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Índice<br />
1. Introdução ................................................................................................................ 3<br />
2. Apresentação do projecto ....................................................................................... 5<br />
3. Enquadramento curricular ....................................................................................... 6<br />
4. Planificação.............................................................................................................. 10<br />
5. Testes de diagnóstico ............................................................................................. 12<br />
Teste de diagnóstico 1 .............................................................................................. 12<br />
Teste de diagnóstico 2 .............................................................................................. 15<br />
6. Propostas de resolução das tarefas do Manual .................................................... 18<br />
<strong>Tema</strong> 0 – Módulo inicial ................................................................................................. 18<br />
1.1 Sintese dos conceitos fundamentais do 3. o Ciclo. Resolução de problemas ................. 18<br />
1.2 Radicais ............................................................................................................. 32<br />
<strong>Tema</strong> 1 – Geometria no plano e no espaço I ...................................................................... 34<br />
1.1 Resolução de problemas de geometria no plano e no espaço ..................................... 34<br />
1.2 Geometria Analítica .............................................................................................. 47<br />
1.3 Geometria Analítica: vectores ................................................................................ 54<br />
<strong>Tema</strong> 2 – Funções e gráficos. Funções polinomiais. Função módulo ...................................... 60<br />
1.1 Estudo intuitivo de funções e gráficos .................................................................... 60<br />
1.2 Funções afim, quadrática e módulo. Transformações simples de funções .................... 67<br />
1.3 Funções polinomiais ............................................................................................ 75<br />
<strong>Tema</strong> 3 – Estatística ...................................................................................................... 80<br />
1.1 Estatística: generalidades ..................................................................................... 80<br />
1.2 Organização de dados e interpretação de caracteres estatísticos ............................... 81<br />
1.3 Distribuições bidimensionais ................................................................................ 86<br />
1
2 • Caderno de Apoio ao Professor Y • 10. o Ano
1. Introdução<br />
Caros colegas,<br />
Neste Caderno de Apoio ao Professor fazemos algumas sugestões para uma possível resolução das actividades<br />
do manual, mas não pretendemos, de forma alguma, substituir a criatividade dos colegas ou indicar<br />
como devem conduzir a sua exploração, pois esta, como se sabe, está condicionada aos conhecimentos adquiridos<br />
e manifestados pelos alunos de cada turma.<br />
Não se devem esgotar as explorações subjacentes a cada tarefa, existindo a necessidade de, por vezes, deixarmos<br />
que seja o raciocínio dos nossos alunos a criar as situações convenientes à sua exploração. Sendo<br />
assim, gostaríamos que encarassem estas propostas como um esboço possível, apelando à vossa criatividade e<br />
espírito de iniciativa, para que se faça o ajustamento das tarefas com os conhecimentos manifestados pelos<br />
alunos.<br />
Auxiliarmente, este Caderno de Apoio ao Professor contém ainda algumas rubricas que podem representar<br />
uma mais-valia na preparação das aulas, tais como objectivos e competências que o Programa enumera e<br />
que são passíveis de avaliação, sugestões metodológicas para exploração de cada um dos temas e previsão do<br />
número de aulas necessárias à abordagem de cada tema. Por fim, este caderno apresenta uma descrição dos<br />
conteúdos do Apoio Digital e um teste de diagnóstico para que, no início do ano lectivo, se possam aferir os<br />
conhecimentos dos alunos.<br />
Os Autores<br />
Carlos Andrade<br />
Cristina Viegas<br />
Paula Pinto Pereira<br />
Pedro Pimenta<br />
3
4 • Caderno de Apoio ao Professor Y • 10. o Ano
2. Apresentação do projecto<br />
Y é um projecto inovador e que se diferencia dos restantes, quer nas abordagens temáticas, quer nos problemas<br />
que propõe.<br />
O seu desenvolvimento não pode ser dissociado da Aula Digital que o acompanha e que tem como<br />
principal finalidade apoiar os temas e as actividades desenvolvidas ao longo do Manual.<br />
O Módulo inicial inclui actividades de desenvolvimento, generalidades, conceitos e exercícios para que se<br />
afiram os conhecimentos dos alunos adquiridos no 3. o Ciclo e para que se comece este novo ano com uma<br />
abordagem interessante que motive os alunos para o estudo da disciplina. Neste tema são também desenvolvidos<br />
os radicais como subtema facultativo, que os autores consideram de imprescindível abordagem.<br />
A Geometria no plano e no espaço I está organizada em três subtemas. Todos eles são iniciados com uma<br />
Tarefa de introdução, incluindo também, para além da exposição e exemplificação dos conteúdos, exercícios<br />
resolvidos, notas históricas, actividades de exploração e desenvolvimento, Teste AAA, + Exercícios e Problemas<br />
globais. No final de cada subtema são propostas Tarefas de investigação. Realça-se a exploração das<br />
conexões da geometria com outras áreas da matemática.<br />
As Funções estão também estruturadas em três subtemas e contêm igualmente todas as rubricas contempladas<br />
no tema anterior, à excepção dos Problemas globais para o subtema 1, dado tratar-se do estudo de<br />
generalidades e, na opinião dos autores, não ser ainda pertinente propor problemas de carácter global aos<br />
alunos, o que permitirá o enriquecimento deste tipo de proposta de trabalho nos dois subtemas seguintes.<br />
Realça-se a exploração das conexões das funções com a geometria.<br />
A Estatística segue a mesma estrutura das unidades anteriores. Chama-se a atenção para o facto de no último<br />
subtema não existir Tarefa de introdução, uma vez que a temática desenvolvida é completamente nova para o<br />
aluno. Por este motivo, optou-se pelo desenvolvimento do subtema com o apoio de um exemplo que aborda<br />
a generalidade dos conceitos que irão ser trabalhados.<br />
5
6 • Caderno de Apoio ao Professor Y • 10. o Ano<br />
3. Enquadramento curricular<br />
No Ensino Secundário são passíveis de avaliação os objectivos e competências que o Programa do 10. o ano<br />
enuncia e onde se destacam:<br />
• Analisar situações da vida real (simplificadas), identificando modelos matemáticos que permitam a sua<br />
interpretação e resolução.<br />
• Seleccionar estratégias de resolução de problemas.<br />
• Formular hipóteses e prever resultados.<br />
• Interpretar e criticar resultados no contexto do problema.<br />
• Resolver problemas em contextos de matemática, de física, de economia e de ciências humanas.<br />
• Descobrir relações entre conceitos de matemática.<br />
• Formular generalizações a partir de experiências.<br />
• Validar conjecturas; fazer raciocínios demonstrativos, usando métodos adequados (nestes, incluem-se o<br />
método de redução ao absurdo e a utilização de contra-exemplos).<br />
• Comunicar conceitos, raciocínios e ideias com clareza e rigor lógico.<br />
• Interpretar e criticar textos de matemática (apresentados em diversas formas ou com diferentes linguagens).<br />
• Exprimir o mesmo conceito de diversas formas ou em várias linguagens.<br />
• Usar correctamente o vocabulário específico da matemática.<br />
• Usar e interpretar a simbologia da matemática.<br />
• Apresentar os textos de forma clara e organizada.<br />
• Dominar o cálculo em IR .<br />
• Resolver algébrica, numérica e graficamente equações, inequações e sistemas.<br />
• Usar noções de lógica, indispensáveis à clarificação de conceitos.<br />
• Interpretar fenómenos e resolver problemas, recorrendo a funções e seus gráficos, por via intuitiva ou<br />
por via analítica, e usando calculadora gráfica.<br />
• Aplicar conhecimentos de análise infinitesimal no estudo de funções reais de variável real.<br />
A utilização da calculadora gráfica é objecto de avaliação nas seguintes competências:<br />
• Modelar, simular e resolver situações problemáticas.<br />
• Utilizar métodos gráficos para resolver equações e inequações que não podem ser resolvidas, ou cuja<br />
resolução é impraticável com métodos algébricos.<br />
• Elaborar e analisar conjecturas.
Conteúdos<br />
Módulo inicial<br />
Geometria<br />
no plano<br />
e no espaço I<br />
Neste módulo, o professor deverá propor problemas ou actividades aos alunos que permitam consolidar<br />
e fazer uso dos conhecimentos essenciais adquiridos no 3. o Ciclo, de modo a detectar dificuldades<br />
em questões básicas e estabelecer uma boa articulação entre este ciclo e o ensino secundário. Poderá<br />
partir de uma determinada situação, de um determinado tema, procurando evidenciar todas as conexões<br />
com outros temas, tomando como meta o desenvolvimento das competências matemáticas transversais,<br />
isto é, daquelas que atravessam todos os temas e devem constituir os grandes objectivos de<br />
um currículo de matemática.<br />
Uma compreensão mais profunda da matemática só se verifica quando o aluno vê as conexões, quando<br />
se apercebe de que se está a falar da mesma coisa, encarando-a de diferentes pontos de vista. Se<br />
os alunos estão a explorar, por exemplo, um problema de geometria, poderão estar a desenvolver a sua<br />
capacidade de visualizar, de fazer conjecturas e de as justificar, mas também poderão estar a trabalhar<br />
simultaneamente com números, calculando ou relacionando áreas e volumes, a trabalhar com proporções<br />
na semelhança de figuras ou a trabalhar com expressões algébricas. Os problemas a tratar neste<br />
módulo devem integrar-se essencialmente nos temas Números, Geometria e Álgebra.<br />
Pretende-se que os problemas a propor ponham em evidência o desenvolvimento de capacidades<br />
de experimentação, o raciocínio matemático (com destaque para o raciocínio geométrico) e a análise<br />
crítica, conduzindo ao estabelecimento de conjecturas e à sua verificação.<br />
O ensino da geometria reveste-se da maior importância, devendo desenvolver no aluno intuição geométrica<br />
e raciocínio espacial, assim como capacidades para explorar, conjecturar, raciocinar logicamente,<br />
usar e aplicar a matemática, formular e resolver problemas abstractos ou numa perspectiva de modelação<br />
matemática. Deve ainda desenvolver no aluno capacidades de organização e de comunicação,<br />
quer oral quer escrita. É aconselhável que os alunos realizem pequenas investigações e façam depois<br />
relatórios utilizando linguagem matemática rigorosa (o que não significa que o aluno deva recorrer exclusiva<br />
ou prioritariamente à linguagem simbólica).<br />
Tanto em geometria plana como em geometria do espaço, a prática de manipulação e observação de<br />
figuras e modelos tem um papel central e decisivo no ensino das noções matemáticas que estão em<br />
jogo, com prejuízo absoluto do ponto de vista axiomático. O professor deve propor actividades de construção,<br />
de manipulação de modelos e ligadas a problemas históricos, fazendo surgir a partir do problema<br />
e do caminho que se faz para a sua resolução uma grande parte dos resultados teóricos que<br />
pretende ensinar ou recordar.<br />
Devem dar-se a conhecer problemas históricos e propor ao aluno a resolução de pelo menos um. Será<br />
também conveniente dar a conhecer um pouco da história da geometria, à qual estão ligados os nomes<br />
dos maiores matemáticos de todos os tempos: Euclides, Arquimedes, Newton, Descartes, Euler, Hilbert,<br />
entre muitos outros.<br />
Os conhecimentos dos alunos sobre transformações geométricas devem ser tidos em consideração<br />
para serem utilizados e ampliados na resolução de problemas concretos.<br />
Mesmo quando o aluno resolve um problema por via analítica, o professor deve incentivá-lo a fazer uma<br />
figura geométrica, de modo a tirar proveito da visualização do problema e desenvolver a sua capacidade<br />
de representação, ou seja, não se deve deixar que este se limite à resolução exclusiva de equações<br />
e à utilização de fórmulas. Para além disso, deve descrever sempre com algum detalhe o processo utilizado,<br />
justificando-o adequadamente.<br />
Devem apresentar-se aos alunos problemas que possam ser resolvidos por vários processos: perspectiva<br />
sintética, geometria analítica, transformações geométricas, utilização de software para geometria<br />
dinâmica, perspectiva vectorial.<br />
Devem explorar-se, sempre que possível, as conexões da geometria com outras áreas da matemática<br />
e o seu desenvolvimento deve prolongar-se noutros temas.<br />
7
Funções<br />
e gráficos<br />
Funções<br />
polinomiais<br />
8 • Caderno de Apoio ao Professor Y • 10. o Ano<br />
Função módulo<br />
Estatística<br />
Os conhecimentos sobre funções, indispensáveis para a compreensão do mundo em que vivemos, vão<br />
ser ampliados com base no estudo analítico, numérico e gráfico, devendo privilegiar o trabalho intuitivo<br />
com funções que relacionam variáveis da vida corrente, como da geometria, da física, da economia ou<br />
de outras disciplinas. Em particular, faz-se o estudo detalhado de algumas funções polinomiais e da função<br />
módulo e resolvem-se analítica, gráfica e numericamente algumas equações e inequações.<br />
Este tema tem uma ênfase muito grande na ligação entre as fórmulas e as representações geométricas.<br />
Esta ligação é muito importante para todos os que utilizam matemática. A capacidade de as relacionar é<br />
uma capacidade fundamental para o mundo de hoje e do futuro e este tema deverá fornecer uma formação<br />
para a vida toda, tão básica como a tabuada.<br />
Os alunos devem reconhecer que o mesmo tipo de função pode constituir um modelo para diferentes<br />
tipos de situações problemáticas.<br />
Com vista a facilitar o uso de uma linguagem rigorosa (mas não formalista), o professor pode introduzir<br />
os conceitos de «condição» e «proposição» e referir sumariamente ao longo do tema as propriedades<br />
da conjunção, disjunção, negação e implicação.<br />
Todas as funções devem estar definidas apenas em intervalos (normalmente abertos); as funções definidas<br />
por dois ou mais ramos (cujo domínio é um intervalo ou união de intervalos) apenas devem ser referidas<br />
no caso da função módulo ou a título de exemplo na introdução deste tema.<br />
Ao usar a calculadora gráfica ou o computador, os alunos devem observar que podem ser apresentadas<br />
diferentes representações gráficas de um mesmo gráfico, variando as escalas; devem sempre traçar<br />
um número apreciável de funções, tanto manualmente, em papel quadriculado ou papel milimétrico,<br />
como usando calculadora gráfica ou computador, escolhendo a melhor janela de visualização; devem<br />
ser incentivados a elaborar conjecturas, evitando conclusões apressadas, sendo sistematicamente treinados<br />
na análise crítica de todas as suas conclusões. Devem ainda estudar situações em que uma descrição<br />
qualitativa satisfatória do comportamento da função só é possível com um gráfico múltiplo<br />
(conjunto de gráficos em diferentes janelas de visualização).<br />
O aluno deve ser confrontado com situações em que os erros de aproximação conduzam a resultados<br />
absurdos. Como forma de evitar muitas situações dessas, deve ser feita a recomendação genérica de,<br />
nos cálculos intermédios, se tomar um grau de aproximação substancialmente superior ao grau de<br />
aproximação que se pretende para o resultado.<br />
Pré-requisitos:<br />
Os alunos devem conhecer a função afim; devem reconhecer essa função através do gráfico, esboçá -lo<br />
e conhecer algumas das suas propriedades (monotonia e zeros de forma apenas intuitiva e usando os<br />
conhecimentos de equações). Devem saber resolver equações e inequações do 1. o grau e resolver<br />
equações do 2. o grau. Devem ainda conhecer os números reais e representar intervalos de números<br />
reais.<br />
Algumas das noções apresentadas neste tema já foram abordadas no 3. o Ciclo e, por isso, é possível<br />
em qualquer altura reinvestir nestes conhecimentos e completá-los progressivamente.<br />
O aluno deverá ser capaz de organizar, representar e tratar dados recolhidos em bruto (ou tabelados)<br />
para daí tirar conclusões numa análise sempre crítica e consciente dos limites do processo de matematização<br />
da situação. É importante que o estudo da estatística contribua para melhorar a capacidade dos<br />
alunos para avaliar afirmações de carácter estatístico, fornecendo-lhes ferramentas apropriadas para<br />
rejeitar certos anúncios publicitários, notícias, ou outras informações em que a interpretação de dados<br />
ou a realização da amostragem não tenha sido correcta.<br />
Este tema fornece uma excelente oportunidade para actividades interdisciplinares, individualmente ou<br />
em grupo, devendo o professor, ao definir o plano de trabalho com os alunos, incentivá-los a recorrer ao<br />
computador. No final, os alunos devem interpretar e comunicar os resultados à turma fazendo uma análise<br />
crítica e consciente de que diferentes modos de apresentar as conclusões podem alterar a mensagem.<br />
No estudo deste tema, o aluno deve recorrer à calculadora gráfica ou ao computador e às suas<br />
potencialidades para resolver muitos dos problemas.<br />
Pré-requisitos:<br />
Estatística do 3. o Ciclo do Ensino Básico.
