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1 MATEMÁTICA e suas tecnologias Herlan Fellini, Pedro Tadeu Batista e Vitor Okuhara M MATEMÁTICA T Matemática para vestibular medicina 5ª edição • São Paulo 2019 © Hexag Sistema de Ensino, 2018 Direitos desta edição: Hexag Sistema de Ensino, São Paulo, 2019 Todos os direitos reservados Autores Herlan Fellini Pedro Tadeu Batista Vitor Okuhara Diretor geral Herlan Fellini Coordenador geral Raphael de Souza Motta Responsabilidade editorial, programação visual, revisão e pesquisa iconográfica Hexag Sistema de Ensino Diretor editorial Pedro Tadeu Batista Editoração eletrônica Arthur Tahan Miguel Torres Claudio Guilherme da Silva Souza Eder Carlos Bastos de Lima Fernando Cruz Botelho de Souza Matheus Franco da Silveira Raphael de Souza Motta Raphael Campos Silva Projeto gráfico e capa Raphael Campos Silva Foto da capa pixabay (http://pixabay.com) Impressão e acabamento Meta Solutions ISBN: 978-85-9542-071-7 Todas as citações de textos contidas neste livro didático estão de acordo com a legislação, tendo por fim único e exclusivo o ensino. Caso exista algum texto, a respeito do qual seja necessária a inclusão de informação adicional, ficamos à disposição para o contato pertinente. Do mesmo modo, fizemos todos os esforços para identificar e localizar os titulares dos direitos sobre as imagens publicadas e estamos à disposição para suprir eventual omissão de crédito em futuras edições. O material de publicidade e propaganda reproduzido nesta obra é usado apenas para fins didáticos, não representando qual- quer tipo de recomendação de produtos ou empresas por parte do(s) autor(es) e da editora. 2019 Todos os direitos reservados para Hexag Sistema de Ensino Rua Luís Góis, 853 – Mirandópolis – São Paulo – SP CEP: 04043-300 Telefone: (11) 3259-5005 www.hexag.com.br contato@hexag.com.br CARO ALUNO O Hexag Medicina é referência em preparação pré-vestibular de candidatos à carreira de Medicina. Desde 2010, são centenas de aprovações nos principais vestibulares de Medicina no Estado de São Paulo, Rio de Janeiro e em todo Brasil. O material didático foi, mais uma vez, aperfeiçoado e seu conteúdo enriquecido, inclusive com questões recentes dos relevantes vestibulares de 2019. Esteticamente, houve uma melhora em seu layout, na definição das imagens, criação de novas seções e também na utilização de cores. No total, são 103 livros, 24 cadernos de Estudo Orientado e 6 cadernos de aula. O conteúdo dos livros foi organizado por aulas. Cada assunto contém uma rica teoria, que contempla de forma objetiva e clara o que o aluno realmente necessita assimilar para o seu êxito nos principais vestibulares do Brasil e Enem, dispensando qualquer tipo de material alternativo complementar. Todo livro é iniciado por um infográfico. Esta seção, de forma simples, resumida e dinâmica, foi desenvolvida para indicação dos assuntos mais abordados nos principais vestibulares, voltados para o curso de medicina em todo território nacional. O conteúdo das aulas está dividido da seguinte forma: TEORIA Todo o desenvolvimento dos conteúdos teóricos, de cada coleção, tem como principal objetivo apoiar o estudante na resolução de questões propos- tas. Os textos dos livros são de fácil compreensão, completos e organizados. Além disso, contam com imagens ilustrativas que complementam as explicações dadas em sala de aula. Quadros, mapas e organogramas, em cores nítidas, também são usados, e compõem um conjunto abrangente de informações para o estudante, que vai dedicar-se à rotina intensa de estudos. TEORIA NA PRÁTICA (EXEMPLOS) Desenvolvida pensando nas disciplinas que fazem parte das Ciências da Natureza e suas Tecnologias e Matemática e suas Tecnologias. Nesses compilados nos deparamos com modelos de exercícios resolvidos e comentados, aquilo que parece abstrato e de difícil compreensão torna-se mais acessível e de bom entendimento aos olhos do estudante. Através dessas resoluções é possível rever a qualquer momento as explicações dadas em sala de aula. INTERATIVIDADE Trata-se do complemento às aulas abordadas. É desenvolvida uma seção que oferece uma cuidadosa seleção de conteúdos para complementar o repertório do estudante. É dividido em boxes para facilitar a compreensão, com indicação de vídeos, sites, filmes, músicas e livros para o aprendizado do aluno. Tudo isso é encontrado em subcategorias que facilitam o aprofundamento nos temas estudados. Há obras de arte, poemas, imagens, artigos e até sugestões de aplicativos que facilitam os estudos, sendo conteúdos essenciais para ampliar as habilidades de análise e reflexão crítica. Tudo é selecionado com finos critérios para apurar ainda mais o conhecimento do nosso estudante. INTERDISCIPLINARIDADE Atento às constantes mudanças dos grandes vestibulares, é elaborada, a cada aula, a seção interdisciplinaridade. As questões dos vestibulares de hoje não exigem mais dos candidatos apenas o puro conhecimento dos conteúdos de cada área, de cada matéria. Atualmente há muitas perguntas interdisciplinares que abrangem conteúdos de diferentes áreas em uma mesma questão, como biologia e química, história e geografia, biologia e matemática, entre outros. Neste espaço, o estudante inicia o contato com essa realidade por meio de explicações que relacio- nam a aula do dia com aulas de outras disciplinas e conteúdos de outros livros, sempre utilizando temas da atualidade. Assim, o estudante consegue entender que cada disciplina não existe de forma isolada, mas sim, fazendo parte de uma grande engrenagem no mundo em que ele vive. APLICAÇÃO NO COTIDIANO Um dos grandes problemas do conhecimento acadêmico é o seu distanciamento da realidade cotidiana no desenvolver do dia a dia, dificultando o contato daqueles que tentam apreender determinados conceitos e aprofundamento dos assuntos, para além da superficial memorização ou “decorebas” de fórmulas ou regras. Para evitar bloqueios de aprendizagem com os conteúdos, foi desenvolvida a seção "Aplicação no Cotidiano". Como o próprio nome já aponta, há uma preocupação em levar aos nossos estudantes a clareza das relações entre aquilo que eles aprendem e aquilo que eles têm contato em seu dia a dia. CONSTRUÇÃO DE HABILIDADES Elaborada pensando no Enem, e sabendo que a prova tem o objetivo de avaliar o desempenho ao fim da escolaridade básica, o estudante deve conhecer as diversas habilidades e competências abordadas nas provas. Os livros da “Coleção vestibulares de Medicina” contêm, a cada aula, algumas dessas habilidades. No compilado “Construção de Habilidades”, há o modelo de exercício que não é apenas resolvido, mas sim feito uma análise expositiva, descre- vendo passo a passo e analisado à luz das habilidades estudadas no dia. Esse recurso constrói para o estudante um roteiro para ajudá-lo a apurá-las na sua prática, identificá-las na prova e resolver cada questão com tranquilidade. ESTRUTURA CONCEITUAL Cada pessoa tem sua própria forma de aprendizado. Geramos aos estudantes o máximo de recursos para orientá-los em suas trajetórias. Um deles é a estrutura conceitual, para aqueles que aprendem visualmente a entender os conteúdos e processos por meio de esquemas cognitivos, mapas mentais e fluxogramas. Além disso, esse compilado é um resumo de todo o conteúdo da aula. Por meio dele, pode-se fazer uma rápida consulta aos principais conteúdos ensinados no dia, o que facilita sua organização de estudos e até a resolução dos exercícios. A edição 2019 foi elaborada com muito empenho e dedicação, oferecendo ao aluno um material moderno e completo, um grande aliado para o seu sucesso nos vestibulares mais concorridos de Medicina. Herlan Fellini SUMÁRIO MATEMÁTICA ÁLGEBRA TRIGONOMETRIA E ARITMÉTICA GEOMETRIA PLANA Aulas 1 e 2: Potenciação e radiciação 7 Aulas 3 e 4: Equações do primeiro grau e problemas clássicos 19 Aulas 5 e 6: Equações do segundo grau 33 Aulas 7 e 8: Teoria dos conjuntos 43 Aulas 9 e 10: Operações com intervalos 57 Aulas 1 e 2: Trigonometriano triângulo retângulo 63 Aulas 3 e 4: Produtos notáveis 73 Aulas 5 e 6: Fatoração 81 Aulas 7 e 8: Conjuntos numéricos 89 Aulas 9 e 10: Razão, proporção e grandezas proporcionais 101 Aulas 1 e 2: Introdução à geometria plana 119 Aulas 3 e 4: Ângulos num triângulo e ângulos numa circunferência 129 Aulas 5 e 6: Razão proporcional e teoremas de Tales e da bissetriz interna 141 Aulas 7 e 8: Pontos notáveis de um triângulo 151 Aulas 9 e 10: Semelhança de triângulos 157 FUVEST Potenciação, radiciação e equações, por serem assuntos básicos, dificilmente serão cobrados isoladamente, já que a Fuvest é conhecida por cobrar em uma única questão múltiplos assuntos interdisciplinares e intradisciplinares. Estas são matérias bases para questões com conteúdo das próximas aulas, como funções. UNESP Com questões diretas e concisas, a Vunesp procura avaliar na primeira fase equações do primeiro e do segundo grau, na maioria atreladas aos conceitos de funções. UNICAMP Assuntos básicos como potenciação e radiciação são cobrados em questões de variações de gran- dezas físicas. Teoria dos conjuntos é cobrado com descrição de um enunciado para que o aluno desenhe os conjuntos. Equações são assuntos básicos, que necessitam de outros tópicos de mate- mática para que tenham uma aplicação. UNIFESP Pelo fato das questões da Unifesp serem dissertativas com grau de dificuldade acima da média, os conteúdos deste livro não são cobrados em questões específicas, e sim em conjunto com os tópicos dos próximos livros. ENEM/UFMG/UFRJ O ENEM é famoso por analisar conceitos básicos em suas questões. Portanto, os estudos de potenciação e radiciação são cobrados em questões de grandezas físicas. Equações e problemas do cotidiano são cobrados. UERJ Uma prova similar a do Enem, e, assim como nos demais vestibulares, quem se destaca sempre no quadro de conteúdos pedidos também é a área de ecologia, com suas interações entre os indivíduos. FA CU LD ADE DE MEDICINA BOTUCATU 1963 Abordagem de ÁLGEBRA nos principais vestibulares. 01 02 M MATEMÁTICA T Potenciação e radiciação Competências 1 e 2 Habilidades 1, 3, 4, 7, 10 e 11 Ge ra lt/ Pi xa ba y Competência 1 – Construir significados para os números naturais, inteiros, racionais e reais. H1 Reconhecer, no contexto social, diferentes significados e representações dos números e operações – naturais, inteiros, racionais ou reais. H2 Identificar padrões numéricos ou princípios de contagem. H3 Resolver situação-problema envolvendo conhecimentos numéricos. H4 Avaliar a razoabilidade de um resultado numérico na construção de argumentos sobre afirmações quantitativas. H5 Avaliar propostas de intervenção na realidade utilizando conhecimentos numéricos. Competência 2 – Utilizar o conhecimento geométrico para realizar a leitura e a representação da realidade e agir sobre ela. H6 Interpretar a localização e a movimentação de pessoas/objetos no espaço tridimensional e sua representação no espaço bidimensional. H7 Identificar características de figuras planas ou espaciais. H8 Resolver situação-problema que envolva conhecimentos geométricos de espaço e forma. H9 Utilizar conhecimentos geométricos de espaço e forma na seleção de argumentos propostos como solução de problemas do cotidiano. Competência 3 – Construir noções de grandezas e medidas para a compreensão da realidade e a solução de problemas do cotidiano. H10 Identificar relações entre grandezas e unidades de medida. H11 Utilizar a noção de escalas na leitura de representação de situação do cotidiano. H12 Resolver situação-problema que envolva medidas de grandezas. H13 Avaliar o resultado de uma medição na construção de um argumento consistente. H14 Avaliar proposta de intervenção na realidade utilizando conhecimentos geométricos relacionados a grandezas e medidas. Competência 4 – Construir noções de variação de grandezas para a compreensão da realidade e a solução de problemas do cotidiano. H15 Identificar a relação de dependência entre grandezas. H16 Resolver situação-problema envolvendo a variação de grandezas, direta ou inversamente proporcionais. H17 Analisar informações envolvendo a variação de grandezas como recurso para a construção de argumentação. H18 Avaliar propostas de intervenção na realidade envolvendo variação de grandezas. Competência 5 – Modelar e resolver problemas que envolvem variáveis socioeconômicas ou técnico-científicas, usando representações algébricas. H19 Identificar representações algébricas que expressem a relação entre grandezas. H20 Interpretar gráfico cartesiano que represente relações entre grandezas. H21 Resolver situação-problema cuja modelagem envolva conhecimentos algébricos. H22 Utilizar conhecimentos algébricos/geométricos como recurso para a construção de argumentação. H23 Avaliar propostas de intervenção na realidade utilizando conhecimentos algébricos. Competência 6 – Interpretar informações de natureza científica e social obtidas da leitura de gráficos e tabelas, realizando previsão de tendência, extrapolação, interpolação e interpretação. H24 Utilizar informações expressas em gráficos ou tabelas para fazer inferências. H25 Resolver problema com dados apresentados em tabelas ou gráficos. H26 Analisar informações expressas em gráficos ou tabelas como recurso para a construção de argumentos. Competência 7 – Compreender o caráter aleatório e não determinístico dos fenômenos naturais e sociais e utilizar instrumentos ade- quados para medidas, determinação de amostras e cálculos de probabilidade para interpretar informações de variáveis apresentadas em uma distribuição estatística. H27 Calcular medidas de tendência central ou de dispersão de um conjunto de dados expressos em uma tabela de frequências de dados agrupados (não em classes) ou em gráficos. H28 Resolver situação-problema que envolva conhecimentos de estatística e probabilidade. H29 Utilizar conhecimentos de estatística e probabilidade como recurso para a construção de argumentação. H30 Avaliar propostas de intervenção na realidade utilizando conhecimentos de estatística e probabilidade. 9 Potenciação Potenciação com expoente natural Representamos por bn, sendo b (denominado base) um número real e n (denominado expoente) um nú- mero natural maior que 2, o produto de n fatores iguais a b, o seguinte produto: bn = b ∙ b ∙ b ∙ ... ∙ b n fatores Exemplos § Cálculo do valor de 25, no qual a base é um número natural: 25 = 2 ∙ 2 ∙ 2 ∙ 2 ∙ 2 = 32 § Cálculo do valor de (–3)³, no qual a base é um número inteiro negativo: (–3)³ = (–3) ∙ (–3) ∙ (–3) = –27 (–3)4 = (–3) ∙ (–3) ∙ (–3) ∙ (–3) = 81 Observação: note que, se a base for um número real negativo e o expoente um número natural ímpar, o resultado é negativo, mas se o expoente for um número natural par, o resultado é positivo. § Cálculo do valor de ( 2 __ 3 ) 3 , no qual a base é um número racional: ( 2 __ 3 ) 3 = ( 2 __ 3 ) ∙ ( 2 __ 3 ) ∙ ( 2 __ 3 ) = 8 ___ 27 No caso em que n < 2, definimos: § b0 = 1, para b ≠ 0; § b1 = b Algebricamente, sendo x ∈ ℝ, a potenciação pode ser escrita da seguinte forma: x = x¹ x ∙ x = x² x ∙ x ∙ x = x³ Potenciação com expoente inteiro negativo Dada uma base b real não nula e um expoente n ∈ ℤ negativo, definimos: b–n = 1 __ bn Dessa forma, quando o expoente for um número inteiro negativo, podemos inverter a base a fim de tornar o expoente positivo e efetuar as operações da mesma forma que vimos anteriormente. Exemplos § 3–2 = 1 __ 32 = 1 __ 9 § ( 2 __ 5 ) –2 = 1 ____ ( 2 __ 5 ) 2 = 1 ___ 4 ___ 25 = 25 ___ 4 § 10–2 = 1 ___ 102 = 1 ___ 100 = 0,01 § x–1 = 1 __ x , sendo x ∈ ℝ e não nulo 10 Potenciação com expoente racional Dado um número real a e um número racional m __ n , sendo m ∈ ℤ e n ∈ ℤ* (n ≠ 0), definimos a potenciação de base a e expoente m __ n da seguinte forma: a = n dXXX am Como podemos ver, quando temosum expoente racional na forma da fração m __ n , podemos reescrever a potência como uma raiz n-ésima de am. Definiremos as propriedades das raízes n-ésimas aritméticas no próximo capítulo. Propriedades De modo geral, sendo a e b números reais e m e n números inteiros, valem as seguintes propriedades: Produto de potências de mesma base Quando se tem o produto entre duas potências de mesma base, somam-se os expoentes e conserva-se a base: P1: a m ∙ an = am+n § 23 ∙ 25 = 23+5 = 28 § ( 1 __ 2 ) 5 ∙ 23 = 2–5 ∙ 23 = 2–5+3 = 2–2 = 1 __ 22 = 1__ 4 § 16 ∙ 32 = 24 ∙ 25 = 24+5 = 29 § x2 · ( 1 __ x ) = x2 ∙ x–1 = x1 = x Quociente de potências de mesma base Quando se tem o quociente entre duas potências de mesma base, subtraem-se os expoentes e conserva- -se a base: P2: am __ an = a m–n, se a ≠ 0 e m ≥ n § 5 7 __ 53 = 57–3 = 54 § ( 1 __ 3 ) 9 : ( 1 __ 3 ) = ( 1 __ 3 ) = ( 1 __ 3 ) 4 § x 7 __ x3 = x4 Potência de um produto A potência de um produto pode ser escrita como um produto de potências: P3: (a ∙ b) m = am ∙ bm § (2 ∙ 5)³ = 2³ ∙ 5³ = 8 ∙ 125 = 1 000 § (x ∙ y)² = x² ∙ y² Potência de um quociente A potência de um quociente pode ser escrita como um quociente de potências: P4: ( a __ b ) m = a m __ bm , se b ≠ 0 § ( 2 __ 3 ) 2 = 2 2__ 32 = 4__ 9 § ( x __ yz )3 = x 3 ____ (yz)3 = x 3 ___ y3z3 Potência de uma potência Quando se tem uma potência em que sua base apresenta outra potência, mantém-se a base e multi- plicam-se os expoentes: P5: (a m)n = am ∙ n § (52)3 = 52 ∙ 3 = 56 § (2 ∙ 32)4 = 24 ∙ (32)4 = 24 ∙ 32 ∙ 4 = 24 ∙ 38 § (x2 ∙ y5)3 = (x2)3 ∙ (y5)3 = x2 ∙ 3 · y5 ∙ 3 = x6 ∙ y15 Observação: note que (am)n ≠ amn. No caso de (am)n, a base do expoente n é am, e no caso de amn, a base do expoente n é m, e mn é o expoente da base a. Veja um exemplo: (2²)³ = (2²) ∙ (2²) ∙ (2²) = 4 ∙ 4 ∙ 4 = 64 22³ = 22 ∙ 2 ∙ 2 = 28 = 256 Note, também, que devido à propriedade comu- tativa da multiplicação, temos que (am)n = (an)m. 5 9-5 11 Resumo das propriedades de potências Sendo a e b números reais e m e n números in- teiros, temos: § P1: a m ∙ an = am+n § P2: am __ an = a m – n, se a ≠ 0 e m ≥ n § P3: (a ∙ b) m = am ∙ bm § P4: ( a __ b ) m = a m __ bn , se b ≠ 0 § P5: (a m)n = am ∙ n Escrita de um número na forma de potência Nas expressões numéricas em que podemos es- crever todas as potências com uma base comum, pode- mos utilizar as propriedades de potenciação descritas. Veja alguns exemplos utilizando a base 2: § 1 = 20 § 2 = 2¹ § 4 = 2² § 8 = 2³ § 16 = 24 § 1/2 = 2–1 § 1/4 = 2–2 § 1/8 = 2–3 § 1/16 = 2–4 § √ __ 2 = 21/2 § √ __ 4 = 22/2 = 2 § √ __ 8 = 23/2 § √ ___ 16 = 24/2 = 22 Também podemos escrever alguns números ra- cionais na forma de uma potência com base inteira: § 0,5 = 5 ___ 10 = 1 __ 2 = 2–1 § 0,25 = 25 ___ 100 = 1 __ 4 = 2–2 § 0,125 = 125____ 1000 = 1 __ 8 = 2–3 Veja como simplificamos o cálculo de uma expres- são numérica envolvendo potências de mesma base: ( ( 1__8 ) –2 163 ) 4 ∙ ∙ _____________ 0,58 ∙ ( 1 ___ 32 ) 2 Escrevendo cada fator como uma potência de base 2, temos: ( (22) ∙ (2–3)–2 ∙ (24)3 ) –1 ________________ (2–1)8 ∙ (2–5)2 Utilizando, agora, as propriedades da potencia- ção, podemos realizar as simplificações: (2 2 ∙ 26 ∙ 212)–1 ___________ 2–8 ∙ 2–10 = (2 2+6+12)–1 _______ 2–8+(–10) = (2 20)–1_____ 2–18 = 2–20–(–18) = 2–2 = 1__ 4 Potências e notação científica Como vimos, potências do tipo bn podem ser usadas para simplificar um produto de n termos iguais a b. Quando lidamos com grandezas muito grandes ou muito pequenas, podemos utilizar potências de base 10 para representar esses números. Esse tipo de represen- tação é denominada notação científica. Veja a fórmula da notação científica: m ∙ 10e na qual m é denominado mantissa, um número racional maior que 1 e menor que 10, enquanto que e é denominado a ordem de grandeza, expoente da base 10. Caso desejemos escrever o número 2 500 000 (dois milhões e quinhentos mil), de forma mais con- cisa fazemos: 2 500 000 = 2,5 ∙ 1 000 000 = 2,5 ∙ 106 Radiciação Chamamos radical a raiz enésima de um núme- ro real a, sendo a um número maior ou igual a zero e n um número natural maior ou igual a 2. n √ __ a , em que a [ R+ e n [ N, com n ≥ 2, é chamado de radical. Teoria na prática √ ___ 16 5 √ __ 2 √ ___ 1 ___ 36 O termo radical também é representado pelo símbolo √ __ 0 . -1 12 Propriedades 1ª propriedade Observe um radical com índice ímpar: 3 √ ____ 125 = 5 e 125 = 53 3 √ ____ 125 = 3 √ __ 53 = 5 Agora, veja um radical com índice par: 2 √ ____ 121 = 11 e 121 = 112 2 √ ____ 121 = 2 √ ___ 112 = 11 De modo geral, vale a igualdade n √ ___ an = a, para todo a [ R+ e n [ N, com n ≥ 2. Exemplos √ __ 42 = 4 6 √ __ 76 = 7 8 √ __ 78 = 7 Observação: Essa propriedade é válida somen- te para a igual a zero ou maior que zero. Se tivermos, por exemplo, 4 √ ____ (-2)4 , a expressão não equivalerá a – 2, pois 4 √ ____ (-2)4 = 4 √ ___ 16 = 2. Se, porém, o índice for ímpar, a propriedade n √ __ an = a continuará válida. Veja: 3 √ ____ (-1)3 = –1 Assim, para uma expressão com radicais, temos de impor a condição de existência: § Se o índice for ímpar (n é ímpar), o radi- cando poderá ser qualquer número real: n √ __ xn = x, x ∈ R. § Se o índice for par (n é par), o radicando deverá ser um número real não negativo: n √ __ xn = x, x ≥ 0 (condição de existência). Observe que dessa definição, segue que 24 : 2 = 23, e não 22. 2ª propriedade Podemos representar o número 2 por meio de diferentes radicais: 2 = 5 √ __ 25 2 = 10 √ ___ 210 Então: 5 √ __ 25 = 10 √ ___ 210 Para obter a igualdade, podemos fazer: 10 √ ___ 210 = 10 : 2 √ ____ 210 : 2 = 5 √ __ 25 De modo geral, temos n √ ___ am = n : p √ ___ am:p , para todo a [ R+ e n [ N, com n ≥ 2, sendo p um número dife- rente de zero e divisor comum de m e n. Essa propriedade geralmente é usada para sim- plificar alguns radicais. Exemplos 8 √ __ 74 = 8 : 4 √ ____ 74 : 4 = 2 √ __ 7 10 √ ___ 32 = 10 √ __ 25 = 10 : 5 √ ____ 25 : 5 = 2 √ __ 2 3ª propriedade Observe as expressões 3 √ _____ 27 ∙ 8 e 3 √ ___ 27 · 3 √ __ 8 . De modo geral, temos n √ ____ a ∙ b = n √ __ a · n √ __ b , para todo a [ R+, b [ R+ e n [ N, com n ≥ 2. Exemplos √ _____ 4 ∙ 10 = √ __ 4 ∙ √ ___ 10 4 √ _______ 1 ___ 10 ∙ 100 = 4 √ ___ 1 ___ 10 ∙ 4 √ ____ 100 4ª propriedade Observe as expressões 3 √ ___ 27 ___ 8 e 3 √ ___ 27 ____ 3 √ __ 8 13 De modo geral, temos n √ __ a __ b = n √ __ a ___ n √ __ b , para todo a [ R+, b [ R + * e n ∈ N, com n ≥ 2. Exemplos √ ___ 30 ___ 7 = √ ___ 30 ____ √ __ 7 3 √ _____ 0,001 = 3 √ ______ 1 _____ 1.000 = 3 √ __ 1 ______ 3 √ _____ 1.000 = 1 ___ 10 Potenciação e radiciação com radicais Veja uma potenciação com radicais: ( 5 √ __ 2 ) 4 = 5 √ __ 2 · 5 √ __ 2 · 5 √ __ 2 · 5 √ __ 2 = 5 √ _________ 2 ∙ 2 ∙ 2 ∙ 2 = 5 √ __ 24 De modo geral, para efetuar a potenciação com um radical, elevamos o radicando ao expoente dado: ( m √ __ a ) n = m √ __ an , em que a ≥ 0, m é um número natural maior que 1 e n é um número inteiro. Exemplos ( √ __ 5 ) 3 = √ __ 53 ( 2 3 √ __ 3 ) 5 = 25 · 3 √ __ 35 = 32 · 3 · 3 dXX 32 = 96 3 dXX 32 ( 6 dXXXXX 4 – x ) 2 = 62 · dXXXXXX (4 – x)2 = 36 · (4 – x) = 144 – 36x, com x ≤ 4 ( dXX5 + 3 ) 2 = ( dXX 5 ) 2 + 2 · dXX 5 · 3 + 32 = 5 + 6 dXX 5 + 9 = 14 + 6 dXX 5 Para entender o procedimento da radiciação com radicais, compare as expressões: 2 dXXXXX 3 dXXXX 729 = 2 dXX 9 = 3 e 6 dXXXX 729 = 3 Como as duas expressões são iguais a 3, então: 2 dXXXXX 3 dXXXX 729 = 6 dXXXX 729 = 3 De modo geral, para efetuar a radiciação com radicais, fazemos m dXXX n dXX a = m · n dXX a , em que a ≥ 0 e m e n são números naturais maiores que 1. Exemplos 3 dXXX dXX 2 = 3 · 2 dXX 2 = 6 dXX 2 dXXXXXXX 3 dXXXXX 1.000 _____ 64 = 2 · 3 d XXXXX 1.000 _____ 64 = 6 dXXXXX 1.000 _____ 64 = 6 d XXXX 10 3 ___ 26 = 6 dXXX 103 ____ 6 dXX 26 = = dXXX 10 ____ 2 Racionalização de denominadores O processo de racionalização do denominador consiste em multiplicar a fração dada pelo número 1, escrito como fração, de modo que o produto nos deno- minadores seja um número racional. 1 ___ dXX 2 = 1 ___ dXX 2 · 1 = 1 ___ dXX 2 · dXX 2 ___ dXX 2 = 1 · dXX 2 ______ dXX 2 · dXX 2 = dXX 2 ____ dXX 22 = dXX 2 ___ 2 Note que, após a racionalização, escrevemos de outra forma o número dado, agora com denominador racional. Calcular dXX 2 ___ 2 é mais simples que calcular 1 ___ dXX 2 . Analise a racionalização dos denominadores de alguns números agrupados nas situações a seguir: Situação 1 § Vamos racionalizar o denominador de 2 ____ 3 dXX 8 . 2 ____ 3 dXX 8 = 2 ____ 3 dXX 8 · dXX 8 ___ dXX 8 = 2 √ __ 8 ____ 3 ∙ 8 = √ __ 8 ___ 12 § Vamos racionalizar o denominador de 3 ___ 4 dXX 3 . 3 ___ 4 dXX 3 = 3 ___ 4 dXX 3 · 4 dXX 33 ___ 4 dXX 33 = 3 4 dXX 33 ____ 4 dXX 34 = 3 4 dXX 33 ____ 3 = 4 dXX 33 Situação 2 § Vamos racionalizar o denominador de 3 ______ dXX 3 + 1 . Como nesse denominador há uma adição em que pelo menos uma parcela é um número irra- cional, usamos o produto da soma pela diferen- ça para racionalizar o denominador. 3 ______ dXX 3 + 1 = 3 ______ dXX 3 + 1 · dXX 3 – 1 ______ dXX 3 – 1 = 3 · ( √ __ 3 – 1) ________ ( √ __ 3 )2 – (1)2 = = 3 √ __ 3 - 3 ______ 3 - 1 = 3 √ __ 3 - 3 ______ 2 . 14 § Vamos racionalizar o denominador de 2 _______ dXX 2 + dXX 5 . Nesse denominador, há uma adição de dois números irracionais. Para racionalizá-lo, vamos multiplicar a fração por: dXX 2 – dXX 5 _______ dXX 2 – dXX 5 . 2 _______ dXX 2 + dXX 5 · dXX 2 – dXX 5 _______ dXX 2 – dXX 5 = 2 · ( dXX 2 – dXX 5 ) __________ ( dXX 2 ) 2 – ( dXX 5 ) 2 = = 2 dXX 2 – 2 dXX 5 _________ 2 – 5 = 2 √ __ 5 - 2 √ __ 2 ________ 3 § Vamos racionalizar o denominador de dXX 6 ______ 4 – dXX 5 . dXX 6 ______ 4 – dXX 5 · 4 + √ __ 5 ______ 4 + √ __ 5 = dXX 6 · ( 4 + dXX 5 ) ___________ 42 – ( dXX 5 ) 2 = = 4 dXX 6 + dXXX 30 _________ 16 – 5 = 4 √ __ 6 + √ ___ 30 _________ 11 O produto da soma pela diferença de a e b é: (a + b) · (a – b) = a2 – b2 Potência com expoente fracionário O expoente de uma potência pode ser um núme- ro em forma de fração. Veja o significado disso com o exemplo a seguir. 51/2 = ( √ ___ 51/2 )2 – 1ª propriedade dos radicais ( √ ___ 51/2 )2 = dXXX 51/2 · dXXX 51/2 = dXXXXXX 51/2 + 1/2 – propriedade do produto de potências de mesma base dXXXXXX 51/2 + 1/2 = dXX 51 = dXX 5 Portanto: 51/2 = dXX 5 . Se 51/2 = dXX 5 , então 53/2 = (51/2)3 = ( dXX 5 ) 3 = dXX 53 Da mesma forma, podemos escrever outras po- tências de expoente fracionário como um radical. 25/3 = 3 dXX 25 [ 1 __ 8 ] 2/3 = 3 dXXXX [ 1 __ 8 ] 2 = 3 √ ____ ( 1 __ 23 ) 2 = 3 dXXX 1 __ 26 = 1 __ 4 (0,3)2/7 = 7 dXXXXX (0,3)2 = 7 √ ____ 0,09 De modo geral, podemos dizer que am/n = n √ __ am para todo a [ R+, m [ Z e n [ N, com n ≥ 2. Teoria na prática 1. Analise as seguintes afirmações: I. A subtração ( 2 √ __ 8 – 3 √ __ 2 ) 3, equivale a 2 √ __ 2 . II. 5 √ __ 8 é maior que 11 √ __ 2 . III (6 √ __ 3 )2 é igual a 108. Estão corretas as afirmativas: a) I e II apenas. b) I e III apenas. c) II e III apenas. d) I, II e III. Resolução: I. Correta. Desenvolvendo a subtração: (2 √ __ 8 – 3 √ __ 2 )3 = (2 √ __ 23 – 3 √ __ 2 )3 = = (2 √ __ 22 · 2 – 3 √ __ 2 )3 = = (2 √ __ 22 · √ __ 2 – 3 √ __ 2 )3 = (4 √ __ 2 – 3 √ __ 2 )3 = = ( √ __ 2 ) 3 = 2 √ __ 2 II. Incorreta. 5 √ __ 8 = 5 √ ______ 22 ∙ 2 = 5 √ __ 22 · √ __ 2 = = 10 √ __ 2 < 11 √ __ 2 III. Correta. Teremos: (6 √ __ 3 )2 = 36 · 3 = 108 Alternativa B 2. Considere as seguintes expressões: I. 3 √ ___ 12 ____ 2 = 3 √ __ 2 II. (2 √ __ 3 )-1 = √ __ 3 ___ 6 III. (24) 1 __ 2 = 2 √ __ 2 É(são) verdadeira(s), a(s) alternativa(s): a) I. b) II. c) III. d) I e II. e) I e III. Resolução: I. Incorreta. 3 √ ___ 12 ____ 2 = 3 · 2 · √ __ 3 ________ 2 = 3 √ __ 3 II. Correta. (2 √ __ 3 )-1 = 1 ____ 2 √ __ 3 · √ __ 3 ___ √ __ 3 = √ __ 3 ___ 6 III. Incorreta. (24) 1 __ 2 = 2 4 __ 2 = 22 = 4 Alternativa B 15 3. Assinale a alternativa correta: a) √ __ 4 + √ __ 5 < 3 b) ( √ __ 3 + √ __ 2 )2 = ( √ __ 3 )2 + ( √ __ 2 ) 2 = 3 + 2 = 5 c) 9 ___ √ __ 3 = 6 √ __ 3 d) 4 ______ ( √ __ 5 - 1 ) = √ __ 5 + 1 e) √ ___ 16 = ±4 Resolução: a) Incorreta, pois √ __ 4 + √ __ 5 > 3 b) Incorreta, pois ( √ __ 3 + √ __ 2 ) 2 = = ( √ __ 3 ) 2 + 2 √ __ 3 ∙ √ __ 2 + ( √ __ 2 )2 = 5 + 2 √ __ 6 . c) Incorreta, pois 9 ___ √ __ 3 = 9 ___ √ __ 3 ∙ √ __ 3 ___ √ __ 3 = 9 √ __ 3 ____ 3 = = 3 √ __ 3 . d) Correta, pois 4 ______ ( √ __ 5 – 1 ) · √ __ 5 + 1 ______ √ __ 5 + 1 = √ __ 5 + 1 . e) Incorreta, pois √ ___ 16 = 4. Alternativa D 4. Considerando os números reais, x = √ ___ 2,7... y = [ √ ____ 0,25 + (163/4)-1 ] -1 z = 3 √ ____ (23)2 – √ ________ 3 √ __ 56 · ( 5 __ 6 ) -2 é FALSO afirmar que: a) z _ y < – 3 __ 2 b) x – y < 1 __ 5 c) x + z < 0 d) x + y + z ∉ ( ℝ – ℚ) Resolução: x = √ ___ 2,7... = √ _____ 2 + 7 __ 9 = √ ___ 25 ___ 9 = 5 __ 3 y = [ √____ 0,25 + ( 4 √___ 163 ) -1 ] -1 ⇒ ⇒ y = ( √ __ 1 __ 4 + 4 √ _____ ( 1 ___ 16 ) 3 ) -1 ⇒ y = ( 1 __ 2 + 1 __ 8 ) -1 ⇒ y= ( 5 __ 8 ) -1 ⇒ y = 8 __ 5 z = 3 √ ____ (23)2 – √ ________ 3 √ __ 56 ∙ ( 5 __ 6 ) -2 = 26/3 – √ ________ 56/3 ∙ ( 6 __ 5 ) 2 ⇒ ⇒ 22 – √ _____ 52 · 36 ___ 25 = 4 – 6 = –2 Resolução: a) Falso. z __ y < – 3 __ 2 ⇒ - 2 __ 8 __ 5 = –2 · 5 __ 8 = – 5 __ 4 e – 5 __ 4 > – 3 __ 2 . b) Verdadeiro. x – y < 1 __ 5 ⇒ 5 __ 3 – 8 __ 5 < 1 __ 5 ⇒ 1 ___ 15 < 1 __ 5 . c) Verdadeiro. x + z < 0 ⇒ 5 __ 3 – 2 < 0. d) Verdadeiro. x + y + z ∉ (ℝ – ℚ), pois a soma de três números racionais será sempre um número racional. Alternativa A 5. O valor da expressão √ ___ 50 – √ ___ 18 + √ ___ 98 é: a) √ ____ 130 b) –5 √ __ 2 c) 9 √ __2 d) 5 √ ___ 13 e) 15 √ __ 2 Resolução: √ ___ 50 – √ ___ 18 – √ ___ 98 = = 5 √ __ 2 – 3 √ __ 2 – 7 √ __ 2 = = –5 √ __ 2 Alternativa B APLICAÇÃO NO COTIDIANOINTERDISCIPLINARIDADE Vídeo ASSISTIR INTERATIVIAA DADE Filme Sites ACESSAR Introdução à potenciação Uma Mente Brilhante Fonte: Youtube História do matemático John Nash, criador do “Equilíbrio de Nash”, uma teoria com aplicação em Economia na área de Teoria dos Jogos, teoria que acabou premiando Nash com o Prêmio de Ciências Econômicas em Memória, de Alfred Nobel. 16 Expoentes, radicais e notação científica pt.khanacademy.org/math/pre-algebra/pre-algebra-exponents-radicals APLICAÇÃO NO COTIDIANOINTERDISCIPLINARIDADE 17 APLICAÇÃO NO COTIDIANOINTERDISCIPLINARIDADE Imagine um grande prédio a ser construído, com todos os seus elementos e estruturas, fundações, vigas e tijolos. Fazendo uma analogia com a construção de um prédio, a potenciação e a radiciação são a base para a construção dos conhecimentos algébricos. Logo de início, você poderá utilizar os conhecimentos aprendidos de potenciação na disciplina de Física, no uso da notação científica, e na área de Geografia, mais especificamente na área de cartografia, já que trabalhar com potências facilita a mudança de escalas. 