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PROGRAMA DE MATEMÁTICA Didatismo e Conhecimento 1 PROGRAMA DE MATEMÁTICA 5.1. LINGUAGEM BÁSICA DE CONJUNTOS: PERTINÊNCIA, INCLUSÃO, REUNIÃO, IGUALDADE E INTERSEÇÃO. Número de Elementos da União e da Intersecção de Conjuntos Dados dois conjuntos A e B, como vemos na figura abaixo, podemos estabelecer uma relação entre os respectivos números de elementos. n(A ∪ B) = n(A) + n(B) - n(A ∩ B) Note que ao subtrairmos os elementos comuns (n(A ∩ B)) evitamos que eles sejam contados duas vezes. Observações: a) Se os conjuntos A e B forem disjuntos ou se mesmo um deles estiver contido no outro, ainda assim a relação dada será verdadeira. b) Podemos ampliar a relação do número de elementos para três ou mais conjuntos com a mesma eficiência. n(A ∪ B ∪ C) = n(A) + n(B) + n(C) - n(A ∩ B) - - N(A ∩ C) - n(B ∩ C) + N(A ∩ B ∩ C) Observe o diagrama e comprove. Conjuntos Conjuntos Primitivos Os conceitos de conjunto, elemento e pertinência são primiti- vos, ou seja, não são definidos. Um cacho de bananas, um cardume de peixes ou uma porção de livros são todos exemplos de conjuntos. Conjuntos, como usualmente são concebidos, têm elementos. Um elemento de um conjunto pode ser uma banana, um peixe ou um livro. Convém frisar que um conjunto pode ele mesmo ser ele- mento de algum outro conjunto. Por exemplo, uma reta é um conjunto de pontos; um feixe de retas é um conjunto onde cada elemento (reta) é também conjunto (de pontos). Em geral indicaremos os conjuntos pelas letras maiúsculas A, B, C, ..., X, e os elementos pelas letras minúsculas a, b, c, ..., x, y, ..., embora não exista essa obrigatoriedade. Em Geometria, por exemplo, os pontos são indicados por le- tras maiúsculas e as retas (que são conjuntos de pontos) por letras minúsculas. Outro conceito fundamental é o de relação de pertinência que nos dá um relacionamento entre um elemento e um conjunto. Se x é um elemento de um conjunto A, escreveremos x ∊ A Lê-se: x é elemento de A ou x pertence a A. Se x não é um elemento de um conjunto A, escreveremos x ∉ A Lê-se x não é elemento de A ou x não pertence a A. Como representar um conjunto Pela designação de seus elementos: Escrevemos os elementos entre chaves, separando os por vírgula. Exemplos - {3, 6, 7, 8} indica o conjunto formado pelos elementos 3, 6, 7 e 8. {a; b; m} indica o conjunto constituído pelos elementos a, b e m. {1; {2; 3}; {3}} indica o conjunto cujos elementos são 1, {2; 3} e {3}. Pela propriedade de seus elementos: Conhecida uma proprie- dade P que caracteriza os elementos de um conjunto A, este fica bem determinado. P termo “propriedade P que caracteriza os elementos de um conjunto A” significa que, dado um elemento x qualquer temos: Assim sendo, o conjunto dos elementos x que possuem a pro- priedade P é0 indicado por: {x, tal que x tem a propriedade P} Uma vez que “tal que” pode ser denotado por t.q. ou | ou ainda :, podemos indicar o mesmo conjunto por: {x, t . q . x tem a propriedade P} ou, ainda, {x : x tem a propriedade P} Exemplos - { x, t.q. x é vogal } é o mesmo que {a, e, i, o, u} - {x | x é um número natural menor que 4 } é o mesmo que {0, 1, 2, 3} - {x : x em um número inteiro e x2 = x } é o mesmo que {0, 1} Didatismo e Conhecimento 2 PROGRAMA DE MATEMÁTICA Pelo diagrama de Venn-Euler: O diagrama de Venn-Euler con- siste em representar o conjunto através de um “círculo” de tal for- ma que seus elementos e somente eles estejam no “círculo”. Exemplos - Se A = {a, e, i, o, u} então - Se B = {0, 1, 2, 3 }, então Conjunto Vazio Conjunto vazio é aquele que não possui elementos. Represen- ta-se pela letra do alfabeto norueguês ∅ ou, simplesmente { }. Simbolicamente: ∀x, x ∉ ∅ Exemplos - ∅ = {x : x é um número inteiro e 3x = 1} - ∅ = {x | x é um número natural e 3 – x = 4} - ∅ = {x | x ≠ x} Subconjunto Sejam A e B dois conjuntos. Se todo elemento de A é também elemento de B, dizemos que A é um subconjunto de B ou A é a parte de B ou, ainda, A está contido em B e indicamos por A ⊂ B. Simbolicamente: A⊂B ⇔ (∀x)(x ∈∀ ⇒ x ∊ B) Portanto, A ⊄ B significa que A não é um subconjunto de B ou A não é parte de B ou, ainda, A não está contido em B. Por outro lado, A ⊄ B se, e somente se, existe, pelo menos, um elemento de A que não é elemento de B. Simbolicamente: A ⊄ B ⇔ (∃x)(x∈A e x∉B) Exemplos - {2 . 4} ⊂ {2, 3, 4}, pois 2 ∈ {2, 3, 4} e 4 ∈ {2, 3, 4} - {2, 3, 4} ⊄ {2, 4}, pois 3 ∉ {2, 4} - {5, 6} ⊂ {5, 6}, pois 5 ∊ {5, 6} e 6 ∈ {5, 6} Inclusão e pertinência A definição de subconjunto estabelece um relacionamento en- tre dois conjuntos e recebe o nome de relação de inclusão (⊂). A relação de pertinência (∊) estabelece um relacionamento en- tre um elemento e um conjunto e, portanto, é diferente da relação de inclusão. Simbolicamente x∊A ⇔{x}⊂A x∉A ⇔{x}⊄A Igualdade Sejam A e B dois conjuntos. Dizemos que A é igual a B e indicamos por A = B se, e somente se, A é subconjunto de B e B é também subconjunto de A. Simbolicamente: A = B ⇔A⊂B e B⊂A Demonstrar que dois conjuntos A e B são iguais equivale, se- gundo a definição, a demonstrar que A ⊂ B e B ⊂ A. Segue da definição que dois conjuntos são iguais se, e somente se, possuem os mesmos elementos. Portanto A ≠ B significa que A é diferente de B. Portanto A ≠ B se, e somente se, A não é subconjunto de B ou B não é subconjunto de A. Simbolicamente: A ≠ B ⇔A⊄ B ou B⊄A Exemplos - {2,4} = {4,2}, pois {2,4} ⊂ {4,2} e {4,2} ⊂ {2,4}. Isto nos mostra que a ordem dos elementos de um conjunto não deve ser levada em consideração. Em outras palavras, um conjunto fica de- terminado pelos elementos que o mesmo possui e não pela ordem em que esses elementos são descritos. - {2,2,2,4} = {2,4}, pois {2,2,2,4} ⊂ {2,4} e {2,4} ⊂ {2,2,2,4}. Isto nos mostra que a repetição de elementos é desne- cessária. - {a,a} = {a} - {a,b = {a} ⇔ a= b - {1,2} = {x,y} ⇔ (x = 1 e y = 2) ou (x = 2 e y = 1) Conjunto das partes Dado um conjunto A podemos construir um novo conjunto formado por todos os subconjuntos (partes) de A. Esse novo con- junto chama-se conjunto dos subconjuntos (ou das partes) de A e é indicado por P(A). Simbolicamente: P(A)={X | X ⊂A} ou X⊂P(A) ⇔ X⊂A Exemplos a) = {2, 4, 6} P(A) = {∅, {2}, {4}, {6}, {2,4}, {2,6}, {4,6}, A} b) = {3,5} P(B) = {∅, {3}, {5}, B} c) = {8} P(C) = {∅, C} d) = ∅ P(D) = {∅} Propriedades Seja A um conjunto qualquer e ∅ o conjunto vazio. Valem as seguintes propriedades Didatismo e Conhecimento 3 PROGRAMA DE MATEMÁTICA �≠(�) � ∉ � � ⊂ � � ∊ {�} � ⊂ A ⇔ � ∊ P(A) A ⊂ A ⇔ A ∊ P(A) Se A tem n elementos então A possui 2n subconjuntos e, por- tanto, P(A) possui 2n elementos. União de conjuntos A união (ou reunião) dos conjuntos A e B é o conjunto forma- do por todos os elementos que pertencem a A ou a B. Representa- -se por A ∪ B. Simbolicamente: A∪B = {X | X ∈ A ou X ∈ B} Exemplos - {2,3}∪{4,5,6}={2,3,4,5,6} - {2,3,4}∪{3,4,5}={2,3,4,5} - {2,3}∪{1,2,3,4}={1,2,3,4} - {a,b} ∪ � {a,b} Intersecção de conjuntos A intersecção dos conjuntos A e B é o conjunto formado por todos os elementos que pertencem, simultaneamente, a A e a B. Representa-se por A ∩ B. Simbolicamente: A ∩ B = {X | X ∊ A ou X ∊ B} Exemplos - {2,3,4} ∩ {3,5}={3} - {1,2,3} ∩ {2,3,4}={2,3} - {2,3} ∩ {1,2,3,5}={2,3} - {2,4} ∩ {3,5,7}= � Observação: Se A ∩ B= �, dizemos que A e B são conjuntos disjuntos. Subtração A diferença entre os conjuntos A e B é o conjunto formado por todos os elementos que pertencem a A e não pertencem a B. Repre- senta-se por A – B. Simbolicamente: A – B = {X | X ∊ A e X ∉ B} O conjunto A – B é também chamado de conjunto comple- mentar de B em relação a A, representado por CAB. Simbolicamente: CAB = A - B{X | X ∊ A e X ∉ B} Exemplos - A = {0, 1, 2, 3} e B = {0, 2} CAB = A – B = {1,3} e CBA = B – A =φ - A = {1, 2, 3} e B = {2, 3, 4} CAB = A – B = {1} e CBA = B – A = {14} - A = {0, 2, 4} e B = {1 ,3 ,5} CAB = A – B = {0,2,4} e CBA = B – A = {1,3,5} Observações: Alguns autorespreferem utilizar o conceito de completar de B em relação a A somente nos casos em que B ⊂ A. - Se B ⊂ A representa-se por B o conjunto complementar de B em relação a A. Simbolicamente: B ⊂ A ⇔ B = A – B = CAB` Exemplos Seja S = {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6}. Então: a) A = {2, 3, 4} ⇒ A = {0, 1, 5, 6} b) B = {3, 4, 5, 6 } ⇒ B = {0, 1, 2} c) C = � ⇒ C = S Número de elementos de um conjunto Sendo X um conjunto com um número finito de elementos, representa-se por n(X) o número de elementos de X. Sendo, ainda, A e B dois conjuntos quaisquer, com número finito de elementos temos: n(A∪B)=n(A)+n(B)-n(A∩B) A∩B= � ⇒n(A∪B)=n(A)+n(B) n(A -B)=n(A)-n(A∩B) B⊂A⇒n(A-B)=n(A)-n(B) Exercícios 1. Assinale a alternativa a Falsa: a) � ⊂ {3} b) (3) ⊂ {3} c) � ∉ {3} Didatismo e Conhecimento 4 PROGRAMA DE MATEMÁTICA d) 3 ∊ {3} e) 3 = {3} 2. Seja o conjunto A = {1, 2, 3, {3}, {4}, {2, 5}}. Classifique as afirmações em verdadeiras (V) ou falsas (F). a) 2 ∊ A b) (2) ∊ A c) 3 ∊ A d) (3) ∊ A e) 4 ∊ A 3. Um conjunto A possui 5 elementos . Quantos subconjuntos (partes) possuem o conjunto A? 4. Sabendo-se que um conjunto A possui 1024 subconjuntos, quantos elementos possui o conjunto A? 5. 12 - Dados os conjuntos A = {1; 3; 4; 6}, B = {3; 4 ; 5; 7} e C = {4; 5; 6; 8 } pede-se: a) A ∪ B b) A ∩ B c) A ∪ C d) A ∩ C 6. Considere os conjuntos: S = {1,2,3,4,5} e A={2,4}. Deter- mine o conjunto X de tal forma que: X∩A= � e X∪A = S. 7. Seja A e X conjuntos. Sabendo-se que A⊂X e A∪X={2,3,4}, determine o conjunto X. 8. Dados três conjuntos finitos A, B e C, determinar o número de elementos de A ∩ (B∪C), sabendo-se: a) A∩B tem 29 elementos b) A∩C tem 10 elementos c) A∩B tem 7 elementos. 