<strong>Tema</strong>s transversais<br />
A aprendizagem matemática dos alunos passa por fases intuitivas e in formais, mas, desde muito cedo,<br />
mesmo estas não po dem deixar de ser rigorosas ou desprovidas de demonstra ções correctas, assim como não<br />
podem passar sem um mí nimo de lin guagem sim bólica. Na aprendizagem da matemática elementar do Ensino<br />
Básico e Secundário são absoluta mente neces sárias as de monstrações matemáticas, mas estas não podem<br />
con fundir-se com demonstra ções formali zadas (no sen tido de dedu ções formais em teorias formais). Chama-<br />
-se a atenção para alguns assun tos que, não constituindo em si mesmos conteúdos do Programa, são alguma<br />
da es sência de mui tos passos da aprendizagem de diversos as suntos e cons tituem ele mentos que ajudam os<br />
alunos a compreender demonstra ções e a racio nalizar os desenvolvi mentos das teorias. Como se pode ver<br />
pelo corpo do Programa, não se pretende que a matemá tica ou mate máticas sejam introduzidas axiomatica -<br />
mente, mas sim que os alunos fiquem com a ideia de que as teorias matemáticas são estrutura das dedutiva -<br />
mente. Os conceitos fundamentais e as suas pro priedades bá sicas devem ser motivados in tuitivamente,<br />
embora os alu nos devam trabalhá-los até chegarem a formulações matemáticas precisas, sem que, em algum<br />
momento, se confunda o grau de preci são de um conceito ma temático com qualquer grau de «simboliza ção».<br />
Um con ceito matemá tico pode estar completa e ri gorosamente compreendido, expresso em língua natural ou<br />
em lingua gem matemá tica ordinária, que é uma mistura de lin guagem natu ral, simbologia lógica e ma -<br />
temática. A es crita simbólica das proposi ções matemá ticas surgirá, se possível, natu ralmente, para efeitos de<br />
pre cisão, conden sação, eco nomia e clareza de exposição.<br />
O trabalho com aspectos da história da matemática é fundamental e deve ser reali zado com os mais diversos<br />
pretextos. Ao longo do Pro grama dão-se algumas pistas para esse tra balho, que amplia a compreensão dos<br />
assuntos ma temáticos com os dados da sua génese e evolução ao longo do tempo.<br />
Outro trabalho que assume um papel fundamental para o ensino e aprendizagem é todo aquele que esclareça<br />
conexões (aplicações, modelação) com outros ramos da ciên cia, presente sempre que possível nas actividades<br />
que se desenvolvem ao longo do manual e Tarefas de investigação.<br />
A utilização da tecnologia no ensino da matemática obriga a que, à medida que for sendo ne cessário e se<br />
justifique, se vá esclare cendo o funci onamento das calculadoras e computadores e as caracterís ticas de cada<br />
aplicação in formática útil à matemática, ao mesmo tempo que se devem revelar e expli car as limita ções da tecnologia<br />
dispo nível.<br />
9<br />
Adaptado do Programa de Matemática A, DES
4. Planificação<br />
Número de aulas<br />
Para cada tema, indica-se uma previsão do número de aulas necessárias à sua abordagem.<br />
Não sendo mais do que uma previsão, esta indicação deve ser encarada com flexibilidade, sem prejuízo do<br />
peso relativo e da profundidade do tratamento desejado que o número de aulas previsto indicia. O Professor<br />
deve ter como preocupação fundamental abordar e desenvolver, em cada ano, os variados tópicos do Programa,<br />
pois eles fornecem métodos matemáticos diversificados e desempenham funções diferentes, todas imprescindíveis,<br />
para, em conjunto, contribuírem para a formação integral do cidadão autónomo e livre. Nunca se<br />
deve valorizar um conteúdo de tal forma que se possa prejudicar irremediavelmente a formação em algum dos<br />
grandes temas ou no desenvolvimento de alguma das capacidades/aptidões reportadas na redacção das finalidades<br />
e dos objectivos gerais deste programa de ensino.<br />
<strong>Tema</strong>s<br />
10 • Caderno de Apoio ao Professor Y • 10. o Ano<br />
<strong>Tema</strong> 0 – Módulo inicial 9 aulas de 90 minutos<br />
<strong>Tema</strong> 1 – Geometria no plano<br />
e no espaço I<br />
<strong>Tema</strong> 2 – Funções e gráficos.<br />
Funções polinomiais.<br />
Função módulo<br />
<strong>Tema</strong> 3 – Estatística<br />
1 – Resolução de problemas<br />
de geometria no plano<br />
e no espaço<br />
6 aulas de 90 minutos<br />
2 – Geometria analítica 13 aulas de 90 minutos<br />
3 – Geometria analítica:<br />
vectores<br />
1 – Estudo intuitivo de funções<br />
e gráficos<br />
2 – Funções afim, quadrática<br />
e módulo. Transformações<br />
simples de funções<br />
8 aulas de 90 minutos<br />
5 aulas de 90 minutos<br />
14 aulas de 90 minutos<br />
3 – Funções polinomiais 8 aulas de 90 minutos<br />
1 – Estatística: generalidades 2 aulas de 90 minutos<br />
2 – Organização de dados e interpretação<br />
de caracteres estatísticos<br />
3 – Referência a distribuições<br />
bidimensionais<br />
8 aulas de 90 minutos<br />
5 aulas de 90 minutos<br />
O Programa de cada ano de escolaridade desenvolve-se por três grandes temas, a tratar pela ordem indicada<br />
no mesmo. Deve ser feita uma planificação adequada, de modo que não seja prejudicado o tratamento<br />
de nenhum dos temas e sejam integrados os conteúdos do tema transversal que se mostrem aconselhados.<br />
Se o Projecto Educativo ou o Plano de Actividades da Escola o aconselhar, os professores poderão fazer<br />
planificações distintas da indicada, desde que seja elaborado um projecto específico justificativo e que essa<br />
alteração fique devidamente registada em acta.
<strong>Tema</strong>s transversais<br />
Tudo o que os temas transversais propõem deve ser abordado sistematicamente ao longo do ciclo. Não<br />
existem indicações taxativas sobre a sua distribuição ao longo dos anos, mas o desenvolvimento dos temas e as<br />
indicações metodológicas vão sugerindo momentos onde os diversos temas transversais podem ser explorados.<br />
A criação de um ambiente propício à resolução de problemas deve constituir um objectivo central nas práticas<br />
dos professores, já que a resolução de problemas é um método fundamental e é considerada no Programa<br />
não só como indicação metodológica mas também como tema. A resolução de problemas está considerada<br />
no Programa como motivação, como sistema de recuperação e como forma privilegiada para suscitar a comunicação<br />
oral e escrita.<br />
Ambientes e actividades diversificadas<br />
O Professor deve prever, desde o início do ano, momentos para o desenvolvimento de trabalhos individuais,<br />
de grupo, de projecto e actividades investigativas. Deve ser dada particular atenção à realização de<br />
composições matemáticas de tamanho e natureza razoavelmente variados. A comunicação matemática (oral<br />
ou escrita) é um meio importante para que os alunos clarifiquem o seu pensamento, estabeleçam conexões,<br />
reflictam na sua aprendizagem, aumentem o apreço pela necessidade de precisão na linguagem, conheçam<br />
conceitos e terminologia e aprendam a ser críticos. Se os alunos forem solicitados a justificar muitas vezes as<br />
suas opções, poderão melhorar a sua aprendizagem. Também a realização de actividades com recurso à tecnologia<br />
é motivo para discussões (e composições matemáticas) activas e ricas.<br />
Cada aluno deve receber do professor estímulo e oportunidades frequentes para falar, escrever, ler e ouvir<br />
nas aulas de Matemática (e fora delas), pois assim está a organizar, consolidar e ampliar o seu conhecimento<br />
matemático. Reflexão e comunicação são processos que se devem entrelaçar durante toda a aprendizagem.<br />
O trabalho de grupo e em pares favorece a comunicação matemática, pois os alunos ganham em partilhar<br />
com os colegas e com o professor os seus métodos de resolução ou as justificações dos seus raciocínios.<br />
Aula Digital<br />
Recursos do projecto<br />
em formato digital<br />
Manual Multimédia<br />
Caderno de Problemas e Desafios<br />
Formulário<br />
Testes 5 + 5<br />
Caderno de Apoio ao Professor<br />
Recursos exclusivos<br />
do Professor<br />
Apresentações em PowerPoint<br />
Testes interactivos do Professor<br />
Ligações à Internet<br />
Preparação de aulas<br />
para quadro interactivo<br />
Avaliação interactiva<br />
Manual multimédia<br />
do aluno<br />
11<br />
Animações interactivas<br />
Testes interactivos<br />
Applets (geometria dinâmica)<br />
Ligações à Internet
12 • Caderno de Apoio ao Professor Y • 10. o Ano<br />
5. Testes de diagnóstico<br />
[6]<br />
[8]<br />
[10]<br />
[11]<br />
[7]<br />
Teste de diagnóstico 1<br />
A prova é constituída por quatro grupos.<br />
Nas respostas a todas as questões, deves apresentar o raciocínio efectuado, os cálculos e as justificações<br />
necessárias. A cotação de cada uma das questões está indicada no lado esquerdo.<br />
GRUPO I<br />
1. A Berta e a Matilde pintaram dois azulejos com formas diferentes. O da Berta é um azulejo quadrangular<br />
enquanto o da Matilde tem a forma de um triângulo.<br />
x<br />
a. Escreve uma expressão da área do azulejo da Berta.<br />
x<br />
b. Escreve a expressão da área do azulejo da Matilde na forma de polinómio ordenado e reduzido.<br />
c. Determina o valor de x sabendo que a soma da área dos dois azulejos é 53,5 cm 2 .<br />
d. Mostra que a expressão 2(x 2 + 1) traduz a medida da hipotenusa do azulejo da Matilde.<br />
(x + 2)<br />
e. A Berta resolveu fazer também um azulejo com a forma de um triângulo cuja área seja <br />
2<br />
2<br />
.<br />
Qual é a expressão que define a base do triângulo, sabendo que a altura é dada por x + 2 ?<br />
x-1<br />
x+1
[12]<br />
[8]<br />
[8]<br />
[10]<br />
[10]<br />
[8]<br />
[10]<br />
[5]<br />
[10]<br />
[9]<br />
2. O Pedro tem no seu jardim um tanque com peixes cuja superfície tem a<br />
forma de um quadrado, como se sugere na figura ao lado. Para aumentar o<br />
número de peixes, decidiu duplicar a capacidade do tanque, aumentando a<br />
sua área para o dobro.<br />
Indica uma posição possível para o tanque, para que se possa fazer a obra.<br />
Mostra que é possível fazê-lo, mantendo a forma quadrada da superfície e<br />
conservando as árvores na posição indicada.<br />
3. Considera o intervalo de números reais A = –, 5<br />
2 .<br />
a Escreve sob a forma de intervalo A ∩ {x ∈ IR : –4 < x < 4} .<br />
b. Determina os valores de n ∈ IN para os quais 3(n – 1)<br />
pertence a A .<br />
2<br />
4. Num laboratório, registou-se a evolução da altura de dois exemplares de duas espécies de flores oriundas<br />
da Amazónia. Este registo foi efectuado diariamente ao longo de duas semanas (14 dias). O comprimento<br />
dos exemplares de cada espécie pode ser traduzido pelas expressões analíticas y = 0,5x + 2 e<br />
y = x + 1 , em que x representa o tempo, em dias, contado desde o início do registo e y a altura, em<br />
centímetros.<br />
a. Determina ao fim de quantos dias as duas espécies tinham atingido o mesmo tamanho. Quanto<br />
media cada uma delas ao fim desses dias?<br />
b. Determina o valor de cada uma das expressões, para x = 14 . O que significa este resultado no contexto<br />
do problema?<br />
GRUPO II<br />
5. Num canil, mediu-se a massa corporal de 20 cães e obtiveram-se os seguintes resultados, em kg:<br />
6,2 7,1 5,0 7,7 3,8 5,6 7,0 5,7 4,3 6,3<br />
4,1 5,1 3,6 6,0 4,4 4,8 6,5 7,8 7,0 5,7<br />
5.1 Elabora uma tabela de frequências absolutas e relativas (%) usando classes de igual amplitude,<br />
sendo a primeira dessas classes [3,5; 4,5[ .<br />
5.2 Representa, através de um histograma, a distribuição dos valores da massa corporal e desenha o respectivo<br />
polígono de fre quências.<br />
5.3 Indica a classe modal.<br />
5.4 Calcula a massa corporal média dos 20 cães.<br />
5.5 Com o auxílio da tabela de frequências determina:<br />
a. a percentagem de cães cuja massa corporal é inferior a 6,5 kg;<br />
b. a percentagem de cães cuja massa corporal é superior a 6,5 kg;<br />
c. a percentagem de cães cuja massa corporal está na classe modal.<br />
13<br />
Superfície<br />
do lago
[5]<br />
[5]<br />
[5]<br />
[5]<br />
[6]<br />
[6]<br />
[10]<br />
[10]<br />
[16]<br />
14 • Caderno de Apoio ao Professor Y • 10. o Ano<br />
GRUPO III<br />
6. O gráfico seguinte representa a evolução da temperatura de um doente durante 10 dias.<br />
a. Em que dias a temperatura subiu? E desceu?<br />
b. Em que dias o doente teve uma temperatura constante?<br />
c. Em que dias foi atingida a temperatura máxima? E a mínima?<br />
d. O doente teve de tomar medicamentos sempre que a temperatura foi superior a 38 o C. Em que dias<br />
tomou ele esses medicamentos?<br />
GRUPO IV<br />