18 estRutuRa conceitual EXPOENTE (quantidade de vezes que a base é multiplicada por ela mesma) BASE (número a ser multiplicado) Raiz vem do latim RADIX, que quer dizer lado. Quando dizemos raiz quadrada de 9, estamos pensando em: “qual é o lado do quadrado de área 9?” POTENCIAÇÃO a a · a · a · a · ... · an vezes n (base) (expoente) OPERAÇÃO INVERSA DA POTENCIAÇÃO RADICIAÇÃO (radicando) 3 (índice) an 9 = 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 03 04 M MATEMÁTICA T Equações do primeiro grau e problemas clássicos Competência 5 Habilidades 19, 21, 22 e 23 Ge ra lt/ Pi xa ba y © O laf S pe ier /S hu tte rst oc k Competência 1 – Construir significados para os números naturais, inteiros, racionais e reais. H1 Reconhecer, no contexto social, diferentes significados e representações dos números e operações – naturais, inteiros, racionais ou reais. H2 Identificar padrões numéricos ou princípios de contagem. H3 Resolver situação-problema envolvendo conhecimentos numéricos. H4 Avaliar a razoabilidade de um resultado numérico na construção de argumentos sobre afirmações quantitativas. H5 Avaliar propostas de intervenção na realidade utilizando conhecimentos numéricos. Competência 2 – Utilizar o conhecimento geométrico para realizar a leitura e a representação da realidade e agir sobre ela. H6 Interpretar a localização e a movimentação de pessoas/objetos no espaço tridimensional e sua representação no espaço bidimensional. H7 Identificar características de figuras planas ou espaciais. H8 Resolver situação-problema que envolva conhecimentos geométricos de espaço e forma. H9 Utilizar conhecimentos geométricos de espaço e forma na seleção de argumentos propostos como solução de problemas do cotidiano. Competência 3 – Construir noções de grandezas e medidas para a compreensão da realidade e a solução de problemas do cotidiano. H10 Identificar relações entre grandezas e unidades de medida. H11 Utilizar a noção de escalas na leitura de representação de situação do cotidiano. H12 Resolver situação-problema que envolva medidas de grandezas. H13 Avaliar o resultado de uma medição na construção de um argumento consistente. H14 Avaliar proposta de intervenção na realidade utilizando conhecimentos geométricos relacionados a grandezas e medidas. Competência 4 – Construir noções de variação de grandezas para a compreensão da realidade e a solução de problemas do cotidiano. H15 Identificar a relação de dependência entre grandezas. H16 Resolver situação-problema envolvendo a variação de grandezas, direta ou inversamente proporcionais. H17 Analisar informações envolvendo a variação de grandezas como recurso para a construção de argumentação. H18 Avaliar propostas de intervenção na realidade envolvendo variação de grandezas. Competência 5 – Modelar e resolver problemas que envolvem variáveis socioeconômicas ou técnico-científicas, usando representações algébricas. H19 Identificar representações algébricas que expressem a relação entre grandezas. H20 Interpretar gráfico cartesiano que represente relações entre grandezas. H21 Resolver situação-problema cuja modelagem envolva conhecimentos algébricos. H22 Utilizar conhecimentos algébricos/geométricos como recurso para a construção de argumentação. H23 Avaliar propostas de intervenção na realidade utilizando conhecimentos algébricos. Competência 6 – Interpretar informações de natureza científica e social obtidas da leitura de gráficos e tabelas, realizando previsão de tendência, extrapolação, interpolação e interpretação. H24 Utilizar informações expressas em gráficos ou tabelas para fazer inferências. H25 Resolver problema com dados apresentados em tabelas ou gráficos. H26 Analisar informações expressas em gráficos ou tabelas como recurso para a construção de argumentos. Competência 7 – Compreender o caráter aleatório e não determinístico dos fenômenos naturais e sociais e utilizar instrumentos ade- quados para medidas, determinação de amostras e cálculos de probabilidade para interpretar informações de variáveis apresentadas em uma distribuição estatística. H27 Calcular medidas de tendência central ou de dispersão de um conjunto de dados expressos em uma tabela de frequências de dados agrupados (não em classes) ou em gráficos. H28 Resolver situação-problema que envolva conhecimentos de estatística e probabilidade. H29 Utilizar conhecimentos de estatística e probabilidade como recurso para a construção de argumentação. H30 Avaliar propostas de intervenção na realidade utilizando conhecimentos de estatística e probabilidade. 21 EquaçõEs A primeira referência, ou indício, acerca das equações de que se tem conhecimento está relacionada ao cha- mado “Papiro de Rhind”, um dos documentos egípcios mais antigos que tratam da Matemática, escrito no ano de 1650 a.C., e que recebe também o nome de Ahmes. A álgebra começa a ser apresentada a partir do século XI, com a obra de al-Khwarizmi (738-850 d.C), que designa o estudo das equações com uma ou mais incógnitas em uma resolução de problema. Quando, em sua in- terpretação, conseguimos representar em linguagem simbólica, na forma de uma equação, temos a equação como uma consequência da situação-problema. Al-Khwarizmi, um dos maiores matemáticos árabes, resolvia as equações de uma maneira parecida com a que fazemos hoje: tudo, até mesmo os números, era representado por palavras. No livro Al-jabr wa’l mugãbalah trazia explicações minuciosas sobre a resolução de equações. Diofante foi um matemático grego que viveu no século III. Ele se dedicou à Álgebra e usou a ideia de repre- sentar um número desconhecido por uma letra; por isso, acredita-se que tenha influenciado outros matemáticos. A equação de 1º grau é definida como “uma sentença aberta que exprime uma igualdade entre duas ex- pressões numéricas”. O sentido etimológico da palavra “equação”, deriva do latim equatione, e significa equacionar, igualar. As expressões numéricas, separadas pelo sinal de igualdade, chamam-se “membros”; cada membro é composto por “termos”; e esses termos, que multiplicam as letras, chamam-se “coeficientes de termo”. Considere a seguinte igualdade: 1 + x = 3 A essa igualdade damos o nome de sentença matemática aberta ou equação, pois pode ser verdadeira ou falsa, dependendo do valor atribuído à variável x. Neste caso, se o valor de x for 3, por exemplo, a sentença é falsa. Por outro lado, se o valor atribuído for 2, a sentença é verdadeira. Como x = 2 torna a sentença verdadeira, dizemos que o número 2 é a raiz da equação. Conjunto solução é o nome que se dá ao conjunto dos valores que tornam uma equação verdadeira. No caso, o conjunto solução S é: S ={2} Exemplos 1. 2x + 4 = 6, para x [ R O único valor real que torna a equação verdadeira é x = 1, logo S = {1}. 2. x² = 4, para x [ R Os valores reais que tornam a equação verdadeira são x = 2 ou x = –2, logo S = {–2, 2}. 3. 0x + 1 = 1, para x [ R Neste caso, vemos que independentemente do valor de x, a equação é verdadeira, logo S = R. 4. x² = –1, para x [ R Neste caso, vemos que não há valor real de x que torne a equação verdadeira, logo S = Ø. Para encontrar os valores que compõem o conjunto solução, podemos manipular a equação utilizando algu- mas propriedades a fim de isolar a variável (incógnita) em um dos membros da equação. 22 P1: Se somarmos ou subtraírmos um mesmo número de ambos os membros de uma igualdade, esta permanecerá verdadeira. Exemplos: 1. x – 4 = 10 x – 4 + 4 = 10 + 4 x = 14 Logo, S = {14} 2. 3 + x = 1 3 + x – 3 = 1 – 3 x = –2 Logo, S = {–2} P2: Se multiplicarmos ou dividirmos por um mesmo número ambos os membros de uma igual- dade, esta permanecerá verdadeira. Exemplos: 1. x __ 4 = 6 x __ 4 · 4 = 6 · 4 x = 24 Logo S = {24} 2. –2x = 6 –2x ___ –2 = 6 ___ –2 x = –3 Logo, S = {–3} EquaçõEs dE primEiro grau Uma equação do primeiro grau é aquela que pode ser expressa na forma ax + b = 0, com a i 0, a partir de manipulações algébricas descritas anterior- mente. Uma vez escritas nesta forma, podemos facil- mente encontrar o conjunto solução subtraindo o ter- mo independente b de ambos os membros e, depois, dividindo-os por a. Em uma equação de primeiro grau, temos ape- nas operações de soma, subtração, multiplicação e di- visão. Logo, podemos reduzir uma equação de primeiro grau à forma ax + b = 0, realizando apenas essas quatro operações. Veja alguns exemplos de como manipular as equações a fim de isolar a incógnita: 1. 5(x – 3) = –2(x – 1) Devemos aplicar a propriedade distributiva, a fim de eliminar os parênteses, respeitando a regra de sinais: 5x – 15 = –2x + 2 Somando 2x em ambos os membros para isolar a incógnita: 5x – 15 + 2x = –2x + 2 + 2x ä 7x – 15 = 2 Somando 15 em ambos os membros e finalmen- te dividindo por 7, temos: 7x – 15 + 15 = 2 + 15 ä 7x = 17 7x __ 7 = 17 ___ 7 à x = 17 ___ 7 Logo, S = { 17 ___ 7 } 2. x __ 4 = 5 __ 2 Para cancelarmos o denominador 4 da fração x __ 4 , multiplicamos ambos os membros por 4: x __ 4 · 4 = 5 __ 2 · 4 x = 20 ___ 2 = 10 Logo, S = {10} 3. x ___ –4 = 3 __ 2 De maneira análoga ao exemplo anterior, multi- plicaremos ambos os membros da igualdade por –4: x ___ –4 · (–4) = 3 __ 2 · (–4) x = –12 ____ 2 = –6 Logo, S = {–6}. Uma outra maneira de resolver equações desse tipo é realizando o produto cruzado: a __ b = c __ d à a · d = b · c x ___ –4 = 3 __ 2 à 2x = 3(–4) 2x = –12 à x = –12 ____ 2 = –6 23 4. x + 2 _____ 6 = 5__ 3 Realizando o produto cruzado, temos: 3(x + 2) = 6 · 5 à 3x + 6 = 30 3x = 30 – 6 3x = 24 x = 24 ___ 3 = 8 Logo, S = {8}. 5. 12 – x______ 3 + 1 = x__ 2 Quando temos somas ou subtrações de frações, primeiramente encontramos o mínimo múltiplo comum entre os denominadores. Dessa forma, reduzimos todos os denominadores a um deno- minador comum, podendo, então, cancelá-lo: mmc(1,2,3) = 6 2 · (12 – x) + 6 · 1 ______________ 6 = 3 · x____ 6 Multiplicando ambos os membros por 6, cance- lamos os denominadores. Efetuando as opera- ções no restante da igualdade, temos: 24 – 2x + 6 = 3x à 30 = 3x + 2x ⇔ 30 = 5x x = 30 ___ 5 = 6 Logo, S = {6} Resolvendo sistemas de duas equações de primeiro grau Em problemas envolvendo equações de primeiro grau, é possível ter mais de uma incógnita a ser cal- culada. Neste caso, devemos ter também mais de uma equação. Um conjunto de equações determina um sis- tema de equações. Existem principalmente dois mé- todos para resolver tais sistemas: o método da subs- tituição e o método da adição. Método da substituição Esse método consiste em obter, a partir de uma das equações, uma incógnita em função das demais. Em seguida, substitui-se esse resultado nas outras equa- ções. Veja um exemplo: Considere as seguintes equações: Primeiramente, escolhemos uma das equações e isolamos qualquer uma das incógnitas. Por exemplo, isolaremos a incógnita x na equação (I): (I) x + 3y = 11 ä x = 11 – 3y Agora, substituiremos o valor encontrado para x na equação (II): (II) 2x + y = 7 2(11 – 3y) + y = 7 22 – 6y + y = 7 –5y = –15 y = ____–15 = 3 –5 Logo, y = 3. Com esse resultado, podemos substituir o valor de y em quaisquer das equações. Utilizamos a equação (I): (III) x + 3y = 11 x + 3(3) = 11 x + 9 = 11 x = 2 Logo, a solução do sistema de equações é x = 2 e y = 3. Método da adição Esse método consiste em igualar os coeficien- tes de uma das incógnitas em ambas as equações de modo que, ao somá-las, esses coeficientes se anulem, diminuindo assim a quantidade de incógnitas. Observe o exemplo: Considere o mesmo sistema de equações do exemplo anterior: Se multiplicarmos a equação (I) por –2, obtere- mos o seguinte sistema: 24 Somando a equação (I) e (II), temos: Observe que a escolha do fator –2 para multi- plicar a equação teve como finalidade igualar o valor absoluto dos coeficientes da incógnita x em ambas as equações. Agora, a partir do valor de y, basta substituir em quaisquer das equações. Em (I), temos: (I) x + 3y = 11 x + 3(3) = 11 x + 9 = 11 x = 2 Logo, como já visto, a solução do sistema de equações é x = 2 e y = 3. Problemas envolvendo equações do primeiro grau A resolução de um problema matemático consis- te em transformá-lo em linguagem matemática, como uma equação, utilizando os dados fornecidos para che- gar a uma conclusão, com base no pedido no enunciado. Veremos através de alguns exemplos como problemas envolvendo equações de primeiro grau são enunciados: 1. Dado um número x, a soma do dobro desse nú- mero com 6 equivale à diferença entre o triplo desse número e 4. Qual é esse número? Resolução: § “soma do dobro desse número com 6”: 2x + 6 § “diferença entre o triplo desse número e 4”: 3x – 4 Logo: 2x + 6 = 3x – 4 6 + 4 = 3x – 2x 10 = x Portanto, o número pedido é 10. 2. Um executivo distribui seus vencimentos mensais da seguinte maneira: 1 __ 8 para o pla- no de saúde, 1 __ 4 para a poupança, 1 __ 6 para a alimentação e a moradia e os R$ 6.600,00 restantes para o lazer. Quanto o executivo poupa mensalmente? Resolução: Quando o problema menciona “ 1 __ 8 para o plano de saúde”, entende-se que para o plano de saú- de ele destina 1 __ 8 do valor total que recebe. Como não sabemos quanto ele recebe ao todo, denominamos esse valor por x. Assim, podemos escrever que, para o pagamento do plano de saúde, ele destina 1 __ 8 de x, ou seja, 1 __ 8 ∙ x = x __ 8 . Logo, se somarmos todos os valores que ele des- tina a cada atividade, teremos o valor total de x: x __ 8 + x __ 4 + x __ 6 + 6 600 = x mmc(4,6,8) = 24 3 · x + 6 · x + 4 · x + 24 · 6600 ________________________ 24 = 24 · x _____ 24 13x + 158 400 = 24x 158 400 = 24x – 13x 158 400 = 11x x = 158 400 _______ 11 = 14 400 Logo, como denominamos por x o valor total rece- bido mensalmente pelo executivo, temos que o va- lor P destinado à poupança corresponde a 1 __ 4 de x: P = 1 __ 4 x = x __ 4 = 14.400 ______ 4 = 3 600 3. Em um quintal, há galinhas e cabras, perfazendo o total de 14 cabeças e 38 pés. Calcule o número de galinhas. Resolução: Sendo x o número de galinhas e y o número de cabras, e considerando que cada cabra e cada galinha possuem uma cabeça e que cada gali- nha possui dois pés e cada cabra, quatro. Temos: 25 Como desejamos obter o número de galinhas (x), pelo método da adição, podemos eliminar a outra incógnita(y). Assim, multiplicamos a equa- ção (I) por –4 e somamos ambas as equações: Multiplicando ambos os lados da equação por –1, temos: –2x = –18 à 2x = 18 x = 9 Portanto, nesse quintal há 9 galinhas. 4. Em uma academia de ginástica, o salário mensal de um professor é de R$ 800,00. Além disso, ele ganha R$ 20,00 por mês por cada aluno inscrito em suas aulas. Para receber R$ 2.400,00 por mês, quantos alunos devem estar matriculados em suas aulas? Resolução: Considerando x a quantidade de alunos matricu- lados e multiplicando o valor recebido por cada aluno matriculado (R$ 20,00) pela quantidade de alunos matriculados, teremos o valor recebido pelo professor por cada aluno inscrito em suas aulas. Somando ao valor fixo de R$ 800,00, teremos o salário final do professor. Como ele deve receber mensalmente R$ 2.400,00, temos a seguinte equação: 20 · x + 800 = 2 400 Resolvendo a equação: 20 · x = 2 400 – 800 20 · x = 1 600 x = 1.600 _____ 20 = 80 Logo, deve haver 80 alunos matriculados. problEmas clássicos Alguns problemas são comuns no vestibular, e não há fórmula para resolvê-los. Porém, estudando a resolução de alguns deles, podemos utilizar os mesmos métodos para algum outro problema similar. Veja estes dois exemplos: § Uma torneira enche um tanque em 16 horas e outra em 12 horas. Estando o tanque vazio e abrindo simultaneamente as duas torneiras, em quanto tempo encherão o tanque? § Um trabalhador em uma fazenda consegue arar todo o campo em 16 horas. Um outro trabalha- dor consegue arar o mesmo campo em 12 ho- ras. Sendo assim, em quanto tempo ambos os trabalhadores conseguem arar um outro campo idêntico, trabalhando simultaneamente? Observe que ambos os problemas, apesar de tratarem de temas distintos, possuem semelhanças. De fato, a resolução de ambos é idêntica. Desta forma, se soubermos resolver um deles, também saberemos resol- ver o outro. Devido a essa similaridade entre questões, estu- daremos alguns problemas e suas resoluções para que possamos aplicar os métodos de resolução em outras situações que podem aparecer no vestibular. O problema das torneiras Uma torneira enche um tanque em 16 horas e outra em 12 horas. Estando o tanque vazio e abrindo simultaneamente as duas torneiras, em quanto tempo encherão o tanque? Comentários Nessa situação-problema, não devemos aplicar a regra de três, uma vez que as capacidades de trabalho das torneiras são diferentes. A saída, aqui, é identificar as frações do trabalho que as respectivas torneiras reali- zam em uma unidade de tempo. No caso, ver a parte do tanque que cada torneira enche em 1 hora. § Se a primeira torneira enche o tanque todo em 16 horas, então em 1 hora ela encherá 1 ___ 16 do tanque. § Se a segunda torneira enche o tanque todo em 12 horas, então em 1 hora ela encherá 1 ___ 12 do tanque. 26 Solução Sendo x horas o tempo que as duas torneira gastarão, juntas, para encher o tanque, em uma hora elas encherão 1 __ x = 1 ___ 16 + 1 ___ 12 do tanque. Daí, 48 ___ 48x = 3x + 4x ______ 48x ⇒ x = 48 ___ 7 = 6 6 __ 7 Note: 6 __ 7 h = 6 __ 7 · 60 min = 360 ___ 7 min = 51 3 __ 7 min Resposta: 6 6 __ 7 horas ou 6 horas e 51 3 __ 7 minutos. O problema das lojas Deborah foi ao shopping center e entrou em 5 lojas. Em cada uma gastou R$ 1,00 a mais do que a metade do que tinha ao entrar. Ao sair do shopping center, pagou R$ 3,00 de estacionamento e ficou com R$ 2,00. Quanto Deborah tinha, inicialmente, antes de entrar na primeira loja? Solução algébrica Sendo x reais a quantia inicial de Deborah, têm-se: Loja Entrou com... Gastou Saiu com... 1 x x __ 2 + 1 x __ 2 – 1 2 x – 2 ____ 2 x – 2 ____ 4 + 1 x – 2 ____ 4 – 1 3 x – 6 ____ 4 x – 6 ____ 8 + 1 x – 6 ____ 8 – 1 4 x – 14 _____ 8 x – 14 _____ 16 + 1 x – 14 _____ 16 – 1 5 x – 30 _____ 16 x – 30 _____ 32 + 1 x – 30 _____ 32 – 1 Então, após pagar R$ 3,00 de estacionamento, temos que: x – 30 _____ 32 – 1 – 3 = 2 ⇒ x – 30 _____ 32 = 6 ⇒ x = 222 Solução aritmética Vendo a situação-problema do fim ao começo, têm-se: 54 Resposta: Deborah tinha inicialmente R$ 222,00. 27 O problema das idades Matheus diz a Gabriel: “Hoje eu tenho o dobro da idade que tu tinhas quando eu tinha a idade que tu tens. Quando tu tiveres a idade que eu tenho, a soma das nossas idades será 90 anos”. Determine a idade atual de cada um. Comentários Uma boa saída para os problemas de idade é a construção de uma tabela contendo as idades dos perso- nagens envolvidos, no presente e /ou no passado e/ou no futuro e, depois, montar equações tendo em vista que a diferença das idades não muda: “se quando Gabriel nasceu, Matheus tinha x anos, Matheus sempre será x anos mais velho que Gabriel, no presente, no passado ou no futuro, não importa o tempo.” Solução Considerando os dados do problema, temos a seguinte tabela. Passado Presente Futuro Matheus y 2x 90 – 2x Gabriel x y 2x Se você não entendeu a construção da tabela anterior, veja a sua construção passo a passo: 1. Matheus disse: “Hoje eu tenho o dobro da idade que tu tinhas”. Daí, Matheus, no presente, tem 2x anos e Gabriel, x anos, no passado. 2. Matheus disse: “...quando eu tinha a idade que tu tem. “Daí, Matheus tinha y anos no passado (quando o Gabriel tinha x anos), sendo y anos também a idade de Gabriel hoje, no presente. 3. Matheus disse: “...quanto tu tiveres a idade que eu tenho”. Daí, no futuro, a idade de Gabriel será 2x (a mesma de Matheus hoje, no presente). 4. Matheus disse: “... a soma das nossas idades será 90 anos. “Daí, como no futuro a idade de Gabriel será 2x, a de Matheus será o que está faltando para completar os 90 anos, ou seja, a idade de Matheus será (90 – 2x) anos. Observando que, em qualquer tempo, a diferença das respectivas idades será sempre a mesma, da tabela têm-se: I. y – x = 2x – y ⇒ 2y = 3x Lembra do artifício do problema da perseguição para evitar as frações? 2y = 3x = 6k ⇔ x = 2k y = 3k II. y – x = (90 – 2x) – 2x ⇒ y + 3x = 90 ⇒ 3k + 6k = 90 ⇒ k = 10 ⇒ x = 20 y = 30 Logo, hoje Matheus tem 2x = 40 anos e Gabriel, y = 30 anos. 28 O problema dos tratores Para arar certo campo, um primeiro trator gasta 2 horas a menos que o terceiro e uma a hora mais que o segundo. Se o primeiro e o segundo tratores trabalharem juntos, a operação pode ser feita em 1 hora e 12 minutos. Quanto tempo gastam os 3 tratores, juntos, para arar um outro campo idêntico, nas mesmas condições? Comentários Se, para efetuar um trabalho, gastam-se 3 horas, em uma hora faz-se 1 __ 3 desse trabalho. Em geral, se, para efetuar um trabalho, gastam-se x horas, em uma hora faz-se 1 __ x desse trabalho. Solução Sendo x horas o tempo que o terceiro trator gas- ta sozinho, temos: 1. tempo gasto pelo primeiro trator = (x – 2) horas 2. tempo gasto pelo segundo trator = tempo gasto pelo primeiro trator, menos 1 hora = (x – 3) horas. Note: se o primeiro trator gasta uma hora a mais que segundo, então o segundo gasta uma hora a menos que o primeiro. 3. 1h e 20 minutos = ( 1 + 12 ___ 60 ) h = 6 __ 5 h 4. Em uma hora de trabalho, o primei- ro trator faz 1 ____ x – 2 do serviço, o segun- do faz 1 ____ x – 3 , e os dois, juntos, fazem 1 __ 6 __ 5 = 5 __ 6 . Daí: 1 ____ x – 2 + 1 ____ x – 3 = 5 __ 6 ⇒ 6(x – 3) + 6(x – 2) ______________ 6(x – 2)(x – 3) ⇒ = 5(x – 2)(x – 3) ___________ 6(x – 2)(x – 3) ⇒ 5x2 – 37x + 60 = 0 ⇒ ⇒ x = 5 ou x = 2,4 (não convém) Assim, o primeiro, o segundo e o terceiro tratores gastam, respectivamente, x – 2 = 3h, x – 3 = 2h e x = 5h. Então, se os três, juntos, gastarem y ho- ras para fazer o serviço, em uma hora eles farão: 1 __ y = 1 __ 2 + 1 __ 3 + 1 __ 5 = 31 ___ 30 Resposta: 30___ 31 horas. O problema da água e do vinho Um barril contém 30 litros de água e outro, 20 litros de vinho. Tomam-se simultaneamente x litros de cada barril e permutam-se. Esta operação se repete várias vezes e pode-se comprovar que a quantidade de vinho em cada barril se mantém constante após a pri- meira operação. Determinar quantos litros (x) são troca- dos em cada operação. Solução De início, temos: No 1º barril: água = 30L vinho = 0 No 2º barril: água = 0 vinho = 20L Após a primeira troca, ficamos com: No 1º barril: água = (30 – x)L vinho = xL fração de vinho = x ___ 30 No 2º barril: água = xL vinho = (20 – x)L fração de vinho = 20 – x _____ 20 ( lembre-se: fração = parte ____ todo ) A partir da primeira troca, as quantidades de vi- nho, em cada barril, permanecem inalteradas. Então, as quantidades de vinho trocadas são iguais: Vinho que sai do 1º barril = Vinho que sai do 2º barril. Daí, obtemos: x ___ 30 · x = ( 20 – x _____ 20 ) · x Uma vez que x é diferente de zero, ficamos com: x __ 3 = 20 – x _____ 2 ⇒ x = 12 Resposta: 12 litros Vídeo ASSISTIR INTERATIVIAA DADE Sites ACESSAR 30 Introdução às equações e inequações pt.khanacademy.org/math/cc-sixth-grade-math/cc-6th-equations-and-inequalities The Story of Maths Fonte: BBC UK 31 Vídeo ASSISTIR INTERATIVIAA DADE Sites ACESSAR INTERDISCIPLINARIDADE Dentre todas as equações estudadas no Ensino Médio, a equação do primeiro grau é a mais simples, po- rém, não menos importante que as outras. As famosas fórmulas da disciplina de Física, como q = m · c · Dq, que equaciona a quantidade de calor, vulgo “que macete”, e a equação horária do movimento retilíneo uniforme, s = S0 + vt, vulgo “sorvete”, são equações do primeiro grau. Aprender a manipular as equações do primeiro grau fará com que você aumente seus horizontes tanto em matemática como em física. APLICAÇÃO NO COTIDIANO Um exemplo de aplicação de uma equação do primeiro grau no cotidiano ocorre nos restaurantes por quilo, ou self-service. Quando verificamos a balança, há três informações expressas no leitor: 1) o peso da comida; 2) o valor por quilo da comida; 3) o valor a ser pago. Se tivermos duas das três informações, podemos verificar a terceira informação desconhecida por meio de uma equação do primeiro grau: Peso da comida = x gramas Valor do kg da comida = R$ 30,00 / kg Valor a ser pago: R$ 12,00 Valor a ser pago = Peso da comida multiplicado pelo valor do quilo da comida R$12,00 = x kg ∙ 30 R$/kg 12 = x ∙ 30 x = 12 ___ 30 x = 0,4 kg ou 400 g 32 Estrutura concEitual CONHECIMENTOS PRÉVIOS EXIGE UMA LEITURA ATENTA VÁRIOS MÉTODOS ∙ Das Torneiras ∙ Das Lojas ∙ Das Idades ∙ Da Água e Vinho ∙ Dos Tratores Volume versus tempo Decréscimos sucessivos Organização de tabelas: idade versus tempo Mistura Execução de trabalho versus tempo 1º membro Igualdade entre os membros 2º membro - OPERAÇÕES BÁSICAS - FRAÇÕES - DISTRIBUTIVAS • X é incógnita. • Toda equação tem um conjunto solução. • 2 é a raiz que torna a equação uma SENTENÇA VERDADEIRA. EQUAÇÕES DO 1º GRAU PROBLEMAS CLÁSSICOS PROBLEMAS 1 + x = 3 ORGANIZAÇÃO NAS SOLUÇÕES NÃO POSSUEM UMA FÓRMULA PRONTA © S yd a P rod uc tio ns /S hu tte rst oc k 05 06 M MATEMÁTICA T Equações do segundo grau Competência 5 Habilidades 19, 21, 22 e 23 Competência 1 – Construir significados para os números naturais, inteiros, racionais e reais. H1 Reconhecer, no contexto social, diferentes significados e representações dos números e operações – naturais, inteiros, racionais ou reais. H2 Identificar padrões numéricos ou princípios de contagem. H3 Resolver situação-problema envolvendo conhecimentos numéricos. H4 Avaliar a razoabilidade de um resultado numérico na construção de argumentos sobre afirmações quantitativas. H5 Avaliar propostas de intervenção na realidade utilizando conhecimentos numéricos. Competência 2 – Utilizar o conhecimento geométrico para realizar a leitura e a representação da realidade e agir sobre ela. H6 Interpretar a localização e a movimentação de pessoas/objetos no espaço tridimensional e sua representação no espaço bidimensional. H7 Identificar características de figuras planas ou espaciais. H8 Resolver situação-problema que envolva conhecimentos geométricos de espaço e forma. H9 Utilizar conhecimentos geométricos de espaço e forma na seleção de argumentos propostos como solução de problemas do cotidiano. Competência 3 – Construir noções de grandezas e medidas para a compreensão da realidade e a solução de problemas do cotidiano. H10 Identificar relações entre grandezas e unidades de medida. H11 Utilizar a noção de escalas na leitura de representação de situação do cotidiano. H12 Resolver situação-problema que envolva medidas de grandezas. H13 Avaliar o resultado de uma medição na construção de um argumento consistente. H14 Avaliar proposta de intervenção na realidade utilizando conhecimentos geométricos relacionados a grandezas e medidas. Competência 4 – Construir noções de variação de grandezas para a compreensão da realidade e a solução de problemas do cotidiano. H15 Identificar a relação de dependência entre grandezas. H16 Resolver situação-problema envolvendo a variação de grandezas, direta ou inversamente proporcionais. H17 Analisar informações envolvendo a variação de grandezas como recurso para a construção de argumentação. H18 Avaliar propostas de intervenção na realidade envolvendo variação de grandezas. Competência 5 – Modelar e resolver problemas que envolvem variáveis socioeconômicas ou técnico-científicas, usando representações algébricas. H19 Identificar representações algébricas que expressem a relação entre grandezas. H20 Interpretar gráfico cartesiano que represente relações entre grandezas. H21 Resolver situação-problema cuja modelagem envolva conhecimentos algébricos. H22 Utilizar conhecimentos algébricos/geométricos como recurso para a construção de argumentação. H23 Avaliar propostas de intervenção na realidade utilizando conhecimentos algébricos. Competência 6 – Interpretar informações de natureza científica e social obtidas da leitura de gráficos e tabelas, realizando previsão de tendência, extrapolação, interpolação e interpretação. H24 Utilizar informações expressas em gráficos ou tabelas para fazer inferências. H25 Resolver problema com dados apresentados em tabelas ou gráficos. H26 Analisar informações expressas em gráficos ou tabelas como recurso para a construção de argumentos. Competência 7 – Compreender o caráter aleatório e não determinístico dos fenômenos naturais e sociais e utilizar instrumentos ade- quados para medidas, determinação de amostras e cálculos de probabilidade para interpretar informações de variáveis apresentadas em uma distribuição estatística. H27 Calcular medidas de tendência central ou de dispersão de um conjunto de dados expressos em uma tabela de frequências de dados agrupados (não em classes) ou em gráficos. H28 Resolver situação-problema que envolva conhecimentos de estatística e probabilidade. H29 Utilizar conhecimentos de estatística e probabilidade como recurso para a construção de argumentação. H30 Avaliar propostas de intervenção na realidade utilizando conhecimentos de estatística e probabilidade. 35 EquaçõEs do sEgundo grau Uma equação de segundo grau é toda equação que pode ser escrita na forma ax² + bx + c = 0, sendo a i 0 e a, b e c parâmetros reais. Toda equação desse tipo pode apresentar até duas soluções distintas, ou seja, pode haver dois valores reais de x que satisfaçam a igualdade. As soluções podem ser encontradas pela fórmula de Bhaskara: x = – b ± dXXXXXXX b2 – 4ac ___________ 2a Sendo a, b e c os coeficientes de uma equação do tipo ax² + bx + c = 0, com a i 0, as duas soluções (de- nominadas raízes) x1 e x2 são dadas, então, por: x1 = –b + dXXXXXXX b2 – 4ac ____________ 2a e x2 = –b – √ _______b2 – 4ac ____________ 2a O termo b2 – 4ac, denominado discriminante, é representado pela letra grega delta maiúscula (D). O valor numérico do discriminante indica a quantidade de raízes reais distintas da equação: § Se D > 0 (discriminante positivo), a equação possui duas raízes reais distintas. § Se D = 0 (discriminante nulo), a equação possui apenas uma raiz real. § Se D < 0 (discriminante negativo), a equação não possui raízes reais. Para solucionar uma equação do segundo grau, é preciso calcular a raiz quadrada do discriminante. Quando temos D < 0, o radical é negativo, não sendo definido seu resultado para números reais. Teoria na prática 1. Encontrar o conjunto solução da equação x² – 5x + 6 = 0. Identificando os parâmetros, temos: a = 1 b = –5 c = 6 Calculamos primeiramente o discriminante: D = b2 – 4ac = (–5)2 – 4 · 1 · 6 = 1 Como D > 0, a equação apresentará duas raízes reais distintas x1 e x2: x = –b ± dXXXXXXX b2 – 4ac ____________ 2a = –(–5) ± dXX 1 _________ 2 · 1 = 5 ± 1 _____ 2 = { x1 = 5 + 1 _____ 2 = 3 x2 = 5 – 1 ____ 2 = 2 Logo, o conjunto solução é S = {2, 3}. 