Problemas Teoremas

Junho 19, 2011

Nostalgia a propósito de um exame de Matemática da década de 1960 — 5.º ano do liceu

Filed under: Ensino,Matemática,Matemática-Básico,Teste — Américo Tavares @ 6:51 pm
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O Expresso publica esta semana o artigo «Mudam-se os tempos, mudam-se os exames», ilustrado por uma cópia parcial da folha de rosto da prova escrita de Matemática do antigo 5.º ano do liceu, de 1962, quatro antes de eu ter feito o meu, que reproduzo

Fonte: Expresso, 19.06.2011

Diz o Expresso que «pediu a nove alunos do 9.º ano que fizessem [esta] prova». Apenas um dos alunos teria positiva.

« (…) todos disseram que aquela prova ‘obrigava a puxar mais pela cabeça’ e a ‘fazer mais contas’, que os exercícios eram ‘mais cansativos’ e ‘teóricos’.  »

Vejamos a alínea a) da primeira questão:

« Simplifique a expressão

E=5x^2y^6-[-(xy^3+3x^2)^2-x^4]-4x^3y^3

até obter um polinómio na forma reduzida. »

Como faríamos?

\begin{aligned}E &=5x^{2}y^{6}-\left[ -\left(xy^{3}+3x^{2}\right) ^{2}-x^{4}\right]-4x^{3}y^{3} \\&=5x^{2}y^{6}-\left[ -\left(x^{2}y^{6}+6x^{3}y^{3}+9x^{4}\right) -x^{4}\right] -4x^{3}y^{3} \\&=5x^{2}y^{6}-\left(-x^{2}y^{6}-6x^{3}y^{3}-9x^{4}-x^{4}\right)-4x^{3}y^{3} \\&=5x^{2}y^{6}+x^{2}y^{6}+6x^{3}y^{3}+9x^{4}+x^{4}-4x^{3}y^{3} \\&=6x^{2}y^{6}+2x^{3}y^{3}+10x^{4}\end{aligned}

ou

5x^{2}y^{6}-\left[ -\left( xy^{3}+3x^{2}\right)^{2}-x^{4}\right]-4x^{3}y^{3}

5x^{2}y^{6}-\left[ -\left(x^{2}y^{6}+6x^{3}y^{3}+9x^{4}\right) -x^{4}\right] -4x^{3}y^{3}

5x^{2}y^{6}-\left(-x^{2}y^{6}-6x^{3}y^{3}-9x^{4}-x^{4}\right) -4x^{3}y^{3}

5x^{2}y^{6}-\left( -x^{2}y^{6}-6x^{3}y^{3}-10x^{4}\right) -4x^{3}y^{3}

5x^{2}y^{6}+x^{2}y^{6}+6x^{3}y^{3}+10x^{4}-4x^{3}y^{3}

6x^{2}y^{6}+2x^{3}y^{3}+10x^{4}

A resposta seria

E=6x^{2}y^{6}+2x^{3}y^{3}+10x^{4}.

A diferença do número de páginas do enunciado é manifesta: duas, em 1962; quinze, em  2010, estas com formulário, tabela trigonométrica e espaço para as respostas. Na década de 1960 as questões eram formuladas de uma forma mais seca, enquanto que agora são mais  contextualizadas. Em 1960 a estatística e as probabilidades não faziam parte do programa; o tema de uma das questões de 1962 só é tratado no secundário.

[Edição de 22.06.2011: o exame do 9.º deste ano foi este.]

Na ausência do meu exame de 1966, aproveito para republicar dois testes (os chamados pontos) dessa altura, na Guarda.