7. Observa a seguinte pirâmide de base quadrangular, cujos lados são compostos<br />
por triângulos equi láteros.<br />
Calcula:<br />
Temperatura<br />
39,5<br />
39<br />
38,5<br />
38<br />
37,5<br />
37<br />
36,5<br />
36<br />
35,5<br />
35<br />
34,5<br />
0<br />
a a altura de uma face lateral (apótema da pirâmide);<br />
b. a altura da pirâmide;<br />
c. a área total da pirâmide;<br />
d. o volume da pirâmide.<br />
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10<br />
Dias<br />
8. Uma pirâmide de 12 cm de altura tem por base um hexágono regular de<br />
4 cm de lado. Um plano α paralelo à base intersecta a pirâmide originando<br />
um hexágono também regular de 63 cm 2 de área. Qual é a distância<br />
d do plano α ao vértice da pirâmide?<br />
10 cm<br />
x<br />
d<br />
4 cm<br />
60 o
[5]<br />
[10]<br />
[10]<br />
[15]<br />
[10]<br />
[15]<br />
Teste de diagnóstico 2<br />
A prova é constituída por quatro grupos.<br />
Nas respostas a todas as questões, deves apresentar o raciocínio efectuado, os cálculos e as justificações<br />
necessárias. A cotação de cada uma das questões está indicada no lado esquerdo.<br />
GRUPO I<br />
1. Calcula, utilizando sempre que possível as regras das potências, cada uma das seguintes expressões<br />
numéricas:<br />
a. 1<br />
– 1<br />
3 2 b. × – 1<br />
2 3 –2<br />
4 –1<br />
3<br />
2. Resolve a equação 4x 2 + 2x = 0 sem usar a fórmula resolvente.<br />
3. Resolve a equação 2(x 2 –5) = 8x<br />
GRUPO II<br />
4. Representa geometricamente e sob a forma de intervalo de números reais o seguinte conjunto:<br />
x = {x ∈ IR : x > 2 ∧ x 3}<br />
5. Uma mesa circular está encostada ao canto (recto) de uma sala de modo que fica tangente às duas paredes<br />
que formam o canto. O diâmetro da mesa mede 8 decímetros e o centro é o ponto C .<br />
a. Qual é o comprimento (exacto) do segmento [AB] assinalado na figura?<br />
b. Qual é a área (exacta) da superfície sombreada na figura?<br />
2<br />
3 –5<br />
15<br />
C<br />
A<br />
B
[15]<br />
[15]<br />
[10]<br />
[5]<br />
[10]<br />
[10]<br />
[10]<br />
[20]<br />
16 • Caderno de Apoio ao Professor Y • 10. o Ano<br />
6. Na figura estão representados um rectângulo [ABCD]<br />
e um trapézio [ABCE] .<br />
Sabe-se que AB = 6 , BC = 3 e DE = x<br />
a. Mostra que a área do trapézio [ABCE] pode ser<br />
dada pela expressão:<br />
36 – 3x<br />
A = <br />
2<br />
b. Determina os valores de x para os quais a área do trapézio [ABCE] é superior a 11.<br />
c. Determina o perímetro do trapézio [ABCE] para x = 4 .<br />
GRUPO III<br />
7. Antes da invenção do relógio, as velas eram utilizadas para medir o tempo. Uma fórmula que relaciona<br />
a altura (a , em centímetros) de uma dessas velas com o tempo (t , em horas) em que esta está a arder é<br />
a = 10 – 2t .<br />
a. Completa a tabela utilizando a fórmula anterior.<br />
Tempo (t, em horas) 0 1 2 3 4<br />
Altura (a, em centímetros)<br />
b. Qual seria a altura de uma destas velas antes de ter sido acesa?<br />
c. No contexto desta situação, qual é o significado de 2 na fórmula? Justifica.<br />
d. No contexto desta situação, quando se apaga a vela? Justifica.<br />
A B<br />
8. Um chá é servido à D. Maria. Qual das seguintes representações gráficas pode traduzir a situação.<br />
Justifica?<br />
y<br />
Temperatura<br />
do chá<br />
0<br />
I<br />
Tempo<br />
x<br />
y<br />
Temperatura<br />
do chá<br />
0<br />
II<br />
Tempo<br />
x<br />
y<br />
Temperatura<br />
do chá<br />
0<br />
D<br />
III<br />
x<br />
E<br />
Tempo<br />
x<br />
C
[10]<br />
[15]<br />
GRUPO IV<br />
9. Na praia do parque de campismo existem barracas como as da fotografia abaixo.<br />
Ao lado da fotografia está um esquema da estrutura de uma dessas barracas, onde:<br />
• [ABCDEFGH] é um prisma quadrangular regular;<br />
• [EFGHI] é uma pirâmide quadrangular regular;<br />
• [KI] é a altura da pirâmide [EFGHI] ;<br />
• [JI] é a altura do triângulo [EFI];<br />
As medidas de comprimento indicadas estão expressas em metros (m).<br />
a. Assinala com X a recta que é paralela ao plano ADH .<br />
AB IE<br />
FB EG<br />
b. Sabe-se que IJ = 1 m.<br />
De acordo com o esquema, determina o volume da barraca de praia.<br />
Apresenta todos os cálculos que efectuares e, na tua resposta, indica a unidade de volume.<br />
FORMULÁRIO<br />
Fórmula resolvente de uma equação do segundo grau da forma ax 2 + bx + c = 0<br />
Volume do prisma: Área da base × altura<br />
x =<br />
Volume da pirâmide: 1<br />
× Área da base × altura<br />
3<br />
H<br />
–b ± b 2 – 4ac<br />
<br />
2a<br />
G<br />
1,7 m<br />
C<br />
B<br />
D<br />
1,2 m A<br />
1,2 m<br />
I<br />
E<br />
J<br />
F<br />
17
18 • Caderno de Apoio ao Professor Y • 10. o Ano<br />
6. Propostas de resolução das tarefas do manual<br />
<strong>Tema</strong> 0 – Módulo inicial<br />
1.1 Síntese dos conteúdos fundamentais do 3. o Ciclo. Resolução de problemas<br />
Tarefa 1 – Cuidado com as aproximações (página 14)<br />
1.1.a. Sendo l o lado do quadrado, tem-se:<br />
5 <br />
l 2 + l 2 = 5 2 ⇔ l = 2<br />
2<br />
l = 2 2 5 ≈ 3,5 cm .<br />
O raio de cada círculo é, portanto, r = 3,5<br />
≈ 0,4 cm, e a área de cada círculo<br />
8<br />
A 1 = π×0,4 2 ≈ 0,5 cm 2 .<br />
Assim, a área dos 16 círculos é A 16 = 16 × 0,5 ≈ 8 cm 2 .<br />
b. Seguindo a sequência da alínea a., tem-se:<br />
3,54<br />
l ≈ 3,54 cm ; r = ≈ 0,44 cm ;<br />
8<br />
A 1 = π×0,44 2 ≈ 0,61 cm 2 ; A 16 = 16 × 0,61 ≈ 9,76 cm 2 .<br />
c. Seguindo a sequência da alínea a., tem-se:<br />
l ≈ 3,536 cm ; r = 3,536<br />
= 0,442 cm ;<br />
8<br />
A1 = π×0,4422 ≈ 0,614 cm2 ; A16 = 16 × 0,614 ≈ 9,82 cm2 .<br />
d. Seguindo a sequência da alínea a., tem-se:<br />
l ≈ 3,5355 cm ; r = 3,5355<br />
≈ 0,4419 cm ;<br />
8<br />
A 1 = π×0,4419 2 ≈ 0,6135 cm 2 ; A 16 = 16 × 0,6135 ≈ 9,82 cm 2 .<br />
1.2 Sendo l o lado do quadrado, tem-se:<br />
5 <br />
l 2 + l 2 = 5 2 ⇔ l = 2<br />
2<br />
l = 2 2 5 cm .<br />
12,5<br />
O raio de cada círculo é, portanto, r = cm, e a área de cada círculo<br />
8<br />
,5<br />
8<br />
A1 = π× 12 2<br />
= cm2 12,5<br />
.<br />
64<br />
Assim, a área dos 16 círculos é A16 = 16 × = ≈ 9,82 cm2 12,5 12,5<br />
.<br />
64 4
1.3 Na determinação de um dado resultado em que haja lugar a cálculos intermédios, não devem ser usadas<br />
menos casas decimais nos arredondamentos desses cálculos do que o número de casas decimais solicitado<br />
para o resultado final. Quanto maior for o número de casas decimais nos arredondamentos dos cálculos<br />
intermédios, mais próximo do valor exacto estará o resultado final. O ideal é conservar o valor exacto até<br />
ao último cálculo e fazer o arredondamento pedido apenas no resultado desse cálculo.<br />
Tarefa 2 – Centro de um triângulo equilátero (página 15)<br />
1.<br />
2.<br />
3.<br />
4. Por exemplo, neste caso:<br />
A<br />
A<br />
A<br />
A<br />
C<br />
C<br />
D<br />
D<br />
C<br />
2<br />
D<br />
C<br />
D<br />
1<br />
B<br />
B<br />
B<br />
B<br />
5. Num triângulo equilátero, o centro divide a altura em (dois) segmentos, tendo um o dobro do compri -<br />
mento do outro.<br />
19
20 • Caderno de Apoio ao Professor Y • 10. o Ano<br />
6. Sendo o triângulo equilátero, as alturas [AE] , [BF] e [CH] coincidem com as medianas e estão contidas<br />
nas mediatrizes, que contêm as bissectrizes. Como BC = AC = AB , porque D é o circuncentro, e as<br />
bissectrizes determinam ângulos de 30o em cada um dos seis triângulos menores, então, pelo critério ALA,<br />
estes são congruentes. Portanto, também os triângulos [CDB] , [ADC] e [ADB] são congruentes.<br />
Seja [CH] uma das alturas do triângulo [ABC] e H o ponto de intersecção de [CH] com o lado [AB] .<br />
O centro divide a altura [CH] em dois segmentos, [CD] e [DH] , em que [DH] é a altura do triângulo<br />
[ADB] . O segmento [CD] tem o dobro do comprimento do segmento [HD] .<br />
• CH = 3 × DH, isto é, DH = 1<br />
CH . A altura do triângulo [ADB] é 1 da altura do triângulo [ABC] .<br />
3 3<br />
• CH = CD + DH ⇔ CH = CD + 1<br />
CH ⇔ CD = CH – 1 CH ⇔ CD = 2 CH<br />
3 3 3<br />
O comprimento do segmento [DC] é 2<br />
da altura do triângulo [ABC] .<br />
3<br />
Ou então:<br />
Os triângulos [CDB] , [ADC] e [ADB] são congruentes, pois os lados [AB] , [BC] e [AC] são congruentes,<br />
uma vez que são lados de um triângulo equilátero. Os ângulos adjacentes a esses lados medem todos<br />
30 o , pois os segmentos [AE] , [BF] e [CH] coincidem com as bissectrizes dos ângulos do triângulo equilátero<br />
[ABC] . Então, a área de cada um desses triângulos é 1<br />
da área do triângulo inicial, e a altura relativa ao lado<br />
3<br />
que têm em comum com o triângulo inicial tem de ser igual a 1<br />
da altura do triângulo [ABC] .<br />
3<br />
De DH = 1<br />
CH , conclui-se que CD = 2 CH. Portanto, a altura do triângulo equilátero é dividida pelo<br />
3 3<br />
ponto D em dois segmentos que medem 1<br />
<br />
3<br />
outro.<br />
e 2 <br />
3<br />
do comprimento, o que prova que um mede o dobro do<br />
7. O raio da circunferência que circunscreve o triângulo [ABC] é dado pelo segmento [CD] . Seja [CH] a<br />
altura do triângulo [ABC] : 10 = 2<br />
CH ⇔ CH = 15 .<br />
3<br />
[DH] é o raio da circunferência inscrita no mesmo triângulo e DH = 1<br />
× 15 = 5 .<br />
3<br />
8.<br />
{ {<br />
3<br />
3<br />
A<br />
F<br />
h = <br />
l <br />
2<br />
3<br />
r = l<br />
2 2<br />
⇔ ⇔ r = 3<br />
l sendo r o raio da circunferência circunscrita ao triângulo.<br />
r = <br />
3<br />
2<br />
h h = 3 r<br />
3 2<br />
C<br />
H<br />
D<br />
E<br />
B
3<br />
9. rcircunscrita = <br />
× 12 = <br />
3<br />
3 6<br />
= 2 ; rinscrita = <br />
3<br />
rcircunscrita = 1<br />
2<br />
10. Área coroa circular = Área 2r – Área r<br />
16π = π(2r) 2 – πr 2 ⇔ 16π = 4πr 2 – πr 2 ⇔ 16π = 3πr 2<br />
r = 1 3 6 = 4<br />
= <br />
3<br />
43<br />
<br />
3<br />
A altura do triângulo equilátero [ABC] é 3r , isto é h = 43 .<br />
3<br />
Como h = <br />
l , temos que 43 = <br />
2<br />
<br />
l ⇔ l = 8 .<br />
2<br />
3<br />
Tarefa 3 – Circunferências e polígonos (página 16)<br />
1. a. DE = 3 cm, por construção.<br />
[EOD] é um triângulo equilátero (EO = OD = 3 cm por serem raios da circunferência centrada em O ;<br />
portanto, EO = OD = DE = 3 cm).<br />
b. Como [EOD] é um triângulo equilátero, então é equiângulo, donde 3DÔE = 180 o , ou seja, DÔE = 60 o .<br />
F<br />
G<br />
A<br />
c. O polígono [EFBGHD ] é um hexágono regular.<br />
Pela alínea b. 2.2, temos identicamente que DÔE = FÔB = BÔG = HÔD = 60 o , pelo que o ângulo<br />
EÔF = 180 o – 2 × 60 o = 60 o e, analogamente, GÔH = 60 o . Desta forma, os lados do polígono são todos<br />
iguais por serem cordas da mesma circunferência que subtendem ângulos iguais.<br />
Além disso, [FEO] e [GHO] também são triângulos equiláteros (FE = GH = DE = 3 cm pelo que<br />
acabámos de ver, e portanto FE = GH = FO = GH = GO = HO ) ; sendo assim os seus ângulos têm<br />
amplitudes de 60o , os ângulos do polígono têm todos 120o e o polígono é regular.<br />
d. [EFGH ] é rectângulo não quadrado.<br />
Com efeito, o ângulo EÔG = 3 × 60 o = 180 o , pelo que [EG] é um diâmetro da circunferência de centro<br />
em O e, portanto EH ˆ G está inscrito numa semicircunferência, tendo amplitude de 90 o . Analogamente<br />
verificaríamos que HG ˆ F = GF ˆ E = FE ˆ H = 90 o , pelo que [EFGH] é de facto rectângulo.<br />
Como, pelo teorema de Pitágoras, EH 2 = 6 2 – 3 2 = 27 > 9 = 3 2 = GH 2 , donde EH > GH , temos que<br />
[EFGH] é um rectângulo não quadrado.<br />
E<br />
B D<br />
O<br />
C<br />
H<br />
A<br />
2r<br />
r<br />
C<br />
D<br />
2r<br />
B<br />
21
22 • Caderno de Apoio ao Professor Y • 10. o Ano<br />
2. O aluno deve desenhar um segmento de recta [AB] . Com centro em A , e depois em B , deve traçar dois<br />
círculos de raio [AB] . A zona de pasto comum é toda a área de intersecção dos dois círculos, sendo a zona<br />
de pasto acessível apenas a uma das vacas, a restante área abrangida pelos dois círculos.<br />
Tarefa 4 – Arrumação de garrafas (página 17)<br />
Para determinar em qual das caixas se gasta mais cartão, temos<br />
de determinar a área total dos sólidos cujas faces laterais são as<br />
paredes das caixas.<br />
As caixas a usar são paralelepipédicas, tratando-se, no primeiro<br />
caso, de um prisma quadrangular. Assim, basta determinar as<br />
dimensões lineares dos rectângulos e quadrados que constituem as<br />
suas faces.<br />
1. Sendo r o raio da base das garrafas, para a primeira disposição, os quadrados da base da caixa têm 8r cm<br />
de lado e os lados dos rectângulos que constituem as faces laterais medem 30 × 8r cm. Assim, a área total<br />
é:<br />
