quarta-feira, 21 de maio de 2014

Texto para refletir: Para que servem polinômios? e Para que serve a Matemática?

            Estava navegando pela internet e buscando material que mostrasse o lado concreto do estudo dos POLINÔMIOS e encontrei o texto abaixo de um autor desconhecido. Como essa é uma questão frequentemente levantada pelos alunos dos quais sempre ouço: "Para que serve a Matemática?", "Por qual motivo estou estudando isso?" e ultimamente tenho ouvido... "Para que servem polinômios?". 

            Então vamos lá conhecer algumas criações que existem graças a nossa tão aterrorizante, mas querida e amada MATEMÁTICA!


            (Deve existir tópicos neste texto que vocês nem ouvirão falar no Ensino Médio, talvez numa faculdade de Exatas, mas se um dia se lembrar desse texto, com certeza irão lembrar da importância dele. O autor desse texto não só fala de Matemática como a importância de outras áreas do saber.)



             Espero que gostem, boa leitura!


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"Para que servem polinômios?" 

"Para que serve a Matemática?". 


           Se não houvesse polinômios, muito provavelmente não poderíamos utilizar CDs, nem de música nem de computador. Os polinômios (e aritmética módulo n, corpos finitos, enfim, tópicos de álgebra abstrata) são a base do código que faz com que os dados sejam escritos em CDs, os chamados códigos corretores de erro. Todo meio de comunicação tem o que chamamos de ruído, que faz com que os dados não sejam transmitidos corretamente (não é incompetência do transcritor de dados, é a própria natureza - um bom exemplo é a recepção de celular com ruído atmosférico). Assim, são necessários códigos que eliminem ou corrijam esses erros, que são esse códigos corretores de erros. É claro que, para compreender isso, é necessário algum estudo de álgebra abstrata e, dependendo do código, até de geometria projetiva finita!

E trigonometria? Para que serve? A maioria das ondas de rádio é modelada com trigonometria. Sem trigonometria, muito provavelmente não poderíamos ouvir sequer rádio. Na verdade, nem poderíamos utilizar a tomada (que tem corrente alternada que é modelada com trigonometria). Junte a isso os complexos, que ajudam a fazer conta. Imagine os circuitos elétricos que caem no vestibular. Com corrente alternada, podemos modelar as resistências com números complexos!!


Teoria dos números (ela estuda, dizendo bem grosso modo, o conjunto dos números inteiros): sem ela, não seria possível comprar livros pela Internet ou fazer uma transferência de conta com segurança. Saber que existem primos grandes e utilizá-los é fundamental para a criptografia (que codifica mensagens sigilosas de modo que outras pessoas não possam entender os dados transmitidos).


Aí você poderia dizer: Matemática serve só para ciências exatas!! Na verdade, não. A teoria dos nós, uma das áreas da Matemática mais em moda ultimamente, tem sido utilizada para decifrar o DNA, além de outras aplicações em Bioquímica. Tanto é que uma ex-estudante de ciências moleculares brasileira, que hoje trabalha na área de Biológicas, fez uma descoberta matemática: achou um novo nó. Só que para entender bem a teoria dos nós e seus vários invariantes (um deles é o polinômio de Jones) é preciso saber pelo menos álgebra abstrata.


Em Humanas, a Matemática colabora na tomada de decisões (programação linear, por exemplo, que mexe

com matrizes e serve para otimizar coisas - o que é essencial para a indústria), teste de hipóteses (estatística: dimensionamento de amostras - pode-se *demonstrar* que um certo conjunto de dados pequeno representa muito bem a população, de modo que podemos pesquisar só o conjunto pequeno e não toda a população, acarretando economia de custos enorme - veja que isso é útil, por exemplo, para um Departamento de Marketing saber com mais certeza se as pessoas querem ou não comprar o produto que vão lançar).

Você pode me perguntar: "por acaso eu sou obrigado a saber tudo isso?" Certamente não. É claro que não posso proibir a minha sobrinha de 9 anos de escutar CDs só porque ela não sabe o que são polinômios. Mas no momento em que o homem se priva de ter esse conhecimento, ele se priva de poder alcançar patamares ainda maiores em tecnologia. Ora essa, alguém tem que inventar novidades para a nossa evolução, não? Você pode perguntar a si mesmo: "por que eu faria isso?". Por que não perguntar "por que não eu?"?


Matemática, pra mim não tem a ver com o lado emocional. Só não consigo entender bem uma coisa que não estou vendo um motivo lógico pra existir (Caso de raiz,x e y etc).


Não sei... eu me lembro de seu email ser sobre "porque os matemáticos complicam"... isso depende do ponto de vista da pessoa que lê. Para mim, é mais simples escrever "x^2 - 5x + 6 = 0 <=> x = 2 ou x = 3" do que "o quadrado de um número, subtraído de seu quíntuplo, mais seis, é igual a zero, se, e somente se, esse número é igual a dois ou três."