9. Numa escola mista existem 42 meninas, 24 crianças ruivas, 13 meninos não ruivos e 9 meninas ruivas. Pergunta-se a) quantas crianças existem na escola? b) quantas crianças são meninas ou são ruivas? 10. USP-SP - Depois de n dias de férias, um estudante observa que: - Choveu 7 vezes, de manhã ou à tarde; - Quando chove de manhã não chove à tarde; - Houve 5 tardes sem chuva; - Houve 6 manhãs sem chuva. Podemos afirmar então que n é igual a: a)7 b)8 c)9 d)10 e)11 Respostas 1) Resposta “E”. Solução: A ligação entre elemento e conjunto é estabelecida pela relação de pertinência (∊) e não pela relação de igualdade (=). Assim sendo, 3∊{3} e 3≠{3}. De um modo geral, x ≠ {x}, ∀x. 2) Solução: a) Verdadeira, pois 2 é elemento de A. b) Falsa, pois {2} não é elemento de A. c) Verdadeira, pois 3 é elemento de A. d) Verdadeira, pois {3} é elemento de A. e) Falsa, pois 4 não é elemento de A. 3) Resposta “32”. Solução: Lembrando que: “Se A possui k elementos, então A possui 2k subconjuntos”, concluímos que o conjunto A, de 5 elementos, tem 25 = 32 subconjuntos. 4) Resposta “10”. Solução: Se k é o número de elementos do conjunto A, então 2k é o número de subconjuntos de A. Assim sendo: 2k=1024 ⇔ 2k=210 ⇔ k=10. 5) Solução: Representando os conjuntos A, B e C através do diagrama de Venn-Euler, temos: a) A∪B={1,3,4,5,6,7} b) A∩B={3,4} c) A∪C={1,3,4,5,6,8} d) A∩C={4,6} Didatismo e Conhecimento 5 PROGRAMA DE MATEMÁTICA 6) Resposta “X={1;3;5}”. Solução: Como X∩A= � e X∪A=S, então X=A =S-A=CsA ⇒X={1;3;5} 7) Resposta “X = {2;3;4} Solução: Como A⊂X, então A∪X = X = {2;3;4}. 8) Resposta “A”. Solução: De acordo com o enunciado, temos: n(A∩B∩C) = 7 n(A∩B) = a + 7 = 26 ⇒ a = 19 n(A∩C) = b + 7 = 10 ⇒ b = 3 Assim sendo: e portanto n[A ∩ (B∪C)] = a + 7 + b = 19 + 7 + 3 Logo: n[A ∩ (B∪C)] = 29. 9) Solução: Sejam: A o conjunto dos meninos ruivos e n(A) = x B o conjunto das meninas ruivas e n(B) = 9 C o conjunto dos meninos não-ruivos e n(C) = 13 D o conjunto das meninas não-ruivas e n(D) = y De acordo com o enunciado temos: n(B∪D) = n(B) + n(D) = 9+ Y = 42 ⇔ y = 23 n(A∪D) = n(A) + n(B) = x + 9 = 24 ⇔ x = 15 Assim sendo a) O número total de crianças da escola é: n(A∪B∪D)=n(A) + n(B) + n(C) + n(D)=15 + 9 + 13 + 33=70 b) O número de crianças que são meninas ou são ruivas é: n[(A∪B)∪(B∪D)]=n(A)+n(B)+n(C)+n(D)=15+9+33=57 10) Resposta “C”. Solução: Seja M, o conjunto dos dias que choveu pela manhã e T o conjunto dos dias que choveu à tarde. Chamando de M’ e T’ os conjuntos complementares de M e T respectivamente, temos: n(T’) = 5 (cinco tardes sem chuva) n(M’) = 6 (seis manhãs sem chuva) n(M Ç T) = 0 (pois quando chove pela manhã, não chove à tarde) Daí: n(M È T) = n(M) + n(T) – n(M Ç T) 7 = n(M) + n(T) – 0 Podemos escrever também: n(M`) + n(T`) = 5 + 6 = 11 Temos então o seguinte sistema: n(M`) + n(T`) = 11 n(M) + N(T) = 7 Somando membro a membro as duas igualdades, vem: n(M) + n(M`) + n(T) + n(T`) = 11 + 7 = 18 Observe que n(M) + n(M`) = total dos dias de férias = n Analogamente, n(T) + n(T`) = total dos dias de férias = n Portanto, substituindo vem: n + n = 18 2n = 18 n = 9 Logo, foram nove dias de férias, ou seja, n = 9 dias. Didatismo e Conhecimento 6 PROGRAMA DE MATEMÁTICA 5.2. OS CONJUNTOS DOS NÚMEROS NA- TURAIS, INTEIROS, RACIONAIS E REAIS. 5.2.1. OPERAÇÕES DE ADIÇÃO, MULTIPLI- CAÇÃO, SUBTRAÇÃO, DIVISÃO, POTEN- CIAÇÃO E RADICIAÇÃO. 5.2.2. A RETA NUMÉRICA. 5.2.3. PROPRIE- DADES ESPECÍFICAS DE CADA UM DOS CONJUNTOS: 5.2.3.1. NATURAIS: MÚL- TIPLOS E DIVISORES, FATORAÇÃO EM PRODUTOS DE PRIMOS MÁXIMO DIVISOR COMUM E MÍNIMO MÚLTIPLO COMUM. 5.2.3.2. INTEIROS: MÚLTIPLOS E DIVISO- RES. 5.2.3.3. RACIONAIS E REAIS: REPRE- SENTAÇÃO DECIMAL. São todos os números inteiros positivos, incluindo o zero. É representado pela letra maiúscula N. N = {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10,…} O zero corresponde à ausência de unidades. A sucessão dos números naturais começa pelo zero e cada número é obtido acrescentando-se uma unidade ao anterior. Não existe o maior número natural, ou seja, a sucessão dos números naturais é infinita. Se excluirmos o zero teremos um novo conjunto: o conjunto dos números naturais não nulos, que se indica por N ∗ . N ∗ = {1, 2, 3, 4, 5...} Na sucessão de números naturais, dois ou mais números que se seguem são chamados consecutivos. Exemplo: 7 8 e 9 são números naturais consecutivos. Todo número natural tem um antecessor, com exceção do zero, que é o menor número natural. Todo número natural tem um sucessor. Ex: O sucessor de 8 é 9; o antecessor de 19 é 18. O conjunto formado por 0, 2, 4, 6, 8, 10, 12... é chamada conjunto dos números naturais pares. O conjunto formado por 1, 3, 5, 7, 9, 11,... é chamada conjunto dos números naturais ímpares. Operações fundamentais com números naturais Adição A primeira operação fundamental na Matemática é a adição. Esta operação nada mais é que o ato de adicionar algo. É reunir todos os valores ou totalidades de algo. A adição é chamada de operação. A soma dos números chamamos de resultado da operação. Ex: 10 + 5 = 15 10 e 5 são as parcelas; 15 é a soma ou resultado da operação de adição. A operação realizada acima se denomina, então, ADIÇÃO. A adição de dois ou mais números é indicada pelo sinal +. Subtração A subtração é o ato ou efeito de subtrair algo. É diminuir alguma coisa. O resultado desta operação de subtração denomina- se diferença ou resto. Exemplo: 9 – 5 = 4 Essa igualdade tem como resultado a subtração. Os números 9 e 5 são os termos da diferença 9-5. Ao número 9 dá-se o nome de minuendo e 5 é o subtraendo. Multiplicação É a ação de multiplicar. Denomina-se a operação matemática, que consiste em repetir um número, chamado multiplicando, tantas vezes quantas são as unidades de outro, chamado multiplicador, para achar um terceiro número que representa o produto dos dois. Definindo ainda, multiplicação é a adição de parcelas iguais, onde o produto é o resultado da operação multiplicação; e os fatores são os números que participam da operação. 5. 8 = 40 onde 5 e 8 são os fatores e 40 é o produto. Divisão É o ato de dividir ou fragmentar algo. É a operação na matemática em que se procura achar quantas vezes um número contém em outro ou mesmo pode ser definido como parte de um todoque se dividiu. À divisão dá o nome de operação e o resultado é chamado de Quociente. 1) A divisão exata: Veja: 8: 4 é igual a 2, onde 8 é o dividendo, 2 é o quociente, 4 é o divisor, 0 é o resto. A prova do resultado é: 2 x 4 + 0 = 8 2) A divisão não-exata: Observe este exemplo: 9: 4 é igual a resultado 2, com resto 1, onde 9 é dividendo, 4 é o divisor, 2 é o quociente e 1 é o resto. A prova do resultado é: 2 x 4 + 1 = 9 Potenciação É uma multiplicação de fatores iguais Exemplo 1: Base=2 Expoente = 4 Potência = 16 [Resultado da operação] Lê-se: Dois elevado à quarta potência. Exemplo 2: 53 = 5.5.5= 125 (3 fatores iguais) Base=5 Expoente = 3 Potência = 125 [Resultado da operação] Lê-se: Cinco elevado à terceira potência. Potências especiais: 1- O número um elevado a qualquer número é sempre igual a 1. Ex: 15= 1 Didatismo e Conhecimento 7 PROGRAMA DE MATEMÁTICA 2- Zero elevado a qualquer número é sempre igual a zero. Ex: 06 = 0 3- Qualquer número (diferente de zero) elevado a zero é sempre igual a 1. Ex: 50= 1 4- Potências de base 10 é igual a 1 seguido de tantos zeros quanto estiver indicando no expoente. Ex: 104= 10000 ( 4 zeros pois o expoente é 4) 5- Qualquer número elevado a 1 é igual a ele mesmo. Ex: 81= 8 Propriedades da potenciação 1º) Multiplicação de potências de mesma base. Ex: 35 . 32 . 33 = 310 24 . 2. 23 . 22 . 2 = 211 Para escrever o produto de potências de mesma base, conservamos a base e somamos os expoentes. 2º ) Potência de potência. (22)3 = 22. 22. 22 = 22+2+2= 26 = 64 (22)4 = 22. 22. 22. 22 = 22+2+2+2= 28 = 256 Para escrever a potência elevada a outro expoente, conserva- se a base e multiplicam-se os expoentes. 3º) Divisão de potências de mesma base 128 : 126 = 128–6 = 122 25 : 23 = 25-3 = 22 Para escrever o quociente de potências de mesma base, conservamos a base e subtraímos os expoentes. Observação: Quociente significa o resultado de uma divisão. Radiciação Observe os termos da radiciação: Onde: n = representa o termo da radiciação chamado Radical. É o índice. X = representa o termo da radiciação chamado de radicando. Temos que radiciação de números naturais é a operação inversa da potenciação. Observe abaixo: Em termos mais precisos, dado um número natural a denominado radicando e dado um número natural n denominado índice da raiz, é possível determinar outro número b, denominado raiz enésima de a, representada pelo símbolo an , tal que b elevado a n seja igual a a. Este é o símbolo de raiz ou sinal de raiz ou simplesmente radical. Ex: 25 = 5 porque 52=5.5=25 3 27 = 3 porque 33= 3.3.3=27 5 32 = 2 porque 25= 2.2.2.2.2=32 Expressões numéricas Para resolver uma expressão numérica efetuamos as operações obedecendo a seguinte ordem: 1º) Potenciação e radiciação na ordem em que aparecem 2º) Multiplicação e divisão na ordem em que aparecem 3º) Adição e subtração na ordem em que aparecem. Há expressões em que aparecem os sinais de associação que devem ser eliminados na seguinte ordem: 1º) ( ) parênteses 2º) [ ] colchetes 3º) { } chaves Ex: Resolver a expressão: [(5² - 6.2²). 3 + (13 – 7)²: 3]: 5 = = [(25 – 6.4). 3 + 6²: 3]: 5 = = [(25 – 24). 