A 1 = 2(8r) 2 + 4 × 30 × 8r = 128r 2 + 960r cm 2<br />
Considerando r = 3,5 cm, obtém-se A 1 = 4928 cm 2 .<br />
Na segunda disposição, atendendo à figura ao lado, que representa<br />
a base da caixa, a área total é:<br />
A2 = 2 × 9r(2r + 33r) + 2 × 30 × 9r + 2 × 30(2r + 33r) =<br />
= 543r 2 + 36r2 + 1803r + 660r cm2 Considerando r = 3,5 cm, obtém-se A 2 ≈ 4987,9 cm 2 .<br />
A<br />
Verifica-se que, para r = 3,5 cm, A 2 > A 1 , concluindo-se que para a primeira configuração das garrafas<br />
se gasta menos cartão para fazer a caixa.<br />
Para mostrar que o resultado obtido se verifica para qualquer valor de raio das garrafas, basta agora comparar<br />
as duas expressões obtidas. Pondo em evidência r 2 e r na expressão de A 2 , obtém-se:<br />
A 2 = (543 + 36)r 2 + (1803r + 660)r cm 2<br />
B<br />
√3r<br />
r<br />
9r<br />
8r<br />
2r<br />
2r + 3√3r
Como 543 + 36 > 128 e 1803 + 660 > 960 , e r > 0 , conclui-se que A 2 > A 1 , pelo que a caixa<br />
para a primeira configuração das garrafas gasta menos cartão, para qualquer raio das garrafas.<br />
2. Para a primeira disposição das garrafas, os separadores podem ser construídos com seis rectângulos cujos<br />
lados medem 30 × 8r cm. Assim, acrescentando a área dos cartões separadores à expressão anterior da área<br />
da caixa, obtém-se:<br />
A 1 = 128r 2 + 960r + 6 × 30 × 8r = 128r 2 + 2400r cm 2<br />
Considerando r = 3,5 cm, obtém-se A 1 = 9968 cm 2 .<br />
Para a segunda disposição das garrafas, os separadores podem ser construídos com<br />
33 rectângulos cujos lados medem 30 cm × 23<br />
r cm, como se pode deduzir do<br />
3<br />
esquema ao lado.<br />
r2 + 1<br />
2 2<br />
= l2 ⇔ r 2 = 3<br />
4 l 2 ⇔ l = 23<br />
r<br />
3<br />
Assim, acrescentando à expressão anterior da área da caixa a área dos cartões separadores, obtém-se:<br />
A 2 = 543r 2 + 36r 2 + 1803r + 660r + 33 × 30 × 2<br />
= 543r 2 + 36r 2 + 8403r + 660r cm 2<br />
Considerando r = 3,5 cm, obtém-se A 2 ≈ 8988,98 cm 2 .<br />
3<br />
r<br />
3<br />
Verifica-se que, para r = 3,5 cm, A 1 > A 2 , concluindo-se que se gasta mais cartão para fazer a caixa<br />
e separadores para a primeira configuração das garrafas.<br />
Observação:<br />
Para qualquer valor de raio das garrafas, a resposta a esta questão obter-se-ia da comparação das expressões<br />
de A 1 e A 2. Esta comparação não é tão fácil como aquela que foi feita na questão anterior, pois obrigaria<br />
à resolução de inequações do 2.º grau, o que só será aprendido no tema Funções. Nessa altura, poderá voltar<br />
a pegar nesta questão e concluir que o resultado obtido para r = 3,5 cm se mantém para os valores de raio<br />
das garrafas habituais (e muito maiores).<br />
Tarefa 5 – Paralelogramos (página 20)<br />
1 e 2. Efectuando uma pequena investigação num ambiente de geometria dinâmica (com o Cinderella ou o<br />
GSP), cujos resultados podem ser apresentados num pequeno relatório, os alunos ficarão mais convictos<br />
da sua conjectura, acreditando que, de facto, o quadrilátero que se obtém unindo os pontos médios<br />
consecutivos de um quadrilátero é um paralelogramo e intuindo em que casos o paralelogramo obtido é<br />
um quadrado ou um losango.<br />
É importante, no entanto, fazê-los perceber que uma investigação abordando um número finito de<br />
exemplos não se trata de uma verdadeira demonstração da propriedade. Um trabalho interessante pode<br />
ser demonstrar formalmente a propriedade.<br />
23<br />
l<br />
r<br />
<br />
2
24 • Caderno de Apoio ao Professor Y • 10. o Ano<br />
Para esse caso, apresenta-se a seguir um exemplo de demonstração:<br />
Demonstração:<br />
Nesta demonstração, consideram-se as seguintes propriedades:<br />
• Num triângulo, o segmento de recta que une os pontos médios de dois lados é paralelo ao terceiro lado.<br />
Neste momento seria oportuno recordar o teorema de Tales para justificar esta propriedade.<br />
Usando as letras da figura, os triângulos [AMQ] e [ABD ] têm o mesmo ângulo BÂD e os lados adjacentes<br />
a propriedade = 1<br />
2 = , pelo que são semelhantes, donde, por exemplo, AMˆ Q = ABˆ AM AQ <br />
D ,<br />
AB AD<br />
ângulos correspondentes determinados pela recta AB nas rectas MQ e BD, o que prova que [MQ] é<br />
paralelo a [BD] .<br />
• Duas rectas paralelas a uma terceira são paralelas entre si.<br />
Seja [ABCD ] um qualquer quadrilátero e M , N , P e Q os pontos médios<br />
dos seus lados, [BD] uma diagonal de [ABCD ] e [MNPQ] o quadrilátero<br />
definido pela união dos pontos médios consecutivos.<br />
Assim, no triângulo [ABD] , [MQ] é o segmento definido pelos pontos<br />
médios dos lados [AB ] e [AD ] , logo é paralelo ao lado [BD] .<br />
No triângulo [BCD] , [NP ] é o segmento definido pelos pontos médios dos<br />
lados [BC ] e [CD] , logo é paralelo ao lado [BD] .<br />
Como [MQ] e [NP] são paralelos ao mesmo segmento, [BD] , são paralelos entre si. Do mesmo<br />
modo, se demonstra que [MN] é paralelo a [QP ] . Logo, como um quadrilátero com os lados paralelos<br />
dois a dois é um paralelogramo, [MNPQ] é um paralelogramo, como queríamos demonstrar.<br />
Tarefa 6 – A caminho da aldeia (página 20)<br />
Por exemplo,<br />
HC = x – a<br />
Por exemplo, pelo critério de semelhança de triângulos ALA, podemos dizer<br />
que os triângulos [ABC] e [HIC] são semelhantes, da mesma forma que são<br />
semelhantes os triângulos [AHI] e [ACD] .<br />
Sendo assim, obtemos as igualdades: h<br />
5 = a h<br />
e <br />
x 4<br />
4<br />
2.22<br />
6<br />
= x<br />
5<br />
– a<br />
.<br />
x<br />
B<br />
B<br />
N<br />
M<br />
C<br />
A<br />
P<br />
Q<br />
D<br />
D<br />
4<br />
I<br />
H<br />
5<br />
A<br />
a<br />
x<br />
x - a<br />
C
{ { { {<br />
{ { {<br />
h<br />
5 = a 5a<br />
x = x = <br />
x<br />
h<br />
5a<br />
x = <br />
h<br />
5a<br />
<br />
h<br />
⇔ ⇔ ⇔<br />
h – a 5a<br />
= x hx = 4x – 4a h × = 4 × <br />
4 x<br />
h<br />
5a<br />
– 4a 5a + 4a = <br />
h<br />
5a<br />
= <br />
h<br />
20a<br />
<br />
h<br />
x = 5a<br />
x = <br />
h<br />
5a<br />
x = <br />
h<br />
5a<br />
<br />
h<br />
⇔ ⇔<br />
9a = 20a<br />
20a<br />
h = h = <br />
h 9a<br />
20<br />
<br />
9<br />
20 = 4 × 5 e, por outro lado, 9 = 4 + 5 .<br />
Sendo h1 a altura do muro menor e h2 a altura do muro maior, h = <br />
h1 +<br />
{ {<br />
h a h<br />
= x = 2a <br />
h2<br />
x<br />
h<br />
⇔(…)<br />
h<br />
= <br />
h<br />
x – a h1h2 h = h1 <br />
x<br />
+<br />
2<br />
h1h2 <br />
h2 .<br />
Tarefa 7 – Cones de gelado (página 23)<br />
1. A razão entre a quantidade de gelado de morango e a quantidade de gelado de pistácio é igual à razão entre<br />
os respectivos volumes. Tendo em conta que o gelado de pistácio forma um cone semelhante ao cone definido<br />
pelo copo, com metade da altura, os seus volume relacionam-se da seguinte forma:<br />
Logo, V gelado morango = 7<br />
8 V copo .<br />
Assim, Vg<br />
V<br />
= ⇔ V<br />
<br />
g<br />
V<br />
7<br />
8 Vcopo <br />
eladomorango<br />
geladopistácio<br />
h 2<br />
V gelado pistácio<br />
<br />
Vcopo<br />
= 1 2 3<br />
⇔ Vgelado pistácio = 1<br />
8 Vcopo eladomorango<br />
= 7 .<br />
geladopistácio<br />
2. A razão entre os volumes do copo e do gelado de pistácio é 2, pelo que a razão entre as respectivas alturas<br />
é 3<br />
2 . Assim:<br />
Altura copo<br />
<br />
Altura gelado pistácio<br />
= 3<br />
20<br />
2 ⇔ Alturagelado pistácio = ≈ 15,87 cm<br />
3<br />
2 3. A razão entre os volumes do copo e da primeira camada de gelado de pistácio é 4 (a primeira camada<br />
é uma de quatro partes), pelo que, sendo os respectivos cones semelhantes, a razão entre as respectivas<br />
alturas é 3<br />
4 . Desta forma:<br />
Altura copo<br />
<br />
Altura1. a camada<br />
= 3<br />
20<br />
4 ⇔ Altura1. a camada = ≈ 12,60 cm<br />
3<br />
4 25
26 • Caderno de Apoio ao Professor Y • 10. o Ano<br />
A razão entre os volumes do copo e das duas primeiras camadas de gelado em conjunto é 4<br />
, pelo que,<br />
3<br />
3<br />
sendo os respectivos cones semelhantes, a razão entre as respectivas alturas é <br />
4<br />
3 . Assim:<br />
3<br />
= <br />
4<br />
3 ⇔ Altura1. a e 2. a camadas = 20<br />
≈ 18,17 cm<br />
3<br />
<br />
4<br />
3 <br />
Alturacopo <br />
Altura1. a e 2. a camadas<br />
<br />
Concluindo, a primeira camada de gelado deve ser colocada até aproximadamente 12,60 cm de altura do<br />
copo e a segunda, a partir daí, até aproximadamente 18,17 cm de altura.<br />
Tarefa 8 – O fio mais curto (página 25)<br />
Chão da sala<br />
B A<br />
2,75<br />
d 1 = 2,75 + 7,5 + 0,25 = 10,5 m<br />
d 1<br />
7,5<br />
Chão da sala<br />
d 2<br />
AC = 2,75 + 1,5 = 4,25<br />
BC = 1,5 + 7,5 + 0,25 = 9,25<br />
d 2 = 9,25 2 + 4,25 2 ≈ 10,18<br />
0,25<br />
Parede de frente<br />
B C<br />
A<br />
BC = 1,5 + 3 + 1,5 = 6 m<br />
AC = 0,25 + 7,5 + 0,25 = 8 m<br />
d 3 = 6 2 + 8 2 = 10 m<br />
É possível fazer a ligação com 10 m de fio, passando pelo tecto, parede e chão.<br />
Tarefa 9 – Prismas (página 25)<br />
3. O volume dos prismas é dado pela expressão V = A b × a . Em todos os prismas, a altura é de 10 cm. Sendo<br />
assim, só a área da base irá fazer variar o volume de cada um dos prismas. Sugere-se que os alunos efectuem<br />
uma pequena investigação, com o auxílio do programa de geometria dinâmica Geogebra, atendendo<br />
a que o comprimento da folha de papel de 24 cm será dividido em três, quatro e seis partes iguais.<br />
1,5<br />
3<br />
B<br />
1,5<br />
C<br />
0,25<br />
Tecto<br />
d 3<br />
7,5<br />
Parede<br />
Chão<br />
A<br />
0,25
A base do prisma triangular < A base do prisma quadrangular < A base do prisma hexagonal<br />
Como a altura dos três prismas é igual, temos:<br />
V prisma triangular < V prisma quadrangular < V prisma hexagonal<br />
Prisma triangular<br />
82 = 42 + a2 ⇔ a = 48 ⇔ a = 43 cm<br />
Ab = = 163 cm2 Vprisma triangular = 163 × 10 = 1603 cm3 8 × 43<br />
<br />
2<br />
Prisma quadrangular<br />
V prisma quadrangular = 36 × 10 = 360 cm 3<br />
Prisma hexagonal<br />
42 = 22 + a2 ⇔ a = 12 ⇔ a = 23 cm<br />
Atriângulo = = 43 cm2 Ahexágono = 6 × 43 = 243 cm2 4 × 23<br />
<br />
2<br />
V prisma triangular = 243 × 10 = 2403 cm 3<br />
Tarefa 10 – Chocolates (página 27)<br />
1. Vcone = 1<br />
3 Vcilindro V total = 1<br />
3 V cilindro + V cilindro = 4<br />
3 V cilindro<br />
1<br />
2 V total = 2<br />
3 V cilindro = πr 2 × h × 2<br />
3 <br />
8<br />
Área<br />
= 27,71<br />
8<br />
6 Área = 36<br />
8 6<br />
O corte deve ser feito a 2<br />
da altura do cilindro.<br />
3<br />
4<br />
4<br />
4<br />
Área = 41,57<br />
2. Uma maneira de dividir a escultura de chocolate em duas partes iguais e, consequentemente, com<br />
o mesmo volume é dividi-la por um plano que passe pelo seu eixo.<br />
4<br />
4<br />
8<br />
4<br />
4<br />
4<br />
a<br />
2<br />
4<br />
4<br />
8<br />
4<br />
27
28 • Caderno de Apoio ao Professor Y • 10. o Ano<br />
Tarefa 11 – Aquário (página 27)<br />
1. = = = 1<br />
3 <br />
2. Vágua a acrescentar = Vcubo – V [VUTSE] ⇔ Vágua a acrescentar = <br />
2<br />
64<br />
– <br />
2<br />
1<br />
3 × 22 × 2 ⇔<br />
Vágua a acrescentar = 32 – 8<br />
3 ⇔ Vágua a acrescentar = 88<br />
dm<br />
3<br />
3<br />
4 × 4 × 4<br />
64<br />
V 3 <br />
pirâmide<br />
3<br />
Vcubo 43 64<br />
Tarefa 12 – O que cabe dentro de um cubo (página 28)<br />
3. Planificação do sólido para preencher o espaço vazio.<br />
4. Número de faces: 4; número de vértices: 4; número de arestas: 3; forma das faces: triângulos equiláteros.<br />
5. Admitindo que a é a medida da aresta do cubo.<br />
Vpirâmide = 1<br />
3 a 2<br />
a = <br />
2<br />
1<br />
6 a3 ; Vcubo = a3 Vpirâmide = 1<br />
6 Vcubo Vtetraedro = Vcubo – 4 × Vpirâmide ⇒ Vtetraedro = a3 – 4 × 1<br />
6 a3 = 1<br />
a3<br />
3<br />
Vtetraedro= 1<br />
3 Vcubo 6. Atendendo a que a distância do centro de um triângulo equilátero a qualquer dos seus vértices é 2<br />
de cada<br />
3<br />
altura, tem-se que:<br />
Vtetraedro = l 3 2<br />
, l é a aresta do tetraedro = diagonal facial do cubo<br />
12<br />
Tarefa 13 – Fardos de feno (página 29)<br />
1. Forma cilíndrica e paralelepipédica.<br />
2. Por exemplo, os fardos cilíndricos são mais adequados no manejo do próprio terreno de cultivo, sendo<br />
mais fáceis de mover, por rotação. Por outro lado, os fardos paralelepipédicos são mais adequados para o<br />
transporte e armazenamento, uma vez que se agrupam sem desperdício de espaço.<br />
3.a. V fardo cilíndrico = 0,1872π m 3 ≈ 0,588 m 3 (valor aproximado às milésimas, com π ≈ 3,1416)<br />
V fardo paralelepipédico = 0,752 m 3 .<br />
b. O agricultor poderá transportar, no máximo, 24 fardos paralelepipédicos ou 24 fardos cilíndricos.
