes o produto do primeiro termo pelo segundo, mais o quadrado do segundo termo. Vejamos alguns exemplos do segundo produto notável: » ( )2 2 2 24 2 . . 4 4 8 16x x x x x− = − + ⇔ − + » ( ) ( ) ( )2 2 2 2 22 3 2 2 . 2 . 3 3 4 12 9x z x x z z x xz z− = − + ⇔ − + Entendeu? Se ainda tiver dúvidas, consulte seu professor antes de seguir para o tópico seguinte. terceiro produto notável O terceiro produto notável é conhecido como o produto da soma pela diferença de dois termos. Observe a expressão: ( ) ( ) 2 2.a b a b a b+ − = − O produto da soma pela diferença de dois termos é igual ao quadrado do primeiro termo (a) menos o quadrado do segundo termo (b). Esse produto é muito fácil de ser calculado. Vejamos: ( ) ( ) ( ) ( ). . . . .a b a b a a a b b a b a+ − = + − + + − 2 2a ab ba b− + + 2 2a b− Vejamos alguns exemplos do terceiro produto notável: » ( ) ( ) 2 2 27 . 7 7 49x x x x+ − = − = − » ( ) ( ) 2 2 25 2 . 5 2 (5 ) 2 25 4x x x x− + = − = − 23 PRODUtOS NOtávEIS E FRaçÕES • CAPÍTULO 2 Frações Iniciamos este tópico com uma pergunta: o que é fração? Confira se seu entendimento está de acordo com o conceito a seguir. Quando uma unidade, ou um todo, é dividido em partes iguais, uma dessas partes, ou a reunião de várias, forma o que chamamos de fração. Para representar uma fração, são necessários dois números inteiros: o primeiro indica em quantas partes iguais foi dividida a unidade (ou o todo), dá nome a cada parte e é chamado denominador da fração; o segundo indica o número das partes que foram reunidas (ou tomadas da unidade) e é chamado numerador da fração. O numerador e o denominador constituem o que chamamos de termos da fração: ab indica a : b, sendo a (numerador) e b ( denominador) números inteiros e b diferente de zero (b ≠ 0). Na fração 79 , o numerador é igual a 7, e o denominador é igual a 9, o que pode significar, por exemplo, que você cortou uma pizza em nove fatias iguais e serviu sete aos seus colegas. Para numeradores a partir de 10, a leitura da fração terá a seguinte composição: devemos ler o numerador e o denominador acrescido da palavra “avos”. Por exemplo: 1 12 = um doze avos. Observe alguns exemplos de leitura no quadro abaixo: Quadro 2. Leitura das frações. Fração Leitura 1 2 Metade 9 10 Nove décimos 38 100 trinta e oito centésimos Sintetizando Vimos até agora as três propriedades dos produtos notáveis: » o quadrado da soma de dois termos: ( ) 2 2 22a b a ab b+ = + + ; » o quadrado da diferença de dois termos: ( )2 2 22a b a ab b− = − + ; » o produto da soma pela diferença de dois termos: ( ) ( ) 2 2.a b a b a b+ − = − . 24 CAPÍTULO 2 • PRODUtOS NOtávEIS E FRaçÕES Fração Leitura 9 7 Nove sétimos 5 20 Cinco vinte avos Fonte: Elaborada pelo autor. E aí, como está seu entendimento do conteúdo? O domínio do conteúdo é fundamental para a resolução dos exemplos práticos de frações que apresentamos a seguir. Exemplo: Um livrode Contabilidade Gerencial tem 210 páginas. Uma aluna já leu 3 7 desse livro. Quantas páginas faltam para terminar a leitura? Resolução: Esse é um típico exemplo de frações. Para resolvê-lo, prosseguimos assim: 3 3 210 630 210 90 7 7 7 xx = = = Encontramos 3 7 como sendo 90, ou seja, ela já leu 90 páginas do livro. Como o livro tem 210 páginas, logo, 210 − 90 =120 é a resposta; portanto, ainda faltam 120 páginas para findar a leitura do livro. Igualdade de frações Duas frações a ce b d com b ≠ 0 e d ≠ 0 são iguais se e somente se a.d = b.c, ou seja, a c b d = ↔ a.d = b.c, com b ≠ 0 e d ≠ 0. O símbolo ↔ indica equivalência (leia “se e somente se”). Nesses casos, dizemos que as frações a ce b d são equivalentes. Vejamos alguns exemplos de igualdade de frações: » 5 10 6 12 = , pois 5.12 = 6.10 = 60; logo, as frações 5 10 6 12 e são equivalentes. » 3 9 7 21 = , pois 3.21 = 7.9 = 63; logo, as frações 3 9 7 21 e são equivalentes. Operações com frações Nesta seção, serão apresentadas algumas operações com frações, como soma, diferença, produto e divisão de frações. Essas operações são importantes para simplificarmos as frações. 25 PRODUtOS NOtávEIS E FRaçÕES • CAPÍTULO 2 Soma e diferença de frações Para fazer a soma ou a diferença entre frações, devemos primeiramente verificar se os denominadores são iguais. Se forem iguais, basta somar ou subtrair o numerador, pois estamos somando ou subtraindo partes iguais do inteiro. Dessa forma, o resultado será composto da seguinte maneira: » Numerador: somar os numeradores das frações. » Denominador: repetir o denominador, que é igual em todas elas. Observe os exemplos: » 3 2 3 2 5 8 8 8 8 + + = = » 5 3 5 3 2 9 9 9 9 − − = = Quando os denominadores forem diferentes, devemos encontrar o mínimo múltiplo comum (MMC) e transformar em frações de mesmo denominador para, depois, efetuar as operações. O MMC de dois ou mais números naturais, diferentes de zero, é dado pelo menor valor da intersecção dos conjuntos dos múltiplos desses números. Por exemplo, obtenha MMC de 4, 6 e 8, ou seja, MMC (4, 6, 8). Inicialmente, escrevemos o conjunto dos múltiplos de 4, 6 e 8. M4 = conjunto dos múltiplos de 4 = {4, 8, 12, 16, 20, 24, 28, 32, 36, 40, 44, 48, ...} M6 = conjunto dos múltiplos de 6 = {6, 12, 18, 24, 30, 36, 42, 48, 54, ...} M8 = conjunto dos múltiplos de 8 = {8, 16, 24, 32, 40, 48, 56, ...} Agora, M4 ∩ M6 ∩ M8 = {24, 48, ...}. Portanto, MMC (4, 6, 8) = 24. Exemplo: Simplifique a fração: 3 1 5 4 6 8 + + . Resolução: aqui temos a soma de três frações; logo, o MMC de (4, 6, 8) é 24, ou seja, MMC (4, 6, 8) = 24. Então, a simplificação fica assim: 3 1 5 18 4 15 37 4 6 8 24 24 24 24 + + = + + = Resposta: 3 1 5 37 4 6 8 24 + + = 26 CAPÍTULO 2 • PRODUtOS NOtávEIS E FRaçÕES Produto de frações O produto de frações implica a multiplicação do numerador com numerador e do denominador com denominador. Se necessário, simplifique o produto para facilitar o cálculo. Para b e d diferentes de zero, temos: . a c ac b d bd = , em que o símbolo (.) indica o produto de . a cpor b d . Por exemplo: a. 5 4 5.4 20 . 7 3 7.3 21 = = b. 2 3 1 2.3.1 6 . . 5 4 6 5.4.6 120 = = Podemos simplicar a fração, exemplo b, da seguinte forma, 6 6 1 120 6 20 ÷ = ÷ . Vale ressaltar que, ao simplificar uma fração, o mesmo número deve dividir tanto o numerador quanto o denominador. Divisão de frações Na divisão de frações, vamos multiplicar a primeira fração pelo inverso da segunda e, se necessário, vamos simplificá-las. As frações a ce b d , com b, c e d diferentes de zero, tem a divisão entre si dada por: . . . a a d a db c b c b c d = = Vejamos alguns exemplos: a. 3 3 7 3.7 215 . 4 5 4 5.4 20 7 = = = b. 2 2 14 2.14 287 . 3 7 3 7.3 21 14 = = = , simplificando, temos: 28 7 4 21 7 3 ÷ = ÷ Sintetizando Vimos até agora: » Representação matemática das frações, fazendo uso das quatro operações matemáticas, soma, subtração, multiplicação e divisão. 