2. Encontrar o conjunto solução da equação 25 + x² – 10x = 0. Identificando os parâmetros, temos: a = 1 b = –10 c = 25 Observe que os parâmetros a e b são, respectivamente, os coeficientes de x² e x, e c é o termo independente. não sendo necessariamente o primeiro, segundo e terceiro termos da equação. 36 Obtendo o discriminante: D = b2 – 4ac = (–10)2 – 4 · 1 · 25 = 0 Como D = 0, a equação apresentará apenas uma raiz real. x = – b ± √ _______ b2 – 4ac ____________ 2a = –(–10) ± √ __ 0 __________ 2(1) = 10 ± 0 ______ 2 = 5 Logo, o conjunto solução é S = {5}. 3. Encontrar o conjunto solução da equação x² + x + 1 = 0. Identificando os parâmetros, temos: a = 1 b = 1 c = 1 Calculando o discriminante: D = b2 – 4ac = (1)2 – 4(1)(1) = –3 Como D < 0, a equação não apresenta raízes reais, portanto não precisamos tentar calcular as raízes. O conjunto solução é S = Ø. Condições para o número de raízes reais Como o valor numérico do discriminante indica o número de raízes reais de uma equação de segundo grau, podemos, se houver um coeficiente desconhecido, verificar sob quais condições esse parâmetro oferece duas, uma ou nenhuma raiz real. Teoria na prática 1. Qual deve ser o valor real do parâmetro k para que a equação 2x² + 4x + k = 0 forneça apenas uma solu- ção real? Resolução: Identificando os parâmetros, temos: a = 2 b = 4 c = k Como a equação deve fornecer apenas uma raiz real, temos que o discriminante deve ser nulo: D = b2 – 4ac = 0 4² – 4 · 2 · k = 0 16 – 8k = 0 –8k = –16 k = –16 ____ –8 = 2 Logo, se tivermos k = 2 na equação 2x² + 4x + k = 0, teremos apenas uma raiz real. Observe que não precisamos calcular a raiz. 37 2. Quais os valores de m para que a equação mx² – x + 1 = 0 apresente duas raízes reais dis- tintas? E para quais valores não apresenta raízes reais? Resolução: Identificando os parâmetros, temos: a = m b = –1 c = 1 Para que a equação apresente duas raízes reais, o discriminante deve ser positivo: D = b2 – 4ac > 0 (–1)² – 4 · m · 1 > 0 1 – 4m > 0 –4m > –1 m < 1 __ 4 Logo, se o valor de m for menor que 1 __ 4 , a equa- ção apresentará duas soluções reais distintas. Para que a equação não apresente raízes reais, o discriminante deve ser negativo: D = b2 – 4ac < 0 (– 1)² – 4 · m · 1 < 0 1 – 4m < 0 – 4m < –1 m > 1 __ 4 Logo, se o valor de m for maior que 1 __ 4 , a equação não apresentará raiz real. Equações de segundo grau incompletas Quando uma equação do segundo grau ax² + bx + c = 0 apresenta b = 0 ou c = 0, apesar de podermos utilizar a fórmula de Bhaskara, há modos mais eficientes de encontrar as raízes. Caso b = 0 Uma equação do tipo ax² + c = 0 pode ser re- solvida sem o uso da fórmula de Bhaskara. Veja um exemplo: § Calcule as soluções da equação 2x² – 8 = 0. Isolando o termo x² em um membro da equação temos: 2x² = 8 x² = 4 Como temos dois valores para x, que, quando elevados à segunda potência, resultam no valor 4, as raízes da equação são x1 = 2 e x2 = –2. Portanto, S = {–2, 2}. § Calcule as soluções da equação x² + 5 = 0. Isolando o termo x² temos: x² = –5 Observe que não há valor que, elevado ao qua- drado, resulte em um número negativo. Portanto, S = Ø. Caso c = 0 Caso o termo independente seja nulo, teremos uma equação do tipo ax² + bx = 0. Essas equações podem ser resolvidas fatorando a expressão: ax² + bx = 0 à x(ax + b) = 0 Para um produto ser nulo, um dos fatores deve ser nulo, ou seja: x = 0 ou ax + b = 0 à x = –b ___ a Portanto, as raízes são x1 = 0 e x2 = –b ___ a . Veja um exemplo: § Calcule as raízes da equação 4x² – 5x = 0. Fatorando o primeiro membro da equação te- mos: 4x² – 5x = 0 à x(4x – 5) = 0 Para o produto ser nulo, devemos ter: x = 0 ou 4x – 5 = 0 à x = 5 __ 4 Portanto, as raízes são x1 = 0 e x2 = 5 __ 4 , ou seja, S = { 0, 5 __ 4 } . 38 Soma e produto das raízes de uma equação de segundo grau Considerando uma equação do segundo grau com ax² + bx + c = 0, com a i 0, as duas soluções x1 e x2 são dadas por: x1 = – b + √ _______ b2 – 4ac ____________ 2a e x2 = – b – √ _______ b2 – 4ac ____________ 2a . Sendo S a soma das raízes: S = x1 + x2 = _ b + √ __ ∆ ________ 2a + – b – √ __ ∆ ________ 2a . = –b + √ __ ∆ – b – √ __ ∆ _______________ 2a . = – 2b___ 2a = – b __ a . Logo: S = – __a b Sendo P o produto das raízes: P = x1 · x2 = (–b + √ __ ∆ ) _______ 2a · (–b – √ __ ∆ )______ 2a = (–b) 2 – ( √ __ ∆ )2 __________ 4a2 = = b 2 – D _____ 4a2 = = b 2 – (b2 – 4ac) ___________ 4a2 = = b 2 – b2 + 4ac __________ 4a2 = 4ac___ 4a2 = c __a Logo: P = c __a Substituindo em ax² + bx + c = 0, consideran- do o coeficiente dominante igual a 1, temos: x² – Sx + P = 0 Ou seja, temos que o coeficiente do termo do 1º grau será a soma das raízes com o sinal trocado e o termo independente será o produto das raízes. Exemplo: supondo x1 > x2 § Se x2 – 3x + 2 = 0, então { x1 = 2 x2 = 1 § Se x2 – x – 12 = 0, então { x1 = 4 x2 = –3 Equações biquadradas Quando uma equação do quarto grau possui a forma: ax4 + bx² +c = 0 (sendo a i 0) damos a ela o nome de equação biquadrada. Observe que a equação de quarto grau possui apenas variáveis com expoente par. Veja alguns exemplos de equação biquadrada: x4 + 2x2 – 1 = 0 2x4 – 8 = 0 x4 – 4x2 = 0 Casos como: x4 + 2x3 – x2 + 7 = 0 5x4 – 2x2 + x – 1 = 0 não são equações biquadradas, pois possuem coeficientes não nulos em variáveis de grau ímpar. Esse caso particular de equação incompleta de quarto grau pode ser resolvida através de uma substi- tuição de variável, feita de modo a reduzir a equação de quarto grau a uma de segundo grau. Considere a equação ax4 + bx² + c = 0, com a i 0. Substituindo x² por y, temos: x4 = (x²)² = (y)² = y² Logo, a equação na variável y é: ay² + by + c = 0 Como já visto, essa equação possui as raízes: y1 = –b + dXXXXXXXb2 – 4ac ____________ 2a e y2 = –b – dXXXXXXX b2 – 4ac ____________ 2a . Porém, como x² = y, temos que x = ± √ _ y , logo: x1 = √ __ y1 x2 = – √ __ y1 x3 = √ __ y2 x4 = – √ __ y2 39 Teoria na prática 1. Resolva a equação x4 – 13x² + 36 = 0. Substituindo x² por y, temos: y² – 13y + 36 = 0 Essa equação pode ser resolvida através da fórmula de Bhaskara, resultando em y1 = 4 e y2 = 9. Porém, como x² = y, temos: § x² = 4, logo x1 = 2 e x2 = –2. § x² = 9, logo x3 = 3 e x4 = –3. Portanto, o conjunto solução é S = {–2, –3, 2, 3}. 2. Encontre o conjunto solução da equação biquadrada x4 + x2 – 2 = 0. Substituindox² por y, temos: y² + y – 2 = 0 Resolvendo a equação de segundo grau, temos y1 = 1 e y2 = –2. Retornando à variável x, encontramos: § x² = 1, logo x1 = 1 e x2 = –1. § x² = –2 (não há valores reais de x que satisfaçam essa igualdade) Portanto, o conjunto solução é S = {–1, 1}. 3. Encontre as raízes da equação x4 – 16 = 0. Realizando a substituição x² = y, temos: y² – 16 = 0 y² = 16 y = ± 4, ou seja, y1 = 4 e y2 = –4. Como x² = y, retornando a equação à variável x, obtemos: § x² = 4, logo x1 = 2 e x2 = –2. § x² = –4 (não há valores reais de x que satisfaçam essa igualdade) Portanto, o conjunto solução é S = {–2, 2}. Vídeo ASSISTIR INTERATIVIAA DADE Sites ACESSAR Equação do Segundo Grau - Parte 1 - Elon - 2004 Fonte: Youtube 40 Introdução às equações e inequações wpt.khanacademy.org/math/cc-sixth-grade-math/cc-6th-equations-and-inequalities 41 Vídeo ASSISTIR INTERATIVIAA DADE Sites ACESSAR APLICAÇÃO NO COTIDIANO Um designer de interiores precisa verificar se os móveis de uma casa estão bem dispostos dentro de cada cômodo. Um pedreiro precisa confirmar a metragem de uma parede antes de levantá-la. Enfim, em todos os mo- mentos em que um cálculo de área é exigido, a equação do segundo grau será a ferramenta principal para resolver o problema de cálculo. INTERDISCIPLINARIDADE Equações do segundo grau estão intimamente ligadas às funções do segundo grau na disciplina de Física. Uma delas é a equação horária do espaço s = s0 + v0t + 1 __ 2 at2, para t0 = 0, vulgo “sorvetão”. Com a aplicação da fórmula de Bháskara, a resolução desse tipo de problema se torna mais fácil. 42 Estrutura ConCEitual CONHECIMENTOS PRÉVIOS com a ≠ 0 - FATORAÇÃO - PRODUTO NOTÁVEL - POTENCIAÇÃO E RADICIAÇÃO EQUAÇÕES DO 2º GRAU há 2 raízes reais e distintas há 2 raízes reais e iguais não há 2 raízes reais ax2 + bx + c = 0 -b ± b2 -4ac 2a ∆ = ∆ > 0 ∆ = 0 ∆ < 0 SEb2 -4ac x = Fórmula das soluções da equação do 2º Grau DISCRIMINANTE © A_ Le sik /S hu tte rst oc k 07 08 M MATEMÁTICA T Teoria dos conjuntos Competências 1, 5 e 6 Habilidades 1, 2, 5, 21, 22, 23 e 25 Competência 1 – Construir significados para os números naturais, inteiros, racionais e reais. H1 Reconhecer, no contexto social, diferentes significados e representações dos números e operações – naturais, inteiros, racionais ou reais. H2 Identificar padrões numéricos ou princípios de contagem. H3 Resolver situação-problema envolvendo conhecimentos numéricos. H4 Avaliar a razoabilidade de um resultado numérico na construção de argumentos sobre afirmações quantitativas. H5 Avaliar propostas de intervenção na realidade utilizando conhecimentos numéricos. Competência 2 – Utilizar o conhecimento geométrico para realizar a leitura e a representação da realidade e agir sobre ela. H6 Interpretar a localização e a movimentação de pessoas/objetos no espaço tridimensional e sua representação no espaço bidimensional. H7 Identificar características de figuras planas ou espaciais. H8 Resolver situação-problema que envolva conhecimentos geométricos de espaço e forma. H9 Utilizar conhecimentos geométricos de espaço e forma na seleção de argumentos propostos como solução de problemas do cotidiano. Competência 3 – Construir noções de grandezas e medidas para a compreensão da realidade e a solução de problemas do cotidiano. H10 Identificar relações entre grandezas e unidades de medida. H11 Utilizar a noção de escalas na leitura de representação de situação do cotidiano. H12 Resolver situação-problema que envolva medidas de grandezas. H13 Avaliar o resultado de uma medição na construção de um argumento consistente. H14 Avaliar proposta de intervenção na realidade utilizando conhecimentos geométricos relacionados a grandezas e medidas. Competência 4 – Construir noções de variação de grandezas para a compreensão da realidade e a solução de problemas do cotidiano. H15 Identificar a relação de dependência entre grandezas. H16 Resolver situação-problema envolvendo a variação de grandezas, direta ou inversamente proporcionais. H17 Analisar informações envolvendo a variação de grandezas como recurso para a construção de argumentação. H18 Avaliar propostas de intervenção na realidade envolvendo variação de grandezas. Competência 5 – Modelar e resolver problemas que envolvem variáveis socioeconômicas ou técnico-científicas, usando representações algébricas. H19 Identificar representações algébricas que expressem a relação entre grandezas. H20 Interpretar gráfico cartesiano que represente relações entre grandezas. H21 Resolver situação-problema cuja modelagem envolva conhecimentos algébricos. H22 Utilizar conhecimentos algébricos/geométricos como recurso para a construção de argumentação. H23 Avaliar propostas de intervenção na realidade utilizando conhecimentos algébricos. Competência 6 – Interpretar informações de natureza científica e social obtidas da leitura de gráficos e tabelas, realizando previsão de tendência, extrapolação, interpolação e interpretação. H24 Utilizar informações expressas em gráficos ou tabelas para fazer inferências. H25 Resolver problema com dados apresentados em tabelas ou gráficos. H26 Analisar informações expressas em gráficos ou tabelas como recurso para a construção de argumentos. Competência 7 – Compreender o caráter aleatório e não determinístico dos fenômenos naturais e sociais e utilizar instrumentos ade- quados para medidas, determinação de amostras e cálculos de probabilidade para interpretar informações de variáveis apresentadas em uma distribuição estatística. H27 Calcular medidas de tendência central ou de dispersão de um conjunto de dados expressos em uma tabela de frequências de dados agrupados (não em classes) ou em gráficos. H28 Resolver situação-problema que envolva conhecimentos de estatística e probabilidade. H29 Utilizar conhecimentos de estatística e probabilidade como recurso para a construção de argumentação. H30 Avaliar propostas de intervenção na realidade utilizando conhecimentos de estatística e probabilidade. 45 Teoria dos conjunTos Os conceitos de conjunto, elemento e pertinência de elemento ao conjunto são definidos como primitivos, ou seja, são aceitos sem definição. Intuitivamente, conjunto é um agrupamento de elementos. Veja os exemplos a seguir: § Conjunto dos números naturais menores que 10; § Conjunto das letras do alfabeto; § Conjunto dos números pares; § Conjunto dos dias de uma semana; § Conjunto dos números primos; § Conjunto dos números inteiros negativos; § Conjunto dos polígonos regulares. Podemos representar um conjunto nomeando seus elementos um a um e organizando-os entre chaves e se- parados por vírgulas. Nessa representação, dizemos que o conjunto está representado por extensão. Por exemplo, podemos representar o conjunto A dos números naturais menores que 10 da seguinte forma: A = {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9} Temos, então, que os elementos 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 e 9 pertencem ao conjunto A. Observação: utilizamos chaves quando queremos representar conjuntos. Ou seja, a e {a} são diferentes: A representação em extensão pode ser usada para conjuntos infinitos ou finitos, mesmo que o número de elementos seja muito grande. Exemplos: § Conjunto dos números ímpares positivos: B = {1, 3, 5,...} é conjunto infinito § Conjunto dos números pares positivos menores que 200: C = {2, 4, 6,..., 198} é conjunto finito Podemos também representar um conjunto por meio de uma figura chamada diagramas de Euler-Venn. Dado um conjunto A = {0, 2, 4, 6, 8}, temos o seguinte diagrama: Quando é dada uma propriedade característica dos elementos de um conjunto, dizemos que está represen- tado por compreensão. Veja: 46 Relações de pertinência Quando queremos indicar que um determinado elemento x faz parte de um conjunto A, dizemos que o elemento x pertence ao conjunto A, e simbolizamos essa relação da seguinte forma: x [ A Da mesma forma, se queremos indicar que um elementox não pertence a um conjunto A, simboliza- mos por: x Ó A As relações de pertinência [ e Ó relacionam um elemento a um conjunto. Como exemplo, considere o conjunto A = {1, 2, 3, 4, 5}. Podemos realizar as seguintes afirmações: § 1 [ A (lê-se: o elemento 1 pertence ao conjunto A) § 6 Ó A (lê-se: o elemento 6 não pertence ao conjunto A) Relações de inclusão Para relacionar dois conjuntos, utilizamos as re- lações de inclusão. Se todo elemento de um conjunto B está contido em outro conjunto A, dizemos que o con- junto B está contido no conjunto A, e simbolizamos essa relação da seguinte forma: B , A Caso haja algum elemento de B que não perten- ça ao conjunto A, significa que o conjunto B não está contido em A. Para representar esta situação utilizamos a seguinte notação: B ÷ A As relações de inclusão , e ÷ relacionam dois conjuntos. Considerando os conjuntos A e B representados pelo diagrama de Venn temos: Observação: as relações de pertinência sem- pre relacionam um elemento a um conjunto, e as rela- ções de inclusão relacionam dois conjuntos. Veja alguns exemplos: § 1 , {1, 2, 3} Errado – a relação de inclusão “,” relaciona dois conjuntos, e 1 é um elemento. § {1} , {1, 2, 3} Correto – o conjunto formado pelo número 1 está contido no conjunto {1, 2, 3}. § {2} [ {1, 2, 3} Errado – o elemento {2} não pertence ao con- junto {1, 2, 3}. § 2 [ {1, 2, 3} Correto – o elemento 2 pertence ao conjunto {1, 2, 3} Podemos, em alguns casos, tratar conjuntos como elementos de um outro conjunto, como: A = {1, 2, 3, {3}} Nesse caso, o conjunto A é composto pelos alga- rismos 1, 2, 3 e por um conjunto que contém o algarismo 3. Sendo assim, podemos escrever: {3} [ {1, 2, 3, {3}} O conjunto unitário {3} é tratado como sendo um elemento do conjunto A. 47 Igualdade de conjuntos Dois conjuntos são iguais quando possuem os mesmos elementos. Se dois conjuntos A e B são iguais, indicamos A = B. A negação da igualdade é indicada por A i B (A é diferente de B), isso significa que um desses conjuntos possui algum elemento que não pertence ao outro. Note que, se A , B e B , A, então A = B. Conjunto universo Em inúmeras situações, é importante estabelecer o conjunto U, ao qual pertencem os elementos de todos os conjuntos considerados. Esse conjunto é chamado de conjunto universo. Quando estudamos a população humana, por exemplo, o conjunto universo é constituído de todos os seres humanos. Para descrever um conjunto A por meio de uma propriedade característica p de seus elementos, deve- mos mencionar, de modo explícito ou não, o conjunto universo U no qual estamos trabalhando: A = {x [ U | x tem a propriedade p} ou A = {x | x tem a propriedade p}, quando nos referimos a U de modo implícito. Conjunto unitário Chama-se conjunto unitário aquele que pos- sui um único elemento. Considere, por exemplo, o conjunto P = { x | x é um número primo par e positivo}. Ora, o único número primo par é 2. Logo, P é um conjunto unitário e podemos escrever P = {2}. Conjunto vazio Chama-se conjunto vazio aquele que não pos- sui elemento. Veja: Seja A o conjunto dos números primos menores que 2, esse conjunto não possui elemento, pois não há número primo menor que 2. Representa-se o conjunto vazio por { } ou Ø. Observe que, como o símbolo Ø já representa um conjunto, para representarmos um conjunto vazio podemos escrever { } ou Ø, mas não {Ø}. Subconjuntos Consideremos os conjuntos A e B, também re- presentados por diagrama: A = {1, 3, 7} B = {1, 2, 3, 5, 6, 7, 8} Note que qualquer elemento de A também per- tence a B. Nesse caso, dizemos que A está contido em B ou A é subconjunto de B. Indica-se: A , B (A está contido em B). Esse símbolo significa “está contido”. Podemos dizer, também, que B contém A. Indica-se: B . A (B contém A) Esse símbolo significa “contém”. Se existir pelo menos um elemento de A que não pertença a B, dizemos que A não está contido em B, ou que B não contém A. Exemplo: A = {1, 2, 3, 4, 5} e B = {1, 2, 6} Note que o elemento 4 pertence a A, mas não pertence a B. Escrevemos: A ÷ B (A não está contido em B) B À A (B não contém A) O símbolo ÷ significa “não está contido” e À significa “não contém”. 48 Um conjunto A é subconjunto de outro conjunto B quando qualquer elemento de A também pertence a B. Observações: Se A , B e B , A, então A = B. Os símbolos ,, ., ÷ e À são utilizados para relacionar conjuntos. Para todo conjunto A, tem-se A , A. Para todo conjunto A, tem-se Ø , A, onde Ø representa o conjunto vazio. operações União de conjuntos Sejam os conjuntos A = {0, 2, 4, 6} e B = {0, 1, 2, 3, 4}. Vamos determinar um conjunto C, formado pelos elementos que pertencem a A, ou a B, ou a ambos: O conjunto C é chamado união de A e B. A união de dois conjuntos A e B é o conjunto formado por todos os elementos que pertencem a A ou a B. Designamos a união de A e B por A < B (A união B). O símbolo < significa união ou reunião. Propriedades da união P1 A < A = A (idempotente) P2 A < Ø = A (elemento neutro em relação ao conjunto vazio) P3 A < B = B < A (comutativa) P4 (A < B) < C = A < (B < C) (associativa) Teoria na prática 1. Determine a união dos conjuntos A = {0, 2} e B = {x [ N | x é impar e 0 < x < 6}. A união dos conjuntos A e B é: Por diagrama, temos: Observe que os conjuntos A e B não possuem elementos comuns. 49 2. Determine a união dos conjuntos A = {1, 2, 3, 4} e B = {3, 4, 5, 6}. A união entre os conjuntos A e B pode ser representada da seguinte forma, pelo diagrama de Venn: Logo, A < B = {1, 2, 3, 4, 5, 6}. Intersecção de conjuntos Sejam os conjuntos A = {0, 2, 4, 6} e B = {0, 1, 2, 3, 4}. Vamos determinar um conjunto C formado pelos elementos que são comuns a A e a B, ou seja, os elementos que pertencem a A e também pertencem a B. O conjunto C é chamado intersecção de A e B. A intersecção de dois conjuntos A e B é o conjunto formado pelos elementos que são comuns a A e a B. Designamos a intersecção de A e B por A > B (A inter B). A > B = {x | x [ A e x [ B} O símbolo > significa intersecção. Propriedades da intersecção P1 A > A = A (idempotente) P2 A > U = A (elemento neutro em relação ao conjunto universo) P3 A > B = B > A (comutativa) P4 (A > B) > C = A > (B > C) (associativa) Teoria na prática 1. Em cada caso a seguir, determine A > B e faça a representação em diagrama.. a) A = {0, 1, 2} e B = {0, 1, 2, 3, 4} b) A = {0, 2} e B = {1, 3, 5} Do enunciado: a) Em diagrama: 50 b) Observe que não há elementos em comum entre A e B, por isso, a intersecção desses conjuntos é vazia. Quando A > B = Ø, os conjuntos A e B são chamados disjuntos. Diferença de conjuntos Sejam os conjuntos A = {1, 2, 3, 4, 5} e B = {2, 4, 6, 8}. Vamos determinar um conjunto C formado pelos elementos que pertencem a A, mas que não pertencem a B: O conjunto C é a diferença de A e B. A diferença de dois conjuntos A e B é o conjunto dos elementos que pertencem a A, mas que não pertencem a B. Designamos a diferença de A e B por A – B (A menos B). A – B = {x | x [ A e x Ó B} Em diagrama: Se B , A, a diferença A – B denomina-se complementar de B em relação a A, e indica-se por C B A . C B A = A – B Por exemplo, se B = {2, 3} e A = {0, 1, 2, 3, 4}, então C B A = A – B = {0, 1, 4}. Em diagrama: O complementar de B em relação a A é o que falta para o conjunto B ficar igual ao conjunto A. Logo, o complementar de B em relação a A só está definido se, e somente se, B , A. 51 Teoria na prática 1. Se A = {4, 5, 6, 7}, B = {5, 6} e E = {5, 6, 8}, calcule: a) C B A b) B – E Resolução: a) C B A = A – B = {4, 5, 6, 7} – {5, 6} C B A = {4, 7} b) B – E = {5, 6} – {5, 6, 8} B – E = Ø principais símbolos lógicos / (tal que) ù (intersecção) ø (união) ? (qualquer que seja) '! (existe um único) ä (implicar) à (equivalente) ` (e) ~ (ou) . (maior que) , (menor que) [ (pertence) Ó (não pertence) . (contém) À (não contém) , (está contido)÷ (não está contido) ' (existe ao menos um) (não existe) 5 (igual) Þ (diferente) < (aproximadamente) número de elemenTos em um conjunTo a: n(a) Representamos por n(A) o número de elementos contidos no conjunto A. Por exemplo: A = {x | x representa os dias de uma semana} ä n(A) = 7 Lembre-se: § Conjunto unitário A = {x | x é dia da semana que começa com a letra D} A = {domingo} ä n(A) = 1 § Conjunto vazio A = {x | x é dia da semana que começa com a letra M} A = { } ou Ø ä n(A) = 0 § Conjuntos finitos e infinitos A = {2, 3, 4} ä n(A) = 3 ä A é finito B = {2, 3, 4,...} ä B é infinito § Conjuntos iguais A = {1, 2, 3} e B = {1, 2, 2, 3, 3} e C = {x | x [ N e 1 ø x ø 3} A = B = C Em todos os casos, n(A) = n(B) = n(C) = 3. conjunTos disjunTos Dois conjuntos A e B, não vazios, são disjuntos se não possuírem elementos comuns. Veja: A > B = Ø Pertinência e inclusão § de elemento para conjunto [ Ó (pertence) e (não pertence) 52 § de subconjunto para conjunto , ÷ (está contido) e (não está contido) § de conjunto para subconjunto . À (contém) e (não contém) A é subconjunto de B. A , B, lê-se “A está contido em B”. A é parte de B. Exemplo Sendo A = {1, {1}, 2, 3}, de acordo com as afir- mações: 1. 1 [ A (verdadeiro) 2. {1} [ A (verdadeiro) 3. {1} , A (verdadeiro) 4. Ø [ A (falso) 5. Ø Ó A (verdadeiro) 6. 2 , A (falso) 7. 2 [ A (verdadeiro) 8. {2} ÷ A (verdadeiro) números de subconjunTos Um conjunto A é subconjunto de um conjunto B se, e somente se, todo elemento de A pertence também a B. Com a notação A , B indicamos que “A é subconjunto de B” ou “A é parte de B” ou “A está contido em B”. A negação de A , B é indicada por A ÷ B, que se lê: “A não está contido em B” ou “B não contém A”. Simbolicamente A , B à (?x) (x [ A é x [ B). Exemplo § {1, 2} , {1, 2, 3, 4} § {5} , {5, 6} § {1, 2, 3} ÷ {4, 5, 6} Nota 1. O conjunto vazio está contido em qualquer conjunto A, isto é, Ø , A, ?A. 2. Qualquer conjunto é subconjunto de si mesmo, isto é A , A, ?A. 3. Chama-se subconjunto próprio de um conjunto A qualquer subconjunto de A que seja diferente de A. Simbolicamente, B é subconjunto próprio de A, se B ⊂ A e B ∙ A. 53 Teoria na prática 1. Quantos subconjuntos possui o conjunto A = {a, b, c}? Resolução: Vamos escrever todos os subconjuntos de A: Ø; {a}; {b}; {c}; {a, b}; {a, c}; {b, c}; {a, b, c}. Há, portanto, 8 subconjuntos. Analisando o que acontece com os elementos, em relação aos subconjuntos, podemos dizer que cada um deles pode ou não aparecer. Então, para o elemento a, temos duas possibilida- des quanto à sua presença no subconjunto (aparecer ou não aparecer). O mesmo acontece com os elemen- tos b e c. Portanto, segundo o P.F.C., ou princípio multiplicativo na análise combinatória, temos. 2. Quantos subconjuntos possui um conjunto A com n elementos? Pelo que foi explicado no exemplo anterior, cada elemento de A pode ou não estar presente num determi- nado subconjunto C, pelo fato de A ter n elementos, então: Portanto: n° de subconjuntos = 2 · 2 · 2 ... 2 n vezes Com isso: n° de subconjuntos = 2n conjunTos das parTes de um conjunTo Seja o conjunto A = {1, 2, 3}, que tem os seguintes subconjuntos: § o conjunto vazio. § os conjuntos de um elemento: {1}, {2} e {3}. § os conjuntos com os dois elementos {1, 2}, {1, 3} e {2, 3}. § o próprio conjunto A. Denominamos conjunto das partes do conjunto A o conjunto P(A) formado por todos os subconjuntos do conjunto A: P(A) = {Ø, {1}, {2}, {3}, {1, 2}, {1, 3}, {2, 3}, {1, 2, 3}} Note que o conjunto vazio, o conjunto A e os demais subconjuntos de A são elementos do conjunto P(A). É correto, por exemplo, dizer que {3} [ P(A), mas errado afirmar que {3} , P(A). 54 Número de elementos do conjunto das partes Observe o seguinte quadro: Conjunto A Conjunto P(A) Número de elementos P(A) Potência Ø {Ø} 1 20 {b} {Ø, {b}} 2 21 {b1, b2} {Ø, {b1}, {b2}, {b1, b2} 4 2 2 {b1, b2, ... bn,} n elementos {Ø, {b1}, {b2}, ..., {b1, b2, ...,bn}} 2 n 2n De modo geral, podemos dizer que: Se A tem n elementos, então P(A) tem 2n elementos. Exemplo Determine quantos elementos tem o conjunto das partes do conjunto A, sabendo que A tem 4 elementos. Se o conjunto A tem 4 elementos, isto é, n = 4, então P(A) tem 24 elementos, ou seja P(A) tem 16 elementos. Número de subconjuntos (conjuntos das partes) Se um conjunto A possui n elementos, então A possui 2n subconjuntos, que podemos representar por: n(P(A)) = 2n(A) números de elemenTos da união Entre dois conjuntos: n(A < B) = n(A) + n(B) – n(A > B) Exemplo Observação Para a união de três conjuntos, temos n(A < B < C) = n(A) + n(B) + n(C) – n(A > B) – n(B > C) – n(A > C) + n(A > B > C). 55 esTruTura conceiTual ∙ A é um conjunto ∙ O elemento 8 não pertence ao conjunto A ∙ 0, 2, 4 e 6 são elementos A isto é, pertecem a A A · 8 · 0 · 2 · 4 · 6 09 10 M MATEMÁTICA T Operações com intervalos Competência 5 Habilidades 19, 20, 21 e 22 Competência 1 – Construir significados para os números naturais, inteiros, racionais e reais. H1 Reconhecer, no contexto social, diferentes significados e representações dos números e operações – naturais, inteiros, racionais ou reais. H2 Identificar padrões numéricos ou princípios de contagem. H3 Resolver situação-problema envolvendo conhecimentos numéricos. H4 Avaliar a razoabilidade de um resultado numérico na construção de argumentos sobre afirmações quantitativas. H5 Avaliar propostas de intervenção na realidade utilizando conhecimentos numéricos. Competência 2 – Utilizar o conhecimento geométrico para realizar a leitura e a representação da realidade e agir sobre ela. H6 Interpretar a localização e a movimentação de pessoas/objetos no espaço tridimensional e sua representação no espaço bidimensional. H7 Identificar características de figuras planas ou espaciais. H8 Resolver situação-problema que envolva conhecimentos geométricos de espaço e forma. H9 Utilizar conhecimentos geométricos de espaço e forma na seleção de argumentos propostos como solução de problemas do cotidiano. Competência 3 – Construir noções de grandezas e medidas para a compreensão da realidade e a solução de problemas do cotidiano. H10 Identificar relações entre grandezas e unidades de medida. H11 Utilizar a noção de escalas na leitura de representação de situação do cotidiano. H12 Resolver situação-problema que envolva medidas de grandezas. H13 Avaliar o resultado de uma medição na construção de um argumento consistente. H14 Avaliar proposta de intervenção na realidade utilizando conhecimentos geométricos relacionados a grandezas e medidas. Competência 4 – Construir noções de variação de grandezas para a compreensão da realidade e a solução de problemas do cotidiano. H15 Identificar a relação de dependência entre grandezas. H16 Resolver situação-problema envolvendo a variação de grandezas, direta ou inversamente proporcionais. H17 Analisar informações envolvendo a variação de grandezas como recurso para a construção de argumentação. H18 Avaliar propostas de intervenção na realidade envolvendo variação de grandezas. Competência 5 – Modelar e resolver problemas que envolvem variáveis socioeconômicas ou técnico-científicas, usando representações algébricas. H19 Identificar representações algébricas que expressem a relação entre grandezas. H20 Interpretar gráfico cartesiano que represente relações entre grandezas. H21 Resolver situação-problema cuja modelagem envolva conhecimentos algébricos. H22 Utilizar conhecimentos algébricos/geométricos como recurso para a construção de argumentação. H23 Avaliar propostas de intervenção na realidade utilizando conhecimentos algébricos. Competência 6 – Interpretar informações de natureza científica e social obtidas da leitura de gráficos e tabelas, realizando previsão de tendência, extrapolação, interpolação e interpretação. H24 Utilizar informações expressas em gráficos ou tabelas para fazer inferências. H25 Resolver problema com dados apresentados emtabelas ou gráficos. H26 Analisar informações expressas em gráficos ou tabelas como recurso para a construção de argumentos. Competência 7 – Compreender o caráter aleatório e não determinístico dos fenômenos naturais e sociais e utilizar instrumentos ade- quados para medidas, determinação de amostras e cálculos de probabilidade para interpretar informações de variáveis apresentadas em uma distribuição estatística. H27 Calcular medidas de tendência central ou de dispersão de um conjunto de dados expressos em uma tabela de frequências de dados agrupados (não em classes) ou em gráficos. H28 Resolver situação-problema que envolva conhecimentos de estatística e probabilidade. H29 Utilizar conhecimentos de estatística e probabilidade como recurso para a construção de argumentação. H30 Avaliar propostas de intervenção na realidade utilizando conhecimentos de estatística e probabilidade. 