c. Percentagem de volume não ocupado no camião transportando fardos cilíndricos ou fardos paralelepipédicos:<br />
aproximadamente 11,5%.<br />
d. Aproximadamente 147 m 3 de feno.<br />
Tarefa 14 – Bolas de snooker (página 30)<br />
1. Capacidade da caixa = 20 × 20 × 5 = 2000 cm3 Vesfera = 4<br />
3 π×2,53 = π cm3 ; V16 esferas = 16 × π = π = π cm3 Vnão ocupado = 2000 – π≈953 cm3 125<br />
125 2000 1000<br />
6<br />
6 <br />
6 3<br />
1000<br />
<br />
3<br />
2. V caixa = 20 × 10 × 10 = 2000 cm 3<br />
2000<br />
100<br />
2000 – <br />
= π , x ≈ 47,64%<br />
1000 <br />
3<br />
<br />
x<br />
Percentagem de espaço desperdiçado é de, aproximadamente, 52,4 % nos dois casos.<br />
3. P = 3π cm<br />
4. Tendo em consideração o esquema representado na figura ao lado:<br />
5 2 = 2,5 2 + a 2 ⇔ a = 5<br />
2 3 cm<br />
FE = 4 × 5<br />
2 3 =103 cm<br />
FG = 10 cm<br />
EG = 20 cm<br />
Os triângulos [EFG] e [EDC] são semelhantes. Para determinar CE :<br />
FG <br />
=<br />
EG <br />
, ou seja,<br />
ED CE <br />
10<br />
2,5<br />
= . Então, CE = 5 cm. Pelo teorema de Pitágoras, vem que CD = 5<br />
2 3<br />
20<br />
cm.<br />
CE<br />
Tarefa 15 – Como dividir um jardim (página 32)<br />
1. a. 1<br />
1 ; 1<br />
2 ; 1<br />
3 ; 1<br />
4 ; 1<br />
6 1<br />
; <br />
1 <br />
2<br />
r<br />
2,5<br />
b. 1<br />
= 1; 1 = 0,5 ; 1 = 0,(3) ; 1 = 0,25 ; 1<br />
1 2 3 4 6 = 0,1(6) ; 1<br />
= 0,(09)<br />
1<br />
c. 1<br />
1 , 1<br />
e 1 representam dízimas finitas, enquanto 1<br />
2 4 3 , 1<br />
6 e 1<br />
representam dízimas infinitas periódicas.<br />
1<br />
d. 1<br />
= 0,(3) tem período com um algarismo, 1<br />
3 6 = 0,1(6) tem período com um algarismo, 1<br />
= 0,(09) tem<br />
1<br />
período com dois algarismos.<br />
a<br />
2,5 cm<br />
A<br />
5 cm<br />
E<br />
C<br />
29<br />
D<br />
F G<br />
Dado que os triângulos [EDC] e [BHG] são congruentes, CD = BH = 5<br />
2 3 cm e CB = 20 + 53 cm.<br />
H<br />
B
30 • Caderno de Apoio ao Professor Y • 10. o Ano<br />
e. Sendo a<br />
na<br />
uma das fracções indicadas acima, deverá ser considerada qualquer fracção do tipo , n ∈ IN .<br />
b nb<br />
1 1<br />
2.a. e .<br />
23<br />
31<br />
b. Espera-se que os alunos, ainda antes de usarem a calculadora, respondam que nada se pode concluir<br />
em relação à periodicidade das dízimas obtidas usando a máquina, mesmo que algum grupo de algarismos<br />
se repita no visor. Com efeito, a máquina apresenta um número finito de algarismos significativos,<br />
não dando, portanto, nenhuma informação acerca da existência ou não de dízimas infinitas, periódicas<br />
ou não periódicas. Mas há certamente alunos que se deixarão iludir pelo que observam na máquina<br />
1<br />
1<br />
(por exemplo, tem período com 22 algarismos e tem período com 15 algarismos, pelo que nem<br />
46<br />
62<br />
sequer se observa o período completo) e que, precipitadamente, poderão responder que as dízimas são<br />
finitas, ou até infinitas não periódicas. Perante este tipo de repostas, é importante recordar também<br />
que uma fracção representa uma dízima finita ou uma dízima infinita periódica, sendo as dízimas infinitas<br />
não periódicas referentes aos números irracionais, não traduzíveis por fracções.<br />
1<br />
1<br />
c. = 0,(0434782608695652173913) ; = 0,(032258064516129)<br />
23<br />
31<br />
A realização das divisões 1 : 23 e 1 : 31 conduzirá à descoberta dos períodos das dízimas correspondentes<br />
às fracções em causa. É uma tarefa morosa que requer concentração, mas cujo resultado é interessante.<br />
É um óptimo desafio, sobretudo para os alunos que apostaram tratar-se de dízimas infinitas não periódicas.<br />
3. Pretende-se que o aluno perceba, investigando, que denominadores originam dízimas finitas. Embora o<br />
resultado da máquina de calcular não seja só por si conclusivo, pode sugerir, em cada caso, a existência de<br />
dízima finita ou infinita, o que deve ser depois confirmado pelo algoritmo da divisão.<br />
Realizando algumas experiências, espera-se que o aluno consiga concluir que, para as fracções de numerador<br />
unitário, os denominadores que procuramos são 2, 4, 5, 8, 10, 16, 20.<br />
Nas sugestões recomenda-se que, dos exemplos encontrados, se excluam os que terminam em zero. É interessante<br />
desafiar a turma a justificar a razão pela qual não é pertinente estudar estes casos. De facto, todos<br />
os números da lista terminados em zero, resultam de se acrescentar um zero a um número já referido nessa<br />
mesma lista. Por exemplo, se o denominador 2 origina uma dízima finita, então também o produto de 2<br />
por uma qualquer potência de 10 o origina:<br />
1<br />
2 = 0,5 ; 1 1<br />
= 0,05 ; = 0,005 ; etc.<br />
20<br />
200<br />
O caso em que o denominador é 1 é trivial, equivalendo a fracção a um número inteiro.<br />
Reduzindo, então, a lista para 2, 4, 5, 8, 10, 16 e 20:<br />
1<br />
= 0,5 ; 1 = 0,25 ; 1 = 0,2 ; 1<br />
2 4 5 8 = 0,125 ; 1 1<br />
1<br />
= 0,1 ; = 0,0625 ; = 0,05<br />
10<br />
16<br />
20<br />
Escrevendo outras fracções de numerador unitário verifica-se que os denominadores obtidos ou são potências<br />
de 2 (2, 4, 8, 16, 32, 64, 128…) ou de 5 (5, 25, 125, 625 …) e verifica-se que as dízimas de um grupo<br />
correspondem aos denominadores do outro.<br />
A razão desta propriedade é a seguinte:<br />
1 m<br />
Para a dízima ser finita é necessário que = , m, n IN , ou seja, p × m = 10n = 2n × 5n , o que obriga<br />
p 10n a que p e m só tenham 2 ou 5 como factores primos. Supondo que p não é divisível por 10, então só<br />
terá factores 2 ou só terá factores 5, o que obriga m a ter só factores respectivamente 5 ou 2, em mesmo<br />
número que p .
Tarefa 16 – Pentágono (página 34)<br />
1. A quadrado = 3 × 3 = 9<br />
3 × ( x – 3) 3x – 9<br />
Atriângulo [BDC] = = = <br />
2 2<br />
3x<br />
9<br />
– <br />
2 2 <br />
Apentágono = 9 + 3x<br />
9 x<br />
– = 9 + 3 <br />
2 2 2 2<br />
2. Resolver a inequação 9 x<br />
+ 3 < 18 ⇔ x < 9 e chegar a uma solução no contexto do problema de ]0; 9[ .<br />
2 2<br />
Tarefa 17 – Os frascos e a caixa (página 35)<br />
1. AC = 20 cm<br />
AB = BC = a<br />
a 2 + a 2 = 10 2 ⇔ a = 5<br />
As dimensões da caixa são (10 + 5) × (10 + 5) .<br />
2. Tendo em atenção a relação de medidas apresentadas na figura, sendo x o raio da base do novo frasco e<br />
recorrendo ao teorema de Pitágoras, (x + 5) 2 = (6 – x ) 2 + (9 – x ) 2 , ao quadrado de um binómio, a operações<br />
com polinómios e à fórmula resolvente, o aluno pode determinar o valor x = 20 – 277 cm.<br />
3. De igual modo, e numa situação idêntica à anterior mas um pouco mais estruturada, teríamos que, tendo<br />
em atenção a relação de medidas apresentadas na figura e recorrendo ao teorema de Pitágoras,<br />
(x + 5) 2 = (6 – x ) 2 + (7 – x ) 2 , ao quadrado de um binómio, a operações com polinómios e à fórmula resolvente,<br />
o aluno pode determinar o valor x = 18 – 266 cm.<br />
5 + x<br />
7 - x<br />
6 - x<br />
5 + x<br />
11 cm<br />
14 cm<br />
9 - x 14 cm<br />
6 - x<br />
C<br />
A B<br />
11 cm<br />
31
32 • Caderno de Apoio ao Professor Y • 10. o Ano<br />
Tarefa 18 – Al-Khwarizmi (página 36)<br />
1.a. Pelo método de Al-Khwarizmi:<br />
• desenhar um quadrado de lado x ;<br />
• complementá-lo com quatro rectângulos de dimensões x e 3 (resulta de 12 : 4);<br />
• para obter um novo quadrado juntamos quatro quadrados de lado 3, pintados<br />
na figura ao lado;<br />
• a área de cada um dos quadrados pintados é 9;<br />
• o conjunto formado pelo quadrado central (de lado x) com os quatro rectân -<br />
gulos faz 64;<br />
• juntando esta área de 64 às áreas dos quatro quadradinhos, obtém-se 64 + 36 , ou seja, 100 que corresponde<br />
à área do quadrado maior;<br />
• o lado do quadrado grande é 10 e ao mesmo tempo x + 6 , pelo que o lado x é 4.<br />
b. Utilizando a fórmula resolvente das equações do segundo grau:<br />
ax 2 + bx + c = 0 ⇔ x =<br />
–12 ± 400<br />
⇔<br />
2<br />
x 2 + 12x = 64x ⇔ x 2 + 12x – 64 = 0 ⇔ x = ⇔ x = <br />
⇔ x = 4 ∨ x = –16<br />
2. Vamos representar por x a largura que essa faixa de calçada portuguesa deverá ter.<br />
As dimensões da área interna são: 40 – 2x e 20 – 2x . Então terá de ser:<br />
(40 – 2x )(20 – 2x ) = 476 ⇔ 800 – 80x – 40x + 4x 2 = 476 ⇔ 4x 2 – 120x + 324 = 0 ⇔ x 2 – 30x + 81 = 0 ⇔<br />
30 ± 900 – 4 81 ×<br />
30 ± 24<br />
⇔ x = ⇔ x = ⇔ x = 27 ∨ x = 3<br />
2<br />
2<br />
Como x não pode ser 27 não é possível, porque a largura da piscina é 20, concluímos ser 3 m a largura da<br />
faixa pavimen tada.<br />
1.2 Radicais<br />
–b ± b 2 – 4ac<br />
<br />
2a<br />
–12 ± 144 – 4 1 × (–64) ×<br />
<br />
2<br />
Tarefa 19 – Radicais (página 58)<br />
1.a. b. Após a decomposição dos números 81, 24 e 375 em factores primos, o aluno deve escrever os radicais<br />
na forma 3<br />
3 4 – 5 3<br />
2 3× 3 – 10 3<br />
3 × 5 3 .<br />
c. e d. Posteriormente, e com a aplicação das propriedades, teremos 3<br />
3 3 × 3<br />
3 – 5 3<br />
2 3 × 3<br />
3 – 10 3<br />
3 ×<br />
× 3<br />
5 3 = 3 3<br />
3 – 10 3<br />
3 – 50 3<br />
3 . Desta forma, a expressão pode ser simplificada, resultando em<br />
–57 3<br />
3 .<br />
2. Por outro lado, considerando a expressão 3 3<br />
3 – 2 × 5 3<br />
3 – 10 × 5 3<br />
3 e passando os factores para dentro<br />
do radical, teríamos 3<br />
3 4 – 3<br />
2 3×3×5 3 – 3<br />
3 5 × 3× 10 3 , que é igual a 3<br />
81 – 3<br />
524 – 10 3<br />
375 .<br />
3<br />
x<br />
x<br />
3<br />
3<br />
3
Tarefa 20 – Racionalização (página 60)<br />
1.a. A variável x pode assumir qualquer valor racional positivo.<br />
1<br />
b. Sendo x = 2 , = <br />
2 .<br />
2<br />
c. 1 = <br />
x<br />
x<br />
x<br />
2<br />
d. A variável x pode assumir qualquer valor racional positivo.<br />
2. No caso de termos a fracção 1 : 1<br />
= = em que a variável x pode tomar qualquer<br />
5<br />
5<br />
x<br />
valor racional excepto o zero.<br />
3.a e b. A multiplicação do numerador e do denominador por –3 + xy só resultaria na racionalização da<br />
fracção para o caso específico em que xy = a2<br />
12x –3 +<br />
, a ∈ IN , a 3 , pois <br />
xy <br />
=<br />
3<br />
3 – xy–3 + xy<br />
<br />
–12x 3 + 12x 12x<br />
= <br />
xy<br />
. Em geral, para se racionalizar o denominador da fracção ,<br />
–3 + 23xy –xy<br />
3 – xy <br />
teríamos de multiplicar o denominador e o numerador pela expressão conjugada de 3 – xy , que é<br />
3 + xy . Para xy = 3n , como 3n = a2<br />
é equivalente a a<br />
3<br />
2 = 3n + 1 , a racionalização é possível quando<br />
n é ímpar.<br />
c. Outra forma de racionalizar a fracção é multiplicar o denominador e o numerador por –3 – xy .<br />
12x –3 – 12x –3 –<br />
d. <br />
xy<br />
= <br />
xy<br />
. Racionalizando a fracção recorrendo à expressão<br />
3 – xy–3 – xy –3 + xy<br />
12x 3 + 12x 3 +<br />
conjugada do denominador, obtém-se <br />
xy<br />
xy<br />
e, de facto, =<br />
3 – xy<br />
3 – xy<br />
12x –3 –<br />
= <br />
xy<br />
.<br />
–3 + xy<br />
x – y<br />
x + y<br />
4. Para racionalizarmos a fracção podemos multiplicar o denominador por x – y ou por<br />
x – y 2<br />
–x + y, obtendo-se, em ambos os casos, .<br />
x – y<br />
x 4 <br />
5.a. No caso da variável x assumir valores inferiores a 1, a raiz x– 1 ficaria com o radicando negativo e,<br />
como sabemos, quando o índice do radical é par, o seu radicando só pode assumir valores maiores ou<br />
iguais a zero.<br />
x<br />
b. Para racionalizar o denominador da fracção , multiplicamos o numerador e<br />
x+ 1 – x– 1<br />
o denominador pelo conjugado deste último, que é x+ 1 + x– 1 .<br />
x 4 <br />
x(x+ 1 + x– 1)<br />
<br />
(x+ 1 – x– 1) (x+ 1 + x– 1)<br />
x<br />
x<br />
1 × 5<br />
5<br />
x 4 × 5<br />
x(x+ 1 + x– 1)<br />
= =<br />
(x+ 1) – (x– 1) 2<br />
5<br />
x<br />
x(x+ 1 + x– 1)<br />
<br />
2<br />
33
34 • Caderno de Apoio ao Professor Y • 10. o Ano<br />
<strong>Tema</strong> 1 – Geometria no plano e no espaço I<br />
1.1 Resolução de problemas de geometria no plano e no espaço<br />
Tarefa de introdução (página 70)<br />
1.<br />
n α p<br />
3 60 o 6<br />
4 90 o 4<br />
5 108 o ––<br />
6 120 o 3<br />
2. Não faz sentido considerar n = 1 e n = 2 na tabela anterior, pois n representa o número de lados do polígono<br />
e o número mínimo de lados de um polígono é 3.<br />
3. Os triângulos utilizados em pavimentações regulares têm de ser equiláteros, únicos triângulos que são polígonos<br />
regulares.<br />
4. Os triângulos, quadrados e hexágonos são os únicos polígonos regulares capazes de pavimentar um plano.<br />
3 × 180<br />
n = 5 : <br />
5<br />
o<br />
= 540<br />
5<br />
o<br />
= 108o 6 × 180<br />
; n = 8 : <br />
8<br />
o<br />
= 135o Com estes valores, facilmente se verifica que não é possível efectuar pavimentações com pentágonos e<br />
octógonos, sem que existam buracos ou sobreposições, uma vez que nenhum múltiplo inteiro de 108 o ou 135 o<br />
é igual a 360 o .<br />
Admitindo a utilização de dois ou mais polígonos regulares teremos outras possibilidades de construir<br />
pavimentações.<br />
Será de todo o interesse a construção de outros exemplos por parte dos alunos a partir deste tópico. Relativamente<br />
à pergunta específica, podemos combinar hexágonos e triângulos uma vez que um hexágono se<br />
decompõe em seis triângulos equiláteros (se o hexágono for regular), e também quadrados com os outros dois<br />
polígonos. Repare-se que podemos decompor 360 o = 90 o + 90 o + 3 × 60 o juntando dois quadrados e três<br />
triângulos, por exemplo, ou dois quadrados, um hexágono e um triângulo (estes últimos não ficariam com<br />
tantas simetrias).<br />
Na figura seguinte apresenta-se uma pavimentação constituída por quadrados e octógonos regulares.<br />
Tarefa 1 – Perspectiva cavaleira (página 68)<br />
Nesta tarefa sugere-se aos alunos a construção de um cubo em perspectiva cavaleira, de forma que estes<br />
aprendam a desenhar figuras tridimensonais, avaliando a necessidade da existência de regras na sua construção,<br />
para que essas representações se aproximem tanto quanto possível da visão que se tem desse sólido no<br />
espaço.