27 Introdução Neste capítulo, veremos o estudo da potenciação, radiciação e racionalização, dedicando-se a interpretar e a escrever seus t ipos e suas propriedades, com o propósito de realizar diferentes operações. Lembre-se de que você está revendo e reconstruindo um saber matemático que o acompanhará sempre e o ajudará a solidificar sua vida profissional. Se o conteúdo-base não for plenamente compreendido, você terá mais dificuldades em sua jornada acadêmica, por isso não hesite em contatar colegas de turma e, principalmente, seu Professor. Bons estudos! Objetivos » Compreender os conceitos de potenciação, aplicação das propriedades. » Identificar os elementos da radiação. Exemplos de resolução de expressões utilizando as propriedades da radiciação. » Racionalizar denominadores com radicais. Potenciação A ideia de potência é muito antiga, e suas aplicações facilitam a vida do homem, auxiliando-o em diferentes tarefas e tornando possíveis muitas representações matemáticas com elevado grau de complexidade. A potenciação, ou potência, é uma ferramenta útil para simplificar cálculos com números grandes e é assim entendida graças às suas propriedades. Os números envolvidos em uma multiplicação são chamados de fatores, e o resultado da multiplicação é o produto. 3 CAPÍTULO POtENCIaçãO, RaDICIaçãO E RaCIONaLIzaçãO 28 CAPÍTULO 3 • POtENCIaçãO, RaDICIaçãO E RaCIONaLIzaçãO Quando os fatores são todos iguais, a forma de fazer a representação dessa multiplicação é por meio da potenciação. . . .na a a a= … , ou seja, n vezes. Potência de grau n de um número a é o produto de n fatores iguais a a, ou seja: a é a base da potência; e n é o expoente da potência. Por exemplo: 64 = 6.6.6.6 = 1.296 (leia-se: seis elevado à quarta potência). Em que: 6 é a base (fator que se repete); 4 é o expoente (indica o número de fatores iguais); e 1.296 é a potência. Vejamos outros exemplos: a. 32 2 . 2 . 2 8= = b. ( ) ( ) ( ) 27 7 . 7 49− = − − = c. 23 3 . 3 9− = − − = − d. 24 4 4 16 . 5 5 5 25 = = Casos particulares Vamos ver e/ou rever alguns tipos de pontenciação: » Potência com expoente inteiro positivo – Qualquer número a ≠ 0 elevado ao expoente 1 é igual ao número a, ou seja, a1 = a. Por exemplo: 17 7= ( )14 4− = − 13 3 5 5 = 29 POtENCIaçãO, RaDICIaçãO E RaCIONaLIzaçãO • CAPÍTULO 3 » Potência com expoente nulo – Qualquer número a ≠ 0 elevado ao expoente zero é igual a 1, ou seja, a0 = 1. 010 1= ( )0250 1 − = 05 1 3 = » Potência com expoente negativo – Qualquer número a ≠ 0 elevado ao expoente negativo n, em que n é um número inteiro e positivo, é igual 1 na , ou seja, 1n na a − = . Por exemplo: 2 2 1 13 3 9 − = = 2 2 1 1( 4) ( 4) 16 −− = = − » Potência de um número racional com expoente inteiro positivo – Se a ≠ 0, b ≠ 0 e n é um número inteiro positivo, logo, n na b b a − = , vejamos: 3 3 3 3 2 3 3 27 3 2 2 8 − = = = 2 2 2 2 4 7 7 49 7 4 4 16 − = = = » Potência de base 10 – Toda potência de base 10 é igual a 1, seguida de tantos zeros quantas forem as unidades do expoente. Por exemplo: 110 10= 210 100= 310 1000= As potências apresentam algumas aplicações em nosso dia a dia. Por exemplo, os cálculos que envolvem juros compostos são desenvolvidos baseados na potenciação das taxas de juros. Observe a resolução do exemplo a seguir. Exemplo: um capital de R$ 1.500,00 foi aplicado a uma taxa de 1% ao mês, durante cinco meses, no regime de juros compostos. Determine o valor a ser recebido após o tempo da aplicação. Resolução: essa é uma situação que envolve juros compostos, por 30 CAPÍTULO 3 • POtENCIaçãO, RaDICIaçãO E RaCIONaLIzaçãO isso ocorre acumulação de capital (C), que deverá ser expressa por uma potenciação cujo número de meses (n) corresponderá ao expoente,e a base será representada pela taxa (i). A fórmula para calcular o montante (M) nos juros compostos é: M = C x (1 + i)n, em que a base é (1 + i) e o exponte é n. Ao substituir o capital de 1.500,00, a taxa 1% e o tempo da aplicação (5 meses) na fórmula do montante, teremos: M = C x (1 + i)n M = 1500 x 511 100 + M = 1500 x (1 + 0,01)5 M = 1500 x (1,01)5 M = 1500 x 1,0510 M = 1.576,52 Resposta: o valor a ser recebido após o tempo da aplicação é R$ 1.576,52. Propriedades de potenciação Veremos a seguir quatro propriedades de potenciação, utilizadas com bastante frequência em cálculos matemáticos, com as quais é possível resolver problemas que envolvem esse tipo de operação. Potência de uma fração Suponha a expressão 32 5 , por definição temos: 32 2 2 2 8 5 5 5 5 125 x x = = Assim, se b ≠ 0 é um número real, e n é um número inteiro positivo, então, n n n a a b b = , ou seja, calculamos a potência do numerador e do denominador. Por exemplo: 3 3 3 5 5 125 6 6 216 = = 2 2 2 2 2 4 9 9 81 = = 4 4 4 3 3 81 10 10 10000 = = 31 POtENCIaçãO, RaDICIaçãO E RaCIONaLIzaçãO • CAPÍTULO 3 Produto de potências de mesma base Considere a expressão 42 x 45. Por definição de potência, temos: 4² x 45 = (4 x 4) x (4 x 4 x 4 x 4 x 4) = 16.384. Sendo assim, se a ≠ 0 é um número real, e m e n são números inteiros positivos, então am x an = am+n, ou seja, conservamos a base e somamos os expoentes. Vejamos: 2 5 2 5 72 2 2 2 128 x += = = 2 3 2 3 5 5 5 3 3 3 3 3 243 2 2 2 2 2 32 x + = = = = Divisão de potência de mesma base Considere a expressão 5 2 3 3 . Por definição de potências, temos: 3 5 32 = 3 𝑥𝑥 3 𝑥𝑥 3 𝑥𝑥 3 𝑥𝑥 3 3 𝑥𝑥 3 = 3 𝑥𝑥 3 𝑥𝑥 3 1 = 3 3 = 27 Logo, se a ≠ 0 é um número real, e m e n são números inteiros positivos, então, m m n n a a a −= , ou seja, conservamos a base e subtraímos do expoente do numerador o expoente do denominador. Por exemplo: 4 4 2 2 2 5 5 5 25 5 −== = = 6 6 5 1 1 5 1 5 5 5 5 54 4 4 4 45 4 − = = = = Potência de outra potência Considere a expressão (52)3. Pela definição de potência, temos: (52)3 = 52 x 52 x 52 = (5 x 5) x (5 x 5) x (5 x 5) = 56 = 15.625. Portanto, se a ≠ 0 é um número real, m e n são números inteiros positivos, então, (am)n = am.n, ou seja, conservamos a base e multiplicamos os expoentes. Por exemplo: ( )22 2.2 43 3 3 81= = = 23 3.2 6 6 6 2 2 2 2 64 5 5 5 5 15625 = = = = 32 CAPÍTULO 3 • POtENCIaçãO, RaDICIaçãO E RaCIONaLIzaçãO Radiciação Para que possamos dar continuidade ao estudo de radiciação, é necessário que você tenha compreendido plenamente o estudo de potenciação, pois a radiciação é uma operação inversa da potenciação. Sendo assim, caso ainda restem dúvidas, volte ao tópico anterior, faça uma leitura atenciosa e contate seu Professor. Imagine um número (x) que, elevado ao cubo ou à terceira potência, seja igual a 8. Ou seja, (x)3 = 8. Logo, esse número é o 2, pois 23 = 8. Essa é a operação inversa da potenciação, chamada radiciação. Denomina-se raiz de índice n (ou raiz enésima) de a o número ou a expressão que, elevado à potência n, reproduz a. A raiz é representada pelo símbolo √. Sendo assim, podemos dizer que um número b é chamado de raiz enésima de um número a, isto é, n a b= , se e somente se a = bn. Em que: √ → é o radical a → é o radicando b → é o radicando n → é o índice da raiz, n ∈ e n ≥ 1 (leia n é maior ou igual a 1) Vejamos alguns exemplos: 4 16 = 2, pois 24 = 16 3 27− = 3, pois (-3)3 = -27 5 32 2 243 3 = , pois 5 5 5 2 2 32 3 3 243 = = A radiciação é uma operação que tem por finalidade, se fornecida à potência de um número e seu expoente, determinar qual é esse número. É muito utilizada para se obter soluções de equações e simplificação de expressões aritméticas e algébricas. 