59 Dados dois números reais a e b, com a < b, definimos como intervalo fechado [a, b] o seguinte conjunto: [a, b] = {x [ R | a ≤ x ≤ b} Nesse caso, os elementos a e b pertencem ao intervalo, assim como todos os números reais maiores que a e menores que b. Da mesma forma, definimos como intervalo aberto ]a, b[ o conjunto: ]a, b[ = {x [ R | a < x < b} Observe que, diferentemente do intervalo fechado, nesse conjunto os elementos a e b não pertencem ao intervalo. Caso o número real a (chamado de extremo inferior do intervalo) pertença ao intervalo, e o número b (chamado de extremo superior do intervalo) não pertença, denominamos esse intervalo como fechado à esquerda (ou aberto à direita), definido pelo conjunto: [a, b[ = {x [ R | a ≤ x < b} Do mesmo modo, se a não pertence ao intervalo e b pertence, denominamos esse intervalo como fechado à direita (ou aberto à esquerda), definido por: ]a, b] = {x [ R | a < x ≤ b} Também podemos representar intervalos “infinitos”: [a, +Ü [ = {x [ R | x ≥ a} ]–Ü, a] = {x [ R | x ≤ a} Como intervalos são, por definição, conjuntos, podemos realizar as operações entre conjuntos, como união, intersecção e diferença em intervalos também. RepResentação geométRica de inteRvalos na Reta Real Podemos representar intervalos na reta real, o que facilita a realização de operações entre intervalos. Ob- serve o exemplo: a) [–1, 2] b) [1, 4[ c) ]–2, 2[ d) [–3, + Ü [ Ao utilizarmos a notação [a, b], estamos então nos referindo, necessariamente, a um conjunto de números reais. Portanto, o intervalo [1, 2], por exemplo, representa o conjunto de todos os números reais maiores ou iguais a 1 e menores ou iguais a 2, possuindo infinitos elementos. 60 Operações com intervalos Teoria na prática § Se A = {x [ R | 2 < x < 5} e B = {x [ R | 3 ≤ x ≤ 8}, determine A > B. Observe: 3 é elemento de A e também de B. 5 é elemento de B e não é elemento de A. Os elementos de 3 até o 5, excluído esse último, pertencem a A e a B ao mesmo tempo. Portanto, A > B = {x [ R | 3 ≤ x < 5} § Dados A = {x [ R | –2 ≤ x ≤ 0} e B = {x [ R | 2 ≤ x < 3}, determine A > B. Não há elementos que pertençam aos dois con- juntos ao mesmo tempo. A intersecção é o conjunto vazio: A > B = Ø. § Dados A = {x [ R | –2 ≤ x ≤ 3} e B = {x [ R | 1 < x ≤ 4}, determine A < B. Portanto, A < B = {x [ R | –2 ≤ x ≤ 4} § Dados A = {x [ R | –3 < x ≤ 4} e B = {x [ R | 1 < x < 7}, calcule A – B. O conjunto A – B é formado pelos elementos que pertencem a A e não pertencem a B. Portanto, A – B = {x [ R | –3 < x ≤ 1} Teoria na prática 1. Se –4 < x < –1 e 1 < y < 2, então x _ y e x ∙ y estão no intervalo: a) ] – 8, –1[ b) ] –2, – 1 __ 2 [ c) ] – 2, –1[ d) ] – 8, – 1 __ 2 [ e) ] –1, 1 __ 2 [ Resolução: Analisando os valores possíveis para x _ y e xy nos extremos, temos: I) x _ y x = – 4, y= 1⇒ x _ y = –4 x = –1, y = 1 ⇒ x _ y = –1 x = – 4, y = 2⇒ x _ y = –2 x = –1, y = 2 ⇒ x _ y = –1 __ 2 II) xy x = – 4, y = 1⇒ x ∙ y = – 4 x = –1 ⇒ y = 1 ⇒ x ∙ y= –1 x = – 4, y = 2⇒ x ∙ y = – 8 x = –1, y = 2 ⇒x ∙ y = –2 O menor valor encontrado é – 8 e o maior –1/2. Assim, o intervalo pedido é ]– 8, –1/2[, lembran- do que os extremos são abertos, pois os extre- mos de x e y também são abertos. Alternativa D FUVEST Trigonometria no triângulo retângulo é um conteúdo interdisciplinar para a Fuvest, podendo sempre ser cobrado em física nos problemas de forças e atrito em planos inclinados, assim como em proble- mas de geometria plana. O mesmo vale para razões e proporções, que se relacionam com física, em fórmulas que relacionam grandezas físicas, química, em estequiometria, e na própria matemática. UNESP Trigonometria no triângulo retângulo é um assunto cobrado pela Vunesp com questões abstra- tas; e razão, proporção e grandezas proporcionais são cobradas com questões sobre situações do cotidiano com auxílio de gráficos e tabelas. UNICAMP Razão e proporção e trigonometria no triângulo retângulo no vestibular da Unicamp são cobrados em problemas do cotidiano, com figuras, tabelas e gráficos. UNIFESP Razões e proporções são itens cobrados com grande incidência em situações do cotidiano, sem- pre descritos em texto ou em gráficos; já trigonometria no triângulo retângulo é um assunto cobrado, em sua maioria, com figuras geométricas. ENEM/UFMG/UFRJ Trigonometria no triângulo retângulo, razão, proporção e grandezas proporcionais são conteúdos com altíssimo índice de incidência no exame do ENEM, sempre aplicados em situações do coti- diano, como em variações de grandezas de medidas para compreensão da realidade. UERJ Trigonometria no triângulo retângulo é cobrada em questões de geometria plana; e razões e proporções são cobradas em problemas do cotidiano, com figuras, tabelas e gráficos. FA CU LD ADE DE MEDICINA BOTUCATU 1963 Abordagem de TRIGONOMETRIA e de ARITMÉTICA nos principais vestibulares. 01 02 M MATEMÁTICA T Trigonometria no triângulo retângulo Competência 2 Habilidades 6, 7, 8 e 9 01 02 M MATEMÁTICA T Trigonometria no triângulo retângulo Competência 2 Habilidades 6, 7, 8 e 9 Competência 1 – Construir significados para os números naturais, inteiros, racionais e reais. H1 Reconhecer, no contexto social, diferentes significados e representações dos números e operações – naturais, inteiros, racionais ou reais. H2 Identificar padrões numéricos ou princípios de contagem. H3 Resolver situação-problema envolvendo conhecimentos numéricos. H4 Avaliar a razoabilidade de um resultado numérico na construção de argumentos sobre afirmações quantitativas. H5 Avaliar propostas de intervenção na realidade utilizando conhecimentos numéricos. Competência 2 – Utilizar o conhecimento geométrico para realizar a leitura e a representação da realidade e agir sobre ela. H6 Interpretar a localização e a movimentação de pessoas/objetos no espaço tridimensional e sua representação no espaço bidimensional. H7 Identificar características de figuras planas ou espaciais. H8 Resolver situação-problema que envolva conhecimentos geométricos de espaço e forma. H9 Utilizar conhecimentos geométricos de espaço e forma na seleção de argumentos propostos como solução de problemas do cotidiano. Competência 3 – Construir noções de grandezas e medidas para a compreensão da realidade e a solução de problemas do cotidiano. H10 Identificar relações entre grandezas e unidades de medida. H11 Utilizar a noção de escalas na leitura de representação de situação do cotidiano. H12 Resolver situação-problema que envolva medidas de grandezas. H13 Avaliar o resultado de uma medição na construção de um argumento consistente. H14 Avaliar proposta de intervenção na realidade utilizando conhecimentos geométricos relacionados a grandezas e medidas. Competência 4 – Construir noções de variação de grandezas para a compreensão da realidade e a solução de problemas do cotidiano. H15 Identificar a relação de dependência entre grandezas. H16 Resolver situação-problema envolvendo a variação de grandezas, direta ou inversamente proporcionais.H17 Analisar informações envolvendo a variação de grandezas como recurso para a construção de argumentação. H18 Avaliar propostas de intervenção na realidade envolvendo variação de grandezas. Competência 5 – Modelar e resolver problemas que envolvem variáveis socioeconômicas ou técnico-científicas, usando representações algébricas. H19 Identificar representações algébricas que expressem a relação entre grandezas. H20 Interpretar gráfico cartesiano que represente relações entre grandezas. H21 Resolver situação-problema cuja modelagem envolva conhecimentos algébricos. H22 Utilizar conhecimentos algébricos/geométricos como recurso para a construção de argumentação. H23 Avaliar propostas de intervenção na realidade utilizando conhecimentos algébricos. Competência 6 – Interpretar informações de natureza científica e social obtidas da leitura de gráficos e tabelas, realizando previsão de tendência, extrapolação, interpolação e interpretação. H24 Utilizar informações expressas em gráficos ou tabelas para fazer inferências. H25 Resolver problema com dados apresentados em tabelas ou gráficos. H26 Analisar informações expressas em gráficos ou tabelas como recurso para a construção de argumentos. Competência 7 – Compreender o caráter aleatório e não determinístico dos fenômenos naturais e sociais e utilizar instrumentos ade- quados para medidas, determinação de amostras e cálculos de probabilidade para interpretar informações de variáveis apresentadas em uma distribuição estatística. H27 Calcular medidas de tendência central ou de dispersão de um conjunto de dados expressos em uma tabela de frequências de dados agrupados (não em classes) ou em gráficos. H28 Resolver situação-problema que envolva conhecimentos de estatística e probabilidade. H29 Utilizar conhecimentos de estatística e probabilidade como recurso para a construção de argumentação. H30 Avaliar propostas de intervenção na realidade utilizando conhecimentos de estatística e probabilidade. 65 Razões tRigonométRicas no tRiângulo Retângulo Tri gono metria (três) (ângulo) (medida) Todos sabem que, se você deseja ser um físico ou engenheiro, deveria ser bom em Matemática. Mais e mais pessoas estão descobrindo que, se desejam trabalhar em certas áreas da Economia ou Biologia, de- veriam rever sua Matemática. A Matemática penetrou na Sociologia, Psicologia, Medicina e Linguística. Sob o nome de cliometria, está se infiltrando na História, para sobressalto dos mais velhos. VIS, Philip J.; KERSH, Reuben. A experiência matemática. Tradução de João Bosco Pitombeira. Rio de Janeiro: F. Alves, c 1989. 481 p. (Coleção Ciência): The Mathematical experience. Na origem de sua formação, a Trigonometria era um ramo da Matemática no qual os ângulos de um triân- gulo e as medidas de seus lados eram relacionados. As razões trigonométricas eram utilizadas pelos egípcios para resolver problemas de Arquitetura nas construções das pirâmides. O estudo da Trigonometria se ampliou para um campo mais abstrato, retirando-se das aplicações práticas e surgindo em outros campos do conhecimento, para solucionar alguns problemas específicos e contribuir indiretamente para seu desenvolvimento por necessidades das navegações, Astronomia e Agrimensura. Mais tarde, por volta dos séculos XVI e XVII, a Trigonometria aparece na Física para descrever e explicar alguns fenômenos, tais como: § o movimento periódico dos planetas, trabalhado por Kepler; § o movimento periódico dos pêndulos, trabalhado por Galileu; § a propagação do som no formato de ondas, estudada por Newton; e § a propagação da luz no formato de ondas, estudada por Huyghens. Se θ é um ângulo interno de um triangulo retângulo, definimos: sen θ = medida do cateto oposto a θ ______________________ medida da hipotenusa cos θ = medida do cateto adjacente a θ ________________________ medida da hipotenusa tg θ = medida do cateto oposto a θ ________________________ medida da cateto adjacente a θ cossec θ = medida da hipotenusa _______________________ medida do cateto a oposto a θ sec θ = medida da hipotenusa ________________________ medida do cateto adjacente a θ cotg θ = medida do cateto adjacente a θ ________________________ medida do cateto oposto a θ → Razões inversas → Aplicando as definições acima, temos: sen θ = b __ a e cossec θ = a __ b cos θ = c __ a e sec θ = a __ c tg θ = b __ c e cotg θ = c __ b 0 < sen θ < 1 e 0 < cos θ < 1 cossec θ > 1 e sec θ > 1 tg θ > 0 e cotg θ > 0 66 Consequência No triângulo retângulo ABC abaixo, β + γ = 90º, ou seja ^ B e ^ C são complementares. sen β = b __ a cos γ = b __ a sen γ = c __ a cos β = c __ a sen β = cos γ sen γ = cos β Dessa forma, temos que em um triângulo retân- gulo, o seno de um ângulo agudo é igual ao cosseno de seu complemento. De fato, o nome cosseno se origina de seno do ângulo complementar. Razões trigonométricas (valores notáveis) θ (graus) sen θ cos θ tg θ cossec θ sec θ cotg θ 30º 1 __ 2 dXX 3 ___ 2 dXX 3 ___ 3 2 2 dXX 3 ____ 3 dXX 3 45º dXX 2 ___ 2 dXX 2 ___ 2 1 dXX 2 dXX 2 1 60º dXX 3 ___ 2 1 __ 2 dXX 3 2 dXX 3 ____ 3 2 dXX 3 ___ 3 Teoria na prática 1. Calcule o valor de x e y no triângulo retângulo ABC a seguir: Resolução: Observe que o cateto AC é oposto ao ângulo de 30º, ao passo que o cateto AB é adjacente. Calculando o cateto oposto ao ângulo dado, temos: sen 30º = cateto oposto ao 30º ________________ hipotenusa . Substituindo o valor de seno de 30° obtido da tabela: 1 __ 2 = y __ 2 ⇒ y = 1 Agora, calculemos o cateto adjacente a 30º: cos 30º = cateto adjacente ao 30º __________________ hipotenusa . Substituindo o valor de cosseno de 30° obtido da tabela: dXX 3 ___ 2 = x __ 2 ⇒ x = dXX 3 Logo, x = √ __ 3 m e y = 1m. 2. Calcule a altura de um triângulo equilátero de lado a. Resolução: A partir de um triângulo equilátero ABC, temos que a altura relativa à base BC é o segmento AP, perpendicular à BC, onde P é ponto médio de BC. Lembre-se que em um triângulo equilátero, as alturas coincidem com as medianas: 67 Como sabemos, os ângulos internos de um triân- gulo equilátero medem 60º. Assim, podemos uti- lizar a trigonometria no triângulo retângulo ACP: sen 60º = cateto oposto AP _____________ hipotenusa AC a dXX 3 = 2h ⇒ h = a dXX 3 ____ 2 Portanto, dado um triângulo equilátero de lado a, sua altura vale a dXX 3 ____ 2 . 3. Dado um triângulo ABC, calcule a medida dos três lados sabendo que a altura relativa à base BC é 8, o ângulo A ̂ C B é 45° e o ângulo A ̂ B C é 60°. Resolução: A figura descrita no problema é: Repare que o triângulo ABC não é retângulo. Porém, observe que a altura sempre é perpen- dicular à base. Assim, os triângulos ACH e ABH são retângulos e podemos calcular seus catetos e hipotenusas: § Triângulo ACH: O segmento AH representa o cateto oposto ao ângulo de 45°, portanto podemos calcular o ca- teto adjacente CH através da tangente de 45°. tan 45º = cateto oposto à 45º _________________ cateto adjacente à 45º . 1 = 8 ___ CH ⇒ CH = 8 Como AC é a hipotenusa do triângulo ACH, temos: cos 45º = cateto adjacente à 45º _________________ hipotenusa . dXX 2 ___ 2 = 8 ___ AC ⇒ dXX 2 AC = 16 ⇒ AC = 16 ___ dXX 2 Racionalizando o resultado, temos: AC = 16 dXX 2 ______ dXX 2 ⋅ dXX 2 = 16 dXX 2 _____ 2 = 8 √ __ 2 § Triângulo ABH: O segmento AH representa o cateto oposto ao ângulo de 60°, portanto podemos calcular o ca- teto BH através da tangente de 60°. tan 60º = cateto oposto à 60º _________________ cateto adjacente à 60º dXX 3 =8 ___ BH ⇒ BH dXX 3 = 8 ↔ BH = 8 ___ √ __ 3 Racionalizando o resultado, temos: BH = 8 dXX 3 _______ dXX 3 ⋅ dXX 3 = 8 dXX 3 ____ 3 Como AB é hipotenusa do triângulo ABH, temos: sen 60º = cateto oposto à 60º _______________ hipotenusa Observe que também poderíamos utilizar o cos- seno, porém como o cateto oposto AH mede 8 e o cateto adjacente mede 8 dXX 3 ____ 3 , o cálculo é mais simplificado utilizando seno. dXX 3 ___ 2 = 8 ___ AB ⇒ AB dXX 3 = 16 ⇒ AB = 16 ___ dXX 3 Racionalizando o resultado, temos: AB = 16 dXX 3 ______ dXX 3 ⋅ dXX 3 = 16 dXX 3 _____ 3 Portanto, temos: AB = 16 dXX 3 _____ 3 AC = 8 dXX 2 CB = CH + BH = 8 + 8 dXX 3 ____ 3 68 intRodução ao ciclo tRigonométRico O estudo aprofundado da trigonometria será feito mais adiante, porém, é importante abordarmos al- gumas noções básicas para a resolução de alguns pro- blemas em Geometria Plana. Considere uma circunferência de raio unitário com centro na origem de um sistema cartesiano de coorde- nadas: Nesta circunferência, os ângulos são medidos no sentido anti-horário a partir do ponto A, ou seja, os pontos A, B, A’ e B’ equivalem aos ângulos 0º, 90º, 180º e 270º, respectivamente. Observe como localizar o ângulo de 30º no cír- culo trigonométrico: Repare que o 30º determina um ponto P na cir- cunferência, determinando, assim, o triângulo retângulo OBP. Cada ângulo diferente determina um ponto P distinto na circunferência, sendo, assim, o seno e o cosseno de um ângulo são definidos por: sen θ = ordenada de P cos θ = abscissa de P tg θ = sen θ _____ cos θ com cos θ ≠ 0 No sistema cartesiano, se a ordenada de P (co- ordenada em y) se encontra “acima” da origem, o seno do ângulo será positivo, enquanto que se a ordenada de P se encontra “abaixo” da origem, o seno do ângulo será negativo. Analogamente, se a abscissa de P (coordenada em x) se encontra à direita da origem, o cosseno do ângulo será posi- tivo, enquanto que se a abscissa de P se encontra à esquerda da origem o cosseno do ângulo será ne- gativo. Vamos utilizar esses conceitos para calcular o valor do seno, cosseno e tangente de um ângulo maior que 90°, que não se encontra na tabela de ângulos notáveis. Veja onde se encontra o ângulo de 150° na circunferência trigonométrica: Considerando o triângulo retângulo OPB, temos: sen 30º = BP ___ 1 Logo, a ordenada de P é 1 __ 2 e encontra-se acima da origem, portanto, sen 150° = 1 __ 2 . 69 Do mesmo modo, calculando a medida do cateto OB: cos 30º = OB ___ 1 dXX 3 ___ 2 = OB ___ 1 ⇒ OB = dXX 3 ___ 2 Logo, a abscissa de P é – dXX 3 ___ 2 , pois se encontra à esquerda da origem, portanto, cos 150° = – dXX 3 ___ 2 . Vídeo ASSISTIR INTERATIVIAA DADE Sites ACESSAR Trigonometria básica | Geometria ... Fonte: Youtube 70 Trigonometria com triângulos retângulos pt.khanacademy.org/math/trigonometry/trigonometry-right-triangles INTERDISCIPLINARIDADE APLICAÇÃO NO COTIDIANOAPLICAÇÃO NO COTIDIANO 71 Vídeo ASSISTIR INTERATIVIAA DADE Sites ACESSAR Engenheiros civis, ao estudar e medir a topografia do terreno de interesse, se utilizam de instrumentos, como o teodolito, que se baseiam na trigonometria do triângulo retângulo para medir as elevações e desníveis do terreno. Veja um exemplo prático disto: 1. (PUC) Um determinado professor de uma das disciplinas do curso de Engenharia Civil da PUC solicitou como trabalho prático que um grupo de alunos deveria efetuar a medição da altura da fachada da Biblioteca Central da PUC usando um teodolito. Para executar o trabalho e determinar a altura, eles colocaram um teodolito a metros da base da fachada e mediram o ângulo, obtendo, conforme mostra a figura abaixo. Se a luneta do teodolito está a 1,70 m do solo, qual é, aproximadamente, a altura da fachada da Biblioteca Central da PUC? Dados (sen 30º = 0,5; cos 30º = 0,87 e tg 30º = 0,58) a) 5,18 m b) 4,70 m c) 5,22 m d) 5,11 m e) 5,15 m Resolução: Considerando h como sendo a altura da fachada da Biblioteca, temos: h 1,7tg30 6 h 1,7 6 tg30 h 6 0,58 1,7 h 5,18m − ° = − = ⋅ ° = ⋅ + = A trigonometria no triângulo retângulo é a base para a resolução de exercícios de física nos tópicos de estudo de forças com e sem atrito no plano inclinado. Decomposição de vetores, inclinação do plano, coeficiente estático, todos, sem exceção, dependem do conhecimento de trigonometria no triângulo retângulo para as suas resoluções. 72 estRutuRa conceitual Hipotenusa Lado oposto ao ângulo reto Cateto Oposto Lado oposto ao ângulo θ Cateto Adjacente lado próximo ao ângulo θ θ Seno θ = Cosseno θ = Tangente θ = cateto oposto hipotenusa cateto adjacente hipotenusa cateto oposto cateto adjacente © Al ek sa nd ar To do rov ic/ Sh ut ter sto ck 03 04 M MATEMÁTICA T Produtos notáveis Competência 5 Habilidades 19 e 21 Competência 1 – Construir significados para os números naturais, inteiros, racionais e reais. H1 Reconhecer, no contexto social, diferentes significados e representações dos números e operações – naturais, inteiros, racionais ou reais. H2 Identificar padrões numéricos ou princípios de contagem. H3 Resolver situação-problema envolvendo conhecimentos numéricos. H4 Avaliar a razoabilidade de um resultado numérico na construção de argumentos sobre afirmações quantitativas. H5 Avaliar propostas de intervenção na realidade utilizando conhecimentos numéricos. Competência 2 – Utilizar o conhecimento geométrico para realizar a leitura e a representação da realidade e agir sobre ela. H6 Interpretar a localização e a movimentação de pessoas/objetos no espaço tridimensional e sua representação no espaço bidimensional. H7 Identificar características de figuras planas ou espaciais. H8 Resolver situação-problema que envolva conhecimentos geométricos de espaço e forma. H9 Utilizar conhecimentos geométricos de espaço e forma na seleção de argumentos propostos como solução de problemas do cotidiano. Competência 3 – Construir noções de grandezas e medidas para a compreensão da realidade e a solução de problemas do cotidiano. H10 Identificar relações entre grandezas e unidades de medida. H11 Utilizar a noção de escalas na leitura de representação de situação do cotidiano. H12 Resolver situação-problema que envolva medidas de grandezas. H13 Avaliar o resultado de uma medição na construção de um argumento consistente. H14 Avaliar proposta de intervenção na realidade utilizando conhecimentos geométricos relacionados a grandezas e medidas. Competência 4 – Construir noções de variação de grandezas para a compreensão da realidade e a solução de problemas do cotidiano. H15 Identificar a relação de dependência entre grandezas. H16 Resolver situação-problema envolvendo a variação de grandezas, direta ou inversamente proporcionais. H17 Analisar informações envolvendo a variação de grandezas como recurso para a construção de argumentação. H18 Avaliar propostas de intervenção na realidade envolvendo variação de grandezas. Competência 5 – Modelar e resolver problemas que envolvem variáveis socioeconômicas ou técnico-científicas, usando representações algébricas. H19 Identificar representações algébricas que expressem a relação entre grandezas. H20 Interpretar gráfico cartesiano que represente relações entre grandezas. H21 Resolver situação-problema cuja modelagem envolva conhecimentos algébricos. H22 Utilizar conhecimentos algébricos/geométricos como recurso para a construção de argumentação. H23 Avaliar propostas de intervenção na realidade utilizando conhecimentos algébricos. Competência 6 – Interpretar informações de natureza científica e social obtidas da leitura de gráficos e tabelas, realizando previsão de tendência, extrapolação, interpolação e interpretação. H24 Utilizar informaçõesexpressas em gráficos ou tabelas para fazer inferências. H25 Resolver problema com dados apresentados em tabelas ou gráficos. H26 Analisar informações expressas em gráficos ou tabelas como recurso para a construção de argumentos. Competência 7 – Compreender o caráter aleatório e não determinístico dos fenômenos naturais e sociais e utilizar instrumentos ade- quados para medidas, determinação de amostras e cálculos de probabilidade para interpretar informações de variáveis apresentadas em uma distribuição estatística. H27 Calcular medidas de tendência central ou de dispersão de um conjunto de dados expressos em uma tabela de frequências de dados agrupados (não em classes) ou em gráficos. H28 Resolver situação-problema que envolva conhecimentos de estatística e probabilidade. H29 Utilizar conhecimentos de estatística e probabilidade como recurso para a construção de argumentação. H30 Avaliar propostas de intervenção na realidade utilizando conhecimentos de estatística e probabilidade. 75 Produtos notáveis No cálculo algébrico, alguns produtos são frequentes, como: (x + y) · (x – y) Produto da soma pela diferença de dois termos. (x + y) · (x + y) = (x + y)2 Quadrado da soma de dois termos. (x – y) · (x – y) = (x – y)2 Quadrado da diferença de dois termos. Por serem frequentes na resolução de problemas, tais produtos são chamados de produtos notáveis. Porém, antes de estudar esses produtos, é importante lembrar algumas propriedades elementares das ope- rações de adição e multiplicação da álgebra: Considere dois números reais a e b: a + b = b + a Propriedade comutativa da adição. a + (b + c) = (a + b) + c Propriedade associativa da adição. 0 + a = a Elemento neutro da adição. ab = ba Propriedade comutativa da multiplicação. a(bc) = (ab)c Propriedade associativa da multiplicação. 1a = a Elemento neutro da multiplicação. (a + b)c = ac + bc Propriedade distributiva da multiplicação. Quadrado da soma de dois termos Considere a expressão (x + y)². Ela representa o quadrado da soma de dois termos. Aplicando a propriedade distributiva, temos: (x + y)² = (x + y)(x + y) = x(x + y) + y(x + y) = x² + xy + yx + y² = x² + 2xy + y² Logo, temos a seguinte igualdade: (x + y)² = x² + 2xy + y² Utilizando um exemplo numérico, temos: (3 + 5)² = 3² + 2 · 3 · 5 + 5² = 9 + 30 + 25 = 64 O resultado obtido está correto, pois (3 + 5)² = (8)² = 64. 76 Podemos, também, observar essa relação geo- metricamente. A partir de um quadrado de lado a, em que prolongamos dois lados consecutivos a um compri- mento b, de modo a obter um quadrado de lado a + b: Calculando as áreas de cada quadrado e retân- gulo formados, temos: Podemos, então, calcular a área total (A) de duas maneiras: 1ª maneira: Considerando que o quadrado maior possui la- dos a + b, sua área é dada por A = (a + b)². 2ª maneira: Somando todas as áreas no interior do quadrado maior, temos: A = a² + ab + ab + b² = a² + 2ab + b² Portanto, concluímos que: (a + b)² = a² + 2ab + b² Exemplos: § (3 + x)² = 3² + 2 · 3 · x + x² = 9 + 6x + x² § (2a + 3b)² = (2a)² + 2 · 2a · 3b + (3b)² = = 4a² + 12ab + 9b² § (x + 1)² = x² + 2 · x · 1 + 1 = x² + 2x + 1 § (ab² + 1)² = (ab²)² + 2 · ab² · 1 + 1² = = a²b4 + 2ab² + 1 § ( 1 __ 2 + x ) 2 = ( 1 __ 2 ) 2 + 2 ∙ 1 __ 2 ∙ x + x2 = 1 __ 4 + x + x2 Quadrado da diferença de dois termos A expressão (x – y)² representa o quadrado da diferença de dois termos. Aplicando a propriedade dis- tributiva, temos: (x – y)² = (x – y)(x – y) = x(x – y) – y(x – y) = = x² – xy – yx + y² = x² – 2xy + y² Logo, temos a seguinte igualdade: (x – y)² = x² – 2xy + y² Utilizando um exemplo numérico, temos: (6 – 4)² = 6² – 2 · 6 · 4 + 4² = 36 – 48 + 16 = 4 O resultado obtido está correto, pois (6 – 4)² = = (2)² = 4. Analogamente ao quadrado da soma, podemos demonstrar geometricamente essa identidade a partir de um quadrado de lados a – b em que prolongamos dois lados consecutivos a um comprimento b, obtendo, assim, um quadrado de lado a: Da mesma forma, podemos calcular as áreas dos quadrados e retângulos formados na figura. A área do quadrado de lados (a – b) pode ser calculada de duas maneiras: 1ª maneira: O quadrado possui lado (a – b), portanto, a área A é dada por: A = (a – b)² 2ª maneira: Podemos calcular a área desejada subtraindo da área do quadrado de lado a a área dos retângu- los de lados b e (a – b) e quadrado de lado b: A = a² – b(a – b) – b(a – b) – b² = a² –2ab + b² 77 Portanto: (a – b)² = a² – 2ab + b² Exemplos: § (y – 3)² = y² – 2 · y · 3 + 3² = y² – 6y + 9 § (3a – 5b)² = (3a)² – 2 · 3a · 5b + (5b)² = = 9a² – 30ab + 25b² § (x – 1)² = x² – 2 · x · 1 +1² = x² – 2x + 1 § (x² – 3y)² = (x²)² – 2 · x² · 3y + (3y)² = = x4 – 6x²y + 9y² § ( x __ 3 – 4 ) 2 = ( x __ 3 ) 2 – 2 · x __ 3 · 4 + 42 = x 2 __ 9 – 8x __ 3 + 16 Produto da soma pela diferença de dois termos Por fim, a expressão (x + y)(x – y) representa o produto entre a soma e a diferença entre dois termos. Aplicando a propriedade distributiva, temos: (x + y)(x – y) = x(x – y) + y(x – y) = x² – xy + xy – y² = = x² – y² Logo, temos a seguinte igualdade: (x + y)(x – y) = x² – y² Utilizando um exemplo numérico, temos: (5 + 3)(5 – 3) = 5² – 3² = 25 – 9 = 16 Novamente, podemos verificar que o resultado obtido está correto, pois (5 + 3)(5 – 3) = (8)(2) = 16. Exemplos § (x – 2)(x + 2) = x² – 2² = x² – 4 § (2a + 3b)(2a – 3b) = (2a)² – (3b)² = 4a² – 9b² § (y – 1)(y +1) = y² – 1² = y² – 1 § (x2 + y²)(x² – y²) = (x²)² – (y²)² = x4 – y4 § ( a2 __ 3 – b3 ) ( a 2 __ 3 + b3 ) = ( a2 __ 3 ) 2 – (b3)2 = a 4 __ 9 – b6 Resumindo os produtos notáveis vistos, temos: (x + y)(x – y) = x² – y² Produto da soma pela diferença de dois termos (x + y)² = x² + 2xy + y² Quadrado da soma de dois termos (x – y)² = x² – 2xy + y² Quadrado da diferença de dois termos Vídeo ASSISTIR INTERATIVIAA DADE Sites ACESSAR Trigonometria básica | Geometria ... Fonte: khanacademy Mais exemplos de produtos notáveis pt.khanacademy.org/math/algebra2/arithmetic-with-polynomials/multiplying-polynomials- review/v/special-products-of-binomials 78 79 Vídeo ASSISTIR INTERATIVIAA DADE Sites ACESSAR estrutura ConCeitual ( x + y )2 = x2 + 2 . x . y + y2 1° termo 2° termo Quadrado do 1° termo Quadrado do 2° termo Duas vezes o 1° vezes o 2° Mais Mais QUADRADO DA SOMA ( x - y )2 = x2 - 2 . x . y + y2 1° termo 2° termo Quadrado do 1° termo Quadrado do 2° termo Duas vezes o 1° vezes o 2° Menos Mais QUADRADO DA DIFERENÇA 05 06 M MATEMÁTICA T Fatoração Competência 5 Habilidades 19 e 21 Competência 1 – Construir significados para os números naturais, inteiros, racionais e reais. H1 Reconhecer, no contexto social, diferentes significados e representações dos números e operações – naturais, inteiros, racionais ou reais. H2 Identificar padrões numéricos ou princípios de contagem. H3 Resolver situação-problema envolvendo conhecimentos numéricos. H4 Avaliar a razoabilidade de um resultado numérico na construção de argumentos sobre afirmações quantitativas. H5 Avaliar propostas de intervenção na realidade utilizando conhecimentos numéricos. Competência 2 – Utilizar o conhecimento geométrico para realizar a leitura e a representação da realidade e agir sobre ela. H6 Interpretar a localização e a movimentação de pessoas/objetos no espaço tridimensional e sua representação no espaço bidimensional. H7 Identificar características de figuras planas ou espaciais. H8 Resolver situação-problema que envolva conhecimentos geométricos de espaço e forma. H9 Utilizar conhecimentos geométricos de espaço e forma na seleção de argumentos propostos como solução de problemas do cotidiano. Competência 3 – Construir noções de grandezas e medidas para a compreensão da realidade e a solução de problemas do cotidiano. H10Identificar relações entre grandezas e unidades de medida. H11 Utilizar a noção de escalas na leitura de representação de situação do cotidiano. H12 Resolver situação-problema que envolva medidas de grandezas. H13 Avaliar o resultado de uma medição na construção de um argumento consistente. H14 Avaliar proposta de intervenção na realidade utilizando conhecimentos geométricos relacionados a grandezas e medidas. Competência 4 – Construir noções de variação de grandezas para a compreensão da realidade e a solução de problemas do cotidiano. H15 Identificar a relação de dependência entre grandezas. H16 Resolver situação-problema envolvendo a variação de grandezas, direta ou inversamente proporcionais. H17 Analisar informações envolvendo a variação de grandezas como recurso para a construção de argumentação. H18 Avaliar propostas de intervenção na realidade envolvendo variação de grandezas. Competência 5 – Modelar e resolver problemas que envolvem variáveis socioeconômicas ou técnico-científicas, usando representações algébricas. H19 Identificar representações algébricas que expressem a relação entre grandezas. H20 Interpretar gráfico cartesiano que represente relações entre grandezas. H21 Resolver situação-problema cuja modelagem envolva conhecimentos algébricos. H22 Utilizar conhecimentos algébricos/geométricos como recurso para a construção de argumentação. H23 Avaliar propostas de intervenção na realidade utilizando conhecimentos algébricos. Competência 6 – Interpretar informações de natureza científica e social obtidas da leitura de gráficos e tabelas, realizando previsão de tendência, extrapolação, interpolação e interpretação. H24 Utilizar informações expressas em gráficos ou tabelas para fazer inferências. H25 Resolver problema com dados apresentados em tabelas ou gráficos. H26 Analisar informações expressas em gráficos ou tabelas como recurso para a construção de argumentos. Competência 7 – Compreender o caráter aleatório e não determinístico dos fenômenos naturais e sociais e utilizar instrumentos ade- quados para medidas, determinação de amostras e cálculos de probabilidade para interpretar informações de variáveis apresentadas em uma distribuição estatística. H27 Calcular medidas de tendência central ou de dispersão de um conjunto de dados expressos em uma tabela de frequências de dados agrupados (não em classes) ou em gráficos. H28 Resolver situação-problema que envolva conhecimentos de estatística e probabilidade. H29 Utilizar conhecimentos de estatística e probabilidade como recurso para a construção de argumentação. H30 Avaliar propostas de intervenção na realidade utilizando conhecimentos de estatística e probabilidade. 