Tarefa 2 – Cortes e mais cortes em cubos (página 79)<br />
1.<br />
a. b. c.<br />
A<br />
Triângulo isósceles Triângulo escaleno Triângulo equilátero<br />
d. e. f.<br />
Rectângulo Quadrado Rectângulo<br />
g. h. i.<br />
A<br />
A<br />
C<br />
C<br />
B<br />
B<br />
C<br />
B<br />
30° 50°<br />
A<br />
A<br />
C<br />
B<br />
A<br />
Trapézio Paralelogramo Trapézio isósceles<br />
B<br />
C<br />
B<br />
C<br />
A<br />
B<br />
A<br />
B<br />
35<br />
C<br />
C<br />
C<br />
A<br />
B
2.<br />
3.<br />
36 • Caderno de Apoio ao Professor Y • 10. o Ano<br />
j. k. l.<br />
Pentágono Paralelogramo Losango<br />
a. b.<br />
Pentágono Hexágono<br />
a. b.<br />
Triângulo Trapézio<br />
Tarefa 3 – Quadriláteros resultantes de cortes no cubo (página 81)<br />
1. Os quadriláteros obtidos na sequência dos planos de corte descritos são: trapézio, trapézio isósceles e<br />
losango, respectivamente.<br />
2.a. Nesta questão pretende-se que, com a construção de um cubo em perspectiva cavaleira, o aluno interiorize<br />
as propriedades inerentes à sua construção.<br />
b.<br />
C<br />
B<br />
A<br />
d<br />
A<br />
B<br />
C<br />
C<br />
B<br />
A<br />
C<br />
D A<br />
E<br />
B<br />
G H<br />
C<br />
B<br />
F<br />
A<br />
B<br />
d<br />
C<br />
B<br />
C<br />
A<br />
C<br />
B<br />
A
c. A = 92 cm 2 ; P = 6 + 62 cm<br />
d. O corte intersecta as seis faces do cubo contendo duas diagonais faciais.<br />
3.a. O polígono obtido é um paralelogramo.<br />
b. Obter-se-ia um quadrado.<br />
c. A afirmação é verdadeira. Todos os quadriláteros obtidos por corte num cubo têm de ter pelo menos dois<br />
lados paralelos, pois têm de intersectar pelo menos um par de faces paralelas.<br />
Os quadriláteros só com um par de lados paralelos são os trapézios.<br />
Os quadriláteros obtidos por corte de um cubo em dois pares de lados paralelos são paralelogramos.<br />
Podem ser rectângulos, quadrados ou losangos.<br />
Tarefa 4 – Cortes num tetraedro (página 82)<br />
1.a. No mínimo, três faces são cortadas por um plano de corte num tetraedro e no máximo, quatro, dado que<br />
o tetraedro tem quatro faces.<br />
b. Quadriláteros e triângulos.<br />
2.a. II – (B) ; III – (A)<br />
2.b. e d.<br />
7 cm<br />
4,5 cm<br />
A<br />
T<br />
E<br />
A<br />
T<br />
A<br />
N<br />
N<br />
B C<br />
F<br />
B C<br />
D<br />
P<br />
P<br />
N<br />
T F<br />
1 cm M<br />
E H<br />
F<br />
M<br />
M<br />
B C<br />
P<br />
H<br />
E H<br />
D<br />
D<br />
Q<br />
Q<br />
Q<br />
G<br />
G<br />
G<br />
C<br />
D A<br />
T<br />
E<br />
G H<br />
B<br />
F<br />
37<br />
Se ET = 4,5 cm = 1<br />
AE , então,<br />
2<br />
MN = 1<br />
2 × 9 2 = 9<br />
2 2 e, igualmente, MQ = 9<br />
2 2 cm2 Então:<br />
A [MNPQ ] = 9<br />
2 2 × 9<br />
2 2 = 81<br />
cm2 2<br />
P [MNPQ ] = 2 9<br />
2 2 + 9<br />
2 2<br />
= 182cm<br />
Se ET = 1 cm = 1<br />
AE , então, MN = 1<br />
9 9 × 92 = 2 cm<br />
e MQ = 8<br />
EG = 8<br />
9 9 92 = 82 cm<br />
Então:<br />
A [MNPQ ] = 2 × 82 = 16 cm 2<br />
P [MNPQ ] = 22 + 82 = 182 cm<br />
Se ET = 7 cm = 7<br />
AE , então, MN = 7<br />
9 9 × 92 = 72cm<br />
e MQ = 2<br />
EG = 2<br />
9 9 × 92 = 22 cm<br />
Então:<br />
A [MNPQ ] = 72 × 22 = 28 cm 2<br />
P [MNPQ ] = 222 + 72 = 182 cm
38 • Caderno de Apoio ao Professor Y • 10. o Ano<br />
c. Através de uma planificação do tetraedro regular torna-se evidente que o perímetro de todos os rectângulos<br />
é P = 2 × aresta do tetraedro e P = 22 × aresta do cubo .<br />
Tarefa 5 – Poliedros truncados (página 84)<br />
1. (10 – 2a) 2 = a 2 + a 2 ⇔ 2a 2 – 40a + 100 = 0 ⇔ 20a + 50 = 0<br />
Aplicando a fórmula resolvente vamos obter duas soluções, 10 – 52 cm<br />
e 10 + 52 cm, sendo 10 – 52 cm a solução válida no contexto do<br />
problema, pois 10 + 52 > 10 .<br />
Vcubo truncado = Vcubo – 8Vpirâmide = 1000 – 8 × cm3 (10 – 52) 3<br />
<br />
6<br />
2. As arestas do cuboctaedro medem metade do comprimento das do octaedro (por semelhança de triân gulos).<br />
Basta determinar o volume de uma pirâmide («metade» do octaedro), V pirâmide 1, para obter o volume do<br />
octaedro, ao qual se subtrai, posteriormente, seis vezes o volume de uma pirâmide semelhante à primeira,<br />
com razão de semelhança 2, V pirâmide 2 . Assim, se pode chegar ao volume do cuboctaedro.<br />
Voctaedro = 2 × Vpirâmide 1 = 2 × 1<br />
3 × 102 × 52 = cm3 10002<br />
<br />
3<br />
A altura da pirâmide considerada na determinação do volume anterior é metade da diagonal de um quadrado<br />
de lado 10 cm.<br />
Vcuboctaedro = Voctaedro – 6 × Vpirâmide 2 = – 1<br />
2 3<br />
× = cm3 5002 6252<br />
<br />
3 2<br />
Tarefa 6 – Cortes num octaedro (página 85)<br />
1.a. P [ABCD ] = 40 cm e P [GJIH ] = 20 cm.<br />
2.a.<br />
b. O perímetro de [ABCD ] é o dobro do perímetro de [GJIH ] .<br />
c. A razão entre as áreas é de 4.<br />
d. Pelo plano de corte que contém os pontos A, B e C obtém-se um quadrado.<br />
D<br />
C<br />
O<br />
E<br />
10<br />
A<br />
B<br />
M<br />
OA = 5 2 + 5 2 = 50 = 52<br />
OE = 5 2 + (52) 2 = 52<br />
10002<br />
<br />
3<br />
a<br />
a<br />
10 - 2a<br />
a
. Consideremos M o ponto médio de [AB ] .<br />
EM = 5 2 + (52) 2 = 75 = 53 cm<br />
A [ABE ] = = 253 cm2 10 × 53<br />
<br />
2<br />
A lateral pirâmide = 4 × 253 = 1003 cm 2<br />
c. A octaedro = 2 × A lateral pirâmide = 2003 cm 2<br />
d. V [ABCDE] = 500<br />
2 cm<br />
3<br />
3<br />
e. Voctaedro = 1000<br />
52 cm<br />
3<br />
3<br />
3. Recorrendo à razão existente entre as arestas, áreas e volumes podemos concluir que a razão =<br />
= 1<br />
2 3<br />
.<br />
Por esse motivo, V [GJIHE ] = 1252<br />
. Desta forma, temos que o volume do maior sólido originado é<br />
6<br />
18752<br />
= <br />
6<br />
625<br />
<br />
V[ABCDE]<br />
2<br />
.<br />
2<br />
Tarefa 7 – Dual do octaedro (página 86)<br />
1.a. BT = 43<br />
b. BJ = 2<br />
BT , isto é , BJ = .<br />
3<br />
c. HJ = 1<br />
<br />
3<br />
6<br />
cm<br />
3<br />
82<br />
d. a = cm<br />
3<br />
2. Aresta do octaedro = aresta do cubo .<br />
2<br />
3.a. BO = 42 cm<br />
32<br />
83<br />
b. Acubo = 256<br />
cm2<br />
3<br />
c. Aface = = 163 cm2 ; Aoctaedro = 1283 cm2 8 × 43 <br />
2<br />
33<br />
4. Aoctaedro = Acubo 5. O volume do cubo é cm3 e o volume do octaedro 512<br />
<br />
2<br />
10242<br />
2<br />
<br />
27<br />
3<br />
cm 3 .<br />
39<br />
V [GJIHE]
40 • Caderno de Apoio ao Professor Y • 10. o Ano<br />
6. V octaedro = 9<br />
2 V cubo<br />
7.a. O volume do cubo é a 3 e o volume do octaedro de 9<br />
2 a3 .<br />
b. V octaedro = 9<br />
2 V cubo<br />
8. É a mesma.<br />
Tarefa 8 – Stella octangula (página 87)<br />
1. O volume do cubo é de 1000 cm3 .<br />
2. O volume do tetraedro é 1<br />
do volume do cubo.<br />
3<br />
3. V [BGCA] = 1000<br />
cm<br />
3<br />
3<br />
4. Temos que FN = 1<br />
BA , por isso o seu volume será 1 do volume do tetraedro maior. Como vimos<br />
2 8<br />
anteriormente, o volume do tetraedro maior é de V [BGCA] = 1000<br />
cm<br />
3<br />
3 , portanto o volume de V [FGHN] =<br />
= 1000<br />
cm<br />
24<br />
3 = 125<br />
cm<br />
3<br />
3 . A razão de semelhança é 1<br />
.<br />
2<br />
5. A intersecção dos dois tetraedros encaixados é o octaedro dual do cubo [AJCODBLG] .<br />
O Voctaedro = 1<br />
2 V [BGCA] = Vcubo , sendo assim, Voctaedro = 500<br />
cm<br />
3<br />
3 1<br />
.<br />
6<br />
6. O volume da stella octangula é:<br />
V stella = V octaedro + 8V [FGHN ] = 1<br />
2 × 8V [FGHN] + 8V [FGHN] = 12V [FGHN ] = 500 cm 3<br />
7. V stella = 1<br />
2 V cubo<br />
Tarefa 9 – Superfícies e sólidos de revolução (página 89)<br />
1. C e B .<br />
2.a. Um cilindro.<br />
b. O volume do cilindro é de (4 + 45)π .<br />
Tarefa de investigação – Sólidos arquimedianos (página 107)<br />
Com esta proposta de trabalho de investigação, pretende-se que os alunos aprofundem os seus conhecimentos<br />
sobre os sólidos geométricos, concretamente sobre os sólidos platónicos, os sólidos arquimedianos<br />
(obtidos por truncatura dos platónicos) e os sólidos de Catalan (duais dos arquimedianos).<br />
Sólidos arquimedianos<br />
Os sólidos de Arquimedes (ou arquimedianos) ou poliedros semi-regulares são poliedros convexos cujas<br />
faces são polígonos regulares de mais de um tipo. Todos os seus vértices são congruentes, isto é, existe o<br />
mesmo arranjo de polígonos em torno de cada vértice. Além disso, todo o vértice pode ser transformado em
outro vértice por uma simetria do poliedro. Existem 13 sólidos arquimedianos, dois quais 11 são obtidos por<br />
truncatura dos sólidos platónicos – truncar significa cortar e retirar uma parte de um sólido (sendo essa parte<br />
ainda um sólido). A truncatura dos sólidos platónicos consiste num corte dos vértices, obtendo-se novas faces<br />
que são ainda polígonos regulares – e dois são obtidos por snubificação de sólidos platónicos. A snubificação<br />
de um poliedro é uma operação sobre um poliedro que permite obter outro poliedro. A operação consiste em<br />
afastar todas as faces do poliedro, rodá-las um certo ângulo (normalmente 45 o ) e preencher os espaços vazios<br />
resultantes com polígonos triângulos, rectângulos, pentágonos, etc.). O caso especial de uma snubificação<br />
sem rotação chama-se uma expansão do sólido.<br />
Cubo snub<br />
Número de faces: 38 (6 quadrados, 32 triângulos)<br />
Número de vértices: 24<br />
Número de arestas: 60<br />
Dual: icositetraedro pentagonal (sólido de Catalan)<br />
Cubo truncado<br />
Número de faces: 14 (6 octógonos, 8 triângulos)<br />
Número de vértices: 24<br />
Número de arestas: 36<br />
Dual: octaedro triakis (sólido de Catalan)<br />
Cuboctaedro<br />
Número de faces: 14 (6 quadrados, 8 triângulos)<br />
Número de vértices: 12<br />
Número de arestas: 24<br />
Dual: dodecaedro rômbico (sólido de Catalan)<br />
41<br />
Cuboctaedro truncado<br />
Outros nomes: cuboctaedro rombitruncado, grande rombicuboctaedro<br />
Número de faces: 26 (6 octógonos, 8 hexágonos, 12 quadrados)<br />
Número de vértices: 48<br />
Número de arestas: 72<br />
Dual: dodecaedro disdiakis (sólido de Catalan)<br />
Dodecaedro truncado<br />
Número de faces: 32 (12 decágonos, 20 triângulos)<br />
Número de vértices: 60<br />
Número de arestas: 90<br />
Dual: icosaedro triakis (sólido de Catalan)
42 • Caderno de Apoio ao Professor Y • 10. o Ano<br />
Icosaedro truncado<br />
Número de faces: 32 (12 pentágonos, 20 hexágonos)<br />
Número de vértices: 60<br />
Número de arestas: 90<br />
Dual: dodecaedro pentakis (sólido de Catalan)<br />
Icosidodecaedro<br />
Número de faces: 32 (12 pentágonos, 20 triângulos)<br />
Número de vértices: 30<br />
Número de arestas: 60<br />
Dual: triacontaedro rômbico (sólido de Catalan)<br />
Icosidodecaedro snub<br />
Outro nome: dodecaedro snub<br />
Número de faces: 92 (12 pentágonos, 80 triângulos)<br />
Número de vértices: 60<br />
Número de arestas: 150<br />
Dual: hexecontaedro pentagonal (sólido de Catalan)<br />
Icosidodecaedro truncado<br />
Outros nomes: icosidodecaedro rombitruncado, grande rombicosidodecaedro<br />
Número de faces: 62 (12 decágonos, 20 hexágonos, 30 quadrados)<br />
Número de vértices: 120<br />
Número de arestas: 180<br />
Dual: triacontaedro disdiakis (sólido de Catalan)<br />
Octaedro truncado<br />
Número de faces: 14 (6 quadrados, 8 hexágonos)<br />
Número de vértices: 24<br />
Número de arestas: 36<br />
Dual: hexaedro tetrakis (sólido de Catalan)<br />
Rombicosidodecaedro<br />
Outro nome: pequeno rombicosidodecaedro<br />
Número de faces: 62 (12 pentágonos, 30 quadrados, 20 triângulos)<br />
Número de vértices: 60<br />
Número de arestas: 120<br />
Dual: hexecontaedro deltoidal (sólido de Catalan)
Rombicuboctaedro<br />
Outro nome: pequeno rombicuboctaedro<br />
Número de faces: 26 (8 triângulos, 18 quadrados)<br />
Número de vértices: 24<br />
Número de arestas: 48<br />
Dual: icositetraedro deltoidal (sólido de Catalan)<br />
Tetraedro truncado<br />
Número de faces: 8 (4 triângulos, 4 hexágonos)<br />
Número de vértices: 12<br />
Número de arestas: 18<br />
Dual: tetraedro triakis (sólido de Catalan)<br />
Esses sólidos foram estudados por Arquimedes (287-252 a.C.), no entanto, os escritos originais deste autor<br />
estão perdidos. O quinto livro da Colecção Matemática, do matemático grego Pappus de Alexandria (cerca<br />
de 290–350), faz referência aos estudos de Arquimedes sobre esses sólidos.<br />
Os sólidos arquimedianos foram gradualmente redescobertos durante o Renascimento, por vários artistas.<br />
Em 1619, na obra Harmonices Mundi, Johannes Kepler (1571-1630) apresentou um estudo sistematizado<br />
sobre essa categoria de sólidos.<br />
Sólidos de Catalan<br />
O nome «sólidos de Catalan» deve-se ao matemático belga Eugène Charles Catalan, que apresentou a lista<br />
dos duais dos poliedros arquimedianos num texto publicado em 1865.<br />
Dodecaedro disdiakis<br />
Outro nome: octaedro hexakis<br />
Número de faces: 48 (48 triângulos escalenos)<br />
Número de vértices: 26<br />
Número de arestas: 72<br />
Dual: cuboctaedro truncado (sólido de Arquimedes)<br />
Dodecaedro pentakis<br />
Número de faces: 60 (60 triângulos isósceles)<br />
Número de vértices: 32<br />
Número de arestas: 90<br />
Dual: icosaedro truncado (sólido de Arquimedes)<br />
Dodecaedro rômbico<br />
Número de faces: 12 (12 losangos)<br />