33 POtENCIaçãO, RaDICIaçãO E RaCIONaLIzaçãO • CAPÍTULO 3 As potências com expoente fracionário podem ser escritas em forma de radical, e o radical pode ser escrito em forma de potenciação com expoente fracionário. Por exemplo: 1 553 3= 4 3 4 35 5= ( ) 1 21 22 2225 25 5 5 5= = = = Propriedades da radiciação As propriedades da radiciação auxiliam nos cálculos de expressões numéricas e equações que possuam raízes. Expoente inteiro par Se b ≥ 0 e n > 1 (leia maior que 1), e um inteiro par, então: ( ) 1 nn n nb b b b= = = , vejamos: ( ) 44 14 415 1 5 1 5 15= = = ( ) 88 18 821 21 21 21= = = Expoente ímpar Se b é um número real qualquer e n > 1 um número ímpar, então: ( ) 1 nn n nb b b b= = = , vejamos: ( ) 33 13 327 27 27 27= = = ( ) 99 19 977 77 77 77= = = Índices inteiros e positivos Se m, n, p são inteiros e n > 1, p > 1 e m > 1, então temos: . n n nab a b= , n n n a a b c b b = ≠ 34 CAPÍTULO 3 • POtENCIaçãO, RaDICIaçãO E RaCIONaLIzaçãO ( ) m n mn a a= p pnn a a= Vejamos os exemplos abaixo: 3 3 38 . 27 8 . 27= 5 5 5 13 13 8 8 = ( )2 3 23 15 15= 3 5 3 . 5 1530 30 30= = Racionalização Ao ouvir a expressão “racionalizar um denominador”, o primeiro pensamento que surge é “eliminar ou remover” a raiz do denominador de uma fração. Pois bem, isso não está errado, mas por que será que o nome dessa operação não é simplesmente “Eliminar a raiz de um denominador”? Em alguns casos, você pode encontrar raízes no denominador da fração, situação que a torna irracional. Para prosseguir com os cálculos, é conveniente que você elimine essas raízes do denominador, por meio de um processo chamado racionalização. Denominamos fração irracional toda fração constituída por um radical em pelo menos um de seus termos: numerador ou denominador, por exemplo: 3 5 9 4 47 25, , , . 15 4915 3 Racionalizar uma fração é reescrevê-la sem raízes no denominador, ou seja, transformar um denominador irracional em racional. Sendo assim, a dica é multiplicar tanto o numerador (parte de cima) quanto o denominador (parte de baixo) por um mesmo número diferente de zero. Qualquer número a ≠ 0 multiplicado por 1 é igual ao número a, ou seja, a x 1 = a, por exemplo: 9 x 1 = 9, 4 3 x 1 = 4 3 . E toda fração ab com a ≠ 0, b ≠ 0 e a = b é igual a 1, por exemplo: 23 81, 1 23 8 = = . Vamos relembrar alguns conceitos de produtos notáveis estudados na Unidade 2. Dizemos que (x + y) é conjugado de (x – y) porque (x + y) . (x – y) = x2 – y2. 35 POtENCIaçãO, RaDICIaçãO E RaCIONaLIzaçãO • CAPÍTULO 3 Assim: » O conjugado da soma (x + y) é a diferença (x – y). » O conjugado da diferença (x – y) é a soma (x + y). Observe minuciosamente os exemplos de racionalização abaixo: Exemplo 1: Racionalize a fração 1 3 . Resolução: Multiplicamos ambos os termos da fração 1 3 por 3 . Simplificando, temos: ( ) ( )2 2 1 1 3 1 . 3 3 3 . 33 3 3 33 = = = = Resposta: 3 3 Exemplo 2: Racionalize a fração 6 5 3− . Resolução: Multiplicamos ambos os termos da fração pelo conjugado do denominador. Nesse exemplo, o conjugado de 5 3− é 5 3+ , logo: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )2 2 6 . 5 3 6 5 36 6 5 3 . 5 3 5 3 5 3 5 3 . 5 3 5 3 + ++ = = = = − − + − + − ( ) ( ) ( ) ( ) ( )2 2 6 5 3 6 5 3 6 5 3 6 5 3 3 5 3 5 3 225 95 3 + + + + = = = = + −−− Resposta: ( )3 5 3+ Sintetizando Vimos até agora: » A representação de números na forma de potência facilita a representação de quantidades pequenas ou muito grandes. » A radiciação é uma operação inversa da potenciação, sendo utilizada para obter a solução de equações e simplificação de expressões algébricas. » A racionalização de denominadores, por meio de conceitos de frações equivalentes. 36 Introdução O que você vai aprender neste capítulo tem grande importância para a Matemática e para o seu cotidiano pessoal, acadêmico e profissional.Os assuntos são relacionados à aplicação dos conceitos de razão, proporção e porcentagem, por meio de problemas simples e rápidos, como o desconto numa loja em liquidação, e de problemas mais complexos relacionados à inflação ou à taxa de juros, por exemplo. Leia atentamente este capítulo, pesquise os temas em diferentes suportes didáticos, interaja no AVA, resolva os problemas e exemplos disponibilizados e realize as atividades de aprendizagem propostas. Bons estudos! Objetivos » Introduzir os conceitos de razão e proporção, suas aplicações e resoluções de problemas. » Resolução de problemas com grandezas direta e inversamente proporciais, regra de três simples e composta. Razão Razão é um conceito antigo, essencial ao conhecimento matemático e de grande importância para a compreensão de situações diárias, como a divisão de duas quantidades ou duas grandezas, tornando possível compararmos vários dados de um problema. Na sociedade moderna, o conceito de razão é utilizado nos jornais e nas revistas para comunicar a concentração de pessoas em uma determinada cidade ou o fluxo de carros em um pedágio, por exemplo, além de estar presente nas mais variadas áreas de conhecimento. 4 CAPÍTULO RazãO, PROPORçãO E REgRa DE tRÊS (SIMPLES E COMPOSta) 37 RazãO, PROPORçãO E REgRa DE tRÊS (SIMPLES E COMPOSta) • CAPÍTULO 4 Sendo a e b dois números racionais, com b ≠ 0, denominamos razão entre a e b ou razão de a para b o quociente ab ou a : b. Vamos desenvolver o conceito de razão em alguns exemplos? Acompanhe a seguir. Exemplo 1: O salário de João Carlos é de R$ 8.000,00, e o de Antonio é R$ 4.000,00. Qual a razão de um salário para outro? Resolução: salário de João Carlos ÷ salário de Antonio. Assim: 8000 2 4000 = . Resposta: a razão desse exemplo pode ser lida como a razão de 8.000 para 4.000, ou 8.000 está para 4.000, e é igual a 2, o que equivale a dizer que o salário de João Carlos é o dobro do salário de Antonio. Por meio da razão, estamos fazendo uma comparação de grandezas que, nesse caso, são os salários de João Carlos e Antonio. Portanto, a razão de um salário para outro é igual a 2. Em toda razão, o primeiro número, a, é denominado antecedente, e o segundo número, b, é denomidado consequente. Vejamos: suponha que, em determinada, reunião haja 35 pessoas, sendo 28 homens. O cálculo da razão entre o número de homens e o total de pessoas na reunião será 28 35 . Exemplo 2: Dos 200 alunos entrevistados, 70 preferem o professor A. Isto é, 70 7 200 20 = . Ou seja, de cada 20 alunos entrevistados, 7 preferem o professor A. Exemplo 3: Dos 1.200 inscritos para uma vaga de emprego, foram selecionados 240 candidatos. Isto é, 1200 1 240 5 = . Ou seja, de cada 5 candidatos inscritos, 1 foi selecionado. Exemplo 4: Para um concurso público, candidataram-se 48.500 pessoas para concorrer a 50 vagas disponíveis. A razão 48500 970 970 50 135 = = , logo, 970 representa o número de candidatos por vaga (cada vaga está sendo disputada por 970 candidatos). Importante A inversa de uma razão, a b , com a ≠ 0 e b ≠ 0, é obtida trocando-se a posição dos termos da razão considerada; assim, a inversa da razão a bé b a . Por exemplo: a inversa da razão 5 7 7 5 é . 