10-11-1965

I

Torne irredutíveis as seguintes fracções:

a)

\dfrac{a^{-1}x-c^{-2}x+2a^{-1}y-2c^{-2}y}{c^{2}-a}

b)

\dfrac{65\cdot a^2\cdot x^{-3}\cdot y^{-4}}{13\cdot a^{-1}\cdot x^2\cdot y}

II

a) Efectue as seguintes operações e simplifique os resultados:

\left( \dfrac{x-1}{a-1}\right) ^{-2}\cdot \left( \dfrac{x-1}{x+1}\right) ^{2}\cdot \left( \dfrac{x+1}{a+1}\right) ^{2}

b) Calcule o valor numérico da expressão

\dfrac{a^{-2}+b^{-1}}{2a^{-1}\cdot b}

para a=-1 e b=2

III

Efectue as operações e simplifique os resultados:

a)

5\sqrt{x}-14\sqrt[4]{x^{2}}+8\sqrt[6]{64x^{3}}

b)

\dfrac{3\sqrt{2}-\dfrac{3\sqrt{2}:2}{\sqrt{8}\cdot 2\sqrt{2}}}{\sqrt[6]{8}-\sqrt{18}}

c)

\dfrac{\sqrt[3]{a\cdot \sqrt[4]{a^{-3}}}}{\sqrt{a^{-1}\sqrt{a}}}

d) Substitua a expressão dseguinte por outra equivalente, mas com denominador racional.

\dfrac{x\sqrt{2}+2\sqrt{x}}{x\sqrt{2}-2\sqrt{x}}

* * *

16-3-1966

I

Efectue e simplifique a seguinte expressão:

\left[ \left( \dfrac{x+y}{3}\right) ^{2}-\left( \dfrac{3}{x-y}\right) ^{-2}\right] \times \dfrac{3}{\sqrt[3]{2^{3}x^{3}\times \dfrac{1}{y^{-3}}}}

II

Calcule, com denominador racional, o valor da expressão \dfrac{x^2+2}{x^2-2} para x=\sqrt{2}+1.

III

Resolva em ordem a x a equação:

x^2-ax+a\sqrt{a}=\sqrt{a}\cdot x

IV

O produto de três números em progressão geométrica é igual a 216. Se multiplicar o primeiro por 4, o segundo por 5 e o terceiro por 4, obtém três números em progressão aritmética e dispostos pela mesma ordem. Calcule os números.

V

ABC é um triângulo equilátero inscrito no círculo de centro em O.

a) Quanto mede o arco \overset{\frown }{AB}? Porquê ?

b) Como classifica o triângulo CDA? Justifique a resposta.

c) Se for r=3 cm, quanto mede a corda AC? Porquê ?

d) Sendo como se disse na alínea anterior, r=3 cm, calcule a área do triângulo ABC

circulotriangulo

VI

Considere um paralelogramo ABCD em que a diagonal maior é AC. Seja O o ponto de encontro das diagonais e OP uma recta perpendicular ao plano do paralelogramo ABCD

a) Que posição tem OP em relação a cada um dos lados do paralelogramo? Justificar a resposta.

b) Considerar os segmentos PA,PB,PC e PD. Que relação de grandeza têm os segmentos PA e PC? Justificar a resposta.

c) Que relação de grandeza têm os segmentos PA e PC? Justificar a resposta.

d) Quantos planos definem o ponto P, os lados do paralelogramo e as suas diagonais? Justificar a resposta.

Fevereiro 11, 2011

(Simples) aritmética ou álgebra?

Muitos problemas podem resolver-se por métodos aritméticos ou algébricos ou até gráficos. Eis um exemplo adaptado de uma questão do  Mathematics Stack Exchange.

Uma rapariga gastou \dfrac{1}{2} do dinheiro que  poupou em roupa. De seguida, \dfrac{1}{3} do que lhe sobrou em jogos, e finalmente \dfrac{1}{4} do restante em brinquedos, ficando para si com 90 euros. Quanto dinheiro tinha antes de fazer as compras?

Uma possível resolução é calcular quanto tinha antes de comprar cada uma das coisas. Primeiro,  antes da última compra (brinquedos), de seguida, antes da segunda (jogos) e finalmente, antes da primeira (roupa).