83 Fatorar uma expressão significa transformá-la em fatores de um produto. Por exemplo: x² – 5x + 6 = (x – 2)(x – 3) Forma não fatorada Forma fatorada Apesar das expressões x² – 5x + 6 e (x – 2)(x – 3) serem equivalentes, a segunda está representada como uma multiplicação de fatores (x – 2) e (x – 3). Muitas vezes, para simplificar uma expressão algébrica, é preciso fatorá-la, ou seja, escrevê-la em forma de produto. Neste exemplo, podemos simplificar assim: x 2 – 5x + 6 _________ x – 3 , com x ≠ 3 Como sabemos, x² – 5x + 6 = (x – 2)(x – 3). Substituindo na expressão, temos: x 2 – 5x + 6 _________ x – 3 = (x – 2)(x – 3) __________ x – 3 = x – 2 Estudaremos nesta aula algumas formas de se fatorar uma expressão algébrica. Fator comum em evidência Em geral, todos os casos de fatoração têm por base a propriedade distributiva, propriedade conhecida pelos antigos gregos através da geometria, mais especificamente no cálculo das áreas: A área do retângulo maior pode ser calculada por: Aretângulo maior = base × altura = a · (x + y) Por outro lado, esse mesmo retângulo está decomposto em dois retângulos menores, cujas áreas são ax e ay. Assim, a área do retângulo maior também pode ser calculada pela soma dessas áreas: Aretângulo maior = ax + ay Dessa forma, temos a área do mesmo retângulo calculada de duas maneiras diferentes, o que demonstra a propriedade distributiva em relação à adição algébrica. Veja: a(x + y) = ax + ay Portanto, quando, numa soma ou subtração, houver um mesmo fator em comum nas parcelas, podemos colocá-lo em evidência. 84 Teoria na prática 1. Fatore a expressão 2x + 2y. Neste caso, é fácil identificar o fator em comum: 2. Como estamos fazendo o processo inverso da propriedade distributiva da multiplicação, pode- mos dividir cada termo pelo fator comum para encontrar a forma fatorada: 2x + 2y = 2 ( 2x __ 2 + 2y __ 2 ) = 2(x + y) Para verificar se a fatoração está correta, apli- camos a propriedade distributiva e comparamos com a expressão original. 2. Fatore a expressão 10a + 15b. Observe que, neste caso, o fator comum não aparece explicitamente em nenhum dos termos. Porém, podemos expressar os coeficientes por meio de produtos, veja: 10a + 15b = 5 · 2a + 5 · 3b Desta forma, fica claro que o fator comum é o número 5, portanto: 10a + 15b = 5 ( 10a ___ 5 + 15b ___ 5 ) = 5(2a + 3b) 3. Simplifique a expressão 3x + 6y ______ 3 . Fatorando o numerador 3x + 6y, temos que 3x + 6y equivale à 3x + 2 · 3y. Logo, o fator comum é o número 3, portanto: 3x + 6y = 3 ( 3x __ 3 + 6y __ 3 ) = 3(x + 2y) Substituindo o valor encontrado na expressão: 3x + 6y ______ 3 = 3(x + 2y) _______ 3 = x + 2y 4. Fatore a expressão x³ – 2x. O termo x³ pode ser escrito como x · x², desta forma: x³ – 2x = x · x² – 2x Observe que o fator comum é x, logo: x³ – 2x = x ( x³ __ x – 2x __ x ) = x(x² – 2) 5. Fatore a expressão a²b³ + a³b4 + ab. Reescrevendo os dois primeiros termos, temos: a²b³ = ab · ab² a³b4 = ab · a²b³ Substituindo na expressão, temos: ab · ab² + ab · a²b³ + ab, logo, o fator comum é ab: a²b³ + a³b4 + ab = ab ( a2b3 ____ ab + a 3b4 ____ ab + ab __ ab ) = = ab(ab² + a²b³ + 1) Agrupamento É possível, em um polinômio, não ter um fator comum a todos os seus termos. Porém, talvez seja pos- sível fatorá-lo em grupos, fazendo surgir um novo fator comum aos grupos fatorados. Assim, é só colocar esse novo fator comum em evidência. Teoria na prática Fatore os seguintes polinômios: 1. x2 + ax + bx + ab Temos: x2 + ax + bx + ab = x (x + a) + b (x + a) x2 + ax + bx + ab = (x + a)(x + b) Então, x2 + ax + bx + ab = (x + a)(x + b). 2. 2ax2 + 3axy – 2bxy – 3by2 Temos: 2ax2 + 3axy – 2bxy – 3by2 No segundo grupo, pode-se colocar em destaque o fator –by ou +by. Porém, destacando o fator –by, mudam-se os sinais dos termos do grupo, deixando-os iguais aos sinais do primeiro grupo. 2ax2 + 3axy – 2 bxy – 3by2 = ax(2x + 3y) – by(2x + 3y) 2ax2 + 3axy – 2 bxy – 3by2 = (2x + 3y)(ax – by) Então, 2ax2 + 3axy – 2bxy – 3by2 = (2x + 3y) (ax – by). 3. y3 – y2 + y – 1 Temos: y3 – y2 + y – 1 No segundo grupo, pode-se colocar em evidên- cia o fator 1 ou –1. Para deixar os sinais iguais aos do primeiro grupo, usa-se o 1. Novo fator comum 1º grupo 2º grupo 2º grupo1º grupo 2º grupo1º grupo 1º grupo 2º grupo 85 Já no primeiro grupo, coloca-se em evidência y2. Veja: y3 – y2 + y – 1 = y2(y – 1) + 1 · (y – 1) y3 – y2 + y – 1 = (y – 1)(y2 + 1) Então, y3 – y2 + y – 1 = (y – 1)(y2 + 1). 4. ax + ay – x – y Temos: ax + ay – x – y = a (x + y) – 1· (x + y) ax + ay – x – y = (x + y) (a – 1) Então, ax + ay – x – y = (x + y)(a – 1). 5. axy + bcxy – az – bcz – a – bc Temos: axy + bcxy – az – bcz – a – bc = = xy(a + bc) – z(a + bc) – 1(a + bc) axy + bcxy – az – bcz – a – bc = = (a + bc) (xy – z – 1) Então, axy + bcxy – az – bcz – a – bc = (a + bc)(xy – z – 1). Diferença de dois quadrados A partir da propriedade simétrica da igualdade (se a = b, então b = a), pode-se dizer que: se (x + y)(x – y) = x2 – y2, então x2 – y2 = (x + y)(x – y) Observando, então, que esse binômio é compos- to pela diferença do quadrado de dois termos, podemosfatorá-lo facilmente, escrevendo-o como produto da soma pela diferença desses termos. Teoria na prática Fatore os seguintes polinômios: 1. x2 – 9 = (x + 3)(x – 3) (3)2 (x)2 2. 16a4 – 25b2 = (4a2 + 5b)(4a2 – 5b) (5b)2 (4a2)2 1º grupo 2º grupo 1º grupo 2º grupo 1º grupo 2º grupo 3º grupo 3. 36x²y4 _____ 25 – 121a 4 _____ 16 = ( 6xy² ____ 5 + 11a² ____ 4 ) ( 6xy² ____ 5 – 11a² ____ 4 ) ( 11a2 ____ 4 ) 2 ( 6xy2 ____ 5 ) 2 4. (7x + 3y)2 – 16a2 = (4a)2 = [(7x + 3y) + 4a] · [(7x + 3y) – 4a] = = (7x + 3y + 4a) · (7x + 3y – 4a) 5. (3a + 2b)2 – (3a – 2b)2 = = [(3a + 2b) + (3a – 2b)] · [(3a + 2b) – (3a – 2b)] = [(3a + 2b) + (3a – 2b)] · [(3a + 2b) – (3a – 2b)] = [6a][4b] = 24ab 6. (x + 2y)2 – (2x – y)2 = [(x + 2y) + (2x – y)] · [(x + 2y) – (2x – y)] = (3x + y) · (3y – x) 7. 1 – (x2 – 1)2 = (1)2 = [1 + (x2 – 1)] · [1 – (x2 – 1)] = = x2 · [2 – x2] Trinômio quadrado perfeiTo Um monômio é quadrado perfeito, assim como os números quadrados perfeitos, quando ele é igual ao quadrado de outro monômio. Assim, todo monômio qua- drado perfeito, não nulo, tem expoentes pares. São exemplos de monômios quadrados perfeitos: 9m4x² = (3m²x)², 1 ___ 16 x8 = ( 1 __ 4 x4 ) 2 e 5x² = ( x √ __ 5 )² Já o monômio 25x3 não é monômio quadrado perfeito pois o expoente da variável não é par. Todo polinômio com três termos que apresen- ta dois monômios quadrados perfeitos (a2 e b2), cujo terceiro termo é igual a duas vezes o produto das ba- ses desses monômios quadrados perfeitos, em módulo (±2ab), é um trinômio quadrado perfeito, isto é, pode ser reduzido a uma das seguintes formas: a2 + 2ab + b2 ou a2 – 2ab + b2 86 Como sabemos, esses resultados são produtos notáveis. § O primeiro é quadrado da soma: (a + b)2 = a2 + 2ab + b2. § O segundo é o quadrado da diferença: (a – b)2 = a2 – 2ab + b2 Usando, então, a propriedade simétrica da igual- dade (se x = y, então y = x), pode-se dizer que um tri- nômio quadrado perfeito tem uma das seguintes formas fatoradas: a2 + 2ab + b2 = (a + b)2 ou a2 – 2ab + b2 = (a – b)2 Teoria na prática Verifique se os trinômios a seguir são quadrados perfeitos e, caso sejam, fatore-os. 1. x² + 4x + 4 Escrevendo o primeiro e o terceiro como quadra- dos, temos: Caso 2ab seja igual ao termo 4x, o trinômio é quadrado perfeito: 2ab = 2 · x · 2 = 4 (logo, x² + 4x + 4 é quadrado perfeito) Agora, fatorando o trinômio, teremos: x² + 4x + 4 = (a + b)² = (x + 2)² 2. 4x² + 4x + 25 Escrevendo o primeiro e o terceiro como quadra- dos temos: Como 20x ≠ 4x, o trinômio não é quadrado per- feito. 3. 4x² – 16x + 16 Escrevendo o primeiro e o terceiro como quadra- dos, temos: Como 2ab = 16x, o trinômio é quadrado perfei- to, e sua forma fatorada é: 4x² – 16x + 16 = (a – b)² = (2x – 4)² Trinômio do segundo grau Mesmo um trinômio não sendo quadrado perfei- to, é possível fatorá-lo. Para isso, basta associá-lo a uma equação do 2º grau e conhecer as suas raízes. Para um trinômio do tipo ax2 + bx + c, a equação associada a ele é ax2 + bx + c = 0 (a ≠ 0), na qual suas raízes são x1 + x2 = – b __ a e x1 · x2 = c __ a . Manipulando o trinômio ax2 + bx + c, onde a ≠ 0, temos: ax2 + bx + c = a ( x² + bx __ a + c __ a ) ax2 + bx + c = a [ x2 – ( – b __ a ) x + ( c __ a ) ] Substituindo x1 + x2 = – b __ a e x1 · x2 = c __ a , obtemos: ax2 + bx + c = a[x2 – (x1 + x2) x + x1x2] = = a[x2 – x1x – x2x + x1x2] = = a[x(x – x1) – x2(x – x1)] = = a[(x – x1)(x – x2)] Daí, ax2 + bx + c = a(x – x1) ∙ (x – x2) Observe que, se um trinômio for quadrado perfeito e soubermos suas raízes, podemos fatorá-lo desta forma também. 87 Teoria na prática 1. Fatore o trinômio x² – 5x + 6, sabendo que suas raízes são x1 = 2 e x2 = 3. Resolução: Como sabemos as raízes e que o coeficiente do- minante é 1, temos: x² – 5x + 6 = a(x – x1) · (x – x2) = = 1(x – 2)(x – 3) = (x – 2)(x – 3) 2. Encontre as raízes e fatore o trinômio 2x² – 8x + 6. Resolução: Como as raízes de um polinômio são os valores de x para que o polinômio se anule, fazemos: 2x² – 8x + 6 = 0 Para resolver essa equação, utilizamos a fórmula de Bhaskara. Primeiramente identificamos os co- eficientes: a = 2; b = –8; c = 6 Calculando o discriminante: ∆ = b² – 4ac = (–8)² – 4(2)(6) = 16 Logo, as raízes são: x = –b ± dXXXXXXX b2 – 4ac ____________ 2a = –(–8) ± dXXX 16 __________ 2(2) = 8 ± 4 _____ 4 x1 = 8 + 4 _____ 4 = 3 x2 = 8 – 4 ____ 4 = 1 Como x1 = 3, x2 = 1 e a = 2, a forma fatorada do trinômio é: 2x² – 8x + 6 = 2(x – 3)(x – 1) 3. Simplifique a expressão x 2 – 3x + 2 _________ x – 1 Resolução: O numerador apresenta um trinômio que, se soubermos as suas raízes, podemos fatorar: x² – 3x + 2 = 0 ∆ = b² – 4ac = (–3)² – 4(1)(2) = 1 Logo, as raízes são: x = –b ± dXXXXXXX b2 – 4ac ____________ 2a = –(–3) ± dXX 1 _________ 2(1) = 3 ± 1 _____ 2 x1 = 3 + 1 _____ 2 = 2 x2 = 3 – 1 ____ 2 = 1 Portanto, x² – 3x + 2 = (x – 2)(x – 1). Substituin- do temos: x 2 – 3x + 2 _________ x – 1 = (x – 2) (x – 1) ___________ x – 1 = x – 2 88 esTruTura ConCeiTual FATORAR É TRANSFORMAR UMA EXPRESSÃO EM FATORES DE UM PRODUTO CASO O FATOR COMUM NÃO TENHA FÁCIL IDENTIFICAÇÃO, BUSQUE PRODUTOS NOTÁVEIS QUE VOCÊ JÁ CONHEÇA IDENTIFIQUE O FATOR COMUM, COLOCANDO-O EM EVIDÊNCIA . DIFERENÇA DE DOIS QUADRADOS . TRINÔMIO QUADRADO PERFEITO . TRINÔMIO DO SEGUNDO GRAU . ENTRE OUTROS PROCURE IDENTIFICAR OS PADRÕES DE FORMAÇÃO DOS PRODUTOS NOTÁVEIS PARA CONSEGUIR FATORAR EXPRESSÕES COM MAIS FACILIDADE © S im on e S im on e/S hu tte rst oc k 07 08 M MATEMÁTICA T Conjuntos numéricos Competência 5 Habilidades 1, 3, 4 e 5 Competência 1 – Construir significados para os números naturais, inteiros, racionais e reais. H1 Reconhecer, no contexto social, diferentes significados e representações dos números e operações – naturais, inteiros, racionais ou reais. H2 Identificar padrões numéricos ou princípios de contagem. H3 Resolver situação-problema envolvendo conhecimentos numéricos. H4 Avaliar a razoabilidade de um resultado numérico na construção de argumentos sobre afirmações quantitativas. H5 Avaliar propostas de intervenção na realidade utilizando conhecimentos numéricos. Competência 2 – Utilizar o conhecimento geométrico para realizar a leitura e a representação da realidade e agir sobre ela. H6 Interpretar a localização e a movimentação de pessoas/objetos no espaço tridimensional e sua representação no espaço bidimensional. H7 Identificar características de figuras planas ou espaciais. H8 Resolver situação-problema que envolva conhecimentos geométricos de espaço e forma. H9 Utilizar conhecimentos geométricos de espaço e forma na seleção de argumentos propostos como solução de problemas do cotidiano. Competência 3 – Construir noções de grandezas e medidas para a compreensão da realidade e a solução de problemas do cotidiano. H10 Identificar relações entre grandezas e unidades de medida. H11 Utilizar a noção de escalas na leitura de representação de situação do cotidiano. H12 Resolver situação-problema que envolva medidas de grandezas. H13 Avaliar o resultado de uma medição na construção de um argumento consistente. H14 Avaliar proposta de intervenção na realidade utilizando conhecimentos geométricos relacionados a grandezas e medidas. Competência 4 – Construir noções de variação de grandezas para a compreensão da realidade e a solução de problemas do cotidiano. H15 Identificar a relação de dependência entre grandezas. H16 Resolver situação-problema envolvendo a variação de grandezas, direta ou inversamente proporcionais. H17 Analisar informações envolvendo a variação de grandezas como recurso para a construção de argumentação. H18 Avaliar propostas de intervenção na realidadeenvolvendo variação de grandezas. Competência 5 – Modelar e resolver problemas que envolvem variáveis socioeconômicas ou técnico-científicas, usando representações algébricas. H19 Identificar representações algébricas que expressem a relação entre grandezas. H20 Interpretar gráfico cartesiano que represente relações entre grandezas. H21 Resolver situação-problema cuja modelagem envolva conhecimentos algébricos. H22 Utilizar conhecimentos algébricos/geométricos como recurso para a construção de argumentação. H23 Avaliar propostas de intervenção na realidade utilizando conhecimentos algébricos. Competência 6 – Interpretar informações de natureza científica e social obtidas da leitura de gráficos e tabelas, realizando previsão de tendência, extrapolação, interpolação e interpretação. H24 Utilizar informações expressas em gráficos ou tabelas para fazer inferências. H25 Resolver problema com dados apresentados em tabelas ou gráficos. H26 Analisar informações expressas em gráficos ou tabelas como recurso para a construção de argumentos. Competência 7 – Compreender o caráter aleatório e não determinístico dos fenômenos naturais e sociais e utilizar instrumentos ade- quados para medidas, determinação de amostras e cálculos de probabilidade para interpretar informações de variáveis apresentadas em uma distribuição estatística. H27 Calcular medidas de tendência central ou de dispersão de um conjunto de dados expressos em uma tabela de frequências de dados agrupados (não em classes) ou em gráficos. H28 Resolver situação-problema que envolva conhecimentos de estatística e probabilidade. H29 Utilizar conhecimentos de estatística e probabilidade como recurso para a construção de argumentação. H30 Avaliar propostas de intervenção na realidade utilizando conhecimentos de estatística e probabilidade. 91 Conjunto dos números naturais (N) O conjunto dos números naturais, cujo símbolo é N, é formado pelos números 0, 1, 2, 3,... , ou seja, o con- junto dos números naturais é representado: N = {0, 1, 2, 3, ...} Excluindo-se o zero, temos o conjunto dos números naturais não nulos, indicado por: N* = {1, 2, 3, ...} que é um subconjunto de N. Os números naturais surgiram com a necessidade de contar objetos. Os conjuntos numéricos subsequentes surgiram conforme novas necessidades foram se apresentando, sendo eles ampliações do conjunto dos números naturais. Conjunto dos números inteiros (Z) São chamados de números inteiros ou simplesmente inteiros, os números ..., –3, –2, –1, 0, 1, 2, 3,..., cujo conjunto é representado pela letra maiúscula Z. Z = {..., –3, –2, –1, 0, 1, 2, 3, ...}. O conjunto dos números inteiros contém o conjunto dos números naturais. Nesse conjunto, destacamos os seguintes subconjuntos: 1. Conjunto Z* dos números inteiros não nulos: Z* = {x [ Z | x i 0} = {..., –3, –2, –1, 1, 2, 3, ...} 2. Conjunto Z+* = N* dos números inteiros positivos não nulos: Z+* = N* = {x [ Z | x > 0} = {1, 2, 3, ...} 3. Conjunto Z+ = N dos números inteiros não negativos: Z+ = N = {x [ Z | x ù 0} = {0, 1, 2, 3, ...} 4. Conjunto Z–* dos números inteiros negativos não nulos: Z–* = {x [ Z | x < 0} = {–1, –2, –3, ...} 5. Conjunto Z– dos números inteiros não positivos: Z– = {x [ Z | x ø 0} = {0, –1, –2, –3, ...} No conjunto dos números inteiros, podemos definir o conceito de divisor e de números primos. Divisor de um número inteiro Sendo a, b e c números inteiros, dizemos que a é divisor de b, se existe um número inteiro c, de forma que: ac = b Por exemplo: § 5 é divisor de 10, pois 5 · 2 = 10 § 3 é divisor de 12, pois 3 · 4 = 12 § 4 não é divisor de 9, pois não existe número inteiro c, de forma que 4 · c = 9 § 2 é divisor de 0, pois 2 · 0 = 0 § 0 não é divisor de 2, pois não existe número inteiro c, de forma que 0 · c = 2 § –6 é divisor de 18, pois (–6) · (–3) = 18 92 Observe que: § 0 não é divisor de nenhum número. § todo número é um divisor de 0. § 1 é divisor de qualquer número inteiro. § todo número é um divisor de si mesmo. Representamos o conjunto de todos os divisores de um número a por D(a): Exemplo § D(6) = {–6, –3, –2, –1, 1, 2, 3, 6} § D(10) = {–10, –5, –2, –1, 1, 2, 5, 10} § D(12) = {–12, –6, –4, –3, –2, –1, 1, 2, 3, 4, 6, 12} Números primos Um número inteiro p é considerado primo, se: D(p) = {–1, 1, –p, p} Podemos dizer que um número primo é um nú- mero que possui apenas como divisores o número 1, –1, o oposto e ele próprio. O conjunto dos números primos é infinito, como provado por Euclides. A seguir, estão alguns números primos em ordem crescente: 2, 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19, 23, 29, 31, 37, 41, 43, 47, 53, 59, 61,... Observe que: § o número 1 não é um número primo. § o número 2 é o único número primo par. números raCionais Os números que podem ser expressos na for- ma a __ b , onde a e b são inteiros e b i 0, são chamados de números racionais. Em outras palavras, são racionais os números que são razões (quocientes) de dois números inteiros. Simbolicamente, representa-se o conjunto dos números racionais (Q) assim: Q = { x = a __ b | a [ Z e b [ Z* } São, portanto, números racionais: Qualquer número inteiro. Exemplos § 0 = 0 __ 1 § 2 = 2 __ 1 § –5 = –5 ___ 1 Em geral, os números inteiros podem assumir a forma a __ b , onde a [ Z, b [ Z* e a é múltiplo de b. Qualquer decimal exato (numerais que apresentam um número finito de algarismos de- cimais diferentes de zero) Exemplos: § 2,1 = 21 ___ 10 § –0,001 = –1 ____ 1000 § 3,454545 = 3454545 _______ 106 Observação: 2,1 = 2,10 = 2,100 = 2,1000 = ... é um decimal exato. Qualquer fração de numerador inteiro e denominador inteiro não nulo Exemplos: § – 1 __ 4 § 3 ___ 19 § 2122 ____ 990 93 Qualquer decimal periódico (numerais formados por infinitos algarismos decimais que se repetem periodicamente) Exemplos: § 0,333... = 3 __ 9 ou 0, 3 = 3 __ 9 (período = 3) § –0,313131... = – 31 ___ 99 ou – 0,31 = – 31 ___ 99 (período = 31) § 4,1666... = 4,16 = 25 ___ 6 (período = 6) dízima periódiCa Uma fração irredutível corresponderá a uma dízi- ma periódica quando o denominador apresentar, em sua decomposição em fatores primos distintos, pelo menos um fator primo diferente de 2 e 5, pois assim o denomi- nador não será divisor de uma potência de base 10. Exemplos § 7 __ 3 = 2,333 = 2, 3 (período = 3) § – 25 ___ 6 = –4,1666 = –4,1 6 (período = 6) § 56 ___ 11 = 5,090909... = 5, 09 (período = 09) Em uma dízima periódica, usaremos a seguinte nomenclatura: § Período (P): algarismos ou grupos de algaris- mos que se repetem indefinidamente na parte decimal; § Parte não periódica (A): algarismos ou gru- pos de algarismos que aparecem logo após a vír- gula e que não se repetem. Uma dízima periódi- ca pode apresentar ou não parte não periódica; § Parte inteira (I): algarismos ou grupos de alga- rismos que antecedem a vírgula. As dizimas periódicas que apresentam parte não periódica são chamadas de compostas, e as que não apresentam, de simples. São exemplos de dízimas periódicas compostas: São exemplos de dízimas periódicas simples 0,333... e 1,424242... Sendo uma dízima periódica um numerador racional (razão de dois inteiros), como proceder para obter a sua representação na forma de fração? Como encontrar a chamada fração geratriz de uma dízima pe- riódica? Para responder a esse questionamento, consi- dere inicialmente os exemplos: a) 0,3333... ou 0, 3 Fazendo x = 0,3333..., temos: Notas: § 10x = 3,33333... foi obtido a partir de x = 0,3333..., multiplicando-o por 10. § Os números 10x = 3,33333... e x = 0,3333... têm a mesma parte de- cimal. Subtraindo x e 10x, as partes decimais anulam- -se e ficamos com: 10x – x = 3 – 0 ä 9x = 3 [ x = 3 __ 9 Então, 0, 3 = 3 __ 9 [ Note que, para obter umafração cor- respondente (fração geratriz) ao decimal periódico, o segredo é encontrar dois núme- ros com a mesma parte decimal e subtrair um do outro a fim de eliminar as infinitas casas decimais. 94 b) 2,1434343... ou 2,1 — 43 Nesse caso, perceba que obteremos dois núme- ros com a mesma parte decimal quando, a partir de x, deslocarmos para a parte inteira: 1. a parte decimal que não se repete. Para isso, multipliquemos x por 10 (A tem 1 algarismo): 10x = 21,434343... 2. a parte decimal que não se repete e um perí- odo completo. Para isso, multipliquemos x por 10 · 102 =1 000 (A tem 1 algarismo e P tem 2): Subtraindo 10x de 1 000x, as partes decimais se anulam e ficamos com: 1 000x – 10x = 2143 – 21 ä ä x = 2143 – 21 ________ 990 [ x = 2122 ____ 990 Então, 2,143 = 2122 ____ 990 [ Q. Em geral, para obter a fração geratriz da dízima periódica x = I, APPPP... (ou x = I,A — P ) , em que o período P tem n algarismos, a parte decimal que não se repete (A) tem m algarismos e a parte inteira uma quantidade qualquer (I), procedemos assim: Subtraindo membro a membro essas duas igual- dades, as partes decimais se anulam e ficamos com: 10m · 10nx – 10mx = IAP – IA ä ä10m x (10n – 1) = IAP – IA ä Nota: Assim, podemos usar a seguinte regra prática para obtenção da fração geratriz de uma dízima periódica: I, APPPP...= IAP – IA ___________ 99...9 00...0 , n algarismos m algarismos em que m é a quantidade de algarismos de A e n, a de P. Exemplos § 0,23666... Note que P = 6 tem um algarismo e A = 23 tem dois algarismos, então o denomi- nador da fração geratriz terá um algarismo 9 e dois algarismo 0, enquanto o numerador será IAP – IA = 0236 – 023. Daí: 0,23666 ... = 0236 – 023 _________ 900 = 213 ___ 900 = 71 ___ 300 § 2,614614614... Note que P = 614 tem três algarismos e A não existe, então o denominador da fração geratriz terá apenas três algarismos 9 (não terá zero), en- quanto o numerador será IAP – IA = 2614 – 2. Daí: 2,6146146146 146 = 2614 – 2 _______ 999 = 2612 ____ 999 § –0,454545... = – ( 045 – 0 ______ 99 ) = – 45 ___ 99 = – 5 ___ 11 § 0,888...= 08 – 0 _____ 9 = 8 __ 9 § 0,6888... = 068 – 06 _______ 90 = 62 ___ 90 = 31 ___ 45 § 1,32414141... = 13241 – 132 __________ 9900 = 13109 _____ 9900 § –0,00133... = – ( 00013 – 0001 ___________ 9000 ) = – 12 ____ 9000 ou – 1 ___ 750 95 subConjuntos importantes do Conjunto dos números raCionais Com relação aos conjuntos numéricos N, Z e Q, temos a seguinte relação de inclusão: N , Z , Q Usando diagramas, podemos representar essa reação assim: Além do conjunto dos números naturais (N) e dos conjuntos dos números inteiros (Z), também são subconjuntos especiais do conjunto dos números racio- nais (Q): 1. Conjunto dos números racionais não nulos: Q* = {x [ Q | x i 0}; 2. Conjunto dos números racionais não negativos: Q+ = {x [ Q | x ù 0}; 3. Conjunto dos números racionais positivos: Q+* = {x [ Q | x > 0}; 4. Conjunto dos números racionais não positivos: Q– = {x [ Q | x ≤ 0}; 5. Conjunto dos números racionais negativos: Q–* = {x [ Q | x < 0}. propriedades dos números raCionais No conjunto dos números racionais, valem as se- guintes propriedades: P1: O resultado da soma de dois números racionais quaisquer é igual a um número racional. Exemplo P2: O resultado da diferença entre dois números ra- cionais quaisquer é igual a um número racional. Exemplo P3: O resultado da produto de dois números racio- nais quaisquer é igual a um número racional. Exemplo P4: O resultado do quociente de dois números racio- nais, sendo o divisor diferente de zero, é igual a um número racional. Exemplo números irraCionais (R - Q) Números como √ __ 2 = 1,4142135..., cuja repre- sentação decimal é infinita e não periódica, são cha- mados de números irracionais, isto é, não racionais e, sendo assim, não inteiros nem razão de dois inteiros, mas podem representar medidas no nosso mundo real, como a medida da diagonal do quadrado de lado igual a 1, por exemplo. Veja outros exemplos de números irracionais: § 0,1234567891011... § 1,01002000300004000005... § √ __ 3 = 1,7320508 § p = 3,141592... 96 Esse último exemplo (p = 3,141592...) é o mais famoso dos números irracionais, pois é a razão entre o com- primento de uma circunferência e seu diâmetro (2R): C ___ 2R = p Conjunto dos números reais (R) A união dos números racionais com os números irracionais resulta no conjunto dos números reais (). Usando diagramas, podemos representar essa união assim: No conjunto dos números reais (R), temos: 1. Q < {irracionais} = R 2. Q > {irracionais} = Ö, isto é, Q e {irracionais} são conjuntos disjuntos. 3. (R – Q) = {irracionais} 4. N , Z , Q , R Observação Alguns autores usam a notação Q = (R – Q) = {irracionais} para representar o conjunto dos números irracionais. Podemos, também, visualizar o conjunto dos números reais e seus principais subconjuntos através do qua- dro sinóptico: Também merecem destaque os seguintes subconjuntos de R: § R* = {x [ R | x i 0} ä conjunto dos números reais não nulos § R+ = {x [ R | x ù 0} ä conjunto dos números reais não negativos § R+* = {x [ R | x > 0} ä conjunto dos números reais positivos § R– = {x [ R | x < 0} ä conjunto dos números reais não positivos § R*– = {x [ R | x < 0} ä conjunto dos números reais negativos Propriedades dos números reais Com relação ao conjunto dos números reais e seus subconjuntos, valem as seguintes propriedades: P1: Se o número n √ __ a , com n [ N* e a [ N não é inteiro, então n √ __ a é irracional. § dXX 2 [ (R – Q) § 3 dXX 3 [ (R – Q) § 5 dXX 8 [ (R – Q) § 4 dXX 1 Ó (R – Q), pois 4 dXX 1 = 1 [ Q § 3 dXXX 27 Ó (R – Q), pois 3 dXXX 27 = 3 [ Q § 9 dXX 0 Ó (R – Q), pois 9 dXX 0 = 0 [ Q P2: O resultado da soma de um número racional com um número irracional é igual a um número irracional. § 1 + 3,14159265... = 4,14159265... Racional Irracional Irracional P3: O resultado da diferença entre um número racional e um número irracional, em qualquer ordem, é igual a um número irracional. § 1 – 3,14159265... = 2,14159265... Racional Irracional Irracional P4: O resultado do produto de um número racional, não nulo, por um número irracional é igual a um número irracional. § 2 · dXX 3 = dXX 4 · dXX 3 = dXXXX 4 · 3 = dXXX 12 Racional Irracional Irracional P5: O resultado do quociente de um número racional, não nulo, por um número irracional é igual a um número irracional. § 12 : dXX 6 = 12 ___ dXX 6 = 12 · dXX 6 ______ dXX 6 · dXX 6 = 12 dXX 6 _____ 6 = 2 dXX 6 = dXX 4 · dXX 6 = dXXX 24 Racional Irracional Irracional Vídeo ASSISTIR INTERATIVIAA DADE LER tt Livros 02. Conjuntos numéricos - Aula 1 - Vídeo 1 Fonte: geekiegames 98 Malba Tahan – O Homem que Calculava O Homem que Calculava, de Malba Tahan, mostra as proezas matemáticas do calculista persa Beremiz Samir, que tornaram- -se lendárias na antiga Arábia, encantando reis, poetas, xeiques e sábios. Neste livro, Malba Tahan relata as incríveis aventuras deste homem singular e suas soluções fantásticas para problemas aparentemente insolúveis. 