38 CAPÍTULO 4 • RazãO, PROPORçãO E REgRa DE tRÊS (SIMPLES E COMPOSta) Razões especiais A seguir, serão apresentadas razões especiais entre grandezas diferentes, levando-se em consideração situações práticas, tais como: velocidade média, consumo médio e densidade. velocidade média A velocidade média é a razão entre a distância percorrida e o tempo gasto em percorrê-la. Por exemplo: imagine que um ônibus fez o percurso Rio de Janeiro/RJ-Itaparica/BA (1.150 km) em 12 horas e 30 minutos (lembre-se de que 12 horas e 30 minutos correspondem a 12,5 horas). Qual a razão entre as medidas dessas grandezas e o que significa essa razão? Vejamos: Razão = 1150 92 / . 12,5 km km h h = Ao fazer uso da razão, descobre-se que a cada hora foram percorridos 92 km em média. Consumo médio Ao calcular o consumo médio, define-se a média de consumo para dada distância. Suponha que seu irmão foi de Portao Alegra a Bento Gonçalves (184 km) de carro e gastou 16 litros de combustível nesse percurso. Qual a razão entre a distância percorrida e o combustível consumido? O que significa essa razão? Razão = 184 11,5 / . 16 km km litro litros = Portanto, a cada litro consumido foram percorridos 11,5 km em média, ou seja, o cálculo do consumo médio corresponde à distância percorrida dividida pelo combustível gasto. Densidade demográfica Densidade demográfica é a razão entre o número de habitantes de uma região e a área dessa região. Por exemplo, um determinado Estado do Sudeste, com área de 301.388 km2, em um de seus censos, teve sua população estimada em 15.672.176 habitantes. Determine a razão entre o número de habitantes e a área desse Estado. O que significa essa razão? Razão = 2 2 15672176 52 / . 301388 hab hab km km = Essa razão significa que, em cada km2, existem 52 habitantes em média. 39 RazãO, PROPORçãO E REgRa DE tRÊS (SIMPLES E COMPOSta) • CAPÍTULO 4 Proporção O estudo da proporção é de muita importância, pois todos os tópicos a serem desenvolvidos têm seu alicerce nas proporções. Além disso, fazemos uso delas em nosso dia a dia mesmo sem empregar os símbolos matemáticos. Dados quatro números racionais a, b, c e d, não nulos, nessa ordem, dizemos que eles formam uma proporção quando a razão do primeiro para o segundo for igual à razão do terceiro para o quarto. Logo, a c b d = ou a : b e c : d, (leia-se: a está para b assim como c está para d; e a e c são denominados extremos, enquanto b e d são denominados meios). Eis alguns exemplos de proporção: 6 54 8 72 = é uma porporção, pois 6 : 8 = 54 : 72 (leia-se: 6 está para 8 assim como 54 está para 72. 10 20 12 24 = é uma proporção, pois 10 : 12 = 20 : 24 (leia-se: 10 está para 12 assim como 20 está para 24. 14 28 18 36 = é uma proporção, pois 14 : 18 = 28 : 36 (leia-se: 14 está para 18 assim como 28 está para 36. Propriedades Vejamos algumas propriedades fundamentais da proporção. » Em toda proporção, o produto dos meios é igual ao produto dos extremos: . . a c a d b c b d = ⇔ = Observe os exemplos abaixo: 4 8 4 .1 0 5 . 8 5 10 = ⇔ = 6 9 6 .1 2 8 . 9 8 12 = ⇔ = Exercitando. O valor de x na proporção 4 20 7 x = é obtido da seguinte forma: 2 10 70 2 . 7 .1 0 2 70 35 7 2 x x x x = ⇔ = ⇔ = ⇔ = = » A soma (diferença) dos antecedentes está para a soma (diferença) dos consequentes, assim como cada antecedente está para o seu consequente, ou seja, numa proporção a c b d = , temos: 40 CAPÍTULO 4 • RazãO, PROPORçãO E REgRa DE tRÊS (SIMPLES E COMPOSta) a c a a c c a c a a c cou e ou b d b b d d b d b b d d + + − − = = = = + + − − Exemplo: na proporção 12 9 , 16 12x = temos: 12 9 12 12 9 9 12 9 12 12 9 9 , , , 16 12 16 16 12 12 16 12 16 16 12 12 ou ou ou+ + − −= = = = + + − − Números proporcionais Entre os números racionais, existem dois tipos de proporcionalidade: diretamente e inversamente. Diretamente proporcional Os números racionais a, b e c são diretamente proporcionais aos números racionais x, y e z quando temos: a b c k x y z = = = , e k é uma constante. Exemplo 1: Verifique se os números 8, 20 e 60 são diretamente proporcionais aos números 16, 40 e 120. Resolução: temos a = 8, b = 20 e c = 60; x = 16, y = 40 e z = 120. Assim, temos: 8 1 20 1 60 1 , , 16 2 40 2 120 2 = = = Como 8 20 60 16 40 120 = = , os números 8, 20 e 60 são diretamente proporcionais aos números 16, 40 e 120, e k = 12 . Exemplo 2: Dois amigos da Secretaria Municipal de Finanças da Cidade de Bom Despacho, MG, apostaram juntos na loteria esportiva. O primeiro entrou com R$ 280,00, e o segundo com R$ 440,00. Se eles ganharam um prêmio de R$ 324.000,00, quanto cada um recebeu? Resolução: sejam: x = valor do prêmio que o primeiro amigo recebeu;e y = valor do prêmio que o segundo amigo recebeu. Pelo enunciado, x está para 280,00 assim como y está para 440,00, e x + y = 324.000, ou seja: 280,00 440,00 x y = 41 RazãO, PROPORçãO E REgRa DE tRÊS (SIMPLES E COMPOSta) • CAPÍTULO 4 Assim; 280,00 440,00 280,00 440,00 280,00 440,00 x y x y x y+ = ⇔ = = + 324.000,00 324.000,00 720,00 280,00 720,00 440,00 x you= = Logo, 324.000,00 720 324.000,00 . 280,00 720 90.720.000,00 720,00 280,00 x x x= ⇔ = ⇔ = 90.720.000,00 1 26.000,00 720 x x= ⇔ = Ou seja, x = 126.000,00. Para saber o valor de y, temos: 324.000,00 720 324.000,00 . 440,00 720 1 42.560.000,00 720,00 440,00 y y y= ⇔ = ⇔ = 142.560.000,00 1 98.000,00 720 y y= ⇔ = Ou seja, y = 198.000,00 Resposta: O primeiro amigo (x) recebeu R$ 126.000,00, e o segundo amigo (y) recebeu R$ 198.000,00. Inversamente proporcional Dizemos que os números racionais a, b e c são inversamente proporcionais aos números racionais x, y, e z quando temos: x . a = y . b = z . c = k, e k é uma constante. Exemplo: Verifique se os números 120, 30 e 16 são inversamente proporcionais aos números 2, 8 e 15. Resolução: temos a = 120, b = 30 e c = 16; x = 2, y = 8 e z = 15. Logo, 120 . 2 = 240, 30 . 8 = 240, 16 . 15 = 240. Resposta: Como 120 . 2 = 30 . 8 = 16 . 15 = 240, os números são inversamente proporcionais, e k = 240. 42 CAPÍTULO 4 • RazãO, PROPORçãO E REgRa DE tRÊS (SIMPLES E COMPOSta) Regra de três simples e regra de três composta A regra de três simples é um processo para a resolução de problemas que contenham quatro valores, mas somente três sejam conhecidos. É um procedimento que nos permite descobrir um valor a partir dos três já conhecidos. Podemos dizer também que é um método para a resolução de problemas com grandezas proporcionais; Já regra de três composta é uma técnica para a resolução de problemas com mais de duas grandezas. Se duas grandezas variam sempre na mesma razão, dizemos que essas grandezas são diretamente proporcionais. Quando variam sempre uma na razão inversa da outra, dizemos que essas grandezas são inversamente proporcionais. Exemplo: Um automóvel percorre um espaço de 480 km em 2 horas. Quantos quilômetros ele percorrerá em 10 horas? Resolução: Grandeza 1: distância percorrida / Grandeza 2: tempo necessário Distância 1 = 120 km em 2 horas. / Distância 2 = ? km – 10 horas 120 km = 2 horas x km = 10 horas Lembre-se: O produto dos meios é igual ao produto dos extremos, logo: 1200120 .1 0 2. 2 1200 600 2 x x x x= ⇔ = ⇔ = ⇔ = A distância que será percorrida em 10 horas é de 600 km. Passos utilizados numa regra de três simples Vejamos os três passos utilizados em uma regra de três simples: 1. Primeiro passo: construir uma tabela, agrupando as grandezas da mesma espécie em colunas e, na mesma linha, as grandezas de espécies diferentes em correspondência. 