É claro que isso depende do ponto de vista. Você tem todo o direito de achar o primeiro mais complicado que o segundo. Eu, em particular, acho o primeiro mais conciso. Muito bem, uma conta não tão complicada (uma equação do segundo grau) ficou em três linhas. Já imaginou escrever só com palavras todos os detalhes da demonstração da fórmula de Bhaskara, por exemplo?


Claro que o fato de estarmos digitando em arquivos de texto complica um pouco, como aconteceu no caso das raízes. Faltou alguém explicar que sqrt(x) significa "raiz quadrada do número x", e que sqrt vem do inglês "SQuare RooT".


Mais uma curiosidade: a teoria dos nós foi descoberta, se não me engano, no começo do século. Provavelmente na época o inventor dessa teoria não tinha o intuito de estudar o DNA. A geometria projetiva, que hoje serve para códigos corretores de erros e criptologia, foi definida, se não me engano também, no século XVIII ou XIX, muito antes de existirem computadores. A álgebra abstrata, que citei tanto, existe há séculos. Teoria dos números tem pelo menos 5 séculos. Nenhuma dessas teorias foi criada com o intuito de ser utilizada como é utilizada hoje (mas é bem verdade que existem algumas teorias que foram criadas para isso, como a teoria da informação de Shannon). Mas são.


Ah sim, só para deixar um teaser: E qual o motivo lógico para existir Astronomia? De que me serve saber que a nebulosa de sei-lá-o-que é composta disso e daquilo outro? E para que Música? Qual a utilidade de se tocar um instrumento ou ficar criando novos instrumentos?


Astronomia: Sem o estudo, seria impossível imaginar descobrir novos planetas.

Música: É arte, entretenimento, diverte, cura pequenos problemas de saúde.

Sim, as outras ciências e artes também têm razão para existir... e devem existir para que a humanidade compreenda melhor as coisas.



1) Desenvolver e treinar o raciocínio lógico (...)

E onde fica o papel dos puzzles e jogos de palavras?

E quem disse que isso não é Matemática? Grandes matemáticos, como Conway e Berlekamp, estudam jogos como Resta Um, Dots And Boxes, etc. Eu mesmo dei uma aula para a oitava série ensinando a resolver o Resta Um e eles adoraram!!


Inclusive, um jogo do Conway, o Life, é um modelo de computação, ou seja, modela o computador na qual você está lendo essa mensagem.



2) Resolver problemas práticos


Se você vai preparar um receita e na hora vê que só tem metade de determinado ingrediente, você precisa saber que só poderá usar a metade de todos os outros ingredientes para manter a proporcionalidade.


Já se você pega um receita que dá para 8 pessoas e quer preparar para 20, você precisa ter noção de que usará duas vezes e meia todos os ingredientes.


No dia-a-dia você vê alguém fazer esses cálculos mesmo? Sério? Só pra preparar uma comida?!?


Eu já fiz isso. Quantas vezes multipliquei a quantidade de copos de arroz por 2,5 para obter a quantidade de copos de água...



            Para mostrar os ramos básicos do conhecimento é que se ensina matemática, física, história, etc na escola. Para que o aluno possa ter uma ideia geral de tudo, saber de onde vem a humanidade como ele a conhece hoje e para que ele possa experimentar um pouco de tudo e possa escolher melhor que profissão vai seguir.





quarta-feira, 23 de abril de 2014

Princípio fundamental da Contagem



Aplicando o Princípio Fundamental da Contagem em problemas

            Este material tem por objetivo ajudar o aluno a aplicar o Princípio Fundamental da Contagem
na resolução de vários problemas de contagem. É importante notar que usamos basicamente quatro operações nas resoluções destes problemas: Multiplicação, adição, divisão e multiplicação. 
Lembre-se: a única maneira de aprender Matemática é ter muita disciplina e regularidade nos estudos. Não deixe a matéria acumular. Seu sucesso só depende de você. Vamos lá fé em Deus.

Problema1.
Quantos números de três algarismos podem formar os dígitos 3, 5, 7, 8 e 9?
Solução:
Para formar um número de três algarismos devemos escolher três algarismos ente os cinco propostos. Observe que a ordem da escolha é de extrema importância. Por exemplo: Se escolhermos os números 3, 5 e 9 nesta ordem formará o número 359. No entanto se escolhermos os mesmos algarismos em ordem diferente formará outro número. Por exemplo: se escolhermos 5, 9 e 3 nesta ordem o número obtido será 593. Os dois números possuem os mesmos algarismos com ordens diferentes. Vemos, portanto, que este é um tipo de problema onde a ordem de escolha dos algarismos é de fundamental importância. Devemos notar também que podemos formar números como 553, 788, 999 etc. Ou seja, números com algarismos repetidos.
Pelo principio fundamental da contagem a quantidade de números de três algarismos que poderemos formar será = (número de maneira de escolhermos o primeiro algarismo) x (O número de maneiras de escolhermos o segundo) X (o número de maneiras de escolhermos o terceiro algarismos) = 5 X 5 X 5= 125 números