Outra, que apenas usa cálculos com fracções, é considerar que 1 representa a totalidade do dinheiro amealhado e dividir esta unidade de acordo com as fracções do dinheiro gasto em cada compra:

1=\overset{3/4}{\overbrace{\underset{2/3}{\underbrace{\dfrac{1}{2}+\dfrac{1}{3}  \times\dfrac{1}{2}}}+\dfrac{1}{4}\times\dfrac{1}{3}}}+\dfrac{1}{4}

A fracção \dfrac{1}{4} representa o dinheiro com que ficou para si, que sabemos ser  90 euros. Logo o dinheiro que  poupou é 4\times 90=360 euros.

Outra ainda será escrever a equação ou as equações correspondentes ao enunciado e resolvê-la(s).

Poderíamos até representar a totalidade do dinheiro que a rapariga tinha antes das compras por um círculo e dividi-lo em fatias correspondentes aos montantes dispendidos na roupa, jogos e brinquedos, sobrando um quarto de círculo, que representaria os 90 euros.

Penso que muitas vezes é até mais fácil resolver problemas deste tipo ou outros envolvendo apenas as 4 operações básicas por equações algébricas do que por um raciocínio meramente aritmético.

Qual o seu método preferido?

Novembro 16, 2010

Uma propriedade das proporções (razão da soma e diferença dos termos)

Numa proporção \dfrac{p}{q}=\dfrac{r}{s} a soma dos antecedentes (p,r) está para a sua diferença, assim como a soma dos consequentes (q,s) está para a sua diferença.

Justificação: a proporção

\dfrac{p}{q}=\dfrac{r}{s}

é equivalente à equação

qr=ps

ou

2qr-2ps=0

Atendendo a que \left( p+r\right) \left( q-s\right) -\left( p-r\right) \left( q+s\right) =2qr-2ps, será

\left( p+r\right) \left( q-s\right) -\left( p-r\right) \left( q+s\right) =0

ou como enunciado

\dfrac{p+r}{p-r}=\dfrac{q+s}{q-s}

Exercício: aplique esta propriedade à lei dos senos dos ângulos de um triângulo.

Setembro 30, 2010

Problema sobre triângulos e quadrados

Sabendo que a área da figura azul é 1 \text{m}^2, indique se os triângulos exteriores são iguais aos interiores e calcule a medida dos seus lados:

Figura de David Eppstein, (com Günter Ziegler e Greg Kuperberg),  COMB01, Barcelona, 2001

(disponível em Polyhedra and Polytopes, Triangles and squares)

Resposta

São Iguais

Cada lado mede \sqrt{\dfrac{2-\sqrt{3}}{3}} m

 

Edição de 1-10-2010: acrescentada resposta (corrigida). 

Março 22, 2010

Solução do Desafio sobre sequências (sucessões): descobrir o termo geral :: Solution to the Challenge: Find the general term of a sequence

Enunciado do Desafio/Challenge Statement

Qual é o próximo termo da sucessão seguinte? / Which is the next term of the following sequence?

\dfrac{1}{4},\dfrac{1}{8},\dfrac{1}{8},\dfrac{3}{16},\dfrac{3}{8},\dots

E o termo de ordem 20? / And its 20^{\text{th }}  term?

Adenda/Addendum

Nota: os termos são fracções reduzidas.

Remark: every term of the sequence is a  fraction in its lowest terms.