3 + 36: 3]: 5 = = [1.3 + 12]: 5 = = [3 + 12]: 5 = = 15: 5 = 3 Números Inteiros É o conjunto formado pelos números inteiros positivos, zero e números inteiros negativos. O conjunto Z é uma ampliação do conjunto N. Z= {...-3,-2,-1,0,1,2,3...} Os subconjuntos de Z são: Z*= {... -3, -2, -1, 1, 2, 3...} * = excluir o zero do conjunto. Z+ = {0, 1, 2, 3, 4...} Z- = {... -3, -2, -1, 0} Z*+= {1, 2, 3, 4...} Z*-= {..., -3, -2, -1} Relação de ordem nos números inteiros Quando estabelecemos uma relação de ordem entre dois números, estamos identificando se eles são iguais, ou qual deles é o maior. Observe a reta numérica. Didatismo e Conhecimento 8 PROGRAMA DE MATEMÁTICA Dados dois números inteiros, o maior é o que estiver à direita. Ex: -1 é maior que -3, 4 é maior que zero Módulo ou valor absoluto É o número sem considerar o seu sinal. Para indicar módulo escrevemos o número entre barras. Ex: 3− = 3 5+ = 5 Números opostos ou simétricos São números com o mesmo valor absoluto e sinais contrários. Ex: +4 e -4 são números opostos ou simétricos. Adição e subtração de números inteiros Para juntar números com sinais iguais, adicionamos os valores absolutos e conservamos o sinal. Quando o número tem sinais diferentes, subtraímos os valores absolutos e conservamos o sinal do maior. Ex: +5+7 = +12 -5 -7 = -12 +5 –7 = -2 -5 +7 = +2 Multiplicação e divisão de números inteiros Para multiplicar ou dividir números inteiros efetuamos a operação indicada e usamos a regra de sinais abaixo: + + = + Sinais iguais, resultado positivo. - - = + + - = - Sinais diferentes, resultado negativo. - + = - Ex: (+4) . (+5) = +20 (+30) : (+6) = +5 (-3) . (-6) = +18 (- 20) : (-5) = +4 (+8) . (-3) = -24 (+18) : (-3) = -6 (-6) (+5) = -30 (- 15) : (+5) = -3 Potenciação e radiciação de números inteiros Potenciação é uma multiplicação de fatores iguais. Ex: 23= 2.2.2=8 2 é a base, 3 é o expoente e 8 é a potência Estamos trabalhando com números inteiros, portanto pode aparecer base negativa e positiva. Exemplo: (+3)2= (+3). (+3) = +9 (+2)3= (+2). (+2). (+2) = +8 (-2)2= (-2). (-2) = +4 (-2)3= (-2). (-2). (-2) = -8 Se a base é positiva o resultado é sempre positivo. Se a base é negativa e o expoente é par o resultado é positivo. Se a base é negativa e o expoente é impar o resultado é negativo Importante: Todo número elevado a zero é sempre igual a 1. Raiz quadrada de um número quadrado perfeito é um número positivo cujo quadrado é igual ao número dado. Ex: 25 =5, pois 52=25 OBS: 1- Para multiplicar 3 ou mais números inteiros, multiplicamos os valores absolutos e todos os números e contamos os sinais negativos. Se o número de negativos for impar e resultado terá sinal negativo, se for par o resultado será positivo. Ex: (-3). (-5). (+2). (-1) = -30 → 3 negativos(impar), resultado negativo. (-2). (-3). (+6). (-1).( -2) = +72 → 4 negativos(par), resultado positivo. 2- Para eliminar parênteses usamos a mesma regra de sinais da multiplicação e da divisão. Ex: -(+4) = -4 -(-5) = +5 Expressões Numéricas em Z Para resolver uma expressão numérica devemos obedecer a seguinte ordem: 1º) Resolver as potenciações e radiciações na ordem em que aparecem 2º) Resolver as multiplicações e divisões na ordem em que elas aparecem 3º) Resolver as adições e subtrações na ordem em elas aparecem Há expressões em que aparecem os sinais de associação que devem ser eliminados na seguinte ordem: 1º) ( ) parênteses 2º) [ ] colchetes 3º) { } chaves Exercícios Resolvidos 1- Calcule as operações indicadas: a) (+8) + (-6) – (-3) – (-2) Resolução +8 -6 +3 +2 = +13 - 6 = +7 b) -(-3). (-5) + (-4) Resolução +3. (-5)-4 = -15 – 4 = -19 c) (+55): (-5) + (-5). (-2) Didatismo e Conhecimento 9 PROGRAMA DE MATEMÁTICA Resolução -11+(+10) = -11+10 = -1 2- Quais são os números inteiros entre -2 e 1 incluindo esses dois? Resolução: -2,-1,0,1 3- Calcule as potências e resolva as operações: (-5)1- [(-2)5: 4-7] + (-1)379. (-5)2R Resolução: 5-[-32:4-7]+(-1).(+25) -5-[-8-7]+(-25) 5-[-15]-25 -5+15-25 +10 -25 -15 Números Racionais Os números racionais é um conjunto que engloba os números inteiros(Z). Números decimais finitos (por exemplo, 743,8432) e os números decimais infinitos periódicos (que repete uma sequência de algarismos da parte decimal infinitamente). Como “12,050505…”, são também conhecidas como dízimas periódicas. Os racionais são representados pela letra Q. Todo número racional pode ser escrito na forma a b , com a ZbZ ∈∈ , e b 0≠ Um mesmo número racional pode ser representado por diferentes frações, todas equivalentes entre si. Ex: ... 4 2 2 1 6 3 4 2 2 1 = − − = − − === Um número racional pode ser representado por um número decimal exato ou periódico. Ex: 1 2 = 0,5−3 4 = −0,75 1 3 = 0,333... (dízima periódica) Todos os números inteiros pertencem aos racionais. Reta numérica Racional Adição e subtração com números fracionários Para adicionar ou subtrair números racionais na forma de fração devemos observar os seus denominadores. Se os denominadores são iguais, efetuamos as operações e conservamos o mesmo denominador. Se os denominadores são diferentes, reduzimos ao mesmo denominador usando o m.m.c. e depois procedemos como no caso anterior. Ex: 1) −1 3 + 8 3 = 7 3 2) 6 5 − 3 4 = 24 20 − 15 20 = 9 20 ( o mmc entre 5 e 4 é 20) Multiplicação e divisão com números fracionários Para multiplicar números racionais na forma de fração, devemos multiplicar os numeradores, multiplicar os denominadores, usar a regra de sinais quando necessário e quando possível fazer a simplificação. Ex: −4 5 . 3 7 = −12 35 (nesse caso o resultado é uma fração irredutível, pois não pode ser simplificada). 7 4 − 5 4 = 2 4 = 1 2 (nesse caso o resultado foi simplificado dividindo o numerador e o denominador por 2). Para dividir números racionais na forma de fração, devemos multiplicar a primeira fração pelo inverso da segunda, usando também a regra de sinais e a simplificação do resultado quando possível. Ex: 3 5 : 2 3 = 3 5 . 3 2 = 9 10 −5 4 : 3 2 = −5 4 .2 3 = −10 12 = −5 6 Potenciação e radiciação com números fracionários Resolver uma potenciação de fração é calcular a potência do numerador e do denominador de acordo com o expoente. Ex: −3 7 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ 2 = +9 49 (elevamos o numerador -3 e o denominador 7 ao expoente 2, lembrando que número negativo elevado a expoente par dá resultado positivo) Extrair a raiz quadrada de uma fração é encontrar a raiz do numerador e do denominador. Ex: 9 16 = 9 16 = 3 4 Números decimais Os números decimais exatos e as dízimas periódicas também pertencem ao conjunto Q. Adição e subtração com decimais: Na adição ou subtração com decimais devemos escrever as parcela colocando vírgula embaixo de vírgula, e resolver a operação. Ex: 4,879 + 13,14 → Parcelas 13, 140 → Acrescentamos o zero para completar casas decimais.+4,879 + 18,019 → Soma total. Didatismo e Conhecimento 10 PROGRAMA DE MATEMÁTICA Multiplicação e divisão com decimais: Na multiplicação de números decimais, multiplicamos os números sem considerar a vírgula e colocamos a vírgula no resultado contando as casas decimais dos dois fatores: Ex: 2,35 x 4,3 = 10,105 (no resultado temos 3 casas decimais pois são 2 casas no fator 2,35 e uma casa no fator 4,3). Na divisão igualamos as casas decimais, cortamos as vírgulas e resolvemos a divisão. Ex: 1,4: 0,05 Igualamos as casas decimais: 1,40: 0,05 Cortamos as vírgulas 140: 5 Resolvemos a divisão 140:5 = 28 Potenciação e radiciação com decimais: Para elevar um número decimal a um expoente dado, procedemos como a potência com número inteiro, respeitando a regra de sinais da multiplicação. Lembrar que potenciação é uma multiplicação de fatores iguais. Ex: (3,2) 3 = (3,2). (3,2). (3,2) = 32,768 Para calcular a raiz quadrada de um número decimal podemos transformá-lo em uma fração e depois calcular. Ex: 0,16 = 16 100 = 4 10 = 0,4 Números Reais O conjunto dos números reais contém os números racionais (naturais, inteiros e fracionários) e os números irracionais e é representado pela letra R. OBS: Quando relacionamos elementos e conjuntos usamos os símbolos ∈ (pertence) ou ∉ (não pertence) e quando relacionamos conjunto com conjunto usamos os símbolos ⊂ (está contido) ou ⊄ (não está contido). Ex: 2 ∈ Z -2 ∉ N N ⊂ Z I ⊄ Q Exercícios Propostos 1- Quais são os números inteiros; a) de -1 a -5, incluindo esses dois números? b) de -4 a 3, incluindo, esses dois números? 2- Qual é: a) o valor absoluto de 7? b) o valor absoluto de -9? 3- Verifique se estes números são opostos: a) +15 e -15 b) +9 e -9 c) -14 e +14 d) -4 e +2 4- Qual é o valor das expressões: a) 25 − [ −3( )3 +6 −] [ − −4( )2 .3+ 5. −2( )3] b) (+3) 102 )4()2( −+−− c) 2 3 2 0( 6) .( 4) ( 10) : ( 5) ( 35)− − − − + + − 5- Descubra que número é: a) -(-15) b) -(+3) c) -(-2001) d) -(+217) 6- Dê três exemplos de: a) números menores que +1. b) números menores que -10. c) números negativos maiores que -10 7- Qual é o número maior a) +44 ou -100? b) -20 ou +8? c) -17 ou -10? d) -5 ou 0? 8- Encontre o valor das expressões: a) -9-(-23+12-1)-(21-9) b) -5. (-2) + (-3+5). (-1) c) (-16): 4 . (-2) + (-2) d) 6 : (-3) + 2(-1) -20 : (-4) 9- Considere as afirmações: I. Qualquer número negativo é menor que zero. II. Qualquer número positivo é maior que zero. III. Qualquer número negativo é menor que um número positivo. Quais dessas afirmações são verdadeiras? 10- Descubra o número que deve ser adicionado a +25 para que a soma seja +20. 