 Problema2.
Quantos números de três algarismos distintos podem formar os dígitos 3, 5, 7, 8 e 9?
Solução:
 O raciocínio para este problema é o mesmo do problema 1. A única diferença é que não podemos formar números como 999, 355, 788, pois estes números possuem algarismos repetidos. Em outras palavras se um algarismo foi escolhido para compor o número ele não poderá mais ser escolhido. Portanto temos cinco maneiras de escolher o primeiro algarismos, já para a escolha do segundo algarismo temos quatro possibilidades de escolha, uma vez que o primeiro algarismo não poderá mais ser escolhido, e três possibilidades para o terceiro algarismos pois dois algarismos já foram escolhidos. Assim temos:
Pelo principio fundamental da contagem a quantidade de números de três algarismos distintos que poderemos formar será = (número de maneira de escolhermos o primeiro algarismo) x (O número de maneiras de escolhermos o segundo) X (o número de maneiras de escolhermos o terceiro algarismos)
= 5 X 4 X 3= 60 números

Problema3.
Quantos números de três algarismos podem formar os dígitos 0, 3, 5, 7, 8 e 9?
Solução:
Aqui podemos utilizar o mesmo raciocínio do problema1. O único cuidado que devemos ter e quanto o algarismo zero, uma vez que um número não pode começar com o algarismo zero, por exemplo: 023 este é o número vinte e três, possui dois algarismos, já 120 é o número cento e vinte que possui três algarismos. Portanto, para iniciar temos cinco possibilidades, já para a segunda e terceira posição temos seis possibilidades para cada, uma vez que o zero poderá ser usado nestas posições. Assim temos:
Pelo principio fundamental da contagem a quantidade de números de três algarismos que poderemos formar será = (número de maneira de escolhermos o primeiro algarismo) x (O número de maneiras de escolhermos o segundo) X (o número de maneiras de escolhermos o terceiro algarismos) = 5 X 6 X 6= 180 números 

Problema4.
 Quantos números ímpares de três algarismos podem formar os dígitos 0, 3, 5, 7, 8 e 9?
Solução:
Neste problema devemos ter bastante atenção no fato de desejarmos números ímpares. Para um número ser ímpar, este deve ser terminado por um algarismo impar. No nosso caso as possíveis terminações são {3, 5, 7, 9}, portanto, temos quatro possibilidades para finalizar o número desejado. Para iniciar o número temos cinco possibilidades, uma vez que não podemos iniciar com o número zero. Para a segunda posição podemos utilizar qualquer um dos seis algarismos iniciais. Assim temos:
Pelo principio fundamental da contagem a quantidade de números de três algarismos que poderemos formar será = (número de maneira de escolhermos o primeiro algarismo) x (O número de maneiras de escolhermos o segundo) X (o número de maneiras de escolhermos o terceiro algarismos) = 5 X 6 X 4= 120 números



Problema5.
 Quantos números ímpares de três algarismos distintos podem formar os dígitos 0, 3, 5, 7, 8 e 9?
Solução:
Neste problema devemos ter bastante atenção no fato de desejarmos números ímpares e com algarismos distintos. Para um número ser ímpar, este deve ser terminado por um algarismo impar. No nosso caso as possíveis terminações são {3, 5, 7, 9}, portanto, temos quatro possibilidades para finalizar o número desejado. Para iniciar o número temos quatro possibilidades, uma vez que não podemos iniciar com o algarismo que vamos finalizar e nem com o zero. Para a segunda posição podemos utilizar quatro algarismos, já que não podemos usar o algarismo que iniciou e nem o que terminou o número, mas podemos utilizar o zero. Assim temos:
Pelo principio fundamental da contagem a quantidade de números de três algarismos que poderemos formar será = (número de maneira de escolhermos o primeiro algarismo) x (O número de maneiras de escolhermos o segundo) X (o número de maneiras de escolhermos o terceiro algarismos) = 4X 4 X 4= 64 números 

Problema6.
Quantas comissões constituídas de 3 pessoas podem ser formadas com 6 pessoas?
Solução:
Este problema é equivalente a quantos subconjuntos de 3 elementos existem em um conjunto de 6 elementos. Observe por exemplo que a comissão formada pelo indivíduo ABC e mesma comissão do que a formada pelos indivíduos CBA. Portanto, em uma comissão não importa a ordem na qual os membros forem escolhidos e sim quais membros foram selecionados.
Portanto o número de comissões possíveis será = [6x5x4]/[3x2x1] = 20