    Solução/Solution

O termo geral da sucessão é/The sequence general term is:

   \dfrac{(n-1)!}{2^{n+1}}

mas expresso como fracção reduzida  [gcd (greatest common divisoré o m.d.c. ou mdc  (máximo divisor comum)]/but written as a  fraction in its lowest terms 

  \dfrac{((n-1)!)/\gcd ((n-1)!,2^{n+1})}{2^{n+1}/\gcd ((n-1)!,2^{n+1})}\qquad (*)

 

 

Em PARI/GP obtém-se com/With this line of code in PARI/GP


        for(n=1,20,print(n ” : ” ((n-1)!/(2^(n+1)))))

isto / we get

    1 : 1/4
    2 : 1/8
    3 : 1/8
    4 : 3/16
    5 : 3/8
    6 : 15/16
    7 : 45/16
    8 : 315/32
    9 : 315/8
    10 : 2835/16
    11 : 14175/16
    12 : 155925/32
    13 : 467775/16
    14 : 6081075/32
    15 : 42567525/32
    16 : 638512875/64
    17 : 638512875/8
    18 : 10854718875/16
    19 : 97692469875/16
    20 : 1856156927625/32
   
   

Assim o sexto é/Hence the 6th term is

\dfrac{15}{16}

 e o vigésimo/and the 20th,

\dfrac{1856156927625}{32}.

   
O leitor d3r4z descobriu o 6.º temo aqui / The reader d3r4z found the 6th term here

(\ast ) – 24.03.10 –  acrescentado / added

Março 7, 2010

Desafio sobre sequências (sucessões): descobrir o termo geral :: Challenge: Find the general term of a sequence

Qual é o próximo termo da sucessão seguinte? / Which is the next term of the following sequence?

\dfrac{1}{4},\dfrac{1}{8},\dfrac{1}{8},\dfrac{3}{16},\dfrac{3}{8},\dots

E o termo de ordem 20? / And its 20^{\text{th }}  term?

[March 7, 2008: Edited to include the English version of the text.]

Adenda/Addendum

Nota: os termos são fracções reduzidas.

Remark: every term of the sequence is a  fraction in its lowest terms.

 

Fevereiro 26, 2010

Discalculia — o que é isso?

Discalculia está para os números como a dislexia para as palavras. O último especial da Sience et Vie trata desenvolvidamente desta desordem, que se pode manifestar de formas diferentes: a visio-espacial, logico-matemática, procedimental, cálculo aritmético, leitura e escrita dos números. Há duas teoria para a explicar. O que é que está afectado? É o  sentido do número ou a capacidade de  abstracção? As investigações estão apenas no seu início. A própria dislexia ainda é debatida, quanto às suas causas, que continuam a ser desconhecidas.

 

Janeiro 27, 2010

Problema sobre pontos colineares (em linha recta) do blogue Matemativerso

Do blogue Matemativerso (alterei ligeiramente a notação):

« A, B, C e D são pontos de uma linha recta, sendo D o ponto médio do segmento BC. Os comprimentos dos segmentos AB, AC e BC são 10, 2 e 12, respectivamente. Qual é o comprimento do segmento AD? »

Minha resposta: aqui.

 

Janeiro 11, 2010

Três números inteiros consecutivos …

Filed under: Matemática,Matemática-Básico,Problemas — Américo Tavares @ 4:05 pm
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… divididos, respectivamente, por 2, 5 e 8, dão por quocientes números inteiros. A soma destes quocientes é 12. Quais são os números?

Adenda de 12 Jan 2010, 2:15: Justifique.

Adenda de 13 Jan 2010 – Resolução

Sejam 2n, 2n+1 e 2n+2 os números a determinar. Então, temos sucessivamente:

\dfrac{2n}{2}+\dfrac{2n+1}{5}+\dfrac{2n+2}{8}=12

\dfrac{33}{20}n+\dfrac{9}{20}=12

33n+9=240

33n=231

n=\dfrac{231}{33}=7

Pelo que os três números são: 2n=2\cdot 7=14, 2n+1=14+1=15 e 2n+2=14+2=16, o que coincide com a resposta de  Jorge, no comentário.

 

Março 16, 2009

Problemas a nível do Básico de leitores

Dedidi reunir aqui alguns problemas a nível do Básico que foram colocados nos comentários, a que dei resposta. O enunciado ou a resolução foram por vezes ligeiramente editados.