Número de vértices: 14<br />
Número de arestas: 24<br />
Dual: cuboctaedro (sólido de Arquimedes)<br />
43
44 • Caderno de Apoio ao Professor Y • 10. o Ano<br />
Hexaedro tetrakis<br />
Outro nome: tetrahexaedro<br />
Número de faces: 24 (24 triângulos isósceles)<br />
Número de vértices: 14<br />
Número de arestas: 36<br />
Dual: octaedro truncado (sólido de Arquimedes)<br />
Hexecontaedro deltoidal<br />
Outros nomes: hexecontaedro trapezoidal<br />
Número de faces: 60 (60 quadriláteros)<br />
Número de vértices: 62<br />
Número de arestas: 120<br />
Dual: rombicosidodecaedro (sólido de Arquimedes)<br />
Hexecontaedro pentagonal<br />
Número de faces: 60 (60 pentágonos irregulares)<br />
Número de vértices: 92<br />
Número de arestas: 150<br />
Dual: icosidodecaedro snub (sólido de Arquimedes)<br />
Icosaedro triakis<br />
Número de faces: 60 (60 triângulos isósceles)<br />
Número de vértices: 32<br />
Número de arestas: 90<br />
Dual: dodecaedro truncado (sólido de Arquimedes)<br />
Icositetraedro deltoidal<br />
Outro nome: icositetraedro trapezoidal<br />
Número de faces: 24 (24 quadriláteros)<br />
Número de vértices: 26<br />
Número de arestas: 48<br />
Dual: rombicuboctaedro (sólido de Arquimedes)<br />
Icositetraedro pentagonal<br />
Número de faces: 24 (24 pentágonos irregulares)<br />
Número de vértices: 38<br />
Número de arestas: 60<br />
Dual: cuboctaedro snub (sólido de Arquimedes)<br />
Octaedro triakis<br />
Número de faces: 24 (24 triângulos isósceles)<br />
Número de vértices: 14<br />
Número de arestas: 36<br />
Dual: cubo truncado (sólido de Arquimedes)
Tetraedro triakis<br />
Número de faces: 12 (12 triângulos isósceles)<br />
Número de vértices: 8<br />
Número de arestas: 18<br />
Dual: tetraedro truncado (sólido de Arquimedes)<br />
Triacontaedro disdiakis<br />
Número de faces: 120 (120 triângulos escalenos)<br />
Número de vértices: 62<br />
Número de arestas: 180<br />
Dual: icosidodecaedro truncado (sólido de Arquimedes)<br />
Triacontaedro rômbico<br />
Número de faces: 30 (30 losangos)<br />
Número de vértices: 32<br />
Número de arestas: 60<br />
Dual: icosidodecaedro (sólido de Arquimedes)<br />
Na questão 3. propõe-se ao aluno que investigue as relações métricas entre as arestas de um sólido de<br />
Arquimedes e do seu correspondente sólido platónico.<br />
Por exemplo, o icosaedro truncado resulta de truncar o icosaedro platónico, que deixa<br />
de ter faces triangulares, passando a ter 12 faces pentagonais e 20 faces hexagonais.<br />
Em todos os 12 vértices do icosaedro concorrem cinco faces triangulares. A truncatura<br />
deve ser feita a 1<br />
da aresta a contar do vértice que se está a truncar. Os pentágonos<br />
3<br />
são a secção plana resultante de cada truncatura enquanto que os hexágonos ficam no plano<br />
das faces triangulares do icosaedro e resultam dos três cortes a que cada triângulo é sujeito.<br />
Assim, sendo os hexágonos e os pentágonos regulares, as arestas do icosaedro truncado, são 1<br />
das arestas<br />
3<br />
do icosaedro.<br />
Estas sugestões podem ser complementadas como todos os conteúdos referentes aos sólidos geométricos<br />
constantes na secção referente ao tema 1 da Aula Digital.<br />
45
46 • Caderno de Apoio ao Professor Y • 10. o Ano<br />
Tarefa de investigação – Stomachion (página 108)<br />
Pensa-se que o stomachion é o puzzle mais antigo do mundo. A sua invenção é atribuída a Arquimedes de<br />
Siracusa (287-212 a.C.). É um puzzle geométrico muitas vezes referido por Loculus de Archimedes (a caixa de<br />
Arquimedes). Não se conhece o significado preciso da palavra stomachion, que tem a mesma raíz que a<br />
palavra grega para estômago. A informação sobre este quebra-cabeças chegou-nos através de dois manuscritos<br />
muito incompletos (copiados de manuscritos anteriores que se perderam), mas que permitem construí-lo e<br />
observar algumas das suas características. Parece que Arquimedes fez um estudo bastante completo do quebra-cabeças,<br />
mas esse estudo não resistiu aos muitos séculos de guerras, pilhagens e destruições.<br />
1. Pode sugerir-se aos alunos que acedam ao stomachion dinâmico incluído na Aula Digital, na secção referente<br />
ao tema Geometria, e desafiá-los a encontrar algumas das milhares de soluções deste puzzle (entende-se<br />
por solução qualquer justaposição das peças que forme um quadrado), como a que se segue:<br />
2. O cálculo da área total do puzzle construído na folha quadriculada poderá ser feito considerando-o construído<br />
sobre um quadrado de 12 unidades de lado, pelo que tem 144 unidades quadradas de área.<br />
Numerando cada uma das peças do stomachion, como se sugere na imagem abaixo, podem calcular-se as<br />
áreas das peças aplicando o teorema de Pick: a área de uma figura poligonal cujos vértices são os de uma<br />
quadrícula regular (de lado unitário) é igual ao número de vértices da quadrícula que se encontram no interior<br />
da figura mais metade do número de vértices que se encontram sobre a linha limite da figura a que se<br />
retira uma unidade.<br />
Obtém-se então:<br />
1<br />
12<br />
7<br />
13<br />
2<br />
8<br />
3<br />
9<br />
4<br />
10 11<br />
14<br />
5<br />
6<br />
A1 = 5 + 16<br />
– 1 = 12<br />
2<br />
A8 = 13 + 18<br />
– 1 = 21<br />
2<br />
A2 = 7 + 12<br />
– 1 = 12<br />
2<br />
A9 = 2 + 10<br />
– 1 = 6<br />
2<br />
A3 = 2 + 10<br />
– 1 = 6<br />
2<br />
A10 = 3 + 8<br />
– 1 = 6<br />
2<br />
A4 = 7 + 12<br />
– 1 = 12<br />
2<br />
A11 = 4 + 12<br />
– 1 = 9<br />
2<br />
A5 = 18 + 14<br />
– 1 = 24<br />
2<br />
A12 = 4 + 6<br />
– 1 = 6<br />
2<br />
A6 = 1 + 6<br />
– 1 = 3<br />
2<br />
A13 = 8<br />
– 1 = 3<br />
2<br />
A7 = 9 + 8<br />
– 1 = 12<br />
2<br />
A14 = 7 + 12<br />
– 1 = 12<br />
2<br />
De facto, verifica-se que, como não poderia deixar de ser, a soma das áreas das peças é 144.<br />
Pode sugerir-se aos alunos que confirmem os resultados obtidos por aplicação do teorema de Pick, calculando<br />
as áreas tradicionalmente, tomando para unidade a medida do lado de cada quadrícula e decompondo<br />
cada polígono adequadamente, sempre que seja útil.
Com base na área das peças, pode obter-se a razão entre a área de cada peça e a área total do puzzle, isto é,<br />
cada fracção de área total do puzzle que cada peça ocupa. Assim:<br />
1<br />
• Peças de área 3: 48<br />
1<br />
• Peças de área 12: 12<br />
1<br />
• Peças de área 24: 16<br />
1<br />
• Peças de área 6: 24<br />
7<br />
• Peça de área 21: 48<br />
Tem ainda interesse sugerir aos alunos que verifiquem que a soma das fracções de áreas correspondentes a<br />
cada peça é, obviamente, 1.<br />
Por outro lado, é também muito pertinente questionar os alunos se as razões se manteriam independentemente<br />
do tamanho do puzzle, isto é, se as razões obtidas só são válidas para um puzzle de 12 × 12 . De<br />
facto, ao variarmos o tamanho do puzzle devemos fazê-lo proporcionalmente, pelo que as peças obtidas são<br />
sempre semelhantes e, consequentemente, as razões são mantidas.<br />
1.2 Geometria analítica<br />
Tarefa de introdução – Os referenciais e a Geografia (página 110)<br />
Esta actividade mostra uma das aplicações dos referenciais e permite aos alunos efectuar a localização de<br />
pontos num mapa utilizando um referencial.<br />
Se não fossem considerados como eixos referenciais o meridiano de Greenwich ou o equador, as coordenadas<br />
indicadas poderiam ter outros valores. Por esse mesmo motivo, é importante conhecer o referencial<br />
considerado para que se consigam marcar as coordenadas.<br />
Tarefa 10 – Simetrias no plano (página 115)<br />
Esta actividade antecede a exploração das simetrias relativamente a um dos eixos coordenados e com ela<br />
pretende-se que, com apenas os conhecimentos adquiridos e uma definição de simetria axial, o aluno descubra<br />
os conceitos de simetria que posteriormente serão generalizados no desenvolvimento do tema.<br />
Nas justificações solicitadas, o aluno deve adequar a definição de simetria a cada uma das situações. Por<br />
exemplo, na alínea 1.b. e no que respeita ao ponto A o aluno deve dizer:<br />
• AA' é concorrente com o eixo Ox .'<br />
• AA' ⊥ Ox<br />
• A e A' são equidistantes de Ox .<br />
1. 2.<br />
B'<br />
B<br />
A''<br />
A'''<br />
y<br />
A<br />
A'<br />
B'''<br />
x<br />
B''<br />
y = -x<br />
Q<br />
R'<br />
No final, o aluno deve tentar estabelecer uma relação entre os pontos, os seus simétricos e as respectivas<br />
coordenadas.<br />
y<br />
Q'<br />
R<br />
P'<br />
S<br />
y = x<br />
P<br />
S'<br />
x<br />
47
48 • Caderno de Apoio ao Professor Y • 10. o Ano<br />
Tarefa 11 – Referenciais e pontos simétricos (página 119)<br />
1.a. 1.b.<br />
c. Determina-se a mediatriz do segmento [AC ] , para marcar o eixo Oy ,<br />
dado que se pretende que A e C sejam simétricos relativamente a este<br />
eixo. De seguida, marca-se o eixo Ox , bastando para isso que este seja<br />
perpendicular a Oy , por exemplo:<br />
d. Para se colocar o triângulo num referencial de forma a que os vértices J<br />
e L sejam simétricos relativamente à bissectriz dos quadrantes ímpares,<br />
deve considerar-se um referencial em que J (O, a) e L(a, O) , por<br />
exemplo. O outro vértice terá as coordenadas impostas pela geometria<br />
do triângulo, a bissectriz dos quadrantes ímpares será a mediatriz do<br />
segmento [LJ] , permitindo assim recordar a noção de mediatriz leccionada<br />
no 8. o ano e posteriormente formalizada na página 139 do manual.<br />
2.a. G e K . b. G e C . c. F e N . d. I e M . e. P e N .<br />
f. K . Sim. A simetria, relativamente à origem do referencial.<br />
Tarefa 12 – Pátio dos Quintalinhos (página 129)<br />
1.a. –8 x 8 ∧ –6 y 6<br />
b.<br />
H<br />
O<br />
J K<br />
y<br />
14<br />
6<br />
-14<br />
-8 0<br />
-6<br />
8<br />
-14<br />
I<br />
14<br />
x<br />
D<br />
F<br />
O<br />
E<br />
G<br />
M<br />
y<br />
O<br />
C<br />
x<br />
A B<br />
y<br />
J<br />
O<br />
L<br />
x
c. x < –8 ∨ x > 8 ∨ y < –6 ∨ y > 6<br />
2.a. (x –8 ∨ x 8 ∨ y –6 ∨ y 6) ∧ (–14 x 14 ∧ –14 y 14)<br />
b. (x > –8 ∧ x < 8 ∧ y >–6 ∧ y < 6) ∨ (x < –14 ∨ x > 14 ∨ y > 14 ∨ y < –14)<br />
3.a. A corredor = 32 dm 2<br />
b. A prédio = 560 dm 2<br />
c. A pátio = 192 dm 2<br />
4.a. r = 1<br />
6 <br />
b. r =<br />
Tarefa 13 – Distância entre dois pontos no plano (página 135)<br />
1.1.a. d (A, B ) = 9 b. d (B, C) = 5<br />
1.2. Triângulo rectângulo em B porque o referencial é ortonormado.<br />
1.3. d (A, C ) = 106<br />
2.a. A(x 1, y 1) ; B(x 2, y 2) ; C (x 2, y 1)<br />
b. d (A, C ) = |x2 – x1| ; d (C, B) = |y2 – y1| c. d (A, B ) = (x 2– x 1) 2+ (y 2 – y 1) 2 Tarefa 14 – A iluminação de um consultório (página 137)<br />
1.a. O comprimento de fio necessário, sabendo que se quer gastar a menor quantidade de fio possível, é de<br />
(3,5) 2 + 1 = 13,25 3,64 m .<br />
1.b. 4,5 m<br />
35<br />
<br />
12<br />
y<br />
14<br />
-14 -8 0<br />
-6<br />
8 14<br />
2.a. Construir geometricamente a mediatriz de [L 1L 2] . O terceiro ponto de luz pode ficar situado em qualquer<br />
ponto da mediatriz.<br />
b. Situa-se no ponto médio de [L 1L 2] , ponto (6,5; 5) .<br />
6<br />
-14<br />
3. Deve pintar-se todo o escritório, uma vez que os raios de alcance dos dois pontos de luz cobrem, conjuntamente,<br />
toda a superfície.<br />
4. Para que fique à mesma distância dos pontos A , B e C do escritório, o novo ponto de luz deve<br />
situar-se no circuncentro do triângulo [ABC ] , intersecção das mediatrizes dos segmentos [AB] ,<br />
x<br />
49
50 • Caderno de Apoio ao Professor Y • 10. o Ano<br />
[BC] e [AC] . Para isso, basta, com o auxílio de um compasso, determinar dois pontos equidistantes de<br />
A e B definindo a mediatriz de [AB ] e, de forma análoga, a mediatriz de [AC ] . A intersecção das<br />
duas mediatrizes é o ponto pretendido.<br />
Tarefa 15 – Conjuntos de pontos (página 143)<br />
a. b.<br />
y<br />
2 cm<br />
A<br />
y<br />
2<br />
A 1<br />
C<br />
3 cm<br />
x<br />
x<br />
y<br />
2<br />
A U<br />
1<br />
-2 -1 0 1 2<br />
x 2 + y 2 4 ∧ (x –4) 2 + y 2 9 x 2 + y 2 4 ∨ (y x ∧ y –x ∧ y 2)<br />
c. d.<br />
x 2 + y 2 < 1 ∨ x 2 + y 2 > 4 x 2 + y 2 400 ∧ (|x| > 10 ∨ |y| > 10)<br />
e. f.<br />
x 0 ∧ y 0 3 ∧ x 2 + y 2 9 |x| 1,5 ∧ |y| 1,5 ∧ x 2 + y 2 2,25<br />
Tarefa 16 – Um tesouro por descobrir (página 144)<br />
O tesouro está em K.<br />
y<br />
D C<br />
A<br />
3 cm<br />
B<br />
x<br />
A<br />
B<br />
C<br />
F<br />
-1<br />
-2<br />
y<br />
y<br />
C<br />
40 mm<br />
0<br />
D<br />
E<br />
D<br />
C<br />
x<br />
x<br />
x
Tarefa 17 – Desenhar uma elipse (página 150)<br />
Esta actividade consiste na construção de uma elipse pelo «método do jardineiro».<br />
Construindo uma elipse desta forma, os alunos deverão concluir que<br />
a distância de cada ponto P da curva a cada um dos pontos fixos<br />
A e B (focos da elipse) vai variando, mas o comprimento do fio é sempre<br />
o mesmo, ou seja, a soma das distâncias focais é constante.<br />
Tarefa 18 – Equação de uma elipse (página 155)<br />
1. x 2 + y 2 = 36<br />
2. + = 1 ou + = 1<br />
36 4 62 22 3. + = 1 ou + = 1<br />
16 36 42 62 Tarefa 19 – Algumas simetrias no espaço (página 163)<br />
1. A( 0, –1, 0) ; B(0, 0, 0) ; C (–1, 0, 0) ; D (–1, –1, 0) ; E( 0, –1, 1) ; F ( 0, 0, 1) ; G(–1, 0, 1) ; H (–1, –1, 1)<br />