11- Calcule o valor de cada expressão a seguir: a) 22 6 1 3 5 −− b) (-0,6) 3 + (-1,5) 2 c) 2 33 8 1 3. : 2 27 2 16 − − − − d) (1,1) 3 . 2-(-0,2) 3 +3 12- Uma garota, caminhando rapidamente, desenvolveu uma velocidade de aproximadamente 5,2km/h. Nessas condições, se caminhar 18,72 quilômetros, ela demorará quantos horas? 13- O número racional X = (-0,62): (-3,1). (-1,2) + 0,4 – 2. Está compreendido entre dois números inteiros a e b consecutivos. Determine os números a e b. 14- Encontre o valor dos radicais: Didatismo e Conhecimento 11 PROGRAMA DE MATEMÁTICA a) 81 121 b) - 225 196 15- Encontre o valor das expressões: a) −2 3 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ : −5 6 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ . 1 5 − 2 b) 1 3 . −3 4 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ − 2 ⎡ ⎣⎢ ⎤ ⎦⎥ . −7 6 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ 16- A cidade de Peixoto de Azevedo tem aproximadamente 19.224 habitantes. Se um terço da população é composto de jovens, pode-se dizer que: a) o número de jovens é superior a 7.000 b) o número de jovens é igual a 648 c) o número de jovens está entre 6.000 e 7000 d) o número de jovens é inferior a 5.000 e) o número de jovens é igual a 6.480 17- O rótulo informa que o detergente A rende 16 litros. Qual é o rendimento de três desses produtos? a) 32 litros b) 1.500 ml c) 1.500 litros d) 48 litros e) 4,8 litros 18- Um carro faz 11 quilômetros com um litro de combustível. A distância entre a cidade A e a cidade B é de 691 quilômetros. Quantos litros de combustível são necessários para esse carro ir e voltar e circular mais 103 quilômetros? a) 135 litros de combustível b) 155 litros de combustível c) 62,5 litros de combustível d) 270 litros de combustível e) 153 litros de combustível 19- José é João fizeram uma viagem de férias. José guiou 694 quilômetros e João guiou 245 quilômetros a mais que José. Quantos quilômetros guiaram os dois? a) 1384. b) 1576. c) 1633. d) 1893. e) 1921. 20- Calcule o valor da expressão numérica: 75 – (21 – 8 + 18) -19 + 4. Em seguida, assinale a alternativa CORRETA. a) 18 b) 29 c) 32 d) 44 e) 50 21- Na divisão de n por d, o quociente é igual a 8 e o resto é igual a 1. Se n - d = 85, então n é igual a: a) 107 b) 104 c) 102 d) 98 e) 97 22- (concurso Agente Administrativo - Pref. P. Alegre/2012) Cinco automóveis estão sendo analisados em relação à quilometragem rodada por litro de combustível. Cada um deles apresenta consumo diferenciado: 9,8km/L, 10 km/L, 12,5km/L, 15km/L e 16,2km/L. O que aconteceria com a média do consumo desse grupo se outro automóvel com consumo de 12,7km/L fosse nele incluído? a) Diminuiria em 2km/L. b) Aumentaria em 1,2km/L. c) Diminuiria em 0,3km/L. d) Permaneceria a mesma Respostas dos exercícios propostos: 1- a) -5, -4, -3, -2, -1 b) -4, -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3 2- a) 7 b) 9 3- a) sim b) sim c) sim d) não 4- a) +114 b) +4 c) -103 5- a) -15 b) -3 c) +2001 d) -217 6- a) zero e todos os nº negativos b) -11, -12, -13,... c) -9, -8, -7 7- a) +44 b) +8 c) -10 d) 0 Didatismo e Conhecimento 12 PROGRAMA DE MATEMÁTICA 8- a) -9 b) 8 c) 6 d) 1 9- Todas 10- (-5) 11- a) 11 4 b) 2,034 c) 0 d) 5,67 12- 3,6 horas ou 3 horas e 36 minutos 13-x = -1,84 os números a e b são -2 e -1 14- a) 9 11 b) −15 14 15- a) −46 25 b) 21 8 16- Alternativa C 17- Alternativa D 18- Alternativa A 19- Alternativa C 20- Alternativa B 21- Alternativa E 22- Alternativa D 5.3. SISTEMA LEGAL DE UNIDADES DE MEDIDA: COMPRIMENTO, ÁREA, VOLUME, ÂNGULO, TEMPO, VELOCIDADE E MASSA. Um sistema de medidas é um conjunto de unidades de medida que mantém algumas relações entre si. O sistema métrico decimal é hoje o mais conhecido e usado no mundo todo. Na tabela seguinte, listamos as unidades de medida de comprimento do sistema métrico. A unidade fundamental é o metro, porque dele derivam as demais. Unidades de Comprimento km hm dam m dm cm mm quilômetro hectômetro decâmetro metro decímetro centímetro milímetro 1000m 100m 10m 1m 0,1m 0,01m 0,001m Há, de fato, unidades quase sem uso prático, mas elas têm uma função. Servem para que o sistema tenha um padrão: cada unidade vale sempre 10 vezes a unidade menor seguinte. Por isso, o sistema é chamado decimal. E há mais um detalhe: embora o decímetro não seja útil na prática, o decímetro cúbico é muito usado com o nome popular de litro. As unidades de área do sistema métrico correspondem às unidades de comprimento da tabela anterior. São elas: quilômetro quadrado (km2), hectômetro quadrado (hm2), etc. As mais usadas, na prática, são o quilômetro quadrado, o metro quadrado e o hectômetro quadrado, este muito importante nas atividades rurais com o nome de hectare (ha): 1 hm2 = 1 ha. No caso das unidades de área, o padrão muda: uma unidade é 100 vezes a menor seguinte e não 10 vezes, como nos comprimentos. Entretanto, consideramos que o sistema continua decimal, porque 100 = 102. Unidades de Área km2 hm2 dam2 m2 dm2 cm2 mm2 quilômetro quadrado hectômetro quadrado decâmetro quadrado metro quadrado decímetro quadrado centímetro quadrado milímetro quadrado 10000m 1000m 100m 1m 0,01m 0,001m 0,0001m Agora, vejamos as unidades de volume. De novo, temos a lista: quilômetro cúbico (km3), hectômetro cúbico (hm3), etc. Na prática, são muitos usados o metro cúbico e o centímetro cúbico. Nas unidades de volume, há um novo padrão: cada unidade vale 1000 vezes a unidade menor seguinte. Como 1000 = 103, o sistema continua sendo decimal. Unidades de Volume km3 hm3 dam3 m3 dm3 cm3 mm3 quilômetro cúbico hectômetro cúbico decâmetro cúbico metro cúbico decímetro cúbico centímetro cúbico milímetro cúbico 100000m 10000m 1000m 1m 0,001m 0,0001m 0,00001m A noção de capacidade relaciona-se com a de volume. Se o volume da água que enche um tanque é de 7 000 litros, dizemos que essa é a capacidade do tanque. A unidade fundamental para medir capacidade é o litro (l); 1l equivale a 1 dm3. Cada unidade vale 10 vezes a unidade menor seguinte. Unidades de Capacidade kl hl dal l dl cl ml quilolitro hectolitro decalitro litro decilitro centímetro mililitro 1000l 100l 10l 1l 0,1l 0,01l 0,001l O sistema métrico decimal inclui ainda unidades de medidas de massa. A unidade fundamental é o grama. Didatismo e Conhecimento 13 PROGRAMA DE MATEMÁTICA Unidades de Massa kg hg dag g dg cg mg quilograma hectograma decagrama grama decigrama centigrama miligrama 1000m 100m 10m 1m 0,1m 0,01m 0,001m Dessas unidades, só têm uso prático o quilograma, o grama e o miligrama. No dia-a-dia, usa-se ainda a tonelada (t): 1t = 1000 kg. Não Decimais Desse grupo, o sistema hora – minuto – segundo, que mede intervalos de tempo, é o mais conhecido. 2h = 2 . 60min = 120 min = 120 . 60s = 7 200s Para passar de uma unidade para a menor seguinte, multiplica- se por 60. 0,3h não indica 30 minutos nem 3 minutos; como 1 décimo de hora corresponde a 6 minutos, conclui-se que 0,3h = 18min. Para medir ângulos, também temos um sistema não decimal. Nesse caso, a unidade básica é o grau. Na astronomia, na cartografia e na navegação são necessárias medidas inferiores a 1º. Temos, então: 1 grau equivale a 60 minutos (1º = 60’) 1 minuto equivale a 60 segundos (1’ = 60”) Os minutos e os segundos dos ângulos não são, é claro, os mesmos do sistema hora – minuto – segundo. Há uma coincidência de nomes, mas até os símbolos que os indicam são diferentes: 1h32min24s é um intervalo de tempo ou um instante do dia. 1º 32’ 24” é a medida de um ângulo. Por motivos óbvios, cálculos no sistema hora – minuto – segundo são similares a cálculos no sistema grau – minuto – segundo, embora esses sistemas correspondam a grandezas distintas. Há ainda um sistema não-decimal, criado há algumas décadas, que vem se tornando conhecido. Ele é usado para medir a informação armazenada em memória de computadores, disquetes, discos compacto, etc. As unidades de medida são bytes (b), kilobytes (kb), megabytes (Mb), etc. Apesar de se usarem os prefixos “kilo” e “mega”, essas unidades não formam um sistema decimal. Um kilobyte equivale a 210 bytes e 1 megabyte equivale a 210 kilobytes. Exercícios 1. Raquel saiu de casa às 13h 45min, caminhando até o curso de inglês que fica a 15 minutos de sua casa, e chegou na hora da aula cuja duração é de uma hora e meia. A que horas terminará a aula de inglês? a) 14h b) 14h 30min c) 15h 15min d) 15h 30min e) 15h 45min 2. 348 mm3 equivalem a quantos decilitros? 3. Quantos decalitros equivalem a 1 m3? 4. Passe 50 dm2 para hectômetros quadrados. 5. Quantos quilômetros cúbicos equivalem a 14 mm3? 6. Quantos centilitros equivalem a 15 hl? 7. Passe 5.200 gramas para quilogramas. 8. Converta 2,5 metros em centímetros. 