2. Segundo passo: identificar se as grandezas são direta ou inversamente proporcionais. 3. Terceiro passo: montar a proporção para determinar o valor desconhecido. 43 RazãO, PROPORçãO E REgRa DE tRÊS (SIMPLES E COMPOSta) • CAPÍTULO 4 É indispensável o uso de uma seta para baixo na coluna que contém a grandeza procurada. Nas demais colunas, se as grandezas forem diretamente proporcionais, coloque a seta na mesma direção e, para as grandezas inversamente proporcionais, as setas devem estar na direção oposta. Exemplo 1: Um trator faz 250 m de estrada em 30 dias. Trabalhando do mesmo modo, em quantos dias fará 450 m de estrada? Resolução: 30 Ao aumentarmos o comprimento da estrada, o tempo também aumentará; sendo assim, as grandezas comprimento e tempo são diretamente proporcionais, ou seja, os números 250 e 450 são diretamente proporcionais aos números 30 e x: 250 30 450 x = Logo, 250 30 250 . 450 . 30 250 13500 450 x x x = ⇔ = ⇔ = 13500 54 250 x x= ⇔ = Resposta: Trabalhando do mesmo modo, o trator fará 450 metros de estrada em 54 dias. Exemplo 2: Com a velocidade de 75 km/h, um motociclista faz o percurso entre a sua casa e seu local de trabalho em 40 minutos. Devido a um pequeno congestionamento, esse motociclita fez o percurso de volta em 50 minutos. Qual a velocidade média no percurso de volta para casa? Resolução: 44 CAPÍTULO 4 • RazãO, PROPORçãO E REgRa DE tRÊS (SIMPLES E COMPOSta) As grandezas velocidade do motociclista e tempo para fazer o percurso são inversamente proporcionais. Assim, os números 40 e 50 são inversamente proporcionais aos números 75 e x: 75 . 40 = x . 50 Logo, 300075 . 40 . 50 3000 50 60 50 x x x x= ⇔ = ⇔ = ⇔ = Resposta: A velocidade média desse ônibus no percurso de volta é 60 km/h. Vamos complicar um pouco. Agora o objetivo é resolver problemas com mais de duas grandezas, direta ou inversamente proporcionais. Para isso, devemos utilizar a regra de três composta. Veja alguns exemplos. Exemplo 3: Trabalhando durante 24 dias, 20 operários produzem 1.600 peças da marca XYℤ. Quantas peças desse mesmo tipo serão produzidas por 28 operários trabalhando durante 36 dias? Resolução: Fixando a grandeza número de operários, ao relacioná-la às grandezas número de dias e número de peças: » Ao aumentar o número de dias, o número de peças também aumentará; assim, essas grandezas são diretamente proporcionais. Fixando a grandeza número de dias, ao relacioná-la as grandezas número de operários e número de peças: » Ao aumentar o número de operários, o número de peças também aumentará; assim, essas grandezas são diretamente proporcionais. Sendo assim, as grandezas número de peças, número de operários e número de dias são diretamente proporcionais, consequentemente seus valores serão diretamente proporcionais aos produtos dos valores das grandezas número de operários e número de dias: 20 24 1600. 28 36 x = 45 RazãO, PROPORçãO E REgRa DE tRÊS (SIMPLES E COMPOSta) • CAPÍTULO 4 Logo, 20 24 1600 480 1600. 480 . 1008 .1 600 28 36 1008 x x x = ⇔ = ⇔ = 1612800480 1612800 3360 480 x x x= ⇔ = ⇔ = Resposta: Os 28 operários produzirão 3.360 peças em 36 dias. Exemplo 4: Uma família resolve fazer uma viagem no final de semana, saem de carro e percorrem 250 km em 2 dias se rodar 5 horas por dia. Em quantos dias essa família percorrerá 750 km se rodar 6 horas por dia? Resolução: Fixando a grandeza número de km, ao relacioná-la às grandezas número de h/dia e número de dias: » Se a família aumentar o número de horas que roda por dia, o número de dias diminuirá; assim, as grandezas número de h/dia e número de dias são inversamente proporcionais. Fixando a grandeza número de horas por dia, ao relacioná-la às grandezas número de km e número de dias: » Se a família aumentar o número de km percorridos, o número de dias também aumentará; assim, as grandezas número de km e número de dias são diretamente proporcionais. Logo, a grandeza número de dias é diretamente proporcional à grandeza número de km e inversamente proporcional à grandeza número de horas por dia. Sendo assim, a grandeza número de horas por dias deve ser escrita na razão inversa dos valores que representam. 46 CAPÍTULO 4 • RazãO, PROPORçãO E REgRa DE tRÊS (SIMPLES E COMPOSta) Logo, 250 6 2 1500 2. 1500 . 3750 . 2 750 5 3750 x x x = ⇔ = ⇔ = 75001500 7500 5 1500 x x x= ⇔ = ⇔ = Resposta: Para percorrer 750 km, a família levará 5 dias. Sintetizando Vimos até agora: » Conceitos básicos sobre razão e proporção, em que a proporção é a igualdade entre duas razões, suas aplicações e propriedades. » As diferenças entre as regras de três simples e composta, resolução de atividades com uso de razão inversa e sua utilização em situações envolvendo proporções entre grandezas. 47 Introdução Neste capítulo, você estudará os juros simples e compostos. Então, o que significa “juros”? Diz-se que juros é o termo utilizado para designar o “preço do dinheiro no tempo”, ou melhor, é o “preço” que alguém paga por ficar com a posse do dinheiro de outra pessoa por algumtempo. Quando você pega certa quantia emprestada no banco, ele cobrará uma remuneração em cima do valor que ele te emprestou, pelo fato de deixar você ficar na posse desse dinheiro (que era dele) por certo tempo. Essa remuneração é expressa pela taxa de juros. Existem duas formas principais, ou regimes, de cobrança de juros: juros simples e juros compostos. O regime de juros simples tem um viés mais teórico, sua utilização é voltada mais para fins didáticos do que para fins práticos. No cotidiano, a maioria das operações é realizada segundo o regime de juros compostos (ex.: poupança, empréstimos e financiamentos de automóveis e casa própria etc.). As operações de curto prazo, tais como os cálculos de multas por atraso no pagamento de conta telefônica etc., fazem uso de juros simples, pois se trata de um valor fixo por dia de atraso. Objetivos » Calcular porcentagens, descontos e acréscimos sucessivos. » Compreender uma transação no regime de juro simples por meio dos termos que a compõe e realizar operações financeiras no regime de juro simples. » Compreender uma transação no regime de juro compostos por meio dos termos que a compõe e realizar operações financeiras no regime de juro compostos. Porcentagem Vamos exercitar um pouco. Observe os exemplos abaixo: 5 CAPÍTULO MatEMátICa BáSICa E SUaS aPLICaçÕES NaS FINaNçaS 48 CAPÍTULO 5 • MatEMátICa BáSICa E SUaS aPLICaçÕES NaS FINaNçaS Exemplo 1: Em uma sala de aula do curso de Licenciatura em Matemática, há 25 alunos, sendo que, desses, 16 são do sexo feminino. Podemos determinar de diferentes maneiras a taxa percentual (porcentagem) de alunos do sexo feminino da sala: 1o Como 16 em cada 25 alunos são do sexo feminino, temos como fração 16 25 . Escrevendo em fração equivalente a 16 25 com denominador igual a 100, temos: 16 16 . 4 64 64% 25 25 . 