1.  Num trabalho havia 16 questões. Carlos ganhara 5 pontos por cada questão certa e perdera 3 pontos por cada questão errada. Sabendo que ele tirou zero no trabalho, em quantas questões acertou?

Resolução: Chamo ao número de respostas certas p e ao número de respostas erradas q.

Se há 16 questões,

p+q=16

O número de pontos positivos correspondentes às respostas certas é 5p; o número de pontos negativos correspondentes às erradas é 3q. O número total de pontos é igual a 5p-3q que sabemos ser zero.

Precisamos de resolver o sistema

p+q=16
5p-3q=0

o que nos conduz a

p=6
q=10

O Carlos acertou em 6 questões.

Método alternativo: se p for o número de respostas certas, como 16-p é o número de erradas, basta resolver a equação

5p-3(16-p)=0

para obter, como antes, p=6.

2. Sabendo que 60% dos funcionários de uma empresa lêem a revista A, 80% lêem a revista B e que todos os funcionarios lêem ao menos uma revista, qual a percentagem dos que lêem as duas revistas?

Resolução: Vou designar por x a percentagem dos que lêem as duas revistas, por y a percentagem dos que lêm a B mas não lêem a A e por z a percentagem dos que lêem a A mas não lêem a B.

A informação de que todos os funcionários lêem ao menos uma revista traduz-se na equação

x+y+z=100

O dado de que 60% dos funcionarios de uma empresa lêem a revista A exprime-se por

x+z=60

O outro dado — 80% lêem a revista B — corresponde a

x+y=80

Resolvendo este sistema de três equações a três incógnitas, chegamos a

x=40
y=40
z=20

A resposta à pergunta é o valor de x, ou seja, 40% lêem as duas revistas.

3. Dois navios navegavam pelo Oceano Atlântico supostamente plano: X, à velocidade constante de 16 milhas por hora, e Y à velocidade constante de 12 milhas por hora. Sabe-se que às 15 horas de certo dia Y estava exactamente 72 milhas a Sul de X e que a partir de então Y navegou em linha recta para o Leste, enquanto X navegou em linha recta para o Sul, cada qual mantendo suas respectivas velocidades. Nessas condições às 17 horas e 15 minutos do mesmo dia, a distância entre X e Y , em milhas era

a) 45  b) 48  c) 50  d) 55  e) 58

???

Resposta: a) 45

Justificação: 17h15m – 15h = 2h15m = 2,25 h é a diferença horária entre as 15 horas e as 17 horas e 15 minutos.

Nesse intervalo de tempo o navio X deslocou-se 16\times 2,25=36 milhas e o navio Y, 12\times 2,25=27 milhas.
Às 17 horas e 15 minutos, em relação à posição de Y às 15 horas, X está a 72-36=36 milhas a Norte e Y a 27 milhas a Leste. Estas posições definem um triângulo rectângulo de catetos 36 milhas e 27 milhas. Pelo Teorema de Pitágoras, o quadrado da hipotenusa desse triângulo é igual a 36^2+27^2=2025 milhas ao quadrado (ou milhas quadradas). Logo a hipotenusa propriamente dita é igual a \sqrt{2025}=45  milhas.

A medida desta hipotenusa é precisamente a distância entre os dois navios.

Penso utilizar esta entrada para eventualmente responder a outros problemas deste nível. (mais…)

Agosto 17, 2008

Problema simples resolvido sobre idades de pais e filhos

Um casal e os seus dois filhos têm conjuntamente 85 anos. A filha é mais velha cinco anos do que o irmão e o pai mais dois do que a mãe. Calcular a idade actual de cada um sabendo que daqui a dois anos a mãe tem o triplo da idade da filha.