99 Vídeo ASSISTIR INTERATIVIAA DADE LER tt Livros estrutura ConCeitual RACIONAIS (Q) REAIS IRRACIONAIS (R - Q) R Z NNATURAIS INTEIROS © P ink yo ne /S hu tte rs to ck 09 10 M MATEMÁTICA T Razão, proporção e grandezas proporcionais Competências 3 e 4 Habilidades 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 e 18 Competência 1 – Construir significados para os números naturais, inteiros, racionais e reais. H1 Reconhecer, no contexto social, diferentes significados e representações dos números e operações– naturais, inteiros, racionais ou reais. H2 Identificar padrões numéricos ou princípios de contagem. H3 Resolver situação-problema envolvendo conhecimentos numéricos. H4 Avaliar a razoabilidade de um resultado numérico na construção de argumentos sobre afirmações quantitativas. H5 Avaliar propostas de intervenção na realidade utilizando conhecimentos numéricos. Competência 2 – Utilizar o conhecimento geométrico para realizar a leitura e a representação da realidade e agir sobre ela. H6 Interpretar a localização e a movimentação de pessoas/objetos no espaço tridimensional e sua representação no espaço bidimensional. H7 Identificar características de figuras planas ou espaciais. H8 Resolver situação-problema que envolva conhecimentos geométricos de espaço e forma. H9 Utilizar conhecimentos geométricos de espaço e forma na seleção de argumentos propostos como solução de problemas do cotidiano. Competência 3 – Construir noções de grandezas e medidas para a compreensão da realidade e a solução de problemas do cotidiano. H10 Identificar relações entre grandezas e unidades de medida. H11 Utilizar a noção de escalas na leitura de representação de situação do cotidiano. H12 Resolver situação-problema que envolva medidas de grandezas. H13 Avaliar o resultado de uma medição na construção de um argumento consistente. H14 Avaliar proposta de intervenção na realidade utilizando conhecimentos geométricos relacionados a grandezas e medidas. Competência 4 – Construir noções de variação de grandezas para a compreensão da realidade e a solução de problemas do cotidiano. H15 Identificar a relação de dependência entre grandezas. H16 Resolver situação-problema envolvendo a variação de grandezas, direta ou inversamente proporcionais. H17 Analisar informações envolvendo a variação de grandezas como recurso para a construção de argumentação. H18 Avaliar propostas de intervenção na realidade envolvendo variação de grandezas. Competência 5 – Modelar e resolver problemas que envolvem variáveis socioeconômicas ou técnico-científicas, usando representações algébricas. H19 Identificar representações algébricas que expressem a relação entre grandezas. H20 Interpretar gráfico cartesiano que represente relações entre grandezas. H21 Resolver situação-problema cuja modelagem envolva conhecimentos algébricos. H22 Utilizar conhecimentos algébricos/geométricos como recurso para a construção de argumentação. H23 Avaliar propostas de intervenção na realidade utilizando conhecimentos algébricos. Competência 6 – Interpretar informações de natureza científica e social obtidas da leitura de gráficos e tabelas, realizando previsão de tendência, extrapolação, interpolação e interpretação. H24 Utilizar informações expressas em gráficos ou tabelas para fazer inferências. H25 Resolver problema com dados apresentados em tabelas ou gráficos. H26 Analisar informações expressas em gráficos ou tabelas como recurso para a construção de argumentos. Competência 7 – Compreender o caráter aleatório e não determinístico dos fenômenos naturais e sociais e utilizar instrumentos ade- quados para medidas, determinação de amostras e cálculos de probabilidade para interpretar informações de variáveis apresentadas em uma distribuição estatística. H27 Calcular medidas de tendência central ou de dispersão de um conjunto de dados expressos em uma tabela de frequências de dados agrupados (não em classes) ou em gráficos. H28 Resolver situação-problema que envolva conhecimentos de estatística e probabilidade. H29 Utilizar conhecimentos de estatística e probabilidade como recurso para a construção de argumentação. H30 Avaliar propostas de intervenção na realidade utilizando conhecimentos de estatística e probabilidade. 103 Razão A razão entre duas grandezas é o quociente entre elas. Assim, por exemplo, se numa festa compareceram 20 homens e 30 mulheres, dizemos que: I. A razão entre o número de homens e o de mulheres na festa é: n° Homens _________ n°Mulheres = 20 ___ 30 = 2 __ 3 (lê-se: 2 para 3) Isso significa que para cada 2 homens existem 3 mulheres. II. A razão entre o número de mulheres e o total de pessoas na festa é: n° Mulheres ______________ n°Total de Pessoas = 30 _______ 20 + 30 = 30 ___ 50 = 3 __ 5 (lê-se: 3 para 5) Isso nos diz que para cada 5 pessoas na festa, 3 são mulheres. As grandezas envolvidas em uma razão podem ser de espécies diferentes. Por exemplo, se, na festa citada, as mulheres consumiram 120 salgadinhos e os homens consumiram 100, dizemos que: III. A razão entre o número consumido pelos homens e o número de homens foi de: 5 salgados ________ homem (lê-se: 5 salgados por homem) Isto significa que, em média, cada homem consumiu 5 salgados. IV. A razão entre o número de salgados consumidos e o número de pessoas foi de: n° de salgados ___________ n° de pessoas = (120 + 100) salgados ________________ (30 + 20) pessoas = 4,4 salgados __________ pessoa (lê-se: 4,4 salgados por pessoa) Isto é, em média, cada pessoa consumiu 4,4 salgados. Em geral, dados dois números reais a e b, com b ≠ 0, usamos a __ b ou a : b para indicar a razão entre a e b, respectivamente. Na razão (lê-se: a para b), o número a é chamado de antecedente e o número b, de consequente. Razão entre a e b = a __ b PRoPoRção Proporção é uma igualdade entre duas razões. Quando dizemos que os números reais a, b, c e d, não nulos, formam, nessa ordem, uma proporção, significa que se tem a seguinte igualdade: a __ b = c __ d ou a · d = c · b (lê-se: a está para b, assim como c está para d) Observe, na última igualdade acima, que os termos a e d ficaram nas extremidades (a e d são chamados de extremos da proporção), já os termos b e c ficaram no meio (b e c são chamados de meios da proporção). 104 Propriedades da proporção Se a __ b = c __ d , com a, b, c e d, reais não nulos, te- mos a __ b = c __ d = k, em que k é chamado de constante de proporcionalidade. Essa constante k é o número de ve- zes que cada antecedente é maior que seu respectivo consequente. Veja: a __ b = c __ d = k ä { a = k · b c = k · d Sendo assim, temos as seguintes propriedades: P1: a __ b = c __ d ä ad = bc (propriedade fundamental) “Numa proporção, o produto dos meios é igual ao produto dos extremos”. Veja: { a · d = (kb) · d = kbd b · c = b · (kd) = kbd ä a · d = b · c P2: a __ b = c __ d ä a __ b = c __ d = a + c _____ b + d Veja: a + c _____ b + d = kb + kd ______ b + d ä ä a + c _____ b + d = k(b + d) _______ b + d ä ä a + c _____ b + d = k = a __ b = c __ d P3: a __ b = c __ d ä a _____ a + b = c ____ c + d Veja: a _____ a + b = c ____ c + d ä bk _____ bk + b = dk _____ dk + d ä ä bk _______ b(k + 1) = dk _______ d(k + 1) (verdade). Teoria na prática 1. Duas jarras idênticas contêm poupa de fruta e água nas proporções: 3:7 na primeira e 3:5 na segunda. Julgando o suco da primeira “muito fraco” e o da segunda “muito forte”, Dona Ben- ta resolveu juntar os conteúdos das duas jarras numa vasilha maior, obtendo, a seu ver, um suco na proporção ideal de poupa de fruta e água. Considerando J o volume de uma jarra, podemos descobrir essa proporção ideal utilizando as pro- priedades das proporções. Veja: I. Na primeira jarra: poupa _____ água = 3 __ 7 ä poupa ____________ (poupa + água) = 3 _____ 3 + 7 ä ä poupa = 3 ___ 10 · J e água = 7 ___ 10 · J Note: poupa + água = J (volume da jarra) II. Na segunda jarra: poupa _____ água = 3 __ 5 ä poupa ____________ (poupa + água) = 3 _____ 3 + 5 ä poupa = 3 __ 8 · J e água = 5 __ 8 · J III. Juntando-se as duas jarras, obteremos:poupa _____ água = 3 ___ 10 · J + 3 __ 8 · J __________ 7 ___ 10 · J + 5 __ 8 · J ä ä 12J + 15J ________ 40 ________ 28J + 25J ______ 40 = 27 ___ 53 = 27:53 Daí, a proporção ideal consiste em 27 partes de poupa de fruta para 53 partes de água. 2. Um bar vende suco e refresco de tangerina. Am- bos são fabricados diluindo em água um con- centrado dessa fruta. As proporções são de uma parte de concentrado para três de água, no caso do suco, e de uma parte de concentrado para seis de água, no caso do refresco. Faltando refresco e sobrando suco, o chefe de cozinha do bar poderá transformar o suco em refresco. Mas, para isso, ele deverá saber quantas partes de suco (x partes) ele deverá diluir em Y partes de água. A relação entre X poderá ser obtida através das proporções. Veja: I. Para o suco: concentrado __________ água = 1 __ 3 ä concentrado ________________ (concentrado + água) = 1 _____ 1 + 3 äConcentrado = 1 __ 4 do suco e água = 3 __ 4 do suco Note: concentrado + água = suco (todo) II. Para o refresco, obtido a partir do suco: concentrado __________ água = 1 __ 6 ä 1 __ 4 x _____ y + 3 __ 4 x = 1 __ 6 ä 6 __ 4 x = y + 3 __ 4 x ä 3 __ 4 x = y ä 3x = 4y ä x _ y = 4 __ 3 Observe que, ao adicionar x copos de suco, te- remos 1 __ 3 x de concentrado, e de água teremos os 3 __ 4 x do suco mais y copos de água. 105 Assim, conhecendo a quantidade de copos de suco disponíveis, o chefe saberá quantos copos de água deverá acrescentar para obter o refres- co. Por exemplo, se sobrarem 8 copos de suco (x = 8), deverão ser adicionados 6 copos de água (y = 6), pois 8 __ 6 = 4 __ 3 . 3. Um carpinteiro fabrica portas retangulares maci- ças, feitas de um mesmo material. Por ter recebi- do de seus clientes pedidos de portas mais altas, aumentou sua altura em 1 __ 8 , preservando suas es- pessuras. A fim de manter o custo com o material de cada porta, precisou reduzir a largura. Qual a razão entre a largura da nova porta e a largura da porta anterior? Resolução: Sejam x, y e z, respectivamente, a altura, a espes- sura e a largura da porta original. Logo, segue que o volume da porta original é igual a x · y · z Aumentando-se em 1 __ 8 a altura da porta e preser- vando sua espessura, deve-se ter, a fim de man- ter o custo com o material, 9x __ 8 ∙ y · z1 = x ∙ y ∙ z ⇔ z1 = 8z __ 9 com sendo a largura da nova porta. Portanto, a razão pedida é z1 __ z = 8 __ 9 4. Por um terminal de ônibus passam dez linhas di- ferentes. A mais movimentada delas é a linha 1: quatro em cada sete usuários do terminal viajam nessa linha. Cada uma das demais linhas trans- porta cerca de 1.300 usuários do terminal por dia. Considerando que cada passageiro utiliza uma única linha, a linha 1 transporta, por dia, cerca de a) 5.200 usuários do terminal. b) 9.100 usuários do terminal. c) 13.000 usuários do terminal. d) 15.600 usuários do terminal. e) 18.200 usuários do terminal. Resolução: Seja T o total de usuários do terminal. Sabendo que 9 linhas transportam 1.300 usuários por dia, e que 4 __ 7 dos usuários do terminal utilizam a linha 1, tem-se 3 __ 7 ∙ T = 9 ∙ 1300 ⇒ T = 3 ∙ 7 ∙ 1300 Portanto, o resultado pedido é 4 __ 7 ∙ T = 4 __ 7 ∙ 3 ∙ 7 · 1300 ⇒ T = 15.600 Alternativa D 5. Uma empresa fabricante de suco que envasava o produto em frascos de vidro passou a fazer o envasamento em um novo vasilhame plástico com 2 __ 3 da capacidade do frasco anterior. A lanchonete revendedora enche de suco um copo com capacidade de 1 __ 5 do frasco de vidro. A quantidade de copos de suco (inteiro + fração) que a lanchonete obtém com um frasco do novo vasilhame é igual a: a) 1 copo e 2/3 b) 2 copos e 1/3 c) 2 copos e 2/3 d) 3 copos e 1/3 e) 3 copos e 2/3 Resolução: Volume do frasco de vidro: v Volume do frasco de plástico: 2v __ 3 Volume do copo: v __ 5 Número de copos: 2v __ 3 ___ v __ 5 = 2v __ 3 ∙ 5 __ v = 10 ___ 3 Ou seja, 3 copos e 1 __ 3 Alternativa D 6. As dimensões de um paralelepípedo retângulo são proporcionais aos números 1, 2 e 3 e sua área total é igual a 198 cm2. Sobre esse parale- lepípedo, assinale o que for correto. a) Seu volume vale 162 cm3. b) As suas dimensões formam uma progressão aritmética. c) A soma das medidas de todas as suas ares- tas é 72 cm. d) Sua diagonal é maior que 11 cm. Resolução: Sejam a, b e c as dimensões do paralelepípedo retângulo. Tem-se que: a __ 1 = b __ 2 = c __ 3 = k ⇔ { a = k b = 2k c = 3k com k sendo um número real positivo. Dado que a área total é igual a 198 cm2, vem: 2(ab + ac + bc) = 198 ⇔ k ∙ 2k + k ∙ 3k + 2k ∙ 3k = 99 ⇔ k2 = 9 ⇒ k = 3 106 Por conseguinte, encontramos a = 3 cm, b = 6 cm e c = 9 cm a) Correto. O volume do paralelepípedo vale a · b · c = 3 · 6 · 9 = 162 cm3 b) Correto. As dimensões formam uma progres- são aritmética com primeiro termo igual a 3 e razão igual a 3. c) Correto. A soma das medidas de todas ares- tas é igual a 4(a + b + c) = 4(3 + 6 + 9) = 72 cm d) Correto. A diagonal do paralelepípedo mede d = √ _________ a2 + b2 + c2 = √ __________ 32 + 62 + 92 = √ ____ 126 cm Portanto, temos √ ____ 126 cm > √ ____ 121 cm = 11 cm. GRandezas diRetamente e inveRsamente PRoPoRcionais Considere as seguintes sequências numéricas: 1ª sequência: (2, 6, 4, 10) 2ª sequência: (6, 18, 12, 30) Nessas sequências, observe que elas crescem ou decrescem na mesma razão inversa, isto é, se um dado elemento de uma delas triplica, por exemplo, o corres- pondente desse elemento na outra sequência também triplica. Em outras palavras, os elementos correspon- dentes nas duas sequências estão na mesma razão. Em geral, dizemos que os números da sucessão numérica (a1, a2, a3,..., an) são diretamente proporcio- nais (ou simplesmente proporcionais) aos números da sucessão (b1, b2, b3, ..., bn) quando as razões entre seus respectivos correspondentes forem iguais, ou seja: Esta razão constante k é chamada de fator de proporcionalidade e indica quantas vezes cada antece- dente é maior que o respectivo consequente. Teoria na prática 1. Se (a, b, 20) e ( 3, 2 __ 3 , 5 ) são proporcionais, determine o coeficiente de proporcionalidade e os valores de a e b. a __ 3 = b __ 2 __ 3 = 20 ___ 5 ä a __ 3 = 3b ___ 2 = 4 Coeficiente de proporcionalidade: 2. Os irmãos João Victor, Gabriela e Matheus têm 16 anos, 14 anos e 10 anos, respectivamente. Se o pai deles distribuir R$ 240,00 reais entre eles, em partes diretamente proporcionais às idades, quan- to receberá cada um? Sendo k a constante de proporcionalidade, a parte de cada um será k vezes a respectiva idade, ou seja, as partes serão 16 k (João Victor), 14 k (Gabriela) e 10 k (Matheus). João Victor, Gabriela e Matheus receberam, respectivamente, R$ 96,00, R$84,00 e R$60,00 Observação: o mais velho recebe mais pois as partes são diretamente proporcionais às idades. Quanto mais velho, mais recebe. númeRos inveRsamente PRoPoRcionais Considere as seguintes sequências numéricas: 1ª sequência: ( 1 __ 2 ; 1 __ 6 ; 1 __ 4 ; 1 ___ 10 ) formada pelos respectivos inversos de (2, 6, 4, 10). 2ª sequência: (6, 18, 12, 30) Nessas sequências, observe que elas crescem ou decrescem na razão inversa, isto é, se dado elemento de uma delas triplica, por exemplo, o correspondente deste elemento na outra sequência reduz-se a sua terça parte. Note que os inversos dos números da 1ª sequ- ência são diretamente proporcionais aos números da 2ª sequência. 107 Inversos da 1ª sequência (2, 6, 4, 10) Em geral, dizemos que os números da sequência (a1, a2,a3, ..., an) são inversamente proporcionais aos números da sequência (b1, b2, b3, ..., bn) quando os nú- meros de uma delas forem, respectivamente, diretamen- te proporcionais aos inversos da outra, ou seja: a1 __ 1 __ b1 = a2 __ 1 __ b2 = a3 __ 1 __ b3 = ... = an __ 1 __ bn = k Ou de outra forma: a1b1 = a2b2 = a3b3 = ... = anbn = k Aqui, a constante k também é chamada de fator ou coeficiente de proporcionalidade e indica o produto entre os respectivos elementos das sequências inversa- mente proporcionais. Em resumo, considerando as sequências (a1, a2, ..., an) e (b1, b2, ..., bn), temos: Se elas são diretamente proporcionais, as razões entre os respectivos elementos são iguais: Se elas são inversamente proporcionais, os pro- dutos entre os respectivos elementos são iguais: Teoria na prática 1. Se (a, 8, b) e (3, c, 5) são inversamente propor- cionais e têm coeficiente de proporcionalidade igual a 120, calcule a, b e c. Os produtos dos respectivos elementos devem ser iguais ao coeficiente de proporcionalidade. Daí: 2. Os funcionários de uma fábrica, Lucas, Raquel e Elias, no mês de maio, faltaram ao serviço 8 dias, 5 dias e 2 dias, respectivamente. Se o diretor fi- nanceiro dessa fábrica dividir R$ 396,00 entre os citados funcionários, em partes inversamente pro- porcionais às faltas, quanto receberá cada um? As partes procuradas devem ser diretamente proporcionais aos inversos dos números de falta ( 1 __ 8 , 1 __ 5 e 1 __ 2 ) , respectivamente. Sendo k a constante de proporcionalidade, as par- tes são, então, 1 __ 8 · k (Lucas), 1 __ 5 · k (Raquel) e 1 __ 2 · k (Elias). Daí: Lucas, Raquel e Elias receberão R$ 60,00, R$ 96,00 e R$ 240,00, respectivamente. Observação: quem faltou mais recebe menos, pois as partes são inversamente proporcionais. Quanto mais falta, menos recebe. 108 sequências PRoPoRcionais a váRias outRas Se os números de uma sequência são proporcio- nais aos respectivos números de várias outras sequên- cias, eles são números proporcionais. Teoria na prática 1. Usando a constante de proporcionalidade k, re- presente quantidades: a. Diretamente proporcionais a 2, 5 e 3 __ 8 Se a 1º quantidade é k vezes maior que o 1º número (2), a 2º e a 3º quantidades devem ser também k vezes 5 e k vezes 3 __ 8 , respecti- vamente. Daí: 1ª quantidade = 2 · k 2ª quantidade = 5 · k 3ª quantidade = 3 __ 8 k b. Inversamente proporcionais a 1 __ 3 , 1 __ 6 e 21 As quantidades devem ser diretamente pro- porcionais a 3, 6 e 1 __ 21 (inversos dos números dados), respectivamente. Daí: 1ª quantidade = 3 · k 2ª quantidade = 6 · k 3ª quantidade = 1 ___ 21 · k c. Diretamente proporcionais a 2, 3 __ 5 e 9 inversa- mente proporcionais a 3 __ 2 , 6 e 1 __ 8 . As quantidades devem ser diretamente proporcionais a ( 2, 3 __ 5 , 9 ) e ( 2 __ 3 , 1 __ 6 e 8 ) , os inversos ( 3 __ 2 , 6, 1 __ 8 ) . Assim, as quantidades serão proporcionais aos produtos 2 · 2 __ 3 ; 3 __ 5 · 1 __ 6 e 9 · 8 Daí: 1ª quantidade = 2 · 2 __ 3 · k = 4 __ 3 k 2ª quantidade = 3 __ 5 · 1 __ 6 · k = k ___ 10 3ª quantidade = 9 · 8 · k = 72 k 2. Rafaela, Augusto e Moacir têm 14,12 e 9 anos e tiraram notas iguais a 7, 9 e 6, respectivamente, na prova de Português. Se o pai deles repartir 92 reais em partes inversamente proporcionais às idades e diretamente proporcionais às notas entre eles, quanto irá receber cada um? Sendo k o coeficiente de proporcionalidade, as partes devem ser: § Rafaela = 1 ___ 14 · 7 · k = k __ 2 § Augusto = 1 ___ 12 · 9 · k = 3k __ 4 § Moacir = 1 __ 9 · 6 · k = 2k __ 3 Daí, k __ 2 + 3k __ 4 + 2k __ 3 = 92 ä ä 6k + 9k + 8k = 92 · 12 ⇒ k = 92 · 12 ______ 23 ä k = 48 Assim, k __ 2 = 48 ___ 2 = 24; 3k __ 4 = 3 · 48 _____ 4 = 36 e 2k __ 3 = 2 · 48 _____ 3 = 32 Rafaela deve receber 24 reais; Augusto, 36 reais e Moacir, 32 reais. GRandezas diRetamente PRoPoRcionais Observe na tabela seguinte as quantidades (Q) de picolés comprados a R$ 3,00 reais cada um e os respectivos valores pagos: Valor(V) 3 6 15 24 18 36 Quantidade (Q) 1 2 5 8 6 12 Note que as razões obtidas entre os respectivos elementos das sequências de valores (V) e de quantida- de (Q) são iguais. V __ Q = 3 __ 1 = 6 __ 2 = 15 ___ 5 = ... 36 ___ 21 ä V __ Q = 3 109 Em geral, dizemos que duas grandezas, A e B, são diretamente proporcionais quando uma aumenta e outra também aumenta na mesma proporção, isto é, quando as razões obtidas entre os valores assumidos por uma das grandezas e os respectivos valores assumi- dos pela outra forem iguais. Em símbolos: A∝B à A __ B = k, em que k é a constante de proporcionalidade. Teoria na prática 1. As grandezas X e Y são diretamente proporcio- nais. Quando X vale 28, tem-se Y valendo 12. Assim, se Y = 15, quanto vale X? Devemos ter X __ Y = k, onde k é a constante. Daí: I. X __ Y = k ä 28 ___ 12 = k ä = 7 __ 3 II. X __ Y = 7 __ 3 ä X ___ 15 = 7 __ 3 ä X = 35 2. Um trabalhador limpará dois terrenos circulares cujos raios medem 5 e 15 metros. Se, para lim- par o primeiro terreno, esse trabalhador gastou 3 horas, considerando os dois terrenos com igual dificuldade de limpeza, ele poderá estimar quan- to tempo levará para limpar o segundo terreno? As grandezas "quantidade de horas" (T) e “área a limpar” (A) são diretamente propor- cionais (note: “quanto maior a área, mais tem- po se gasta para limpá-la”). Daí, T __ A = k em que k é a constante de proporcionalidade e A = p (raio)2. Assim, devemos ter, considerando os dois terre- nos: T __ A = 3 _____ p · 52 = x ______ p · 152 = k (constante) em que x é o tempo, em horas, gasto na limpeza do segundo terreno. Daí x = 3 · 15 2 _____ 52 = 27 GRandezas inveRsamente PRoPoRcionais Matheus quer dividir todos os seus 60 bombons entre seus amigos em parte iguais. Observe na tabe- la seguinte os possíveis números de amigos (A) e as respectivas quantidades (B) de bombons recebidos por cada amigo. Número de amigos (A) 2 3 4 5 6 10 30 Bombons recebidos (B) 30 20 15 12 10 6 2 Note que os produtos obtidos entre os respec- tivos elementos das sequências “números de amigos” (A) e “número de bombons recebidos” (B) são iguais: A · B = 2 · 30 = 3 · 20 = ... = 30 · 2 ä A · B = 60 Em geral, dizemos que duas grandezas, A e B, são inversamente proporcionais quando uma aumenta e a outra diminui na razão inversa, isto é, quando os produtos obtidos multiplicando-se cada valor assumido por uma das grandezas pelo respectivo valor assumido pela outra forem iguais. Em símbolos: A a 1 ____ B à A · B = K onde k é a constante de proporcionalidade. Teoria na prática 1. Duas grandezas V e W são inversamente pro- porcionais. Quando V vale 18, tem-se W valendo 20. Assim, se W vale 24 ___ 7 , quanto vale V? Devemos ter V · W = k, onde k, é a constante. Daí: I. V · W = k ä 18 · 20 = k ä k = 360 II. V · W = 360 ä V · 24 ___ 7 = 360 ä ä V = 360 · 7 ______ 24 ä V = 105 110 2. Se 20 operários, todos com a mesma capacida- de de trabalho, realizam determinado serviço em 15 dias, podemos deduzir em quantos dias 24 desses operários farão serviço idêntico. Para isso, note que as grandezas “nº de operários” (H) e "nº dias" (D) são inversamente proporcio- nais (note: “quanto mais homens trabalhando, menos tempo eles gastam”). Daí, H · D = k, em que k é a constante. Assim, para os dois serviços, deveremos ter: H · D= 20 · 15 = 24 · x = k (constante), onde x é número de dias para realizar o outro serviço. Logo,x = 20 · 15 ______ 24 = 12,5. GRandezas PRoPoRcionais a duas ou mais outRas GRandezas Se uma grandeza A é proporcional às grandezas B e C, então A é proporcional ao produto B · C, isto é: A ____ B · C = k em que k é a constante Essa propriedade se estende para mais de duas outras grandezas. Por exemplo: a. A grandeza X é proporcional às grandezas Y, Z e W. Então: X _______ Y · Z · W = constante b. A grandeza M é diretamente proporcional às grandezas A e B e inversamente proporcional à grandeza C. Então: M · C _____ A · B = constante c. A grandeza X é inversamente proporcional às grandezas P, Q, R e diretamente proporcional à grandeza S. Então: X · P · Q · R _________ S = constante Teoria na prática 1. Três grandezas X, Y e Z são tais que X é diretamente proporcional a Y e inversamente proporcional a Z. Quando X vale 2 __ 3 , tem-se Y valendo 3 __ 5 e Z valendo 9 __ 5 . Assim, se Y vale 7 __ 8 e z vale 1 __ 4 , qual o valor de X? Devemos ter X · Z ____ Y = K onde k é a constante. Daí: I. X · Z ____ Y = K ä 2 __ 3 · 9 __ 5 ____ 3 __ 5 = K ä 6 __ 5 · 5 __ 3 = K ä K = 2 II. X · Z ____ Y = 2 ä X · 1 __ 4 ____ 7 __ 8 = 2 ä X __ 4 = 7 __ 4 ä X = 7 2. Para construir uma barragem de 22 metros de comprimento por 0,9 metro de largura, 20 operá- rios gastam 11 dias, trabalhando 8 horas por dia. Em quanto tempo 8 operários, trabalhando 6 horas por dia, construirão uma barragem de 18 metros de comprimento, 0,3 metro de largura e com o dobro da altura da primeira, se a capacidade de trabalho do 2º grupo é o dobro da do 1o grupo? Tomando a grandeza "nº de dias" (D) como referência (a grandeza cujo valor se quer des- cobrir), são diretamente proporcionais a ela: comprimento (C), largura (L), altura (A) (note: quanto maior é o C, L ou A, maior é o D). Já as grandezas "nº de operário" (P), "horas por dia de trabalho" (H) e "capacidade" (E) são inversa- mente proporcionais a D (note: quanto maior é o P, H ou E, menor é o D). Considerando a primei- ra barragem de altura 1, a segunda terá altura 2,e considerando a capacidade de trabalho do 1º grupo 1, a do 2º grupo será 2. Daí: D · P · H · E _________ C · L · A = K, onde k é a constante. I. 11 · 20 · 8 · 1 ___________ 22 · 0,9 · 1 = K ä K = 80 ___ 0,9 ä K = 800 ___ 9 II. D ·P · H · E ________ C · L · A = 800 ___ 9 ä D · 8 · 6 · 2 _________ 18 · 0,3 · 2 = 800 ___ 9 ä D = 800 · 3 · 0,3 __________ 9 · 8 ä D = 10 Observações: os valores de uma mesma gran- deza devem estar numa mesma unidade. 111 ReGRa de tRês simPles e ReGRa de tRês comPosta Existe uma regra prática que nos permite relacio- nar dois valores de uma grandeza A com dois valores, de outras grandezas proporcionais à grandeza A. Essa regra pode ser resumida assim: § 1º passo: montamos uma tabela colocando em cada coluna, ordenadamente, os valores de cada grandeza. § 2º passo: escolhemos uma grandeza para servir de referência, de preferência a que se quer saber o valor. § 3º passo: à grandeza de referência, associamos uma seta com sentido para baixo (é só uma con- venção, poderia ser para cima). § 4º passo: comparamos essa grandeza de referên- cia a cada uma das outras, isoladamente, identi- ficando se há proporcionalidade direta (setas no mesmo sentido) ou inversa (setas invertidas). § 5º passo: colocamos a razão da grandeza de re- ferência isolada no 1º membro e, no 2º membro, colocamos a outra razão ou o produto das outras grandezas, caso tenha mais de uma outra, lem- brando que se houver proporcionalidade em re- lação à grandeza de referência, devemos inverter os elementos da respectiva coluna e escrever a razão inversa no membro da igualdade formada. Se o problema envolve apenas duas grandezas proporcionais, temos uma regra de três simples. Caso o problema envolva mais de duas grandezas proporcio- nais, trata-se de uma regra de três composta. Teoria na prática 1. Para analisar a transpiração das plantas, os bo- tânicos precisam conhecer a área das suas fo- lhas. Essa área pode ser obtida pelo seguinte processo: coloca-se a folha da planta sobre uma cartolina e traça-se o seu contorno. Na mesma cartolina, desenha-se um quadrado com 10 cm de lado, como mostram as figuras a seguir: Após serem recortadas, as duas figuras são pe- sadas em uma balança de alta precisão, que indica uma massa de 1,44 g para o quadrado da cartolina. Desse modo, usando grandezas proporcionais, os botânicos podem determinar a área das folhas. Supondo que o botânico obteve a massa da figura da folha igual a 3,24 g, ele poderia usar a seguinte regra de três: Área (cm2) Massa (g) 100 x 1,44 3,24 Daí, 100 ___ x = 1,44 ____ 3,24 é 1,44x = 324 ä x = 225 Logo, a área da folha é 255 cm2. 2. As grandezas X e Y são diretamente proporcio- nais. Quando X vale 28, tem-se Y valendo 12. Assim se Y vale 15, quando vale X? Usando regra de três, temos: Grandeza X Grandeza Y 28 a 12 15 Daí, 28 ___ a = 12 ___ 15 ä a = 15 · 28 ______ 12 ä a = 35 3. Duas grandezas V e W são inversamente pro- porcionais. Quando V vale 18, tem-se W valendo 20. Assim, se W vale 24 ___ 7 , quanto vale V? Usando regra de três, temos: Grandeza V Grandeza W 18 x 20 24 ___ 7 Observe que a grandeza W é inversamente pro- porcional à V, logo, invertemos a razão no cálculo. Daí, 18 ___ x = 24 ___ 7 ___ 20 ä 18 ___ x = 24 ___ 7 · 1 ___ 20 ä x = 18 · 7 · 5 _______ 6 ä ä x = 105 112 4. Vinte operários, todos com a mesma capacidade de trabalho, realizam determinado serviço em 15 dias. Usando regra de três, também podemos deduzir em quantos dias 24 desses operários farão serviço idêntico. Veja: nº de operários Dias 20 24 15 x (Note: quanto mais operários trabalham, menos dias são gastos.) Daí, 15 ___ x = 24 ___ 20 ä x = 15 · 5 _____ 6 ä x = 12,5 Logo, eles farão o serviço em 12,5 dias. 5. Três grandezas X, Y e Z são tais que X é diretamente proporcional a Y e inversamente proporcional a Z. Quando X vale 2 __ 3 , tem-se Y valendo 3 __ 5 e Z valendo 9 __ 5 . Assim, se Y vale 7 __ 8 e Z vale 1 __ 4 , qual o valor de x? Usando regra de três, temos: Grandeza X Grandeza Y Grandeza Z 2 __ 3 a 3 __ 5 7 __ 8 9 __ 5 1 __ 4 Daí , 2 __ 3 __ a = 3 __ 5 __ 7 __ 8 · 1 __ 4 __ 9 __ 5 ä 2 __ 3a = 3 __ 5 · 8 __ 7 · 1 __ 4 · 5 __ 9 ä 2 __ 3a = 6 __ 9 · 7 ä a = 7 6. Para construir uma barragem de 22 metros de comprimento por 0,9 metros de largura, 20 operários gastam 11 dias, trabalhando 8 horas por dia. Em quanto tempo 8 operários, trabalhando 6 horas por dia, construirão uma barragem de 18 metros de comprimento, 0,3 metro de largura e com o dobro da altura da primeira, se a capacidade de trabalho do 2º grupo é o dobro da do 1º grupo. Veja: Comprimento Largura Operários Dias Horas por dia Altura Capacidade 22 18 0,9 0,3 20 08 11 x 8 6 1 2 1 2 Daí, 11 ___ x = 22 ___ 18 · 0,9 ___ 0,3 · 8 ___ 20 · 6 __ 8 · 1 __ 2 · 2 __ 1 Resolvendo a proporção, obtemos x = 10. Logo, eles construirão em 10 dias. 7. Três irmãs – Jasmim, Flora e Gardênia – reservaram para as compras de Natal as quantias de 600 reais, 360 reais e 120 dólares, respectivamente. Antes de sair às compras, as três fizeram o seguinte acordo: o total de reais reservados por Jasmim e Flora seria igualmente dividido entre as três, enquanto que, os dólares re- servados por Gardênia seriam totalmente repassados a Jasmim e Flora em partes proporcionais às quantias que cada uma delas tinha inicialmente. Considerandoque o acordo foi cumprido, quantos dólares Jasmim recebeu a mais que Flora? Resolução: Equacionando as informações dadas no enunciado, tem-se: Jasmin _____ 600 = Flora ____ 360 ä Jasmin + Flora ___________ 960 = 120 ___ 960 = 1 __ 8 ä Jasmin ___________ 600 = 1 __ 8 ä Jasmin = 75 dólares Flora ____ 360 = 1 __ 8 ä Flora = 45 dólares Jasmin recebeu (75 – 45), isto é, 30 dólares a mais que Flora. 