4 100 = = = 2o Utilizando número decimal: 16 640,64 64% 25 100 = = = 3o Fazendo uso da regra de três: 16 1600 25 1600 64 25 100 25 x x x= ⇔ = ⇔ = = Resposta: A taxa percentual (porcentagem) de alunos do sexo feminino corresponde a 64%. Exemplo 2: O tanque de combustível de um ônibus, com capacidade de 90 litros de óleo diesel, estava cheio. Desse total, foram consumidos 36 litros. Qual foi a taxa percentual de óleo diesel consumido? Podemos determinar a taxa percentual do combustível consumido da seguinte forma: Como 36 litros de 90 foram consumidos, temos como fração 3690 , logo: 36 40,4 4% 90 100 = = = Sendo assim, a taxa percentual de óleo diesel consumido foi de 40%. Exemplo 3: A mensalidade do curso de Libras (Língua Brasileira de Sinais) do mês de janeiro era de R$ 360,00. Para o mês seguinte, o valor da mensalidade sofrerá um acréscimo de 9% na mensalidade. Qual será o valor da mensalidade após o acréscimo? O novo valor da mensalidade pode ser calculado de duas maneiras, observe: 1ª Calcula-se o valor correspondente a 9% da mensalidade antes do acréscimo. Em seguinda, basta adicionar o valor obtido ao da mensalidade de janeiro. 49 MatEMátICa BáSICa E SUaS aPLICaçÕES NaS FINaNçaS • CAPÍTULO 5 99% 360 . 360 0,9 . 360 32,4 360 32,4 392,40 100 de ⇔ ⇔ = ∴ + = 2ª Considera-se o valor da mensalidade antes do acréscimo como 100%. Após o acréscimo, passou a ser 100% + 9% = 109%, então: 109109% 360 . 360 1,09 . 360 392,4 100 de ⇔ ⇔ = Portanto, a partir do mês seguinte, devido ao acréscimo, a mensalidade será R$ 392,40. Os cálculos de porcentagens são muito usados na indústria, nas finanças e nas ciências para avaliar resultados. É comum pessoas e empresas usarem expressões de acréscimo ou de redução nos preços de produtos ou serviços, números ou quantidades, sempre tomando por base 100 unidades. Confira alguns exemplos: » O arroz teve aumento de 15%. Isso quer dizer que, em cada R$ 100,00, o arroz teve um acréscimo de R$ 15,00. » Um cliente ganhou desconto de 35% na compra de uma bermuda jeans. Isso quer dizer que, em cada R$ 100,00, a loja deu um desconto de R$ 35,00. » Se, na empresa Jurujuba, a cada 100 funcionários 85 são dedicados ao trabalho; podemos dizer que, dos funcionários que trabalham na empresa Jurujuba, 85% são dedicados. Também observamos exemplos de porcentagem em nosso dia a dia: » O desconto na grande liquidação de inverno é de até 35%. » A gasolina teve um aumento de 15%. » O rendimento da caderneta de poupança foi de 3,65% no trimestre. » 45% da população da cidade A prefere o candidato B na eleição para presidente da república. Todas essas expressões envolvem uma razão especial, à qual damos o nome de porcentagem, ou percentagem. Razão centesimal e taxa percentual Suponha que, em um concurso para Escriturário da Petrobras, um aluno tenha acertado 12 das 15 questões de Matemática apresentadas no exame. A razão entre o número de questões acertadas e o número total de questões é 1215 . Sabemos que essa razão pode ser representada por uma infinidade de números racionais: 50 CAPÍTULO 5 • MatEMátICa BáSICa E SUaS aPLICaçÕES NaS FINaNçaS 12 4 20 80 15 5 25 100 = = = = … Portanto, denomina-se razão centesimal toda a razão que tem para consequente (denominador) o número 100; em nosso exemplo, 80 100 é a razão centesimal. Veja outros exemplos: 8 12 24 77 80 90 , , , , , 100 100 100 100 100 100 A razão centesimal pode ser representada de outra forma, observe: ( )8 0,08 8% : ; 100 leia se oito por cento= = − ( )12 0,12 12% : ; 100 leia se doze por cento= = − ( )21 0,21 21% : ; 100 leia se vinteeum por cento= = − ( )77 0,77 77% : ; 100 leia se setenta e sete por cento= = − ( )80 0,80 80% : ; 100 leia se oitenta por cento= = − ( )95 0,95 95% : ; 100 leia se noventaecinco por cento= = − ( )125 1,25 125% : . 100 leia se centoetrintaecinco por cento= = − As expressões 8%, 12%, 21%, 77%, 80%, 95% e 125% são chamadas taxas percentuais. Exemplo 1: Escreva a razão 68 em forma de taxa percentual. Resolução: 6 8 . 6 .1 00 8 600 8 100 x x x= ⇔ = ⇔ = 600 75 8 x x= ⇔ = 51 MatEMátICa BáSICa E SUaS aPLICaçÕES NaS FINaNçaS • CAPÍTULO 5 Resposta: A razão 68 na forma de taxa percentual é 75%. Exemplo 2: Escreva 2,5% em forma de razão irredutível. Resolução: 2,5 12,5 100 40 = = Resposta: 2,5% na forma de razão é 140 . Cálculo de porcentagem Para calcular a porcentagem p% de certo valor V, multiplica-se a fração 100 p por V, ou seja: % . 100 pp deV V= Exemplo 1: Calcule 18% de 760. Resolução: 15 15 . 750 1125015% 750 . 750 112,5 100 100 100 de = ⇔ ⇔ = Resposta: 15% de 750 equivalem a 112,50. A taxa é o valor que representa a quantidade de unidades tomadas em 100. Notação: i. A percentagem é o valor que representa a quantidade tomada de outra, proporcionalmente a uma taxa. Notação: p (minúsculo). Já o principal é o valor da grandeza da qual se calcula a percentagem. Notação: P (maiúsculo). Sendo assim, a percentagem e a taxa são os elementos do cálculo percentual. E, genericamente, temos que: 100 p i P = . Exemplo 1: Uma vendedora recebe 5% de comissão sobre cada venda que faz. Qual será sua comissão numa venda de R$ 5.750,00? Resolução: P = 5.750,00, i = 5 e p = ?. Assim: 5 5750 . 5 28750 287,5 5750 100 100 100 p p p p= ⇔ = ⇔ = ⇔ = Resposta: A comissão da vendedora é de R$ 287,50. Resolver o exemplo é o mesmo que calcular 5% de R$ 5.750,00, conforme estudado no cálculo de porcentagem, e você obtém o mesmo resultado. Observe: 52 CAPÍTULO 5 • MatEMátICa BáSICa E SUaS aPLICaçÕES NaS FINaNçaS 5 5 . 5750 28750 5% 5750 . 5750 287,5 100 100 100 de = = = = Agora, aplicando os conhecimentos adquiridos até aqui e utilizando a regra de três simples, vamos resolver novamente o exemplo 1. Resolução: As grandezas valores (venda e comissão) e porcentagem são diretamente proporcionais, e os números 5750 e x são diretamente proporcionais aos números 5 e 100. 5750 100 28750 100 . 5750 . 5 100 28750 287,5 5 100 x x x x x = ⇔ = ⇔ = ⇔ = ⇔ = Exemplo 2: Em uma rede de hipermercado,o preço de um pacote de farinha de trigo com 5 quilos, marca ℤKW, subiu de R$ 6,84 para R$ 7,25. Obtenha o percentual de aumento. Resolução: Para obter o aumento, calculamos 7,25 – 6,84 = 0,41, ou seja, o pacote de farinha de trigo subiu R$ 0,41; logo, R$ 0,41 está para R$ 6,84 assim como x está para 100, e x é o percentual de aumento. Aplicando a regra de três, temos: 0,41 6,84 100 x = Logo; 0,41 41 0, 41 .1 00 6,84 . 41 6,84 5,99 6,84 100 6,84 x x x x x= ⇔ = ⇔ = ⇔ = ⇔ = Resposta: O percentual de aumento do pacote de farinha de trigo foi de 5,99%. Juro Ao realizar um empréstimo no banco, paga-se, além do valor emprestado, uma quantia a mais, referente ao juro, ou seja, um tipo de “aluguel” pelo período em que o dinheiro permaneceu emprestado. 53 MatEMátICa BáSICa E SUaS aPLICaçÕES NaS FINaNçaS • CAPÍTULO 5 Quando se faz um aplicação, popupança ou outra aplicação, também ocorre juro, no entanto você o recebe de acordo com o período em que essa quantia permaneceu aplicada. Se uma fatura for paga com atraso, será acrescido ao valor o juro correspondente ao tempo de atraso. Juros simples O regime de capitalização é simples quando o juro incide apenas sobre o valor do capital inicial (C) ou valor presente (PV). Vejamos um exemplo: Exemplo 1: Suponha que um adolescente resolve aplicar parte da sua mesada em uma instituição financeira sob o regime de juros simples, capital de R$ 1.000,00 a uma taxa de 2% ao mês, durante 3 meses. A evolução da aplicação, no regime de juros simples, seria a seguinte: tabela 1. Cálculo de juros simples. Mês Juro (2%) Montante ou Valor Futuro 0 - 1000 1 1000 . 