9. Quantos minutos equivalem a 5h05min? 10. Quantos minutos se passaram das 9h50min até as 10h35min? Respostas 1) Resposta “D”. Solução: Basta somarmos todos os valores mencionados no enunciado do teste, ou seja: 13h 45min + 15 min + 1h 30 min = 15h 30min Logo, a questão correta é a letra D. 2) Resposta “0, 00348 dl”. Solução: Como 1 cm3 equivale a 1 ml, é melhor dividir- mos 348 mm3 por mil, para obtermos o seu equivalente em centí- metros cúbicos: 0,348 cm3. Logo 348 mm3 equivalem a 0, 348 ml, já que cm3 e ml se equi- valem. Neste ponto já convertemos de uma unidade de medida de volume, para uma unidade de medida de capacidade. Falta-nos passarmos de mililitros para decilitros, quando en- tão passaremos dois níveis à esquerda. Dividiremos então por 10 duas vezes: 0,348 :10 :10 0,00348ml dl⇒ Logo, 348 mm³ equivalem a 0, 00348 dl. 3) Resposta “100 dal”. Solução: Sabemos que 1 m3 equivale a 1.000 l, portanto para convertermos de litros a decalitros, passaremos um nível à esquerda. Dividiremos então 1.000 por 10 apenas uma vez: 1000 :10l dal⇒ Isto equivale a passar a vírgula uma casa para a esquerda. Didatismo e Conhecimento 14 PROGRAMA DE MATEMÁTICA Poderíamos também raciocinar da seguinte forma: Como 1 m3 equivale a 1 kl, basta fazermos a conversão de 1 kl para decalitros, quando então passaremos dois níveis à direita. Multiplicaremos então 1 por 10 duas vezes: 1 .10.10 100kl dal⇒ Logo, 100 dal equivalem a 1 m³. 4) Resposta “0, 00005 hm²”. Solução: Para passarmos de decímetros quadrados para hectô- metros quadrados, passaremos três níveis à esquerda. Dividiremos então por 100 três vezes: 2 250 :100 :100 :100 0,00005dm hm⇒ Isto equivale a passar a vírgula seis casas para a esquerda. Portanto, 50 dm² é igual a 0, 00005 hm². 5) Resposta“0,000000000000000014 km3, ou a 1,4 x 10- 17 km3”. Solução: Para passarmos de milímetros cúbicos para quilôme- tros cúbicos, passaremos seis níveis à esquerda. Dividiremos então 14 por 1000 seis vezes: 3 18 3 18 17 3 3 14 :1000 :1000 :1000 :1000 :1000 :1000 14 :10 14.10 1,4.10 0.000000000000000 mm km km km km − − ⇒ ⇒ ⇒ ⇒ Portanto, 0, 000000000000000014 km3, ou a 1,4 x 10-17 km3 se expresso em notação científica equivalem a 14 mm3. 6) Resposta “150.000 cl”. Solução: Para irmos de hectolitros a centilitros, passaremos quatro níveis à direita. Multiplicaremos então 15 por 10 quatro vezes: 15 .10.10.10.10 150.000hl cl⇒ Isto equivale a passar a vírgula quatro casas para a direita. Logo,150.000 cl equivalem a 15 hl. 7) Resposta “5,2 kg”. Solução: Para passarmos 5.200 gramas para quilogramas, devemos dividir (porque na tabela grama está à direita de qui- lograma) 5.200 por 10 três vezes, pois para passarmos de gra- mas para quilogramas saltamos três níveis à esquerda. Primeiro passamos de grama para decagrama, depois de de- cagrama para hectograma e finalmente de hectograma para qui- lograma: 5200 :10 :10 :10 5,2g kg⇒ Isto equivale a passar a vírgula três casas para a esquerda. Portanto, 5.200 g são iguais a 5,2 kg. 8) Resposta “250 cm”. Solução: Para convertermos 2,5 metros em centímetros, de- vemos multiplicar (porque na tabela metro está à esquerda de centímetro) 2,5 por 10 duas vezes, pois para passarmos de me- tros para centímetros saltamos dois níveis à direita. Primeiro passamos de metros para decímetros e depois de de- címetros para centímetros: 2,5 .10.10 250m cm⇒ Isto equivale a passar a vírgula duas casas para a direita. Logo, 2,5 m é igual a 250 cm. 9) Resposta “305min”. Solução: (5 . 60) + 5 = 305 min. 10) Resposta “45 min”. Solução: 45 Min 5.4. PROPORÇÕES 5.4.1. PROPORCIONALIDADE. GRANDEZAS DIRETAMENTE E INVER- SAMENTE PROPORCIONAIS. (REGRA DE TRÊS SIMPLES E COMPOSTA). 5.4.2. POR- CENTAGEM, JUROS DESCONTOS SIMPLES. 5.4.3. TAXAS COMPOSTAS DE JURO E DE DESCONTO. Números diretamente proporcionais Considere a seguinte situação: Joana gosta de queijadinha e por isso resolveu aprender a fazê-las. Adquiriu a receita de uma amiga. Nessa receita, os ingredientes necessários são: 3 ovos 1 lata de leite condensado 1 xícara de leite 2 colheres das de sopa de farinha de trigo 1 colher das de sobremesa de fermento em pó 1 pacote de coco ralado 1 xícara de queijo ralado 1 colher das de sopa de manteiga Veja que: - Para se fazerem 2 receitas seriam usados 6 ovos para 4 colheres de farinha; - Para se fazerem 3 receitas seriam usados 9 ovos para 6 colheres de farinha; - Para se fazerem 4 receitas seriam usados 12 ovos para 8 colheres de farinha; - Observe agora as duas sucessões de números: Didatismo e Conhecimento 15 PROGRAMA DE MATEMÁTICA Sucessão do número de ovos: 6 9 12 Sucessão do número de colheres de farinha: 4 6 8 Nessas sucessões as razões entre os termos correspondentes são iguais: 6 4 = 3 2 9 6 = 3 2 12 8 = 3 2 Assim: 6 4 = 9 6 = 12 8 = 3 2 Dizemos, então, que: - os números da sucessão 6, 9, 12 são diretamente proporcionais aos da sucessão 4, 6, 8; - o número 2 3 , que é a razão entre dois termos correspondentes, é chamado fator de proporcionalidade. Duas sucessões de números não-nulos são diretamente proporcionais quando as razões entre cada termo da primeira sucessão e o termo correspondente da segunda sucessão são iguais. Exemplo1: Vamos determinar x e y, de modo que as sucessões sejam diretamente proporcionais: 2 8 y 3 x 21 Como as sucessões são diretamente proporcionais, as razões são iguais, isto é: 2 3 = 8 x = y 21 3 2 = x 8 3 2 = 21 y 2x = 3 . 8 3y = 2 . 21 2x = 24 3y = 42 x= 24 2 y= 42 3 x=12 y=14 Logo, x = 12 e y = 14 Exemplo 2: Para montar uma pequena empresa, Júlio, César e Toni formaram uma sociedade. Júlio entrou com R$ 24.000,00, César com R$ 27.000,00 e Toni com R$ 30.000,00. Depois de 6 meses houve um lucro de R$ 32.400,00 que foi repartido entre eles em partes diretamente proporcionais à quantia investida. Calcular a parte que coube a cada um. Solução: Representando a parte de Júlio por x, a de César por y, e a de Toni por z, podemos escrever: == =++ 300002700024000 32400 zyx zyx x 24000 = y 27000 = z 30000 = x + y + z 32400 24000 + 27000 + 30000 81000 Resolvendo as proporções: x 24000 = 32400 4 8100010 10x = 96 000 x= 9 600 y 27000 = 4 10 10y= 108 000 y= 10 800 z 3000 = 4 10 10z= 120 000 z= 12 000 Logo, Júlio recebeu R$ 9.600,00, César recebeu R$ 10.800,00 e Toni, R$ 12.000,00. Números Inversamente Proporcionais Considere os seguintes dados, referentes à produção de sorvete por uma máquina da marca x-5: 1 máquina x-5 produz 32 litros de sorvete em 120 min. 2 máquinas x-5 produzem 32 litros de sorvete em 60 min. 4 máquinas x-5 produzem 32 litros de sorvete em 30 min. 6 máquinas x-5 produzem 32 litros de sorvete em 20 min. Observe agora as duas sucessões de números: Sucessão do número de máquinas: 1 2 4 6 Sucessão do número de minutos: 120 60 30 20 Nessas sucessões as razões entre cada termo da primeira sucessão e o inverso do termo correspondente da segunda são iguais: 1 1 120 = 21 60 = 41 30 = 61 20 = 120 Dizemos, então, que: - os números da sucessão 1, 2, 4, 6 são inversamente proporcionais aos da sucessão 120, 60, 30, 20; - o número 120, que é a razão entre cada termo da primeira sucessão e o inverso do seu correspondente na segunda, é chamado fator de proporcionalidade. Didatismo e Conhecimento 16 PROGRAMA DE MATEMÁTICA Observando que 1 1 20 é o mesmo que 1.120=120 4 1 30 é mesmo que 4.30=120 2 1 60 é o mesmo que 2.60=120 6 1 20 é o mesmo que 6.20= 120 podemos dizer que: Duas sucessões de números não-nulos são inversamente proporcionais quando os produtos de cada termo da primeira sucessão pelo termo correspondente da segunda sucessão são iguais. Exemplo 1: Vamos determinar x e y, de modo que as sucessões sejam inversamente proporcionais: 4 x 8 20 16 y Para que as sucessões sejam inversamente proporcionais, os produtos dos termos correspondentes deverão ser iguais. Então devemos ter: 4 . 20 = 16 . x = 8 . y 16 . x = 4 . 20 8 . y = 4 . 20 16x = 80 8y = 80 x = 80/16 y = 80/8 x = 5 y = 10 Logo, x = 5 e y = 10. Exemplo 2: Vamos dividir o número 104 em partes inversamente proporcionais aos números 2, 3 e 4. Representamos os números procurados por x, y e z. E como as sucessões (x, y, z) e (2, 3, 4) devem ser inversamente proporcionais, escrevemos: 4 1 3 1 2 1 zyx == 4 1 3 1 2 1 zyx == = 4 1 3 1 2 1 104 ++ ++ zyx Como, vem Logo, os números procurados são 48, 32 e 24. Grandezas Diretamente Proporcionais Considere uma usina de açúcar cuja produção, nos cinco primeiros dias da safra de 2005, foi a seguinte: Dias Sacos de açúcar 1 5 000 2 10 000 3 15 000 4 20 000 5 25 000 Com base na tabela apresentada observamos que: - duplicando o número de dias, duplicou a produção de açúcar; - triplicando o número de dias, triplicou a produção de açúcar, e assim por diante. Nesse caso dizemos que as grandezas tempo e produção são diretamente proporcionais. Observe também que, duas a duas, as razões entre o número de dias e o número de sacos de açúcar são iguais: Isso nos leva a estabelecer que: Duas grandezas são diretamente proporcionais quando a razão entre os valores da primeira é igual à razão entre os valores da segunda. Tomemos agora outro exemplo. Com 1 tonelada de cana-de-açúcar, uma usina produz 70l de álcool. De acordo com esses dados podemos supor que: - com o dobro do número de toneladas de cana, a usina produza o dobro do número de litros de álcool, isto é, 140l; - com o triplo do número de toneladas de cana, a usina produza o triplo do número de litros de álcool, isto é, 210l. Então concluímos que as grandezas quantidade de cana-de- açúcar e número de litros de álcool são diretamente proporcionais. GrandezasInversamente Proporcionais Considere uma moto cuja velocidade média e o tempo gasto para percorrer determinada distância encontram-se na tabela: Velocidade Tempo 30 km/h 12 h 60 km/h 6 h 90 km/h 4 h 120 km/h 3 h Com base na tabela apresentada observamos que: - duplicando a velocidade da moto, o número de horas fica reduzido à metade; Didatismo e Conhecimento 17 PROGRAMA DE MATEMÁTICA - triplicando a velocidade, o número de horas fica reduzido à terça parte, e assim por diante. Nesse caso dizemos que as grandezas velocidade e tempo são inversamente proporcionais. Observe que, duas a duas, as razões entre os números que indicam a velocidade são iguais ao inverso das razões que indicam o tempo: 30 60 6 12 = inverso da razão 12 6 30 90 4 12 = inverso da razão 12 4 30 120 3 12 = inverso da razão 12 3 60 90 4 6 = inverso da razão 6 4 60 120 3 6 = inverso da razão 6 3 90 120 3 6 = inverso da razão 4 3 Podemos, então, estabelecer que: Duas grandezas são inversamente proporcionais quando a razão entre os valores da primeira é igual ao inverso da razão entre os valores da segunda. Acompanhe o exemplo a seguir: Cinco máquinas iguais realizam um trabalho em 36 dias. De acordo com esses dados, podemos supor que: - o dobro do número de máquinas realiza o mesmo trabalho na metade do tempo, isto é, 18 dias; - o triplo do número de máquinas realiza o mesmo trabalho na terça parte do tempo, isto é, 12 dias. Então concluímos que as grandezas quantidade de máquinas e tempo são inversamente proporcionais. Exercícios 1- Calcule x e y nas sucessões diretamente proporcionais: a) 1 x 7 5 15 y b) 5 10 y x 8 24 c) x y 21 14 35 49 d) 8 12 20 x y 35 2- Calcule x e y nas sucessões inversamente proporcionais: a) 4 x y 25 20 10 b) 30 15 10 x 8 y c) 2 10 y x 9 15 d) x y 2 12 4 6 3- Divida 132 em partes inversamente proporcionais a 2, 5 e 8. 