113 8. Já que em determinadas situações, e também para algumas pessoas, “Tempo é dinheiro”, uma ação na Bolsa de Valores apresentou a seguinte evolução: nos primeiros 30 minutos do pregão, o preço de compra da ação, passou de R$ 12,00 para R$ 12,75. Um investidor comprou 1000 dessas ações ao preço de R$ 12,00 no início do pregão e vendeu todas elas após 18 minu- tos. Supondo que a variação desse preço tenha ocorrido igualmente distribuída nos 30 minutos iniciais do pregão, o lucro bruto alcançado por esse investidor, em 18 minutos, foi de: a) R$ 450,00 b) R$ 325,00 c) R$ 750,00 d) R$ 900,00 e) R$ 250,00 Resolução: Se as ações aumentaram de R$ 12,00 para R$ 12,75 em 30 minutos, então pode-se dizer que a variação foi de 0,75 em 30 minutos. As- sim, pode-se escrever: 0,75 —— 30min x —— 18 min x = 0,45 Ou seja, aos 18 minutos, as ações compradas por R$ 12,00 já valiam R$ 12,45 cada uma. Se o investimento inicial foi de R$ 12.000,00 (1000 x R$ 12,00) e após 18 minutos elas foram todas vendidas por um total de R$ 12.450,00 (1000 x R$12,45) o lucro bruto foi de R$ 450,00. Alternativa A 9. Duas grandezas positivas x e y são inversamen- te proporcionais se existir uma correspondência bijetiva entre os valores de x e os valores de y e um número constante positivo k tal que, se o valor y for o correspondente do valor x então y · x = k. Nessas condições, se o valor y = 6 é cor- respondente ao valor x = 25, então o valor y que corresponde ao valor x = 15 é: a) 8 b) 10 c) 12 d) 14 Resolução: O enunciado descreve uma função y . x = k, sendo k uma constante. Ou seja: y = k _ x , o que confere com a informação do enunciado de que x e y são inversamente proporcionais. Ainda de acordo com o informado, quando y = 6, x é igual a 25, logo: y = k _ x ⇒ 6 = k ___ 25 ⇒ k = 150 Portanto, a função descrita será: y = 150 ___ x . Logo, quando x = 15, y terá valor igual a 10. Alternativa B Vídeo ASSISTIR INTERATIVIAA DADE Sites ACESSAR Proporcionalidade e Funções Afins - Elon - 2001 Fonte: Youtube 114 Expoentes, radicais e notação científica pt.khanacademy.org/math/algebra2/rational-expressions-equations-and-functions/direct- and-inverse-variation/v/direct-and-inverse-variation INTERDISCIPLINARIDADE APLICAÇÃO NO COTIDIANOAPLICAÇÃO NO COTIDIANO 115 Vídeo ASSISTIR INTERATIVIAA DADE Sites ACESSAR No seu futuro cotidiano como estudante de medicina, aluno Hexag, você terá que lidar com dosagens de medicamentos para seus pacientes. Veja um exemplo prático na seguinte questão: 1. A heparina é um medicamento de ação anticoagulante prescrito em diversas patologias. De acordo com a indicação médica, um paciente de 72 kg deverá receber 100 unidades de heparina por quilograma por hora (via intravenosa). No rótulo da solução de heparina a ser ministrada consta a informação 10.000 unidades/50 mL. a) Calcule a quantidade de heparina, em mL, que esse paciente deverá receber por hora. b) Sabendo que 20 gotas equivalem a 1 mL, esse paciente deverá receber 1 gota a cada x segundos. Calcule x. Resolução: a) O paciente deverá receber 7.200 unidades de heparina em uma hora. Sabendo que existem 10.000 unidades de heparina a cada 50 mL da solução, pode-se escrever: 7200 · 50 ________ 10000 = 36 mL Esse paciente deverá receber 36 mL de heparina por hora. b) Transformando mililitros em gotas, pode-se escrever: 36∙20 = 720 gotas Sabendo que uma hora corresponde a 3.600 segundos, pode-se escrever: 720 ____ 3600 = 1 gota _________ 5 segundos Ou seja, esse paciente deverá receber uma gota a cada 5 segundos. Devido ao caráter interdisciplinar de razão, proporção e grandezas proporcionais, torna este assunto com altíssimo grau de incidência nos vestibulares. Proporcionalidade está intimamente ligada com estequiometria na disciplina de Química, como na variação de grandezas no estudo do comportamento dos gases, na disciplina de física, e também com a mudança de escalas da cartografia, na disciplina de geografia. 116 estRutuRa conceitual RAZÃO PROPORÇÃO IGUALDADE ENTRE DUAS RAZÕES PROPORÇÃO DIRETA: PROPORÇÃO INVERSA: Quando uma grandeza aumenta a outra também aumenta( ) Quando uma grandeza aumenta a outra diminui( ) a1 b1 = = K RAZÃO É O QUOCIENTE ENTRE DUAS GRANDEZAS EX.: O ARTILHEIRO FEZ 45 GOLS EM 9 JOGOS HÁ UMA RAZÃO DE 5 GOLS POR JOGO RAZÃO ENTRE A E B: A B a2 b2 a1 1 b1 1 b2 = = K a2 FUVEST Vestibular com tradição de elevado grau de exigência em geometria plana, com exercícios de alto grau de abstração, exigindo do candidato que este desenhe a figura a partir de instruções, ou fornecendo figuras para resolução de problemas. UNESP A Vunesp, com questões claras e diretas, busca o conhecimento básico do candidato tanto em resoluções de situações-problema que envolvam espaço e localização do mundo físico, como questões abstratas que exigem a inciativa do aluno para o desenho da figura. UNICAMP A Comvest busca selecionar o aluno com exercícios aplicados em situações-problema do cotidiano. Como introdução, a geometria plana é um assunto básico, que serve para matérias a serem estu- dadas mais adiante. UNIFESP A geometria plana no ENEM geralmente é aplicada em representações da realidade, com exercí- cios que buscam do aluno uma solução de um problema do cotidiano. ENEM/UFMG/UFRJ Trigonometria no triângulo retângulo, razão, proporção e grandezas proporcionais são conteúdos com altíssimo índice de incidência no exame do ENEM, sempre aplicados em situações do coti- diano, como em variações de grandezas de medidas para compreensão da realidade. UERJ Trigonometria no triângulo retângulo é cobrada em questões de geometria plana; e razões e proporções são cobradas em problemas do cotidiano, com figuras, tabelas e gráficos. FA CU LD ADE DE MEDICINA BOTUCATU 1963 Abordagem de GEOMETRIA PLANA nos principais vestibulares. © S as ch a C ort i/S hu tte 01 02 M MATEMÁTICA T Introdução à geometria plana Competência 2 Habilidades 6, 7, 8 e 9 © S as ch a C ort i/S hu tte 01 02 M MATEMÁTICA T Introdução à geometria plana Competência 2 Habilidades 6, 7, 8 e 9 Competência 1 – Construir significados para os números naturais, inteiros, racionais e reais. H1 Reconhecer, no contexto social, diferentes significados e representações dos números e operações – naturais, inteiros, racionais ou reais. H2 Identificar padrões numéricos ou princípios de contagem. H3 Resolver situação-problema envolvendo conhecimentos numéricos. H4 Avaliar a razoabilidade de um resultado numérico na construção de argumentos sobre afirmações quantitativas. H5 Avaliar propostas de intervenção na realidade utilizando conhecimentos numéricos. Competência 2 – Utilizar o conhecimento geométrico para realizar a leitura e a representação da realidade e agir sobre ela. H6 Interpretar a localização e a movimentação de pessoas/objetos no espaço tridimensional e sua representação no espaço bidimensional. H7 Identificar características de figuras planas ou espaciais. H8 Resolver situação-problema que envolva conhecimentos geométricos de espaço e forma. H9 Utilizar conhecimentos geométricos de espaço e forma na seleção de argumentos propostos como solução de problemas do cotidiano. Competência 3 – Construir noções de grandezas e medidas para a compreensão da realidade e a solução de problemas do cotidiano. H10 Identificar relações entre grandezas e unidades de medida. H11 Utilizar a noção de escalas na leitura de representaçãode situação do cotidiano. H12 Resolver situação-problema que envolva medidas de grandezas. H13 Avaliar o resultado de uma medição na construção de um argumento consistente. H14 Avaliar proposta de intervenção na realidade utilizando conhecimentos geométricos relacionados a grandezas e medidas. Competência 4 – Construir noções de variação de grandezas para a compreensão da realidade e a solução de problemas do cotidiano. H15 Identificar a relação de dependência entre grandezas. H16 Resolver situação-problema envolvendo a variação de grandezas, direta ou inversamente proporcionais. H17 Analisar informações envolvendo a variação de grandezas como recurso para a construção de argumentação. H18 Avaliar propostas de intervenção na realidade envolvendo variação de grandezas. Competência 5 – Modelar e resolver problemas que envolvem variáveis socioeconômicas ou técnico-científicas, usando representações algébricas. H19 Identificar representações algébricas que expressem a relação entre grandezas. H20 Interpretar gráfico cartesiano que represente relações entre grandezas. H21 Resolver situação-problema cuja modelagem envolva conhecimentos algébricos. H22 Utilizar conhecimentos algébricos/geométricos como recurso para a construção de argumentação. H23 Avaliar propostas de intervenção na realidade utilizando conhecimentos algébricos. Competência 6 – Interpretar informações de natureza científica e social obtidas da leitura de gráficos e tabelas, realizando previsão de tendência, extrapolação, interpolação e interpretação. H24 Utilizar informações expressas em gráficos ou tabelas para fazer inferências. H25 Resolver problema com dados apresentados em tabelas ou gráficos. H26 Analisar informações expressas em gráficos ou tabelas como recurso para a construção de argumentos. Competência 7 – Compreender o caráter aleatório e não determinístico dos fenômenos naturais e sociais e utilizar instrumentos ade- quados para medidas, determinação de amostras e cálculos de probabilidade para interpretar informações de variáveis apresentadas em uma distribuição estatística. H27 Calcular medidas de tendência central ou de dispersão de um conjunto de dados expressos em uma tabela de frequências de dados agrupados (não em classes) ou em gráficos. H28 Resolver situação-problema que envolva conhecimentos de estatística e probabilidade. H29 Utilizar conhecimentos de estatística e probabilidade como recurso para a construção de argumentação. H30 Avaliar propostas de intervenção na realidade utilizando conhecimentos de estatística e probabilidade. 121 Postulados e teoremas Conceitos primitivos Conceitos primitivos, entes primitivos ou entes geométricos são as figuras ponto, reta e plano. Eles não possuem definição. Suas representações são dadas por: Geralmente, denotamos esses entes geométricos da seguinte maneira: § Ponto: representamos com letras latinas maiúsculas: A, B, C, P,... § Reta: representamos com letras latinas minúsculas: a, b, c, r, t,... § Plano: representamos com letras gregas minúsculas: a, b, g, p,... Dentro da Geometria, também existem postulados (ou axiomas). Também são verdades matemáticas aceitas sem demonstração: § Posição relativa entre um ponto e uma reta Na figura, temos que o ponto P pertence à reta r, en- quanto que o ponto Q não pertence à reta r, ou seja, P [ r e Q Ó r. § Em uma reta, há infinitos pontos, assim como em um plano. § Por um ponto P, passam infinitas retas. § Dois pontos distintos determinam uma única reta que os contém. Sejam os pon- tos A e B, a reta determinada por eles é escrita como ‹ ___ › AB . § Três pontos distintos não colineares de- terminam um único plano que os contém. 122 algumas definições imPortantes Pontos colineares Dois pontos são colineares caso ambos estejam contidos na mesma reta. No caso da figura, os pontos A, B e C são coline- ares, pois A [ r, B [ r e C [ r. Pontos coplanares Um conjunto de pontos é dito coplanar caso pertença ao mesmo plano. Figuras geométricas São conjuntos não vazios de pontos. segmentos de reta e definições Segmento de reta Dada uma reta ‹ ___ › AB , o segmento de reta AB é a parte limitada entre os pontos A e B. Semirreta Uma semirreta é uma das partes de uma reta limitada por um único ponto P. Segmentos de reta consecutivos Dois segmentos de reta serão consecutivos se houver uma extremidade P em comum. Segmentos de reta colineares Dois segmentos de reta serão colineares se esti- verem contidos na mesma reta. 123 Segmentos de reta adjacentes Dois segmentos de reta serão adjacentes se fo- rem consecutivos, colineares e apresentarem apenas um ponto em comum. Segmentos de reta congruentes Dois segmentos de reta AB e CD serão con- gruentes quando possuírem o mesmo comprimento, na mesma unidade de medida. Ponto médio Se os segmentos QP e PR forem congruentes, então P é ponto médio de QR . Ângulos e definições Ângulo Ângulo é a parte do plano delimitada por duas semirretas de mesma origem. Chama-se de lado as duas semirretas que formam o ângulo, e de vértice a origem comum às duas semirretas. Unidades de medida de ângulos § Grau: se, ao dividirmos uma circunferência de centro O em 360 partes iguais, e, a partir dela, formarmos um ângulo com origem em O e lados que passam por duas divisões subsequentes, te- remos um ângulo com medida de um grau (1°). Os submúltiplos mais usuais do grau são o mi- nuto e o segundo, definidos da seguinte forma: 1’ (um minuto) = 1° ___ 60 1’’ (um segundo) = 1’ ___ 60 § Radiano: quando, em qualquer circunferência, a medida do arco de um ângulo central é igual à medida do raio dessa circunferência, diz-se que esse ângulo mede 1 rad (um radiano). Pode-se concluir que qualquer ângulo a, medido em radiano, recebe a seguinte definição: a = L _ r rad em que L é o comprimento do arco do ângulo central a, inscrito em uma circunferência e r é o raio dessa circunferência. 124 Ângulos consecutivos Dois ângulos serão consecutivos se, e somente se, possuírem um lado em comum. Ângulos adjacentes Dois ângulos serão adjacentes se forem consecu- tivos e não possuírem pontos internos em comum. Ângulos opostos pelo vértice (O.P.V.) Dois ângulos serão opostos pelo vértice (O.P.V.) quando um deles for composto pelas semirretas opos- tas do outro. Logo: A ̂ O B > C ̂ O D. Bissetriz Dado um ângulo A ̂ O B, dizemos que a semirreta _____ › OP é bissetriz de A ̂ O B se, e somente se, A ̂ O P > P ̂ O B. Ou seja, uma bissetriz divide um ângulo em dois ângulos congruentes. Ângulos suplementares adjacentes Dado um ângulo B ̂ O C, o ângulo determinado pela semirreta oposta a _____ › OC e à semirreta _____ › OB é seu suplementar adjacente. Dessa forma, temos que a soma de um ângulo e de seu suplementar adjacente é sempre 180°, que denominamos como ângulo raso. 125 Ângulo reto Um ângulo é denominado reto quando é côn- gruo a seu suplementar adjacente. A medida angular de um ângulo reto é 90°. Ângulo agudo Um ângulo agudo é todo ângulo menor que o ângulo reto. Ângulo obtuso Um ângulo obtuso é todo ângulo maior que o ângulo reto. Ângulos complementares Dois ângulos são complementares quando sua soma equivale ao ângulo reto. Ângulos suplementares Dois ângulos são suplementares quando sua soma equivale a 180º. Ângulos replementares Dois ângulo são replementares quando sua soma equivale a 360°. Ângulos determinados por duas retas e uma transversal Sejam r e s duas retas paralelas e uma reta t, concorrente a r e s: 126 A reta t é denominada transversal às retas r e s. Sua intersecção com as retas determina oito ângulos. Com relação aos ângulos formados, podemos classificá- -los como: § Ângulos alternos: 1 e 7, 2 e 8, 3 e 5, 4 e 6. § Ângulos correspondentes: 1 e 5, 2 e 6, 3 e 7, 4 e 8. §Ângulos colaterais: 1 e 8, 2 e 7, 3 e 6, 4 e 5. Além dessa classificação, com relação aos ângu- los alternos e colaterais temos: § Ângulos alternos internos: 3 e 5, 4 e 6; externos: 1 e 7, 2 e 8 § Ângulos colaterais internos: 4 e 5, 3 e 6; externos: 1 e 8, 2 e 7 O quadro a seguir resume as classificações quantos aos ângulos formados: 127 Consequências Como os ângulos alternos (internos e externos) são congruentes, temos que os ângulos corresponden- tes também são congruentes, assim como os ângulos colaterais são suplementares: Teoria na prática 1. Observe a figura a seguir: Se a e b são paralelas, calcule o valor, em graus, de x. Resolução: Como a e b são paralelas, temos que ângulos correspondentes são congruentes, logo, pode- mos reescrever o ângulo 20° + x na reta b: Agora, como os ângulos x e 20° + x são suple- mentares, temos: x + 20° + x = 180° 2x = 160° x = 80° 128 estrutura ConCeitual PONTO RETA PLANO ÂNGULOS E DEFINIÇÕESRETAS E DEFINIÇÕES ENTENDER PRIMEIRO OS CONCEITOS PRIMITIVOS ENTENDER O “MATEMATIQUÊS” COLINEAR: MESMA RETA COPLANAR: MESMO PLANO ÂNGULOS DETERMINADOS POR DUAS RETAS E UMA TRANSVERSAL •Alternos •Correspondentes •Colaterais •Internos •Externos SEGMENTOS DE RETA (parte delimitada entre dois pontos) GRAU: Divisão da circunferência em 360° RADIANO: Medida do arco dividida pela medida do raio ÂNGULOS OPOSTOS PELO VÉRTICE A B SEMIRRETA (reta delimitada por um ponto) P D A C B A 03 04 M MATEMÁTICA T Ângulos num triângulo e ângulos numa circunferência Competência 2 Habilidades 6, 7, 8 e 9 Competência 1 – Construir significados para os números naturais, inteiros, racionais e reais. H1 Reconhecer, no contexto social, diferentes significados e representações dos números e operações – naturais, inteiros, racionais ou reais. H2 Identificar padrões numéricos ou princípios de contagem. H3 Resolver situação-problema envolvendo conhecimentos numéricos. H4 Avaliar a razoabilidade de um resultado numérico na construção de argumentos sobre afirmações quantitativas. H5 Avaliar propostas de intervenção na realidade utilizando conhecimentos numéricos. Competência 2 – Utilizar o conhecimento geométrico para realizar a leitura e a representação da realidade e agir sobre ela. H6 Interpretar a localização e a movimentação de pessoas/objetos no espaço tridimensional e sua representação no espaço bidimensional. H7 Identificar características de figuras planas ou espaciais. H8 Resolver situação-problema que envolva conhecimentos geométricos de espaço e forma. H9 Utilizar conhecimentos geométricos de espaço e forma na seleção de argumentos propostos como solução de problemas do cotidiano. Competência 3 – Construir noções de grandezas e medidas para a compreensão da realidade e a solução de problemas do cotidiano. H10 Identificar relações entre grandezas e unidades de medida. H11 Utilizar a noção de escalas na leitura de representação de situação do cotidiano. H12 Resolver situação-problema que envolva medidas de grandezas. H13 Avaliar o resultado de uma medição na construção de um argumento consistente. H14 Avaliar proposta de intervenção na realidade utilizando conhecimentos geométricos relacionados a grandezas e medidas. Competência 4 – Construir noções de variação de grandezas para a compreensão da realidade e a solução de problemas do cotidiano. H15 Identificar a relação de dependência entre grandezas. H16 Resolver situação-problema envolvendo a variação de grandezas, direta ou inversamente proporcionais. H17 Analisar informações envolvendo a variação de grandezas como recurso para a construção de argumentação. H18 Avaliar propostas de intervenção na realidade envolvendo variação de grandezas. Competência 5 – Modelar e resolver problemas que envolvem variáveis socioeconômicas ou técnico-científicas, usando representações algébricas. H19 Identificar representações algébricas que expressem a relação entre grandezas. H20 Interpretar gráfico cartesiano que represente relações entre grandezas. H21 Resolver situação-problema cuja modelagem envolva conhecimentos algébricos. H22 Utilizar conhecimentos algébricos/geométricos como recurso para a construção de argumentação. H23 Avaliar propostas de intervenção na realidade utilizando conhecimentos algébricos. Competência 6 – Interpretar informações de natureza científica e social obtidas da leitura de gráficos e tabelas, realizando previsão de tendência, extrapolação, interpolação e interpretação. H24 Utilizar informações expressas em gráficos ou tabelas para fazer inferências. H25 Resolver problema com dados apresentados em tabelas ou gráficos. H26 Analisar informações expressas em gráficos ou tabelas como recurso para a construção de argumentos. Competência 7 – Compreender o caráter aleatório e não determinístico dos fenômenos naturais e sociais e utilizar instrumentos ade- quados para medidas, determinação de amostras e cálculos de probabilidade para interpretar informações de variáveis apresentadas em uma distribuição estatística. H27 Calcular medidas de tendência central ou de dispersão de um conjunto de dados expressos em uma tabela de frequências de dados agrupados (não em classes) ou em gráficos. H28 Resolver situação-problema que envolva conhecimentos de estatística e probabilidade. H29 Utilizar conhecimentos de estatística e probabilidade como recurso para a construção de argumentação. H30 Avaliar propostas de intervenção na realidade utilizando conhecimentos de estatística e probabilidade. 131 Triângulos Um triângulo é a figura geométrica constituída a partir de três segmentos de reta cujas extremidades são três pontos distintos e não colineares. No triângulo da figura (indicado por DABC), temos os seguintes elementos: § Os pontos A, B e C são os vértices; § Os segmentos AB , BC e AC são os lados; § Os ângulos a, b e g são os ângulos internos; § Os ângulos ae, be e ge são os ângulos externos, obtidos a partir do prolongamento dos lados. Observe que cada ângulo interno e seu respectivo ângulo externo são suplementares adjacentes. ClassifiCação dos Triângulos Podemos classificar os triângulos quanto às medidas dos lados ou quanto aos seus ângulos internos. Quanto aos lados § Triângulo equilátero: apresenta os três lados congruentes. Como os três lados são congruentes, os três an- gulos internos também são congruentes e medem 60°. § Triângulo isósceles: apresenta dois lados con- gruentes. Na figura acima, o lado BC é chamado de base, e os ângulos relativos aos vértices B e C são chamados ângulos da base, os quais são con- gruentes. 132 § Triângulo escaleno: apresenta os três lados com medidas diferentes entre si. Quanto aos ângulos § Triângulo retângulo: apresenta um ângulo interno reto e, consequentemente, dois ângulos agudos. Os ângulos relativos aos vértices A e C são com- plementares. § Triângulo acutângulo: apresenta os três ân- gulos internos agudos. § Triângulo obtusângulo: apresenta um ângulo obtuso e, consequentemente, dois ângulos agu- dos. ângulos em um Triângulo Soma dos ângulos internos Considere um triângulo DABC e uma reta r para- lela ao lado BC , contendo o vértice A: Considere a, b e u os ângulos internos relativos aos vértices A, B e C, respectivamente. Observe que a reta r determina também outros dois ângulos g e r. Observe que: g + a + r = 180° Porém, g e b, assim como r e u são ângulos al- ternos internos, portanto, congruentes. Dessa forma, podemos escrever: a + b + u = 180° Logo, concluímos que: A soma dos ângulos internos de qualquer triângulo é igual a 180°. Teoria na prática 1. Determine o valor de x no triângulo ABC a se- guir: 133 Resolução: Como a soma dos ângulos internos deve ser 180° temos: 82° + 32° + x = 180° 114° + x = 180° x = 180° – 114° x = 66° 2. Determine o valor de x no triângulo isósceles de- base BC ____ a seguir: Resolução: Como o triângulo é isósceles, o ângulo relativo ao vérticeB também mede 50°, portanto: 50° + 50° + x = 180° ä 100° + x = 180° ä ä x = 180° – 100° ä x = 80° Teorema do ângulo externo Considere o DABC a seguir: O ângulo u é o ângulo externo relativo ao vértice C. Dessa forma, temos: § (I) a + b + g = 180° (soma dos ângulos internos) § (II) u + g = 180° (ângulos suplementares adja- centes) Subtraindo a equação (II) da (I), temos: a + b + g – (u + g) = 180° – 180° ä ä a + b – u = 0 ä a + b = u Logo u = a + b. Conclui-se, então, que o ângulo externo u, re- lativo ao vértice C, equivale à soma dos dois ângulos internos relativos a A e B. Podemos, então, enunciar o teorema do ângulo externo: Em um triângulo ABC qualquer, o ângulo externo relativo a um determinado vértice equi- vale à soma dos outros dois ângulos internos, não adjacentes a ele. Ou seja, sendo u o ângulo externo relativo ao vértice C, temos que u = ̂ A + ̂ B . Teoria na prática 1. Calcule o valor de x sabendo que o triângulo DABC é isósceles de base BC e o ângulo interno relativo ao vértice C vale 35°. Resolução: Como o triângulo é isósceles, ̂ C = ̂ B = 35°, logo, pelo teorema do ângulo externo: x = 35° + 35° = 70° 2. Calcule o valor de x sabendo que o triângulo DABC é isósceles de base BC . y 134 Resolução: Como o triângulo é isósceles de base BC , temos ^ B = ̂ C = y. Logo: 100° + y + y = 180° 2y = 180° – 100° 2y = 80° y = 40° Agora, como x é o ângulo externo do triângulo ABC: x = y + 100° x = 40° + 100° x = 140° 3. Sabendo que AB = AC = BC = DC, calcule o valor de x na figura abaixo: Resolução: O triângulo ABC é equilátero, logo seus ângu- los internos medem 60°. Sabendo disso, o ângulo A ̂ C D mede 120° (suplementar de 60°). O triângulo ACD é isósceles, então, fazendo C ̂ A D = C ̂ D A = y, temos: 120° + y + y = 180° 2y = 60° y = 30° O ângulo A ̂ D E é externo relativo ao triângulo ACD, logo: A ̂ D E = 30° + 120° A ̂ D E = 150° Finalmente, somando os ângulos internos do tri- ângulo ADE: x + 2x + 150° = 180° 3x = 180° – 150° 3x = 30° x = 10° Teorema da soma dos ângulos externos Considere o triângulo DABC e seus ângulos ex- ternos ae, be e ge. Pelo teorema do ângulo externo, temos: ae = ̂ B + ̂ C be = ̂ A + ̂ C ge = ̂ A + ̂ B Somando as três igualdades, temos: ae + be+ ge = 2 ̂ A + 2 ̂ B + 2 ̂ C = 2( ̂ A + ̂ B + ̂ C ) Como ̂ A + ̂ B + ̂ C = 180° (soma dos ângulos internos de um triângulo): ae + be+ ge = 2(180°) = 360° Portanto, em qualquer triângulo, sendo ae, be e ge os ângulos externos, temos: ae + be+ ge = 360° ângulos em uma CirCunferênCia Circunferência É o conjunto dos pontos do plano situado à mes- ma distância de um ponto fixo. O ponto fixo é chamado centro. 135 Posições relativas entre reta e circunferência Tangentes (um único ponto comum) Secantes (dois pontos comuns) Externas (nenhum ponto comum) dC,r = raio dC,s < raio dC,u > raio Propriedade da reta tangente à circunferência Caso a reta seja tangente à circunferência, o segmento determinado pelo raio e a reta tangente formam, no ponto de tangência, um ângulo reto. Na figura, a distância CP equivale ao raio da circunferência e o ponto P é denominado ponto de tangên- cia da reta r e da circunferência. Propriedade da reta secante à circunferência Considere uma circunferência de centro C e uma reta r, secante à circunferência, que forma os pontos A e B: Sendo M o ponto médio de AB , temos que o segmento CM será perpendicular à reta secante r. 136 Posições relativas entre duas circunferências São dadas em função do número de pontos comuns às circunferências. Sendo O1 e O2 os centros, e r1 e r2 os respectivos raios, com r1 > r2, obteremos: Pontos comuns Posição relativa Distância entre os centros em função dos raios Figura 2 Secantes r1 – r2 < d < r1 + r2 1 Tangentes internas d = r1 – r2 Tangentes externas d = r1 + r2 0 Internas concêntricas d = 0 Internas não concên- tricas d < r1 – r2 Externas d > r1 + r2 Observações 1. No caso das circunferências serem tangentes, os centros e os pontos de tangência são sempre colineares. 2. Caso sejam concêntricas, satisfazem a condição d < r1 – r2, pois perfazem um caso particular de circunferências internas. 137 Ângulos na circunferência Ângulo central É um ângulo que tem como vértice o centro da circunferência e seus lados passam por pontos perten- centes a ela. Observação Um ângulo central A ̂ O B determina na circunferência dois arcos, cujas medidas somam 360°. Ângulo inscrito É aquele cujo vértice é um ponto da circunfe- rência e cujos lados passam por dois outros pontos da circunferência. Propriedade Se um ângulo central e um ângulo inscrito em uma mesma circunferência têm o mesmo arco corres- pondente, então a medida do ângulo central equivale ao dobro da medida do ângulo inscrito. Podemos considerar três situações: 138 Note que, dessa propriedade, conclui-se que, para um mesmo arco BC, não importa a posição do ponto A nos três casos, o valor de y é o mesmo ( x __ 2 ) , pois todos eles “enxergam” o mesmo arco. Ou seja, qualquer ângulo inscrito que determine o mesmo arco terá o mesmo valor: Na figura anterior, se A ̂ O B é um ângulo central de medida x, todos os ângulos inscritos A ̂ M B, A ̂ N B e A ̂ P B possuem a mesma medida: x __ 2 . Como consequência, temos que, se um ângulo central A ̂ O B descreve um arco de 180°, onde AB é o diâmetro, ao tomar um ponto P qualquer na circunfe- rência, o triângulo ABP será retângulo, pois o ângulo A ^ P B será reto (180°/2 = 90°): Teoria na prática 1. Calcular o ângulo a na circunferência abaixo: Resolução: Observe que os ângulos A ̂ D C e A ̂ B C determinam o mesmo arco AC. Portanto, são iguais. Agora, podemos calcular a medida do ângulo C ̂ O D : C ̂ O D + 30°+ 40° = 180° à C ̂ O D = 110° Como C ̂ O D e a são opostos pelo vértice O, temos: a = 110° Ângulo de segmento É um ângulo que tem como vértice um ponto da circunferência, um lado secante à circunferência e outro tangente a ela. Na figura, como a reta t é tangente à circunfe- rência e o segmento AB é secante, a é um ângulo de segmento. 139 Propriedade A medida do ângulo de segmento é metade da medida angular do arco determinado na circunferência por um de seus lados. Polígonos regulares inscritos na circunferência Sabemos que polígono regular é aquele que possui todos os lados congruentes, assim como todos os ângulos. Assim, se dividirmos uma circunferência em partes iguais, unindo os pontos obtidos por segmentos, determinaremos um polígono regular. Para isso, basta dividirmos 360° (em torno do centro) pelo número de partes que quisermos obter. Exemplos 1. Em 4 partes de 90° 2. Em 5 partes de 72° 140 esTruTura ConCeiTual - EQUILÁTERO = 3 lados iguais - ISÓSCELES = 2 lados iguais - ESCALENO = 3 lados diferentes ÂNGULOS NUM TRIÂNGULO E ÂNGULOS NUMA CIRCUNFERÊNCIA ÂNGULOS EM UM TRIÂNGULO - RETÂNGULO = 1 ângulo de 90° - ACUTÂNGULO = 3 ângulos internos agudos - OBTUSÂNGULO = 1 ângulo obtuso (maior que 90°) LEMBRE-SE DAS CLASSIFICAÇÕES DOS TRIÂNGULOS QUANTO AOS LADOS QUANTO AOS ÂNGULOS ��+ � + � = 180° SOMA DOS ÂNGULOS INTERNOS ��+ � = � � ALTERNOS INTERNOS � � � � � � � � ÂNGULO EXTERNO � É A SOMA DOS DOIS ÂNGULOS INTERNOS NÃO ADJACENTES A ELE. © py an se tia 20 08 /S hu tte rst oc k 05 06 M MATEMÁTICA T Razão proporcional e teoremas de Tales e da bissetriz interna Competências 2 e 3 Habilidades 6, 7, 8, 9 e 14 Competência 1 – Construir significados para os números naturais, inteiros,racionais e reais. H1 Reconhecer, no contexto social, diferentes significados e representações dos números e operações – naturais, inteiros, racionais ou reais. H2 Identificar padrões numéricos ou princípios de contagem. H3 Resolver situação-problema envolvendo conhecimentos numéricos. H4 Avaliar a razoabilidade de um resultado numérico na construção de argumentos sobre afirmações quantitativas. H5 Avaliar propostas de intervenção na realidade utilizando conhecimentos numéricos. Competência 2 – Utilizar o conhecimento geométrico para realizar a leitura e a representação da realidade e agir sobre ela. H6 Interpretar a localização e a movimentação de pessoas/objetos no espaço tridimensional e sua representação no espaço bidimensional. H7 Identificar características de figuras planas ou espaciais. H8 Resolver situação-problema que envolva conhecimentos geométricos de espaço e forma. H9 Utilizar conhecimentos geométricos de espaço e forma na seleção de argumentos propostos como solução de problemas do cotidiano. Competência 3 – Construir noções de grandezas e medidas para a compreensão da realidade e a solução de problemas do cotidiano. H10 Identificar relações entre grandezas e unidades de medida. H11 Utilizar a noção de escalas na leitura de representação de situação do cotidiano. H12 Resolver situação-problema que envolva medidas de grandezas. H13 Avaliar o resultado de uma medição na construção de um argumento consistente. H14 Avaliar proposta de intervenção na realidade utilizando conhecimentos geométricos relacionados a grandezas e medidas. Competência 4 – Construir noções de variação de grandezas para a compreensão da realidade e a solução de problemas do cotidiano. H15 Identificar a relação de dependência entre grandezas. H16 Resolver situação-problema envolvendo a variação de grandezas, direta ou inversamente proporcionais. H17 Analisar informações envolvendo a variação de grandezas como recurso para a construção de argumentação. H18 Avaliar propostas de intervenção na realidade envolvendo variação de grandezas. Competência 5 – Modelar e resolver problemas que envolvem variáveis socioeconômicas ou técnico-científicas, usando representações algébricas. H19 Identificar representações algébricas que expressem a relação entre grandezas. H20 Interpretar gráfico cartesiano que represente relações entre grandezas. H21 Resolver situação-problema cuja modelagem envolva conhecimentos algébricos. H22 Utilizar conhecimentos algébricos/geométricos como recurso para a construção de argumentação. H23 Avaliar propostas de intervenção na realidade utilizando conhecimentos algébricos. Competência 6 – Interpretar informações de natureza científica e social obtidas da leitura de gráficos e tabelas, realizando previsão de tendência, extrapolação, interpolação e interpretação. H24 Utilizar informações expressas em gráficos ou tabelas para fazer inferências. H25 Resolver problema com dados apresentados em tabelas ou gráficos. H26 Analisar informações expressas em gráficos ou tabelas como recurso para a construção de argumentos. Competência 7 – Compreender o caráter aleatório e não determinístico dos fenômenos naturais e sociais e utilizar instrumentos ade- quados para medidas, determinação de amostras e cálculos de probabilidade para interpretar informações de variáveis apresentadas em uma distribuição estatística. H27 Calcular medidas de tendência central ou de dispersão de um conjunto de dados expressos em uma tabela de frequências de dados agrupados (não em classes) ou em gráficos. H28 Resolver situação-problema que envolva conhecimentos de estatística e probabilidade. H29 Utilizar conhecimentos de estatística e probabilidade como recurso para a construção de argumentação. H30 Avaliar propostas de intervenção na realidade utilizando conhecimentos de estatística e probabilidade. 