0,02 = 20 1000 + 20 = 1020 2 1000 . 0,02 = 20 1020 + 20 = 1040 3 1000 . 0,02 = 20 1040 + 20 = 1060 Fonte: Elaborada pelo autor. Nota-se que, no final do período, ou seja, 3 meses, no regime de juros simples, o adolescente terá um montante de R$ 1.060,00. Veja que, nesse caso, o juro incide sempre SOMENTE sobre o valor de R$ 1.000,00, Capital. Exemplo 2: Renata fez uma aplicação no valor de R$ 1.500,00 durante 7 meses, à taxa de juros de 0,65% a.m. (ao mês). Podemos calcular o montante alcançado por Renata ao final da aplicação da seguinte forma: Capital (C) – valor da aplicação: R$ 1.500,00 → C = 1500 Tempo (t) – período de da aplicação: 7 meses → t = 7 Taxa de juro (i): 0,65% a.m. → i = 0,65% = 0,0065 Cálculo do juro simples: 0,650,65% 1 000 .1 000 0,0065 .1000 6,5 $ 6,50 100 de R⇔ ⇔ = = 54 CAPÍTULO 5 • MatEMátICa BáSICa E SUaS aPLICaçÕES NaS FINaNçaS O capital foi aplicado por 7 meses. Logo, multiplicando-se o juro de um mês por 7, temos: 6,5 . 7 45,5 $ 45,50R= = Observe que, para encontrar o valor do juro, multiplicamos o valor do investimento pela taxa de juro e pelo tempo de aplicação, portanto: J = C. i . t J = 1000 . 0,0065 . 7 = 45,5 Mas, como o nosso objetivo é encontrar o montante, somamos o capital e o juro. M = C + J M = 1000 + 45,5 = 1045,5 Portanto, o montante adquirido por Renata no período de 7 meses é R$ 1.045,50. No demontração acima, calculamos o juro simples e o montante. Para a resolução, foram utilizadas duas fórmulas: Juro simples → J = C . i . t J = Juro C = Capital i = Taxa de juro simples t = Perído de tempo Montante → M = C + J → M = C + C . i . t → M = C(1 + i . t) Ao usar as fórmulas apresentadas, é necessário verificar se as taxas, o juro e o período de tempo estão na mesma unidade de tempo. Por exemplo, quando a taxa de juro é oferecida ao ano, o período de tempo também deve ser oferecido em anos. Quando isso não ocorre, deve-se transformar o período ou a taxa na mesma unidade de tempo. No juro simples, uma taxa de 3,1% a.m. é equivalente a 37,2% a.a, pois 0,031 . 12 = 0,372. Semelhantemente, uma taxa de 48% a.a. é equivante a 4% a.m., pois 0,48 : 12 = 0,04. Importante Duas taxas só são equivalentes quando, se aplicadas em um mesmo capital e durante um mesmo tempo, produzem montantes idênticos. 55 MatEMátICa BáSICa E SUaS aPLICaçÕES NaS FINaNçaS • CAPÍTULO 5 Vamos exercitar mais um pouco. Observe os exemplos a seguir. Exemplo 1: Determine o juro simples obtido com a aplicação de um capital de R$ 2.250,23 durante 6 meses com a taxa de 6,5% ao mês. Dados: C = 2250,23 t = 5 meses i = 6,5% a.m., 6,5100 = 0,0065 J = ? As unidades de tempo são iguais. Solução algébrica: J = C . i . t J = 2250, 23 . 0,0065 . 5 J = 73,13 Exemplo 2: Jhenifer pagou ao Banco de automóveis S/A a importância de R$ 2,14 de juros simples por dia, por um atraso sobre uma prestação de R$ 537,17 do seu carro. Qual foi a taxa mensal de juros aplicada pelo banco? Dados: C = 537,17 t = 1 dia i = ? J = 2,14 As unidades de tempo precisam ser iguais. Solução algébrica: ( )2,14 . . 0,00398 . 30 1 . 537,17 .1 JJ C i t i i i mes C t = ⇔ = ⇔ = ⇔ = … 11,95% i aomês= 56 CAPÍTULO 5 • MatEMátICa BáSICa E SUaS aPLICaçÕES NaS FINaNçaS Exemplo 3: Qual o valor do resgate de uma aplicação de R$ 109.975,00, aplicados em um CDB de 120 dias a uma taxa de 1,45% ao mês? Dados: M = ? C = 109.975,00 t = 120 dias, ou seja, 4 meses i = 1,45% a.m 1,45, 100 = 0,0145 As unidades de tempo precisam ser iguais. Solução algébrica: ( ) ( ) ( )1 . 109975 1 0,0145 . 4 109975 1 0,058M C i t M M= + ⇔ = + ⇔ = + ( )109975 1,058 1 16353,55M M= ⇔ = Exemplo 4: Determine o valor da aplicação cujo valor de resgate foi de R$ 98.548,00 por um período de 6 meses, sabendo que a taxa de aplicação a juros simples foi de 1,77% ao mês. Dados: M = 98548,00 C = ? t = 6 meses i = 1,77% a.m. 1,77100 = 0,0177 As unidades de tempo precisam ser iguais. Solução algébrica: ( ) ( ) ( ) ( ) 98548 985481 . 1 . 1 0,0177 . 6 1,0177 . 6 MM C i t C C C t i = + ⇔ = ⇔ = ⇔ = + + 98548 1 6139,01 6,1062 C C= ⇔ = 57 MatEMátICa BáSICa E SUaS aPLICaçÕES NaS FINaNçaS • CAPÍTULO 5 Juros compostos O financeiro utiliza o regime de juros compostos, pois oferece maior rendimento em comparação ao regime de juros simples, em que o valor dos rendimentos torna-se fixo. Os juros compostos são adicionados ao capital para o cálculo de novos juros posteriores, ou seja, prática do juro sobre juro. Os financiamentos de imóveis e automóveis, por exemplo, são calculados de acordo com esse modelo de investimento, pois oferece maior rentabilidade, logo, mais lucro. Para o cálculo de juros compostos, é necessário o uso da seguinte expressão: M = C . (1 + i)t , onde: M = montante C = capital i = taxa t = tempo Observe os exemplos a seguir: Exemplo 1: Bruno aplicou R$ 600,00 num banco que paga juros compostos de 3% ao mês. Qual será seu montante após o período de 6 meses? tabela 2. Cálculo de juros compostos. Mês Montante no início do mês Juros ao mês Montante no final do mês 1o 600 3% de 600 = 18 618 2o 618 3% de 618 = 18,54 636,54 3o 636,54 3% de 636,54 ≅ 19,10 655,64 4o 655,64 3% de 655,64 ≅ 19,67 675,31 5o 675,31 3% de 675,31 ≅ 20,26 695,57 6o 695,57 3% de 695,57 ≅ 20,88 716,45 Fonte: Elaborada pelo autor. M = C . (1 + i)t Dados: M = ? C = 600 i = 3% a.m, 3100 = 0,03 t = 6 58 CAPÍTULO 5 • MatEMátICa BáSICa E SUaS aPLICaçÕES NaS FINaNçaS M = 600 . (1 + 0,03)6 → M = 600 . (1,03)6 → M = 600 . 1,19 → M ≅ 716,45 O montante após 6 meses será de R$ 716,45. Exemplo 2: Qual foi o capital que, aplicado a uma taxa de 2% ao mês, produziu em 10 meses um montante de R$ 15.237,43? M = R$ 15.237,43 t = 10 i = 2% a.m., 2100 = 0,02 M = C * (1 + i)t 15237,43 = C . (1 + 0,02)10 15237,43 = C . (1,02)10 15237,43 = C . 1,218994 C = 15237,43 1,218994 C = 12.500,00 Exemplo 3: Qual será o montante de um investimento de R$ 12.000,00 aplicado ao período de 3 anos em um banco sobre o regime de juros compostos a uma taxa de 1,5% a.m.? M = ? C = 12.000 i = 1,5% → 1,5 100 = 0,015 t = 3 anos = 36 meses (pois a taxa de juros é mensal) M = C . (1 + i)t M = 12000 . (1 + 0,015)36 M = 12000 . 1,01536 M = 12000 . 1,70914 M = 20.509,68 O montante será de R$ 20.509,68. 59 MatEMátICa BáSICa E SUaSaPLICaçÕES NaS FINaNçaS • CAPÍTULO 5 acréscimos e descontos sucessivos Em porcentagem, vimos exemplos envolvendo acréscimos e descontos. Tanto os acréscimos quanto os descontos ocorriam sobre o valor inicial. Agora, veremos algumas situações que envolvem acréscimos e descontos suscessivos. Observe alguns exemplos: Exemplo 1: Em uma loja de lubrificantes automotivo, 1 litro do óleo de freio da marca Macqueen custava R$ 3,80. Devido à grande procura, o produto teve, no período de três semanas, acréscimos de 5%, 2% e 3%, respectivamente. Podemos calcular o preço do litro de óleo de freio após o acréscimo das seguintes maneiras: 1o acréscimo 5%: 105105% 3,8 . 3,8 1,05 . 3,8 3,99 100 de ⇔ ⇔ = 2o acréscimo 2%: 102102% 3,99 . 3,99 1,02 . 3,99 4,07 100 de ⇔ ⇔ ≅ 3o acréscimo 3%: 103103% 4,07 . 