4- Reparta 91 em partes inversamente proporcionais a 6 1 4 1, 3 1 e . 5- Divida 215 em partes diretamente proporcionais a 3 1 2 5, 4 3 e . 6- Marcelo repartiu entre seus filhos Rafael (15 anos) e Matheus (12 anos) 162 cabeças de gado em partes diretamente proporcionais à idade de cada um. Qual a parte que coube a Rafael? 7- Evandro, Sandro e José Antônio resolveram montar um pequeno negócio, e para isso formaram uma sociedade. Evandro entrou com R$ 24.000,00, Sandro com R$ 30.000,00, José Antônio com R$ 36.000,00. Depois de 4 meses tiveram um lucro de R$ 60.000,00, que foi repartido entre eles. Quanto recebeu cada um? (Nota: A divisão do lucro é diretamente proporcional à quantia que cada um empregou.) 8- Leopoldo e Wilson jogam juntos na Sena e acertam os seis números, recebendo um prêmio de R$ 750.000,00. Como Leopoldo participou com R$ 80,00 e Wilson com R$ 70,00, o prêmio foi dividido entre eles em partes diretamente proporcionais à participação de cada um. Qual a parte que coube a Wilson? 9- O proprietário de uma chácara distribuiu 300 laranjas a três famílias em partes diretamente proporcionais ao número de filhos. Sabendo-se que as famílias A, B e C têm respectivamente 2, 3 e 5 filhos, quantas laranjas recebeu cada família? 10- (UFAC) João, Paulo e Roberto formam uma sociedade comercial e combinam que o lucro advindo da sociedade será dividido em partes diretamente proporcionais às quantias que cada um dispôs para formarem a sociedade. Se as quantias empregadas por João, Paulo e Roberto foram, nesta ordem, R$ 1.500.000,00, R$ 1.000.000,00 e R$ 800.000,00, e o lucro foi de R$ 1.650.000,00, que parte do lucro caberá a cada um? Didatismo e Conhecimento 18 PROGRAMA DE MATEMÁTICA Respostas 1- a) x = 3 y = 35 b) x = 4 y = 30 c) x = 6 y = 15 d) x = 14 y = 21 2- a) x = 5 y = 10 b) x = 4 y = 12 c) x = 45 y = 6 d) x = 1 y = 3 3- 80, 32, 20 4- 21, 28, 43 5- 45, 150, 20 6- 90 7- Evandro R$16.000,00 Sandro R$20.000,00 José Antônio R$24.000,00 8- R$350.000,00 9- 60, 90, 150 10- João R$750.000,00 Paulo R$500.000,00 Roberto R$400.000,00 Resolução 04 x+y+z --------- = x/3 ou y/4 ou z/6 (as frações foram invertidas porque 3+4+6 as partes são inversas) 91/13=x/3 13x=273 x=21 91/13=y/4 13y=364 y=28 91/13=z/6 13z=546 z=42 Resolução 05 x/(3/4) = y/(5/2) = z/(1/3) = k (constante) x + y + z = 215 3k/4 + 5k/2 + k/3 = 215 (18k + 60k + 8k)/24 = 215 → k = 60 x = 60.(3/4) = 45 y = 60.(5/2) = 150 z = 60/3 = 20 (x, y, z) → partes diretamente proporcionais Resolução 06 x = Rafael y = Mateus x/15 + y /12 = 160/27 (dividindo 160 por 27 (dá 6), e fazendo proporções, só calcular) x/15=6 x=90 y/12=6 y=72 Regra de Três Simples Os problemas que envolvem duas grandezas diretamente ou inversamente proporcionais podem ser resolvidos através de um processo prático, chamado regra de três simples. Exemplo 1: Um carro faz 180 km com 15L de álcool. Quantos litros de álcool esse carro gastaria para percorrer 210 km? Solução: O problema envolve duas grandezas: distância e litros de álcool. Indiquemos por x o número de litros de álcool a ser consumido. Coloquemos as grandezas de mesma espécie em uma mesma coluna e as grandezas de espécies diferentes que se correspondem em uma mesma linha: Distância (km) Litros de álcool 180 15 210 x Na coluna em que aparece a variável x (“litros de álcool”), vamos colocar uma flecha: Distância (km) Litros de álcool 180 15 210 x Observe que, se duplicarmos a distância, o consumo de álcool também duplica. Então, as grandezas distância e litros de álcool são diretamente proporcionais. No esquema que estamos montando, indicamos esse fato colocando uma flecha na coluna “distância” no mesmo sentido da flecha da coluna “litros de álcool”: Distância (km) Litros de álcool 180 15 210 x mesmo sentido Armando a proporção pela orientação das flechas, temos: x 15 210 180 7 6 = 6x = 7 . 15 6x = 105 x = 6 105 x = 17,5 Resposta: O carro gastaria 17,5 L de álcool. Exemplo 2: Viajando de automóvel, à velocidade de 60 km/h, eu gastaria 4 h para fazer certo percurso. Aumentando a velocidade para 80 km/h, em quanto tempo farei esse percurso? Solução: Indicando por x o número de horas e colocando as grandezas de mesma espécie em uma mesma coluna e as grandezas de espécies diferentes que se correspondem em uma mesma linha, temos: Velocidade (km/h) Tempo (h) 60 4 80 x Na coluna em que aparece a variável x (“tempo”), vamos colocar uma flecha: Didatismo e Conhecimento 19 PROGRAMA DE MATEMÁTICA Velocidade (km/h) Tempo (h) 60 4 80 x Observe que, se duplicarmos a velocidade, o tempo fica reduzido à metade. Isso significa que as grandezas velocidade e tempo são inversamente proporcionais. No nosso esquema, esse fato é indicado colocando-se na coluna “velocidade” uma flecha em sentido contrário ao da flecha da coluna “tempo”: Velocidade (km/h) Tempo (h) 60 480 x sentidos contrários Na montagem da proporção devemos seguir o sentido das flechas. Assim, temos: 3 4 60 804 = x 4x = 4 . 3 4x = 12 x = 4 12 x = 3 Resposta: Farei esse percurso em 3 h. Exemplo 3: Ao participar de um treino de Fórmula 1, um competidor, imprimindo velocidade média de 200 km/h, faz o percurso em 18 segundos. Se sua velocidade fosse de 240 km/h, qual o tempo que ele teria gasto no percurso? Vamos representar pela letra x o tempo procurado. Estamos relacionando dois valores da grandeza velocidade (200 km/h e 240 km/h) com dois valores da grandeza tempo (18 s e x s). Queremos determinar um desses valores, conhecidos os outros três. Velocidade Tempo gasto para fazer o percurso 200 km/h 18 s 240 km/h x Se duplicarmos a velocidade inicial do carro, o tempo gasto para fazer o percurso cairá para a metade; logo, as grandezas são inversamente proporcionais. Assim, os números 200 e 240 são inversamente proporcionais aos números 18 e x. Daí temos: 200 . 18 = 240 . x 3 600 = 240x 240x = 3 600 x = 240 3600 x = 15 O corredor teria gasto 15 segundos no percurso. Regra de Três Composta O processo usado para resolver problemas que envolvem mais de duas grandezas, diretamente ou inversamente proporcionais, é chamado regra de três composta. Exemplo 1: Em 4 dias 8 máquinas produziram 160 peças. Em quanto tempo 6 máquinas iguais às primeiras produziriam 300 dessas peças? Solução: Indiquemos o número de dias por x. Coloquemos as grandezas de mesma espécie em uma só coluna e as grandezas de espécies diferentes que se correspondem em uma mesma linha. Na coluna em que aparece a variável x (“dias”), coloquemos uma flecha: Máquinas Peças Dias 8 160 4 6 300 x Comparemos cada grandeza com aquela em que está o x. As grandezas peças e dias são diretamente proporcionais. No nosso esquema isso será indicado colocando-se na coluna “peças” uma flecha no mesmo sentido da flecha da coluna “dias”: Máquinas Peças Dias 8 160 4 6 300 x Mesmo sentido As grandezas máquinas e dias são inversamente proporcionais (duplicando o número de máquinas, o número de dias fica reduzido à metade). No nosso esquema isso será indicado colocando-se na coluna (máquinas) uma flecha no sentido contrário ao da flecha da coluna “dias”: Máquinas Peças Dias 8 160 4 6 300 x Sentidos contrários Agora vamos montar a proporção, igualando a razão que contém o x, que é x 4 , com o produto das outras razões, obtidas segundo a orientação das flechas 300 160. 8 6 : 5 1 15 8 1 2 300 160. 8 64 = x 5 24 = x => 2x = 4 . 5 a x = 1 2 2 5.4 => x = 10 Resposta: Em 10 dias. Exercícios 1. Completamente abertas, 2 torneiras enchem um tanque em 75 min. Em quantos minutos 5 torneiras completamente abertas encheriam esse mesmo tanque? 2. Um trem percorre certa distância em 6 h 30 min, à velocidade média de 42 km/h. Que velocidade deverá ser desenvolvida para o trem fazer o mesmo percurso em 5 h 15 min? 3. Usando seu palmo, Samanta mediu o comprimento e a largura de uma mesa retangular. Encontrou 12 palmos de comprimento e 5 palmos na largura. Didatismo e Conhecimento 20 PROGRAMA DE MATEMÁTICA Depois, usando palitos de fósforo, mediu novamente o comprimento do tampo da mesa e encontrou 48 palitos. Qual estratégia Samanta usou para obter largura do tampo da mesa em palitos de fósforo? 4. Ao participar de um treino de fórmula Indy, um competidor, imprimindo a velocidade média de 180 km/h, faz o percurso em 20 segundos. Se a sua velocidade fosse de 200 km/h, que tempo teria gasto no percurso? 5. Com 3 pacotes de pães de fôrma, Helena faz 63 sanduíches. Quantos pacotes de pães de fôrma ela vai usar para fazer 105 sanduíches? 