143 Razão pRopoRcional Quatro números a, b, c e d, não nulos, formam, nessa ordem, uma proporção quando: a __ b = c __ d Dizemos que a e b são proporcionais a c e d. Agora, observe os segmentos PQ , RS , TU e VX : Calculando a razão entre os segmentos PQ e RS , e a razão entre TU e VX , temos: PQ ___ RS = 3 __ 9 = 1 __ 3 TU ___ VX = 2 __ 6 = 1 __ 3 Observe que: k = PQ ___ RS = TU ___ VX = 1 __ 3 . Quando temos uma igualdade entre razões, dizemos que há uma proporção entre as medidas dos segmen- tos. Dessa forma, os segmentos PQ e RS são proporcionais aos segmentos TU e VX . Assim, os segmentos PQ , RS , TU e VX , nessa ordem, são segmentos proporcionais. Quatro segmentos AB , CD , EF e GH , nessa ordem, são segmentos proporcionais se existe a proporção AB ___ CD = EF ___ GH . Teoria na prática 1. Considere os segmentos AB , CD , EF e GH representados na figura: Vamos verificar se —— AB e —— CD são segmentos proporcionais aos segmentos — EF e —— GH . 144 Calculando as razões entre eles, temos: AB ___ CD = 5 ___ 10 = 1 __ 2 e EF ___ GH = 20 ___ 40 = 1 __ 2 AB ___ CD = EF ___ GH ; logo, AB , CD , EF e GH , nessa ordem, são segmentos proporcionais. Agora, vamos verificar se AB e GH são segmen- tos proporcionais aos segmentos EF e CD . Calculando as razões entre eles, temos: AB ___ GH = 5 ___ 40 = 1 __ 8 e EF ___ CD = 20 ___ 10 = 2 __ 1 AB ___ GH i EF ___ CD ; então, AB , GH , EF e CD , nessa ordem, não são segmentos proporcionais. 2. Considere dois segmentos adjacentes e conse- cutivos AB e BC , sendo que AB mede 12 e BC mede 8. Dado outro par de segmentos adjacen- tes e consecutivos PQ e QR , com PQ medindo 4, quanto deve ser a medida do segmento QR de modo que os segmentos AB , BC , PQ e QR sejam proporcionais? Resolução: Para que AB , BC , PQ e QR sejam segmentos pro- porcionais, devemos ter: AB ___ BC = PQ ___ QR Logo: 12 ___ 8 = 4 __ x ⇒ 12x = 32 ⇒ x = 32 ___ 12 = 8 __ 3 3. Considere os segmentos de reta da figura a seguir, sendo os pontos A, B e C colineares e AB = 10, BC = 3 e PQ = 8. A que distância do ponto P deve estar um pon- to R, contido no segmento PQ de modo que os segmentos AB , BC , PR e RQ sejam proporcionais? Resolução: Se o ponto R estiver a uma distância x do ponto P, estará a uma distância 8 – x do ponto Q. Veja a figura: Logo, para que os segmentos AB , BC , PR e RQ sejam proporcionais, devemos ter: AB ___ BC = PR ___ RQ Assim: 10 ___ 3 = x ____ 8 – x à10(8 – x) = 3x ⇒ 80 – 10x = 3x ⇒ 80 = 13x ⇒ x = 80 ___ 13 TeoRema de Tales Feixe de retas paralelas Feixe de retas paralelas são duas ou mais retas em um mesmo plano que, tomadas duas a duas, são sempre paralelas. Reta transversal Se uma reta intercepta uma das retas do feixe de retas paralelas, necessariamente intersecta as demais. Essa reta que corta o feixe de retas paralelas é chamada reta transversal. 145 Teorema de Tales Se um feixe de retas paralelas é cortado por duas retas transversais, os segmentos deter- minados sobre a primeira transversal são pro- porcionais a seus correspondentes determinados sobre a segunda transversal. Vamos analisar o Teorema de Tales considerando os dois casos a seguir: Caso 1 Observe o feixe de retas paralelas a, b e c, cor- tadas pelas transversais r e s, em que AB = BC. Se os segmentos AB e BC são congruentes, a razão entre as medidas deles é 1, isto é: AB ___ BC = 1. Por Tales AB ___ BC =PQ ___ QR e AC ___ AB = PR ___ PQ Caso 2 Na figura, o feixe de retas paralelas r, s e t é cor- tado por duas retas transversais, m e n, determinando os segmentos AB e BC , que não são congruentes e têm como medida números racionais. Por Tales AB ___ BC = PQ ___ QR e AC ___ AB = PR ___ PQ . Aplicação do teorema de Tales Considere o triângulo ABC: Traçamos uma reta r paralela ao lado BC , de- terminando os pontos D e E sobre os lados AB e AC , respectivamente. Considere, agora, uma reta auxiliar r’, paralela a r, que passa pelo vértice A. Pelo Teorema de Tales, temos: AD ___ DB = AE ___ EC . Quando uma reta paralela a um lado de um tri- ângulo intercepta os outros dois lados em dois pontos distintos, ela determina sobre esses lados segmentos proporcionais. Teoria na prática 1. Calcular o valor de x no triângulo abaixo, saben- do que a reta r é paralela ao lado BC . Como r é paralela a BC , temos: 2 __ 8 = 3,5 ___ x ⇒ 2x = 28 ⇒ x = 14 146 TeoRema da bisseTRiz inTeRna No triângulo ABC abaixo, AD é bissetriz de ̂ A : Logo, med(B ̂ A D) = med(D ̂ A C ) = x. Considere agora uma reta r paralela a AD pas- sando pelo vértice C. Prolongando o lado AB até interceptar a reta r. Pelo Teorema de Tales, podemos escrever: AB ___ BD = AE ___ DC . Porém, temos que: D ̂ A C = A ̂ C E = x (alternos internos) B ̂ A D = A ̂ E C = x (correspondentes) Portanto, o triângulo ACE é isóceles, com AC = AE. Sendo assim, temos a seguinte proporção no triângulo: AB ___ BD = AE___ DC A bissetriz do ângulo interno de um triân- gulo divide o lado oposto a esse ângulo em dois segmentos proporcionais aos lados adjacentes a esses segmentos. Teoria na prática 1. No triângulo ABC a seguir, o segmento AP é bis- setriz interna do ângulo ̂ A . Encontre o valor de x. Como o segmento BC mede 9, temos que PC = 9 – x. Pelo teorema da bissetriz interna, temos: AB ___ BP = AC___ PC ⇒ 4 __ x = 12 ____ 9 – x ⇒ 4(9 – x) = 12x ⇒ ⇒ 36 – 4x = 12x à 16x = 36 à x = 9__ 4 APLICAÇÃO NO COTIDIANOAPLICAÇÃO NO COTIDIANO 148 Assim como na natureza, a arte e as construções realizadas pelo homem estão repletas de razões propor- cionais para garantir a harmonia visual. Veja um exemplo: (Fepar 2017) O retângulo áureo é uma forma de grande apelo estético e das mais utilizadas na arquitetura antiga e moderna (as pirâmides e o Partenon, por exemplo, têm as dimensões frontais do retângulo áureo). A pro- porção áurea também é recorrente em outras obras de arte; é comum sua utilização em pinturas renascentistas, como as do mestre Giotto e as de Leonardo da Vinci. Phi, como é denominado o número de ouro, está vinculado à lógica da natureza (nas constelações, nas estruturas biológicas) e pode ser verificado no homem (o tamanho das falanges dos dedos, por exemplo). Justa- mente por ser encontrado em estruturas naturais, o número de ouro ganhou status de "ideal", tornando-se tema de pesquisadores, artistas e escritores. O fato de ser expresso em matemática é que o torna fascinante. Matematicamente falando, a proporção áurea é uma constante real algébrica irracional obtida quando dividimos uma reta em dois segmentos, de forma que o segmento mais longo, dividido pelo segmento menor, dê um número igual ao da reta completa dividida pelo segmento mais longo. 1. Considere o retângulo PQST semelhante ao retângulo RSTU. Sabendo que o triângulo não é isósceles, avalie as afirmativas. Considere ϕ = a __ b ( ) Em razão da semelhança entre os dois retângulos, é possível afirmar que a2 – ab – b2 = 0. ( ) A razão entre a área do quadrado PQRU e a área do retângulo RSTU é ϕ. ( ) Em razão da semelhança entre os dois retângulos, é possível afirmar que ϕ2 – ϕ – 1 = 0 ( ) A proporção a/b + a/b = 1 é verdadeira. ( ) A relação entre os lados b e a é dada por b = a( √ __ 5 – 1) ________ 2 . APLICAÇÃO NO COTIDIANOAPLICAÇÃO NO COTIDIANO INTERDISCIPLINARIDADE 149 Esta parte do conteúdo da geometria plana é intimamente ligada com a parte histórica da Grécia Antiga. Os matemáticos gregos estavam no auge de suas descobertas, enquanto a cultura grega aflorava se expandia. Fique ligado nas questões de Grécia Antiga que relacionam sua arquitetura com a matemática. Razões proporcionais e, principalmente, a razão áurea são os temas frequentes nos vestibulares. Resolução: (V) Teremos: b __ a = a _____ a + b → ab + b2 = a 2 → a 2 – ab – b2 = 0 (V) Teremos: SPQRU ____ SRSTU = a 2 __ ab = a __ b = ϕ (V) Utilizando-se a relação encontrada no primeiro item, teremos: a 2 – ab – b2 _________ b2 = 0 __ b2 → a 2 __ b2 – ab __ b2 – b2 __ b2 = 0 → a2 __ b2 – a __ b – 1 = 0 → ϕ2 - ϕ – 1 = 0 (F) Não, a proporção verdadeira é a 2 __ b2 – a __ b = 1, conforme calculado no item anterior. (V) Utilizando-se a relação encontrada no terceiro item, teremos: a 2 __ b2 – a __ b – 1 = 0 → ϕ2 – ϕ – 1 = 0 ∆ = (–1)2 – 4 · 1 · (–1) = 5 ϕ = 1 ± √ __ 5 ______ 2 → 1 + √ __ 5 ______ 2 ou 1 – √ __ 5 ______ 2 a __ b = 1 – √ __ 5 ______ 2 → b __ a = 2 ______ 1 – √ __ 5 = 2 · (1 + √ __ 5 ) __________ –4 = –1 · (1 + √ __ 5 ) ___________ 2 → b __ a = ( √ __ 5 – 1) _______ 2 → b = a · ( √ __ 5 – 1) __________ 2 Portanto: V – V – V – F – V. 150 esTRuTuRa conceiTual 1) RETAS PARALELAS 2) CORTADAS POR DUAS TRANSVERSAIS 3) SEGMENTOS DAS DUAS RETAS TRANVERSAIS SÃO PROPORCIONAIS RAZÃO EXEMPLO: 4 MEDIDAS PQ = 3 cm RS = 9 cm TU = 2 cm VX = 6 cm LEMBRAR DO TEOREMA DE TALES SÃO SEGMENTOS PROPORCIONAIS DIVISÃO PROPORCIONAL EQUIVALENTE R S A P B C R Q 3 2 9 6 = 1 1 3 3 = © R ee ed /S hu tte rst oc k 07 08 M MATEMÁTICA T Pontos notáveis de um triângulo Competência 2 Habilidades 6, 7, 8 e 9 Competência 1 – Construir significados para os números naturais, inteiros, racionais e reais. H1 Reconhecer, no contexto social, diferentes significados e representações dos números e operações – naturais, inteiros, racionais ou reais. H2 Identificar padrões numéricos ou princípios de contagem. H3 Resolver situação-problema envolvendo conhecimentos numéricos. H4 Avaliar a razoabilidade de um resultado numérico na construção de argumentos sobre afirmações quantitativas. H5 Avaliar propostas de intervenção na realidade utilizando conhecimentos numéricos. Competência 2 – Utilizar o conhecimento geométrico para realizar a leitura e a representação da realidade e agir sobre ela. H6 Interpretar a localização e a movimentação de pessoas/objetos no espaço tridimensional e sua representação no espaço bidimensional. H7 Identificar características de figuras planas ou espaciais. H8 Resolver situação-problema que envolva conhecimentos geométricos de espaço e forma. H9 Utilizar conhecimentos geométricos de espaço e forma na seleção de argumentos propostos como solução de problemas do cotidiano. Competência 3 – Construir noções de grandezas e medidas para a compreensão da realidade e a solução de problemas do cotidiano. H10 Identificar relações entre grandezas e unidades de medida. H11 Utilizar a noção de escalas na leitura de representação de situação do cotidiano. H12 Resolver situação-problema que envolva medidas de grandezas. H13 Avaliar o resultado de uma medição na construção de um argumento consistente. H14 Avaliar proposta de intervenção na realidade utilizando conhecimentos geométricos relacionados a grandezas e medidas. Competência 4 – Construir noções de variação de grandezas para acompreensão da realidade e a solução de problemas do cotidiano. H15 Identificar a relação de dependência entre grandezas. H16 Resolver situação-problema envolvendo a variação de grandezas, direta ou inversamente proporcionais. H17 Analisar informações envolvendo a variação de grandezas como recurso para a construção de argumentação. H18 Avaliar propostas de intervenção na realidade envolvendo variação de grandezas. Competência 5 – Modelar e resolver problemas que envolvem variáveis socioeconômicas ou técnico-científicas, usando representações algébricas. H19 Identificar representações algébricas que expressem a relação entre grandezas. H20 Interpretar gráfico cartesiano que represente relações entre grandezas. H21 Resolver situação-problema cuja modelagem envolva conhecimentos algébricos. H22 Utilizar conhecimentos algébricos/geométricos como recurso para a construção de argumentação. H23 Avaliar propostas de intervenção na realidade utilizando conhecimentos algébricos. Competência 6 – Interpretar informações de natureza científica e social obtidas da leitura de gráficos e tabelas, realizando previsão de tendência, extrapolação, interpolação e interpretação. H24 Utilizar informações expressas em gráficos ou tabelas para fazer inferências. H25 Resolver problema com dados apresentados em tabelas ou gráficos. H26 Analisar informações expressas em gráficos ou tabelas como recurso para a construção de argumentos. Competência 7 – Compreender o caráter aleatório e não determinístico dos fenômenos naturais e sociais e utilizar instrumentos ade- quados para medidas, determinação de amostras e cálculos de probabilidade para interpretar informações de variáveis apresentadas em uma distribuição estatística. H27 Calcular medidas de tendência central ou de dispersão de um conjunto de dados expressos em uma tabela de frequências de dados agrupados (não em classes) ou em gráficos. H28 Resolver situação-problema que envolva conhecimentos de estatística e probabilidade. H29 Utilizar conhecimentos de estatística e probabilidade como recurso para a construção de argumentação. H30 Avaliar propostas de intervenção na realidade utilizando conhecimentos de estatística e probabilidade. 153 Mediana É o segmento que contém um dos vértices e o ponto médio do lado oposto: Na figura, o segmento AM é a mediana relativa ao lado BC , pois BM = CM. Todo triângulo possui três medianas que se encontram em um ponto chamado baricentro, simbolizado na figura pela letra G: O baricentro divide cada mediana de forma que: AG = 2GMBC BG = 2GMAC CG = 2GMAB Com isso, concluímos que podemos dividir a mediana pelo baricentro das seguintes formas equivalentes: Em função da mediana Em função da distância GM (distância do baricentro ao lado) 154 Bissetriz Segmento com uma extremidade em um vér- tice que divide o ângulo interno formado por ele em dois ângulos congruentes: Na figura, o segmento BS é a bissetriz interna relativa ao ângulo ̂ B , pois determina nesse ângulo dois ângulos congruentes. Todo triângulo possui três bisse- trizes que se encontram em um ponto denominado in- centro, simbolizado na figura pela letra I: O incentro determina o centro da circunferência inscrita ao triângulo: O centro da circunferência inscrita ao triângulo ABC coincide com seu incentro. Como a circunferência inscrita tangencia os la- dos do triângulo, temos que o centro dessa circunferên- cia (incentro) é equidistante dos três lados. altura Segmento cuja extremidade é um vértice do tri- ângulo e que é perpendicular ao seu lado oposto (ou do prolongamento dele): O segmento AH é a altura relativa ao lado BC , pois AH é perpendicular à BC . Quando o triângulo é obtusângulo, a intersecção de duas das alturas se dá com o prolongamento dos lados: Veja que não há perpendicular relativa ao lado BC que encontre o vértice A, internamente ao triângulo, portanto devemos prolongar o lado BC . Todo triângulo possui três alturas que se encon- tram em um ponto denominado ortocentro, simboli- zado na figura pela letra H: 155 Mediatriz Qualquer segmento de reta perpendicular a um lado do triângulo e que passa por seu ponto médio. A reta r é a mediatriz do triângulo ABC relativa ao lado BC pois é perpendicular a BC e M é ponto mé- dio desse lado. Todo triângulo possui três mediatrizes que se encontram em um ponto denominado circuncentro, simbolizado na figura pela letra C: O circuncentro de um triângulo é o centro da cir- cunferência circunscrita a ele: O centro da circunferência circunscrita ao triângulo ABC coincide com seu circuncentro. Teoria na prática 1. Determine os raios das circunferências inscrita e circunscrita a um triângulo equilátero de lado a. Resolução: Em um triângulo equilátero, o baricentro, orto- centro, incentro e circuncentro são coincidentes. Sabemos que a altura h de um triângulo equi- látero de lado a vale a dXX 3 ____ 2 . Como a altura coin- cide com a mediana relativa a uma mesma base, temos que o baricentro divide a altura em dois segmentos, sendo que o maior corresponde tam- bém ao raio R da circunferência circunscrita ao triângulo e o segmento menor corresponde ao raio r da circunferência incrita ao triângulo. Logo: R = 2 __ 3 h = 2 __ 3 a dXX 3 ___ 2 = a dXX 3 ___ 3 Portanto, podemos dizer que, em um triângulo equilátero, se R é o raio da circunferência cir- cunscrita e r o raio da circunferência inscrita ao triângulo, temos que: R = 2r 2. No triângulo ABC a seguir, o ponto I é o incentro do triângulo. Calcule a distância do ponto I até o lado AB do triângulo. 156 Resolução: Se I é o incentro, ele equidista de todos os lados do triângulo. Logo, calcularemos apenas a dis- tância de I até o ponto P. Como o triângulo IPC é retângulo, podemos es- crever: sen 30º = IP __ IC = IP __ 5 1 __ 2 = IP __ 5 ↔ IP = 5 __ 2 Como IP é a distância de I até o lado AC , e I equidista de todos os lados, a distância de I até o segmento AB é de 5 __ 2 . © D ud ar ev M ikh ail /S hu tte rs to ck 09 10 M MATEMÁTICA T Semelhança de triângulos Competências 2 e 3 Habilidades 6, 7, 8, 9, 12 e 14 Competência 1 – Construir significados para os números naturais, inteiros, racionais e reais. H1 Reconhecer, no contexto social, diferentes significados e representações dos números e operações – naturais, inteiros, racionais ou reais. H2 Identificar padrões numéricos ou princípios de contagem. H3 Resolver situação-problema envolvendo conhecimentos numéricos. H4 Avaliar a razoabilidade de um resultado numérico na construção de argumentos sobre afirmações quantitativas. H5 Avaliar propostas de intervenção na realidade utilizando conhecimentos numéricos. Competência 2 – Utilizar o conhecimento geométrico para realizar a leitura e a representação da realidade e agir sobre ela. H6 Interpretar a localização e a movimentação de pessoas/objetos no espaço tridimensional e sua representação no espaço bidimensional. H7 Identificar características de figuras planas ou espaciais. H8 Resolver situação-problema que envolva conhecimentos geométricos de espaço e forma. H9 Utilizar conhecimentos geométricos de espaço e forma na seleção de argumentos propostos como solução de problemas do cotidiano. Competência 3 – Construir noções de grandezas e medidas para a compreensão da realidade e a solução de problemas do cotidiano. H10 Identificar relações entre grandezas e unidades de medida. H11 Utilizar a noção de escalas na leitura de representação de situação do cotidiano. H12 Resolver situação-problema que envolva medidas de grandezas. H13 Avaliar o resultado de uma medição na construção de um argumento consistente. H14 Avaliar proposta de intervenção na realidade utilizando conhecimentos geométricos relacionados a grandezas e medidas. Competência4 – Construir noções de variação de grandezas para a compreensão da realidade e a solução de problemas do cotidiano. H15 Identificar a relação de dependência entre grandezas. H16 Resolver situação-problema envolvendo a variação de grandezas, direta ou inversamente proporcionais. H17 Analisar informações envolvendo a variação de grandezas como recurso para a construção de argumentação. H18 Avaliar propostas de intervenção na realidade envolvendo variação de grandezas. Competência 5 – Modelar e resolver problemas que envolvem variáveis socioeconômicas ou técnico-científicas, usando representações algébricas. H19 Identificar representações algébricas que expressem a relação entre grandezas. H20 Interpretar gráfico cartesiano que represente relações entre grandezas. H21 Resolver situação-problema cuja modelagem envolva conhecimentos algébricos. H22 Utilizar conhecimentos algébricos/geométricos como recurso para a construção de argumentação. H23 Avaliar propostas de intervenção na realidade utilizando conhecimentos algébricos. Competência 6 – Interpretar informações de natureza científica e social obtidas da leitura de gráficos e tabelas, realizando previsão de tendência, extrapolação, interpolação e interpretação. H24 Utilizar informações expressas em gráficos ou tabelas para fazer inferências. H25 Resolver problema com dados apresentados em tabelas ou gráficos. H26 Analisar informações expressas em gráficos ou tabelas como recurso para a construção de argumentos. Competência 7 – Compreender o caráter aleatório e não determinístico dos fenômenos naturais e sociais e utilizar instrumentos ade- quados para medidas, determinação de amostras e cálculos de probabilidade para interpretar informações de variáveis apresentadas em uma distribuição estatística. H27 Calcular medidas de tendência central ou de dispersão de um conjunto de dados expressos em uma tabela de frequências de dados agrupados (não em classes) ou em gráficos. H28 Resolver situação-problema que envolva conhecimentos de estatística e probabilidade. H29 Utilizar conhecimentos de estatística e probabilidade como recurso para a construção de argumentação. H30 Avaliar propostas de intervenção na realidade utilizando conhecimentos de estatística e probabilidade. 159 Semelhança de triânguloS Vamos analisar se os triângulos ABC e A’B’C’ são semelhantes: De acordo com a definição de semelhança, dois polígonos são semelhantes quando seus lados correspon- dentes são proporcionais e os ângulos correspondentes congruentes. Nos triângulos acima, temos: § ̂ A ≅ ̂ A' § ̂ B ≅ ̂ B' § ̂ C ≅ ̂ C' E também: AB ____ A'B' = BC ____ B'C' = CA ____ C'A' = 7 __ 5 —— razão de semelhança Aplicando a definição geral de semelhança dos polígonos, podemos dizer que: Dois triângulos são semelhantes se, e somente se, seus ângulos correspondentes são congruentes e os lados correspondentes são proporcionais. Nesse caso, a razão entre os lados correspondentes também é chamada razão de semelhança. Exemplo § Os triângulos abaixo são semelhantes? Observe que os ângulos correspondentes são congruentes, ̂ A ≅ ̂ D , ̂ B ≅ ̂ E e ̂ C ≅ ̂ F Calculando a proporção entre os lados correspondentes, temos: AB ___ DE = 12 ___ 4 = 3 BC ___ EF = 18 ___ 6 = 3 AC ___ DF = 9 __ 3 = 3 razão de semelhança Portanto, como os ângulos correspondentes são congruentes e os lados correspondentes são proporcionais, podemos afirmar que os triângulos ABC e DEF são semelhantes. 160 Teorema fundamental da semelhança de triângulos Se uma reta é paralela a um dos lados de um triângulo e intercepta os outros dois lados em pontos distintos, então o triângulo que ela determina com esses lados é semelhante ao primeiro. Supondo que a reta r é paralela ao lado AB (r // AB ) e, portanto, DE // AB , vamos mostrar que DABC ~ DDEC. Como DE // AB , então: CD ___ CA = CE ___ CB (I) Temos ainda: § A ̂ C B ≅ D ̂ C E (ângulo comum aos dois triângulos) § B ̂ A C ≅ E ̂ D C (ângulos correspondentes em retas paralelas) § A ̂ B C ≅ D ̂ E C (ângulos correspondentes em retas paralelas) Casos de semelhança Nem sempre é necessário conhecer a medida de todos os lados e de todos os ângulos de dois triângulos para verificar se eles são semelhantes. Observe os três casos de semelhança de triângulos. 1º. Caso: Ângulo – Ângulo (AA) Conhecemos dois ângulos dos triângulos em que: C ̂ A B ≅ C' ̂ A 'B' e A ̂ B C ≅ A' ̂ B 'C' DABC ~ DA'B'C' Se dois triângulos têm dois ângulos correspondentes congruentes, então esses triângulos são semelhantes. (II) 161 2º. Caso: Lado – Ângulo – Lado (LAL) Conhecemos dois lados dos triângulos e o ângulo formado por eles, em que: AB ____ A'B' = CA ____ C'A' e C ̂ A B ≅ C' ̂ A 'B' DABC ~ DA'B'C' Demonstração: No DABC, construímos DE de forma que AD = A’B’ e DE // BC . Se dois triângulos têm dois pares de lados correspondentes proporcionais e os ângulos compreendidos por esses lados são congruentes, então esses triângulos são semelhantes. 3º. Caso: Lado – Lado – Lado (LLL) Conhecemos os três lados dos triângulos em que: AB ____ A'B' = CA ____ C'A' = BC ____ B'C' DABC ~ DA’B’C’ Se dois triângulos têm os três pares de lados correspondentes proporcionais, então esses triângulos são semelhantes. Consequência da semelhança de triângulos Observe os triângulos semelhantes ABC e A’B’C’: Nesses triângulos, AH e A’H’ são as alturas e AM e A’M’ são as medianas. 162 Pela semelhança de dois triângulos, é possível verificar que, se a razão de semelhança entre ABC e A’B’C’ é um número real k, então: § A razão entre duas alturas correspondentes é k, ou seja: AH ____ A’H’ = k § A razão entre duas medianas correspondentes é k, ou seja: AM ____ A’M’ = k § A razão entre os perímetros é k. a + b + c _________ a’ + b’ + c’ = k Observação: Em um triangulo ABC qualquer, unindo os pontos médios dos lados AB e AC , obtemos um segmento cuja medida é a metade da medida do terceiro lado BC . MN = 1 __ 2 BC Essa consequência é conhecida como base média de um triângulo. Teoria na prática 1. Encontre o comprimento do lado do quadrado PQRS na figura a seguir: Resolução: Denominando o ângulo P ̂ B S = a e P ̂ S B = b, temos que a e b são complementares. Como SR é paralelo a BC , temos que A ̂ S R = a e, conse- quentemente, A ̂ R S = b. Da mesma forma, Q ̂ C R = b e C ̂ R Q = a: Portanto, os triângulos BPS e CQR são seme- lhantes (caso AA): x __ 2 = 3 __ x ⇒ x 2 = 6 ⇒ x = √ __ 6 2. Numa festa junina, além da tradicional brinca- deira de roubar bandeira no alto do pau-de- -sebo, quem descobrisse a sua altura ganharia um prêmio. O ganhador do desafio fincou, pa- ralelamente a esse mastro, um bastão de 1 m. Medindo-se as sombras projetadas no chão pelo bastão e pelo pau-de-sebo, ele encontrou, res- pectivamente, 25 dm e 125 dm. Portanto, a altu- ra do pau-de-sebo, em metros, é a) 5,0. b) 5,5. c) 6,0. d) 6,5. Resolução: Sabendo que a altura é proporcional ao com- primento da sombra projetada, segue-se que a altura h do pau-de-sebo é dada por h ___ 125 = 1 ___ 25 ⇒ 25 × h = 125 ⇒ 125 ___ 25 ⇒ h = 5 m Alternativa A 163 3. Considere a imagem abaixo, que representa o fundo de uma piscina em forma de triângulo isósceles com a parte mais profunda destacada. O valor, em metros, da medida x é a) 2 b) 2,5 c) 3 d) 4 e) 6 Resolução: O triângulo ADE é isósceles, logo AD = 8m. O triângulo ABC é semelhante ao triângulo ADE, portanto: 2 __ 8 = x ___ 12 → 8x =24 ⇔ x = 3mAlternativa C 4. Suponha que dois navios tenham partido ao mesmo tempo de um mesmo porto A em dire- ções perpendiculares e a velocidades constan- tes. Sabe-se que a velocidade do navio B é de 18 km/h e que, com 30 minutos de viagem, a distância que o separa do navio C é de 15 km, conforme mostra a figura: A x y 15 B C raio B raio C Desse modo, pode-se afirmar que, com uma hora de viagem, a distância, em quilômetros, entre os dois navios e a velocidade desenvolvida pelo navio C, em quilômetros por hora, serão, respectivamente: a) 30 e 25. b) 25 e 22. c) 30 e 24. d) 25 e 20. e) 25 e 24. Resolução: y = 18 ∙ 0,5 = 9 km Logo, aplicando o teorema de Pitágoras: x2 + 92 = 152 ⇒ x2 + 81 = 225 ⇒ x2 =225 – 81 ⇒ x2 = 144 ⇒ x = 12 km Depois de uma hora de viagem, as distâncias serão dobradas, portanto, a distância entre os navios B e C será de 30 km. O navio C se locomove de 12 km a cada meia hora, ou seja, sua velocidade é de 24 km/h. Alternativa C 5. Uma bola de tênis é sacada de uma altura de 21 dm com alta velocidade inicial e passa rente à rede a uma altura de 9 dm. Desprezando-se os efeitos do atrito da bola com o ar e do seu movimento parabólico, considere a trajetória descrita pela bola como sendo retilínea e contida num plano ortogonal à rede. Se a bola foi sacada a uma distância de 120 dm da rede, a que distância dela, em metros, a bola atingirá o outro lado da quadra? Resolução: Considere a figura abaixo. A B E D C Os triângulos retângulos ABC e DEC são seme- lhantes por AA. Portanto, sabendo que AB = 21 dm, DE = 9 dm e BE = 120 dm, temos: AB ___ DE = BC ___ EC ⇔ 21 ___ 9 = 120 + EC ________ EC ⇒ ⇒ 7 ∙ EC = 360 + 3 ∙ EC ⇒ EC = 90 dm = 9 m 164 CONSTRUÇÃO DE HABILIDADES Habilidade 12 - Resolver situação-problema que envolva medidas de grandezas. Dentro do terceiro eixo-cognitivo do Enem, a habilidade 12 exige do aluno a capacidade de resol- ver uma situação proposta com conhecimentos de geometria. modelo (Enem) A rampa de um hospital tem na sua parte mais elevada uma altura de 2,2 metros. Um paciente ao caminhar sobre a rampa percebe que se deslocou 3,2 metros e alcançou uma altura de 0,8 metro. A distância em metros que o paciente ainda deve caminhar para atingir o ponto mais alto da rampa é. a) 1,16 metros. b) 3,0 metros. c) 5,4 metros. d) 5,6 metros. e) 7,04 metros. análiSe expoSitiva Habilidade 12 O exercício exige que o aluno seja capaz de interpretar o problema e utilizar seus conheci- mentos de geometria básica para a resolução da mesma. Alternativa D