4,07 1,03 . 4,07 4,19 100 de ⇔ ⇔ = A segunda forma de conseguir o preço do l itro do óleo é obtendo uma única porcentagem equivalente aos três acréscimos. Assim, basta achar o produto dos fatores, isto é: 1,05 .1 ,02.1 ,03 1,10313 110,313%= = Agora, basta efetuarmos o cálculo: 110,313110,313% 3,8 . 3,8 1,10313 . 3,8 4,19 100 de ⇔ ⇔ = Portanto, o preço de 1 litro de óleo de freio nessa loja após os três acréscimos é R$ 4,19. Exemplo 2: As Casas Bahia estão realizando uma mega liquidação. Uma TV LED 4K Ultra HD 42 polegadas, que inicialmente custava R$ 2.500,00, sofreu um desconto de 20%; se o cliente pagar à vista, há mais 10% de desconto sobre o valor de liquidação. Qual será o preço do televisor após os descontos? Podemos calcular o preço da TV pago à vista de várias formas. Calculamos o preço após cada desconto, vejamos: Importante Observe que a porcentagem de acréscimo deve ser calculada sempre sobre o valor obtido anteriomente. 60 CAPÍTULO 5 • MatEMátICa BáSICa E SUaS aPLICaçÕES NaS FINaNçaS 1o desconto 20%, logo, 100% - 20% = 80%: 8080% 2500 . 2500 0,8 . 2500 2000 100 de ⇔ ⇔ = 2o desconto 10%, logo, 100% - 10% = 90%: 9090% 2000 . 2500 0,9 . 2000 1800 100 de ⇔ ⇔ = Outra forma de calcular o preço da TV é obtendo uma única porcentagem equivalente aos dois descontos. Para isso, basta calcular o produto dos fatores, ou seja: 0,8 . 0,9 0,72 72%= = Agora, basta efetuarmos o cálculo: 7272% 2500 . 2500 0,72 . 2500 1800 100 de ⇔ ⇔ = Portanto, o preço da TV nas Casas Bahia após os dois descontos é R$ 1.800,00. Sintetizando Vimos até agora: » A porcentagem é uma razão entre dois números, em que o denominador sempre será 100. » A Matemática é importante no que tange a finanças, pois estabelece métodos para quantificar a variação de capitais. » É possível fazer um planejamento entre o que se recebe e o se pode gastar, fazendo aplicações com o objetivo de gerar lucros e evitar possíveis prejuízos. 61 Introdução Os métodos estatísticos envolvem a análise e a interpretação de números, tais como renda anual, vendas mensais, quantidade de peças defeituosas, porcentagem de respostas favoráveis a um questionamento etc. Para analisar os dados corretamente, é preciso primeiramente organizá-los. O processamento dos dados reduz a quantidade de detalhes e facilita a verificação de relações. A organização transforma os dados em informações; logo, elimina detalhes menores e enfatiza os aspectos mais relevantes dos dados. Objetivos » Estudar as variáveis qualitativas e quantitativas. » Conceituar população e amostra. » Aplicar média aritmética, mediana e moda na resolução de problemas. variáveis estatística Quando o IBGE realiza os censos, procurando obter dados da população brasileira de uma região específica do país ou de Estados, essas informações são denominadas de Variáveis Estatísticas. As variáveis são observadas para se tirar algum tipo de conclusão. Comumente, as variáveis para estudo são selecionadas por processos de amostragem, tais como: idade, cor dos olhos, quantidade de filhos, renda etc. Para decidirmos como organizar os dados, é necessário saber com que tipo de variáveis trabalharemos. Os tipos de variáveis são: » quantitativas, que podem ser discretas ou contínuas; » qualitativas, que podem ser ordinais ou nominais. 6 CAPÍTULO MatEMátICa BáSICa E SUaS aPLICaçÕES EM EStatÍStICa 62 CAPÍTULO 6 • MatEMátICa BáSICa E SUaS aPLICaçÕES EM EStatÍStICa Vejamos o esquema abaixo: Figura 5. Diagrama das variáveis. Fonte: Elaborada pelo autor. Se a variável estiver relacionada a número, tais como altura de pessoas, número de espécie de aves em um zoológico, é denominada de variável quantitaiva. Quando estiver relacionada a qualidade ou uma característica, como grau de instrução ou sexo de um indivíduo, é denominada de variável qualitativa. As variáveis classificam-se da seguinte forma: » Variáveis Quantitativas: são representadas por medidas em uma escala quantitativa, ou seja, são resultados de uma mensuração ou contagem. Podem ser contínuas ou discretas. › Variáveis discretas: os valores são enumerados ou representam conjunto finito, somente fazem sentido valores inteiros. Em regra, são o resultado de contagens. Exemplos: número de filhos, número de copos de refrigerante tomados por dia. › Variáveis contínuas: mensuráveis e assumem valores em um intervalo real, cujos valores fracionados fazem sentido. Geralmente devem ser medidas por meio de algum instrumento. Exemplos: peso (balança), altura (régua), tempo (relógio), pressão arterial, etc. » Variáveis Qualitativas: caracterizam um atributo (qualidade), ou seja, representam uma classificação dos indivíduos e não possuem valores quantitativos. Essas variáveis podem ser ordinal e nominal. › Variáveis ordinais: categorizada, existe uma ordenação, mesmo em alguns casos não sendo numéricas entre as categorias. Exemplos: escolaridade (1o, 2o, 3o graus), estágio da doença (inicial, intermediário, terminal), mês de observação (janeiro, fevereiro,…, dezembro). › Variáveis nominais: não existe ordenação subjetiva e não é numérica . Exemplos: cor dos automóveis vendidos na Fiat, sexo, esporte preferido de uma pessoa, cor dos olhos, fumante/não fumante, doente/sadio. 63 MatEMátICa BáSICa E SUaS aPLICaçÕES EM EStatÍStICa • CAPÍTULO 6 Observe o exemplo a seguir: Suponha que você é um pesquisador e está interessado em estudar aspectos socioeconômicos dos atletas de um time de voleibol. Foram coletados dados do departamento de pessoal do clube, e o seguinte quadro foi construído: Quadro 3. Variável Valores Tipo de variável Estado civil Solteiro, casado, separado... Qualitativa Nominal grau de instrução Ensino fundamental, médio, superior Qualitativa Ordinal Número de filhos 1, 2, 3, ... Quantitativa Discreta Salário R$ 1100,32; R$ 5465,99 Quantitativa Contínua Idade 14, 20, 34, ... Quantitativa Discreta Classe social alta, média, baixa Qualitativa Ordinal Observações: A variável idade, quando analisada por anos completos, é quantitativa (contínua), no entanto, ao ser avaliada por faixas etárias (10 a 18 anos, 69 anos etc.), é qualitativa (ordinal). Isso tudo depende da forma como os dados serão coletados. População estatística Em uma coleta de dados sobre determinado assunto, chama-se população estatística o conjunto formado por todos os elementos que oferecem dados relativos a um assunto específico. A População é o conjunto de todos os eventos que se pretende estudar. Observe os exemplos a seguir. a. O IBGE (Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística) divulga, frequentemente, um estudo sobre o salário médio dos trabalhadores brasileiros. A população, nesse caso, é o conjunto de todos os assalariados brasileiros. b. Em uma pesquisa sobre a audiência das estações de rádios de uma cidade, o universo estatístico (população) é o conjunto de todos os ouvintes dessa cidade. c. Deseja-se conhecer o consumo total de energia elétrica em MWH nos condomínios comerciais da cidade do Rio de Janeiro no ano de 2019. A população são todos os condomínios que estavam ligados à rede elétrica no Rio de Janeiro (dados obtidos
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