6. Uma empreiteira contratou 210 pessoas para pavimentar uma estrada de 300 km em 1 ano. Após 4 meses de serviço, apenas 75 km estavam pavimentados. Quantos empregados ainda devem ser contratados para que a obra seja concluída no tempo previsto? a) 315 b) 2 2520 c) 840 d) 105 e) 1 260 7. Numa gráfica, 7 máquinas de mesmo rendimento imprimem 50 000 cartazes iguais em 2 horas de funcionamento. Se duas dessas máquinas não estiverem funcionando, as 5 máquinas restantes farão o mesmo serviço em: a) 3 horas e 10 minutos b) 3 horas c) 2 horas e 55 minutos d) 2 horas e 50 minutos e) 2 horas e 48 minutos 8. Funcionando 6 dias, 5 máquinas produziram 400 peças de uma mercadoria. Quantas peças dessa mesma mercadoria são produzidas por 7 máquinas iguais às primeiras, se funcionarem 9 dias? 9. Um motociclista rodando 4 horas por dia, percorre em média 200 km em 2 dias. Em quantos dias esse motociclista vai percorrer 500 km, se rodar 5 horas por dia? 10. Na alimentação de 02 bois, durante 08 dias, são consumidos 2420 kgs de ração. Se mais 02 bois são comprados, quantos quilos de ração serão necessários para alimentá-los durante 12 dias. Respostas 1) Resposta “30min”. Solução: Como aumentar as torneiras diminui o tempo, então a regra de três é inversa: 5 tor. ------ 75min 2 tor. ------ x 5x = 2 . 75 = 5x = 150 = x = 2) Resposta “52 km/h”. Solução: Como diminuir o tempo aumentaria a velocidade, então a regra de três é inversa: 6h30min = 390min 5h15min = 315min 315min ------ 42km/h 390min ------ x 315x = 390 . 42 = 315x = 16380 = X = km/h. 3) Resposta “20 palitos de fósforo”. Solução: Levando os dados dado no enunciado temos: Palmos: 12 palmos de comprimento e 5 palmos de largura. Palitos de Fósforo: 48 palitos de comprimento e x palitos de largura. Portanto temos: Comprimento Largura 12 palmos 5 palmos 48 palitos X palitos Observe que o comprimento da mesa aumentou 4 vezes quando passamos de “palmo” para “palito”. O que ocorre da mesma forma na largura. As grandezas são diretamente proporcionais. Daí podemos fazer: Logo, concluímos que o tampo da mesa tem 20 palitos de fósforo de largura. 4) Resposta “18 segundos”. Solução: Levando em consideração os dados: Velocidade média: 180 km/h → tempo do percurso: 20s Velocidade média: 200 km/h → tempo do percurso: ? Vamos representar o tempo procurado pela letra x. Estamos relacionando dois valores de grandeza “velocidade” (180 km/h e 200 km/h) com dois valores de grandeza “tempo” ( 20s e xs). Conhecido os 3 valores, queremos agora determinar um quarto valor. Para isso, organizamos os dados na tabela: Velocidade km/h Tempo (s) 180 20 200 x Observe que, se duplicarmos a velocidade inicial, o tempo gasto para percorrer o percurso vai cair para a metade. Logo, as grandezas são “inversamente proporcionais”. Então temos: 180 . 20 = 200 . x → 200x = 3600 → Didatismo e Conhecimento 21 PROGRAMA DE MATEMÁTICA Conclui-se, então, que se o competidor tivesse andando em 200 km/h, teria gasto 18 segundos para realizar o percurso. 5) Resposta “5 pacotes”. Solução: Analisando os dados dado no enunciado temos: Pacotes de Pães: 3 pacotes → Sanduíches: 63. Pacotes de Pães: x pacotes → Sanduíches: 105. Pacotes de Pães Sanduíches 3 63 x 105 Basta fazermos apenas isso: 63 . x = 3 . 105 → 63x = 315 → Concluímos que ela precisará de 5 pacotes de pães de forma. 6) Resposta “D”. Solução: Em de ano foi pavimentada de estrada Pessoas estrada tempo 210 75 4 X 225 8 = = = x = x = 315 pessoas para o término 315 210 que já trabalham = 105 pessoas. 7) Resposta “E”. Solução: Primeiro descobrimos quanto cada máquina produz por minuto. Para isso temos que dividir:Agora multiplicamos por 5 e descobrimos quanto as 5 máquinas juntas produzem (min) 5 . 59,524 = 297, 62. Portanto temos: 1 min --------------------- 297,62 x min --------------------- 50000 Fazendo a regra de 3 teremos: 297,62 . x = 50000 . 1 → 297,62x = 50000 → 168 min. o que equivale a 2 horas e 48 minutos. 8) Resposta “840 peças”. Solução: Dados: 5 máquinas em 6 dias produzem 400 peças 7 máquinas em 9 dias produzem x peças. Organizando os dados no quadro temos: N˚ de Máquinas (A) N˚ de Máquinas (B) Número de Peças (C) 5 6 400 7 9 x Fixando a grandeza A, podemos relacionar as grandezas B e C. Se dobrarmos o número de dias, o número de peças também dobrará, Logo, as grandezas B e C são “diretamente proporcionais”. Fixando a grandeza B, podemos relacionar as grandezas A e C. Se dobrarmos o número de máquinas, o número de peças também dobrará, Logo, as grandezas A e C são “diretamente proporcionais”. Quando uma grandeza é “diretamente proporcional” a duas outras, a variação da primeira é diferentemente proporcional ao produto da variação das outras duas. De acordo com o quadro, temos: Resolvendo a proporção: 30 . x = 63 . 400 → 30x = 25200 → Logo, se as máquinas funcionarem 9 dias, serão produzidas 840 peças. 9) Resposta “4 dias”. Solução: Dados: 4 horas por dia, 200 km em 2 dias 5 horas por dia, 500 km em x dias Organizando um quadro temos: N˚ km (A) N˚ horas/dias (B) Número de dias (C) 200 4 2 500 5 x Fixando a grandeza A, podemos relacionar as grandezas B e C. Se dobrarmos o número de horas que o motociclista roda por dia, o número de dias que ele leva para percorrer a mesma distância cairá para a metade. Logo, as grandezas B e C são “inversamente proporcionais”. Fixando a grandeza B, podemos relacionar as grandezas A e C. Se dobrarmos o número de quilômetros percorridos, o número de dias dobrará, considerando que o motociclista rode o mesmo número de horas por dia. Logo, as grandezas A e C são “diretamente proporcionais”. Didatismo e Conhecimento 22 PROGRAMA DE MATEMÁTICA Assim a grandeza C é diretamente proporcional à grandeza A e inversamente proporcional à grandeza B. Para que a variação da grandeza C seja diretamente proporcional ao produto da variação das duas outras, escrevemos a razão inversa dos valores que expressam a grandeza B. A razão inversa de Daí, temos: 1000 . x = 2000 . 2 → 1000x = 4000 → . 10) Resposta “7260 kgs”. Solução: Ração Dias Bois 2420 8 2 x 12 4 Juros Simples Toda vez que falamos em juros estamos nos referindo a uma quantia em dinheiro que deve ser paga por um devedor, pela utilização de dinheiro de um credor (aquele que empresta). - Os juros são representados pela letra j. - O dinheiro que se deposita ou se empresta chamamos de capital e é representado pela letra C. - O tempo de depósito ou de empréstimo é representado pela letra t. - A taxa de juros é a razão centesimal que incide sobre um capital durante certo tempo. É representado pela letra i e utilizada para calcular juros. Chamamos de simples os juros que são somados ao capital inicial no final da aplicação. Devemos sempre relacionar taxa e tempo numa mesma unidade: Taxa anual --------------------- tempo em anos Taxa mensal-------------------- tempo em meses Taxa diária---------------------- tempo em dias Consideremos, como exemplo, o seguinte problema: Uma pessoa empresta a outra, a juros simples, a quantia de R$ 3. 000,00, pelo prazo de 4 meses, à taxa de 2% ao mês. Quanto deverá ser pago de juros? Resolução: - Capital aplicado (C): R$ 3.000,00 - Tempo de aplicação (t): 4 meses - Taxa (i): 2% ou 0,02 a.m. (= ao mês) Fazendo o cálculo, mês a mês: - No final do 1º período (1 mês), os juros serão: 0,02 x R$ 3.000,00 = R$ 60,00 - No final do 2º período (2 meses), os juros serão: R$ 60,00 + R$ 60,00 = R$ 120,00 - No final do 3º período (3 meses), os juros serão: R$ 120,00 + R$ 60,00 = R$ 180,00 - No final do 4º período (4 meses), os juros serão: R$ 180,00 + R$ 60,00 = R$ 240,00 Desse modo, no final da aplicação, deverão ser pagos R$ 240,00 de juros. Fazendo o cálculo, período a período: - No final do 1º período, os juros serão: i.C - No final do 2º período, os juros serão: i.C + i.C - No final do 3º período, os juros serão: i.C + i.C + i.C ----------------------------------------------------------------------- - No final do período t, os juros serão: i.C + i.C + i.C + ... + i.C Portanto, temos: J = C . i . t Observações: 1) A taxa i e o tempo t devem ser expressos na mesma unidade. 2) Nessa fórmula, a taxa i deve ser expressa na forma decimal. 