Problema7.
Dado oito pontos distintos. Quantos segmentos de retas podem formar?
Solução:
Para formar um segmento precisamos apenas de dois pontos distintos. Assim este exercício consiste em escolher dois pontos entre os oito existentes. Este é, novamente, um problema onde a ordem não importa. Pois, o segmento AB e o segmento BA é o mesmo segmento.
Portanto o número de segmentos que podemos construir é = [8 x7]/[2x1]= 28

Problema8.
Uma classe tem 10 alunas e 5 alunos. Formam-se comissões de 4 alunas e 2 alunos. Determine o número possível de comissões que se pode formar.
Solução:
Pelo princípio fundamental da contagem o número de comissão será = (o número de maneira de escolher as mulheres) X (o número de maneiras de escolher os homens).
- Calculo do número de maneiras de escolher as mulheres. Temos dez mulheres para escolher 4 sem importar a ordem. [10x9x8x7]/[4x3x2x1]= 210
- Calculo do número de maneiras de escolher os homens. Temos cinco homens para escolher 2 sem importar a ordem. [5x4]/[2x1]= 10
- Portanto o número possível de comissões será= 210x10=2100

Problema9.
Quantos são os anagramas da palavra mito podemos formar.
Solução:
Um anagrama é uma troca de posição entre as letras. Por exemplo: mtoi, iotm. São exemplos de anagramas. Portanto, este é um problema onde a ordem importa.
O número de anagramas será = (nº de maneiras de escolher a primeira letra)x(número de maneira de escolher a segunda letra) x(número de maneira de escolher a terceira letra) x(número de maneira de escolher a quarta letra)= 4x3x2x1=24.

  
Antes de fazer estes exercícios você deverá refazer todos os exemplos acima. Matemática não
se aprende só lendo e preciso escrever muito para fixar as principais ideias que envolvem cada
problema. Atenção: Não é para fazer uso de fórmulas de arranjo, combinação ou permutação nos
exercícios. Estes recursos serão usados na próxima lista. Siga como modelo os exercícios
resolvidos acima e quebre um pouco a cabeça.







Primeira Lista de exercícios de Análise Combinatória

1)      Num hospital existem 3 portas de entrada que dão para um amplo saguão no qual existem 5 elevadores. Um visitante deve se dirigir ao 6º andar utilizando-se um dos elevadores. De quantas maneira diferentes poderá fazê-lo?

2)      Uma companhia de móveis tem dez desenhos para mesas e quatro desenhos para cadeiras. Quantos pares de desenhos de mesa e cadeira pode a companhia formar?

3)      Quantos números de três algarismos podem ser formados com os algarismos 1, 2, 3, 4, 5, 7, 8, 9 ?

4)      Quantos números de três algarismos distintos podem ser formados com os algarismos 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9?

5)      Quantos números de três algarismos podem ser formados com os algarismos 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9?

6)      Quantos números de três algarismos distintos podem ser formados com os algarismos 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9?

7)      Quantos números pares de quatro algarismos distintos podem ser formados com os algarismos 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9?

8)      Quantos números pares de quatro algarismos distintos podem ser formados com os algarismos 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9?

9)      Quantos números ímpares de quatro algarismos distintos podem ser formados com os algarismos 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9?

10)    Quantos números ímpares de quatro algarismos distintos podem ser formados com os algarismos 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9?

11)    Quantos números múltiplos de cinco com quatro algarismos distintos podem ser formados com os algarismos 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9?

12)    Quantos números múltiplos de cinco com quatro algarismos podem ser formados com os algarismos 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9?

13)    Quantos são os números compreendidos entre 2000 e 3000, formados por algarismos distintos escolhidos entre 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9?

14)    Cinco homens e uma mulher pretendem utilizar um banco de 5 lugares. De quantas maneiras diferentes podem se sentar-se nunca ficando em pé a mulher?

15)    Quantos são os anagramas da palavra café?

16)    Quantos anagramas da palavra (editora) começam pela letra (a)?

17)    Quantos anagramas da palavra (editora) começam pela letra (a) e terminam pela letra (e)?

18)    Quantos anagramas da palavra (problema) começam por vogal?

19)    Formados e dispostos em ordem crescente, os números que se obtêm permutando-se os algarismos 2, 3, 4, 8 e 9, que lugar ocupa o número 43 892?

20)    Quantas comissões de 7 membros pode-se formar com 10 alunos?

21)    De quantas maneiras podemos escalar um time de futebol de salão, dispondo de 8 jogadores?

22)    Calcule o número de diagonais de um dodecágono.

23)    Quantos são os anagramas da palavra rata?

24)    Quantos são os anagramas da palavra arara?


25)    Em um campeonato de dois turnos, em que devem jogar 12 equipes de futebol, qual o número total de jogos a serem realizados?