Resolução

Se designar por x a idade actual da filha, o filho tem agora x-5 anos. Se a idade actual da mãe for y, a do pai será y+2. Daqui a dois anos a idade da mãe será y+2 e a da filha x+2. Pelo enunciado sabe-se que

y+2=3(x+2)

que é equivalente a

y=3x+4 (1)

E também se sabe que a soma das idades é igual a 85:

x+(x-5)+y+(y+2)=85 (2)

Substituindo a equação (1) em (2) vem

x+(x-5)+3x+4+(3x+4+2)=85

ou, de forma equivalente

x+x+3x+3x=85+5-4-4-2

8x=80

x=10.

A idade actual da filha é então de 10 anos e a do irmão 5. A mãe tem agora 

y=3x+4=34 anos

e o pai 36.

Confirmando: 36+34+10+5=85 e 34+2=3\times (10+2)=36.

ADENDA DE 28-8-2008: Outro método de resolução poderá ser o que passo a expor, que necessita apenas da resolução de uma equação numa única variável. Acho, no entanto, que até é mais difícil do que o anterior.

Se x for a idade actual da filha do casal, a do filho é x-5. Daqui a dois anos a idade da filha será x+2 anos e a da mãe 3(x+2), pelo que a mãe hoje tem 3(x+2)-2=3x+6-2=3x+4 anos e o pai 3x+4+2=3x+6. Em resumo, as idades actuais dos filhos e dos pais são:

x, a da filha; x-5, do filho; 3x+4, da mãe; 3x+6, do pai.

Somando todas as idades há-de dar 85:

x+x-5+3x+4+3x+6=85

Agrupando os termos em x e os independentes da equação vem:

8x=80
x=\dfrac{80}{8}=10.
A fiha tem pois 10 anos, o filho 10-5=5, a mãe 3(10)+4=34 e o pai 3(10)+6=36.

Agosto 12, 2008

Resolução do problema da determinação de dois números dos quais se sabe a soma e o produto

Nesta entrada enunciei este problema dividido em duas partes:

1. Quais são os dois números que somados dão 20 e multiplicados, 75?

2. A soma de dois números a e b é s e o seu produto p. Determine os números e justifique.

Apresento agora uma possível

Resolução

1. Designando os dois números que pretendemos achar por x,y, sabemos que x+y=20 e que xy=75. Ou seja, como y=20-x,

x(20-x)=75\Leftrightarrow 20x-x^2=75\Leftrightarrow x^2-20x+75=0.

As duas soluções desta equação são

x_1=\dfrac{20+\sqrt{20^2-300}}{2} =\dfrac{20+10}{2}=15

x_2=\dfrac{20-\sqrt{20^2-300}}{2} =\dfrac{20-10}{2}=5

a que correspondem, respectivamente, y_1=20-15=5 e y_2=20-5=15. Os números procurados são, então, o 15 e o 5.

2. Este mesmo método aplicado agora a este caso geral, traduz-se em: a+b=sab=p. Ou seja, como b=s-a,

a(s-a)=p\Leftrightarrow sa-a^2=p\Leftrightarrow a^2-sa+p=0.

As duas soluções desta equação são

a_1=\dfrac{s+\sqrt{s^2-4p}}{2}

a_2=\dfrac{s-\sqrt{s^2-4p}}{2}

a que correspondem, respectivamente, b_1=s-a_1 e b_2=s-a_2. Mas,

b_1=s-a_1=s-\dfrac{s+\sqrt{s^2-4p}}{2}=\dfrac{s-\sqrt{s^2-4p}}{2}=a_2

e

b_2=s-a_2=s-\dfrac{s-\sqrt{s^2-4p}}{2}=\dfrac{s+\sqrt{s^2-4p}}{2}=a_1.

Por este motivo, os números que satisfazem o enunciado são

\dfrac{s+\sqrt{s^2-4p}}{2}

e

\dfrac{s-\sqrt{s^2-4p}}{2}.

 

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