3) Chamamos de montante (M) a soma do capital com os juros, ou seja: Na fórmula J= C . i . t, temos quatro variáveis. Se três delas forem valores conhecidos, podemos calcular o 4º valor. M=C+ j Exemplo A que taxa esteve empregado o capital de R$ 20.000,00 para render, em 3 anos, R$ 28.800,00 de juros? (Observação: Como o tempo está em anos devemos ter uma taxa anual.) C = R$ 20.000,00 t = 3 anos j = R$ 28.800,00 i = ? (ao ano) j = 100 .. tiC 28 800 = 100 3...20000 i 28 800 = 600 . i i = 600 800.28 i = 48 Resposta: 48% ao ano. Juros Compostos O capital inicial (principal) pode crescer, como já sabemos, devido aos juros, segundo duas modalidades, a saber: Juros simples - ao longo do tempo, somente o principal rende juros. Didatismo e Conhecimento 23 PROGRAMA DE MATEMÁTICA Juros compostos - após cada período, os juros são incorporados ao principal e passam, por sua vez, a render juros. Também conhecido como “juros sobre juros”. Vamos ilustrar a diferença entre os crescimentos de um capital através juros simples e juros compostos, com um exemplo: Suponha que $100,00 são empregados a uma taxa de 10% a.a. (ao ano) Teremos: Observe que o crescimento do principal segundo juros simples é LINEAR enquanto que o crescimento segundo juros compostos é EXPONENCIAL, e, portanto tem um crescimento muito mais “rápido”. Isto poderia ser ilustrado graficamente da seguinte forma: Na prática, as empresas, órgãos governamentais e investidores particulares costumam reinvestir as quantias geradas pelas aplicações financeiras, o que justifica o emprego mais comum de juros compostos na Economia. Na verdade, o uso de juros simples não se justifica em estudos econômicos. Fórmula para o cálculo de Juros compostos Considere o capital inicial (principal P) $1000,00 aplicado a uma taxa mensal de juros compostos ( i ) de 10% (i = 10% a.m.). Vamos calcular os montantes (principal + juros), mês a mês: Após o 1º mês, teremos: M1 = 1000 x 1,1 = 1100 = 1000(1 + 0,1) Após o 2º mês, teremos: M2 = 1100 x 1,1 = 1210 = 1000(1 + 0,1) 2 Após o 3º mês, teremos: M3 = 1210 x 1,1 = 1331 = 1000(1 + 0,1) 3 ................................................................................................. Após o nº (enésimo) mês, sendo S o montante, teremos evidentemente: S = 1000(1 + 0,1)n De uma forma genérica, teremos para um principal P, aplicado a uma taxa de juros compostos i durante o período n : S = P (1 + i)n onde S = montante, P = principal, i = taxa de juros e n = número de períodos que o principal P (capital inicial) foi aplicado. Nota: Na fórmula acima, as unidades de tempo referentes à taxa de juros (i) e do período (n), tem de ser necessariamente iguais. Este é um detalhe importantíssimo, que não pode ser esquecido! Assim, por exemplo, se a taxa for 2% ao mês e o período 3 anos, deveremos considerar 2% ao mês durante 3x12=36 meses. Exemplos 1 – Expresse o número de períodos n de uma aplicação, em função do montante S e da taxa de aplicação i por período. Solução: Temos S = P(1+i)n Logo, S/P = (1+i)n Pelo que já conhecemos de logaritmos, poderemos escrever: n = log (1+ i ) (S/P) . Portanto, usando logaritmo decimal (base 10), vem: Temos também da expressão acima que: n.log(1 + i) = logS – logP Deste exemplo, dá para perceber que o estudo dos juros compostos é uma aplicação prática do estudo dos logaritmos. 2– Um capital é aplicado em regime de juros compostos a uma taxa mensal de 2% (2% a.m.). Depois de quanto tempo este capital estará duplicado? Solução: Sabemos que S = P (1 + i)n. Quando o capital inicial estiver duplicado, teremos S = 2P. Substituindo, vem: 2P = P(1+0,02)n [Obs: 0,02 = 2/100 = 2%] Simplificando, fica: 2 = 1,02n , que é uma equação exponencial simples. Teremos então: n = log1,022 = log2 /log1,02 = 0,30103 / 0,00860 = 35 Nota: log2 = 0,30103 e log1,02 = 0,00860; estes valores podem ser obtidos rapidamente em máquinas calculadoras científicas. Caso uma questão assim caia no vestibular, o examinador teria de informar os valores dos logaritmos necessários, ou então permitir o uso de calculadora na prova, o que não é comum no Brasil. Portanto, o capital estaria duplicado após 35 meses (observe que a taxa de juros do problema é mensal), o que equivale a 2 anos e 11 meses. Resposta: 2 anos e 11 meses. Exercícios 1. Uma Loja de eletrodomésticos apresenta a seguinte oferta para a venda de um DVD player: À vista R$ 539,00 ou 12x 63,60 = R$ 763,20. De quanto será o acréscimo sobre o preço à vista se o produto for comprado em 12 vezes? 2. Calcule o juros simples gerado por um capital de R$ 2 500,00, quando aplicado durante 8 meses a uma taxa de 3,5% a.m. 3. Uma aplicação financeira, feita durante 2 meses a uma taxa de 3% ao mês, rendeu R$ 1 920,00 de juro. Qual foi a quantia aplicada? 4. Um capital de $ 4.000,00 foi aplicado durante 3 meses, à juros simples, à taxa de 18% a.a. Pede-se: a) Juros b) Montante. Didatismo e Conhecimento 24 PROGRAMA DE MATEMÁTICA 5. Calcular o juro simples referente a um capital de $ 2.400,00 nas seguintes condições: Taxa de Juros Prazo a) 21% a.a. 1 ano b) 21% a.a. 3 anos 6. Qual o montante de uma aplicação de $16.000,00, a juros compostos, pelo prazo de 4 meses, à taxa de 2,5% a.m.? 7. Calcule o montante e os juros da aplicação abaixo, considerando o regime de juros compostos: Capital Taxa de Juros Prazo de Antecipação R$ 20.000,00 3,0% a.m. 7 meses 8. O capital R$ 500,00 foi aplicado durante 8 meses à taxa de 5% ao mês. Qual o valor dos juros compostos produzidos? 9. Qual a aplicação inicial que, empregada por 1 ano e seis meses, à taxa de juros compostos de 3% ao trimestre, se torna igual a R$ 477,62? 10. Calcular o montante gerado a partir de R$ 1.500,00, quando aplicado à taxa de 60% ao ano com capitalização mensal, durante 1 ano. Respostas 1) Resposta “R$ 224,20”. Solução: Basta apenas tirar o valor à prazo sobre o à vista: R$ 763,20 – R$ 539,00 = R$ 224,20. 2) Resposta “R$ 700,00”. Solução: Dados: Capital (quantia aplicada): R$ 2 500,00 Taxa de juros: 3,5 a.m. Tempo de aplicação: 8 meses Juro: ? Representando o juro por x, podemos ter: x = (3,5% de 2 500) . 8 x = (0,035 . 2 500) . 8 x = 700 Conclui-se que o juro é de R$ 700,00. 3) Resposta “R$ 32 000,00”. Solução: Dados: Capital (quantia plicada) ? Taxa de juro: 3% a.m. Tempo de aplicação: 2 meses Juro: R$ 1 920,00 Calculando a quantia que a aplicação rendeu juro ao mês: 1 920 2 = 960 Representando o capital aplicado por x, temos: 3% de x dá 960 0,03 . x = 960 0,03x = 960 x = Logo, o capital aplicado foi de R$ 32 000,00. 4) Resposta “Juros: R$ 180,00; Montante R$ 4 180,00”. Solução: a → J = Cin J = 4000 {[(18/100)/12]x3} J = 4000 {[0,18/12]x3} J = 4000 {0,015 x 3} J = 4000 x 0,045 J = 180,00 B → M = C + J M = 4000 + 180 M = 4.180,00 5) Resposta “ R$ 504,00; R$ 1 512,00 ” Solução: a → J = Cin J = 2400 [(21/100)x1] J = 2400 [0,21 x 1] J = 2400 x 0,21 J = 504,00 b → J = Cin J = 2400 [(21/100)x3] J = 2400 [0,21x3] J = 2400 0,63 J = 1.512,00 6) Resposta “17 661,01”. Solução: Dados: C: 16000 i: 2,5% a.m. n: 4 meses. ( ) [ ] [ ] 17.661,01 =→=→=→+=→ += += M 1 1,10381289 x 16000 M 4 1,025 16000 M 4 0,0251 16000 M 4 100 2,5 1 16000 M ni1CM ( ) [ ] [ ] 17.661,01 =→=→=→+=→ += += M 1 1,10381289 x 16000 M 4 1,025 16000 M 4 0,0251 16000 M 4 100 2,5 1 16000 M ni1CM 7) Resposta “24 597,48”. Solução: Dados: C: 20000 i: 3,0% a.m. Didatismo e Conhecimento 25 PROGRAMA DE MATEMÁTICA n: 7 meses. ( ) [ ] [ ] 24.597,48 =→=→=→+=→ += += M 5 1,22987368 x 20000 M 7 1,03 20000 M 7 0,031 20000 M 7 100 3 1 20000 M ni1CM ( ) [ ] [ ] 24.597,48 =→=→=→+=→ += += M 5 1,22987368 x 20000 M 7 1,03 20000 M 7 0,031 20000 M 7 100 3 1 20000 M ni1CM 8) Resposta “R$ 238,73”. Solução: Dados: C = R$ 500 i = 5% = 0,05 n = 8 (as capitalizações são mensais) M = C . (1 + i)n => M = 500 × (1,05)8 => M = R$ 738,73 O valor dos juros será: J = 738,73 – 500 J = R$ 238,73 9) Resposta “ R$ 400,00”. Solução: M = R$ 477,62 i = 3% = 0,03 n = 6 (as capitalizações são trimestrais) M = C × (1 + i)n 477,62 = C × (1,03)6 C = 19405,1 62,477 C = R$ 400,00. 10) Resposta “R$ 2.693,78”. Solução: Observamos que 60% ao ano é uma taxa nominal; a capitali- zação é mensal. A taxa efetiva é, portanto, 60% 12 = 5% ao mês. C = R$ 1.500 i = 5% = 0,05 n = 12 M = C . (1 + i)n M = 1.500 × (1,05)12 M = 1.500 × 1,79586 M = R$ 2.693,78 5.5. CÁLCULO ALGÉBRICO 5.5.1. OPERAÇÕES COM EXPRESSÕES ALGÉBRICAS. 5.5.2. IDENTIDADES ALGÉBRICAS NOTÁVEIS. 5.5.3. POLINÔ- MIOS. OPERAÇÕES. DIVISÃO POR X-A. RAÍZES. FATORAÇÃO. RELAÇÃO ENTRE COEFICIENTES E RAÍZES. Expressões Algébricas são aquelas que contêm números e letras. Ex: 2ax²+bx Variáveis são as letras das expressões algébricas que repre- sentam um número real e que de princípio não possuem um valor definido. Valor numérico de uma expressão algébrica é o número que obtemos substituindo as variáveis por números e efetuamos suas operações. Ex: Sendo x =1 e y = 2, calcule o valor numérico (VN) da expressão: x² + y » 1² + 2 =3 Portando o valor numérico da expressão é 3. Monômio: os números e letras estão ligados apenas por pro- dutos. Ex : 4x Polinômio: é a soma ou subtração de monômios. Ex: 4x+2y Termos semelhantes: são aqueles que possuem partes literais iguais ( variáveis ) Ex: 2 x³ y² z e 3 x³ y² z » são termos semelhantes pois pos- suem a mesma parte literal. Adição e Subtração de expressões algébricas Para determinarmos a soma ou subtração de expressões algé- bricas, basta somar ou subtrair os termos semelhantes. Assim: 2 x³ y² z + 3x³ y² z = 5x³ y² z ou 2 x³ y² z - 3x³ y² z = -x³ y² z Convém lembrar dos jogos de sinais. Na expressão ( x³ + 2 y² + 1 ) – ( y ² - 2 ) = x³ +2 y² + 1 – y² + 2 = x³ + y² +3 Multiplicação e Divisão de expressões algébricas Na multiplicação e divisão de expressões algébricas, devemos usar a propriedade distributiva. Exemplos: 1) a ( x+y ) = ax + ay 2) (a+b)(x+y) = ax + ay + bx + by 3) x ( x ² + y ) = x³ + xy Para multiplicarmos potências de mesma base, conservamos a base e somamos os expoentes. Didatismo e Conhecimento 26 PROGRAMA DE MATEMÁTICA Na divisão de potências devemos conservar a base e subtrair os expoentes Exemplos: 1) 4x² : 2 x = 2 x 2) ( 6 x³ - 8 x ) : 2 x = 3 x² - 4 3) (x4 - 5x3 + 9x2 - 7x+2) :(x2 - 2x + 1) = x2 - 3x +2 Resolução: x4 - 5x3 + 9x2 - 7x+2 x2 - 2x + 1 -x4 + 2x3 - x2 x2 - 3x + 2 -3x3 + 8x2 -7x 3x3 - 6x2 -3x 2x2 - 4x + 2 -2x2 + 4x - 2 0 Para iniciarmos as operações devemos saber o que são termos semelhantes. Dizemos que um termo é semelhante do outro quando suas partes literais são idênticas. Veja: 5x2 e 42x são dois termos, as suas partes literais são x2 e x, as letras são iguais, mas o expoente não, então esses termos não são semelhantes. 7ab2 e 20ab2 são dois termos, suas partes literais são ab2 e ab2, observamos que elas são idênticas, então podemos dizer que são semelhantes. Adição e subtração
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