2.a. I(–1, 1, –1)<br />
3.<br />
x '2<br />
x '2<br />
P P P<br />
P P<br />
A B<br />
y '2<br />
y '2<br />
x '2<br />
x '2<br />
y '2<br />
y '2<br />
b. Simétricos; abcissas; iguais; simétricos.<br />
J<br />
E<br />
A<br />
E<br />
A<br />
H<br />
D<br />
x<br />
H<br />
D<br />
x<br />
z<br />
z<br />
F<br />
O<br />
F<br />
O<br />
G<br />
C<br />
G<br />
C<br />
K<br />
y<br />
y<br />
a. J(1, –1, –1)<br />
b. Simétricos; ordenadas; iguais; simétricos.<br />
c. K(1, 1, 1)<br />
d. Simétricos; cotas; iguais; simétricos.<br />
51
52 • Caderno de Apoio ao Professor Y • 10. o Ano<br />
E<br />
A<br />
H<br />
e. L(1, 1, –1)<br />
f. Simétricos; origem; iguais; simétricos.<br />
Tarefa 20 – A caixa (página 165)<br />
1. e 2. O comprimento da palhinha dentro da caixa é aproximadamente 4,78 cm, que se calcula utilizando o<br />
teorema de Pitágoras para determinar TP , e posteriormente para calcular o tamanho da palhinha<br />
(VT ). Utilizando as coordenadas dos pontos V e T poder-se-ia determinar o tamanho da palhinha<br />
através do cálculo da distância entre estes dois pontos.<br />
Tarefa 21 – Plano mediador (página 167)<br />
1. É o ponto médio de [AB ] , uma vez que é um ponto do segmento [AB ] equidistante de A e B (pois<br />
pertence a α).<br />
2. AP = (x – 1) 2 + (y– 2) 2 + (z– 2) 2 ; BP = (x – 3) 2 + (y– 1) 2 + (z– 2) 2 <br />
3. AP = BP ⇔ 4x – 2y – 5 = 0<br />
D<br />
x<br />
z<br />
F<br />
O<br />
G<br />
C<br />
L<br />
y<br />
Tarefa 22 – A rotação de um semicírculo (página 169)<br />
Ao fazermos rodar a palhinha, obtém-se uma esfera. A distância de A a O é o raio do círculo, sendo,<br />
portanto, a distância de B a O inferior ao raio do círculo. Generalizando as observações, podemos afirmar<br />
que qualquer ponto do espaço atingido por um ponto do semicírculo no movimento de rotação está a uma<br />
distância de O inferior ou igual a r , uma vez que O se mantém fixo e, no movimento de rotação, a distância<br />
entre os pontos não se altera.<br />
Tarefa 23 – Intersecção de uma esfera centrada na origem com planos<br />
paralelos aos planos coordenados (página 170)<br />
Esta actividade pode ser apoiada pelo respectivo ficheiro contido na Aula Digital.<br />
1. Ao intersectarmos a esfera pelo plano xOy , caracterizado pela condição z = 0 , obtemos um círculo de centro<br />
em (0, 0, 0) e raio r situado no pano xOy . Considerando que a esfera é intersectada por um plano<br />
paralelo ao plano coordenado xOy , cuja condição é z = c , podemos dizer que a intersecção obtida é:
• Para c = r , o ponto de coordenados (0, 0, r) .<br />
• Para c = –r , o ponto de coordenada (0, 0, –r) .<br />
• Para –r < c < 0 , o círculo de raio r 2 – c 2 e centro (0, 0, c) do plano z = c (x2 + y2 < r 2 – c 2 ∧ z = c) .<br />
• Para 0 < c < r , o círculo de raio r 2 – c 2 e centro (0, 0, c) do plano z = c (x2 + y2 < r2 – c 2 ∧ z = c) .<br />
2.a. No caso de a = 0 , o que resulta da intersecção da esfera com o plano de corte definido por esta condição,<br />
é um círculo de centro (0, 0, 0) e raio r , situado no plano yOz e, analogamente, para b = 0 (desta<br />
vez situado no plano xOz).<br />
b. Quando a = r (a = –r) obtém-se um ponto de coordenadas (r, 0, 0) (respectivamente (–r, 0, 0)) ,<br />
acontecendo o mesmo, mutatis mutantis, relativamente a todos os planos coordenados. Também podemos<br />
generalizar o estudo feito para planos de corte paralelos ao plano xOy a planos paralelos aos restantes<br />
planos coordenados, atendendo às simetrias da esfera, figura que não se altera se permutarmos<br />
arbitrariamente as coordenadas dos respectivos pontos.<br />
c. Se a > r ou a < –r não existe intersecção do plano de corte com a esfera, uma vez que um ponto de coordenada<br />
x com módulo superior a r não pode estar a uma distância de (0, 0, 0) inferior ou igual a r .<br />
Tarefa de investigação – A Lemniscata de Bernoulli (página 197)<br />
Com esta actividade de investigação pretende-se que o aluno conheça a Lemniscata de Bernoulli, que é afinal<br />
um símbolo que utilizarão com frequência no 11. o e 12. o anos, sobretudo aquando do cálculo de limites de<br />
sucessões ou de funções reais de variável real. É também interessante que perceba que a caracterização analítica<br />
de curvas não se limita à circunferência e à elipse, por exemplo.<br />
Dada a equação (x 2 + y 2 ) = a 2 (x 2 –y 2 ) , que caracteriza uma Lemniscata de Bernoulli, o aluno deverá<br />
investigar a influência do parâmetro a . Depois de chegar a uma conjectura, mediante algumas experiências,<br />
uma forma interessante de abordar a questão será utilizar um programa de representação de conjuntos definidos<br />
por condições para se obter a curva definida pela equação, fazendo variar a .<br />
Por exemplo, no programa Nucalc é possível fazer variar um determinado parâmetro numa condição analítica<br />
e observar os gráficos correspondentes a essa variação.<br />
É importante, no entanto, que os alunos façam uma investigação analítica prévia, concluindo que a<br />
Lemniscata é centrada na origem, é simétrica em relação aos eixos e intersecta o eixo das abcissas nos pontos<br />
(–a, 0) e (a, 0) .<br />
53
54 • Caderno de Apoio ao Professor Y • 10. o Ano<br />
1.3 Geometria analítica: vectores<br />
Tarefa de introdução – O xadrez (página 198)<br />
Através dos movimentos das peças de um jogo de xadrez, pretende-se que o aluno recorde conceitos triviais<br />
como direcção, sentido, vector, igualdade de vectores ou norma. Saliente-se que o conceito de vector livre é já<br />
um conceito familiar dos alunos, que o deverão ter abordado aquando do estudo das translações, no 3. o Ciclo.<br />
Assim, de uma forma completamente intuitiva e sem qualquer preocupação de rigor nas notações ou nas<br />
definições, são abordados alguns dos conteúdos a formalizar ao logo do tema. Será interessante acompanhar a<br />
realização da actividade com um tabuleiro de xadrez real, possibilitando a visualização dos conceitos e proporcionando<br />
aos alunos uma actividade prática agradável.<br />
Tarefa 24 – Vectores num octaedro (página 202)<br />
1. A + AC → = C , A + CF → = E , D + CF → = E e E + FC → = A .<br />
2.a. F + OA → = O e A + OF → = O .<br />
b. Não é possível determinar-se C + OD → recorrendo aos vértices da figura, por se tratar de um ponto exterior<br />
ao octaedro.<br />
3. D – C = CD → , E – F = FE → e C – B = BC → . Assim, como resposta, o aluno deve indicar segmentos orientados<br />
que representem os vectores CD → , FE → e BC → , ou seja, [C, D] e [B, E ] , [F, E] e [C, A] , e [B, C]<br />
e [E, D ] .<br />
Tarefa 25 – Propriedade de quadriláteros (página 209)<br />
Tendo em conta a sugestão dada, que conduz o aluno a considerar os vectores definidos por cada par de<br />
pontos da figura (partindo do pressuposto que dois pontos definem um segmento de recta e que este define<br />
dois vectores simétricos), podemos considerar os vectores definidos pelos lados dos quadriláteros. Aceitamos<br />
também como válidas as propriedades da adição de vectores e do produto de um número real por um vector.<br />
Assim, por exemplo:<br />
MN → = MB<br />
→ + BN →<br />
QP → = QD → + DP →<br />
B<br />
M<br />
N<br />
C<br />
A<br />
Q<br />
P<br />
D<br />
= 1<br />
2 AB→ + 1<br />
2 BC→<br />
= 1<br />
2 AB→ + BC → <br />
= 1<br />
AC→<br />
2<br />
B<br />
E<br />
F<br />
A<br />
C<br />
D<br />
= 1<br />
2 AD→ + 1<br />
2 DC→<br />
= 1<br />
2 AD→ + DC → <br />
= 1<br />
2 AC→
Concluímos então que os segmentos orientados [M, N] e [Q, P] representam o mesmo vector, logo,<br />
são paralelos e com o mesmo comprimento. O mesmo se poderia concluir para os segmentos orientados<br />
[M , Q] e [N, P ] . Um quadrilátero com os lados paralelos dois a dois é um paralelogramo.<br />
Tarefa 26 – Definição vectorial de baricentro (página 209)<br />
C<br />
A forma mais imediata de traçar as medianas é marcar os pontos médios de cada um dos lados do triângulo<br />
e traçar os segmentos definidos pelos pontos médios e pelos vértices opostos.<br />
Em seguida, o aluno deve marcar o baricentro do triângulo, designando-o por G .<br />
Com base nos conhecimentos sobre adição de vectores, obtém GA → + GB<br />
→ + GC → , verificando que geometricamente<br />
se reduz a um ponto, isto é, representa o vector nulo.<br />
Para realizar esta tarefa, o aluno pode, por exemplo, começar por marcar um ponto qualquer na área de<br />
desenho e aplicar o vector GA → nesse ponto. Para isso, poderá desenhar uma recta paralela a GA que passe<br />
nesse ponto e marcar sobre essa recta um segmento geometricamente igual a [GA] , digamos [WX] . Depois<br />
disto, de forma análoga, poderá desenhar um segmento geometricamente igual a [GB] , com origem na<br />
extremidade de [WX ] , digamos [XY ] . Por fim, poderá marcar um segmento geometricamente igual a<br />
[GC] , com extremidade em Y , digamos [YZ ] , e verificar que a soma dos vectores definidos por estes três<br />
segmentos se reduz a um ponto (pelo método do triângulo).<br />
Depois, deve alterar o triângulo original para ilustrar que a propriedade é válida qualquer que seja o triângulo<br />
considerado.<br />
É importante relembrar os alunos que esta actividade não é uma demonstração da propriedade em causa,<br />
mas sim uma ilustração da veracidade dessa propriedade num ambiente de geometria dinâmica.<br />
Tarefa 27 – Aplicações das operações com vectores (página 221)<br />
1. Sendo u → (u 1, u 2) e v → (v 1, v 2) colineares, ∃ k ∈ IR , (u 1, u 2) = k (v 1, v 2) . Assim, como v 1, v 2 ≠ 0 , u 1 = kv 1 ∧<br />
u1 <br />
v1<br />
u 2<br />
G<br />
A<br />
B<br />
∧ u 2 = kv2 ⇔ = k ∧ v2 = k , donde se conclui que = v2 , ou, equivalentemente, u1v2 = u2v1 .<br />
2. Tendo como ponto de partida as sugestões dadas, de AB → (x2 – x1, y2 – y1) , AM → (xm – x1, ym – x1) e de<br />
AB → = 2AM → , resulta:<br />
x2 – x1 = 2(xm – x1) (x2 – x1, y2 – y1) = 2(xm – x1, ym – y1) ⇔<br />
y2 – y1 = 2(ym – y1) Resolvendo a primeira equação em ordem a x m e a segunda em ordem a y m obtém-se, precisamente,<br />
u1 <br />
v1<br />
u 2<br />
{<br />
xm = x1 + x2 e ym = <br />
2<br />
y1 + y2 <br />
2<br />
55
Tarefa 28 – Norma de um vector dadas as suas coordenadas (página 222)<br />
Com a execução desta actividade, pretende-se que o aluno descubra autonomamente a expressão que permite<br />
calcular a norma de um vector em função das suas coordenadas.<br />
1.a. Seja OA → o representante de u → (3, 5) com origem em O(0, 0) .<br />
Pretende-se que o aluno desenhe outros dois representantes de u → ,<br />
sendo claro que qualquer um deles pode ser referido por vector u → .<br />
Por exemplo:<br />
b. e c. Para um qualquer representante do vector u → tem-se, por aplicação do teorema de Pitágoras, sendo c<br />
o comprimento do segmento:<br />
c 2 = 3 2 + 5 2 ⇒ c = 9 + 25 = 34<br />
2. A norma do vector é o comprimento de um seu qualquer representante:<br />
v→ 2 = a 2 + b 2 ; logo: v→ = a2 + b 2 3. a → = (–4) 2 + 1 2 = 17 ; b → = 1 2 + (–4) 2 = 17 ; c → = 17 ; d → = 17<br />
4.a. [FB ] é uma diagonal facial do cubo; por aplicação do teorema de<br />
Pitágoras:<br />
FB = 18 = 32 .<br />
b. Sendo [F, B ] um representante do vector, dado que [OD] também<br />
é uma diagonal facial do cubo e, portanto, [F, B] e [O, D] são equipolentes,<br />
OD → = FB = 32 .<br />
OB → = OB , sendo [OB] uma diagonal espacial do cubo, assim:<br />
5.a. w → (a, b, c)<br />
56 • Caderno de Apoio ao Professor Y • 10. o Ano<br />
y<br />
b v<br />
0<br />
a<br />
x<br />
OB → = 3 2+ 3 2+ 3 2 = 3 × 32 = 33<br />
Sendo w→ representado por uma diagonal espacial do paralelepípedo,<br />
a sua norma é igual ao comprimento dessa diagonal. Pelo teorema de<br />
b. Pitágoras, w→ 2 = a2 + b 2 + c 2 , pelo que w→ = a2 + b 2+ c 2 .<br />
x<br />
a<br />
x<br />
z<br />
c<br />
A<br />
C<br />
0<br />
y<br />
0<br />
z<br />
F<br />
w<br />
0<br />
A<br />
B<br />
D<br />
E<br />
x<br />
G<br />
b<br />
y<br />
y
Tarefa 29 – Equação vectorial da recta (página 229)<br />
1.1 a 1.3. Pelo ponto A passa uma infinidade de rectas. Para definir uma<br />
recta é necessário indicar, pelo menos, dois dos seus pontos.<br />
1.4 A conclusão a tirar é que a recta desenhada é a mesma que a definida<br />
pelos pontos A e B , pelo que, para se definir uma recta, pode indicar-se<br />
somente um dos seus pontos, se se indicar também um vector<br />
que defina a direcção dessa recta (adiante designado por vector director).<br />
1.5 Não. AC → não tem a mesma direcção que u → .<br />
1.6 São rectas estritamente paralelas, pois ambas têm a mesma direcção<br />
que u → e não coincidem.<br />
1.7 a. A + u → = B<br />
b. A +2u→ = D<br />
1.8 E = A + 3u → ;F= A + – 1<br />
2 u→ ; G = A + (–2)u →<br />
1.9 Não. Se existisse um número real k , tal que A + ku → = H , H pertenceria à recta que passa em A e tem<br />
a direcção do vector u → , o que não é o caso.<br />
1.10 Sim. Para qualquer ponto da recta que passa em A e tem a direcção de u → ,<br />
digamos P , existe um número real k , tal que P = A + ku → .<br />
2.a. Recta que passa por A e tem a direcção de OG → : AD .<br />
b. Recta que passa por E e tem a direcção de DG → : BE .<br />
c. Recta que passa por C e tem a direcção de EO → : CD .<br />
d. Recta que passa G e tem a direcção de DB<br />
→ : GE .<br />
Tarefa 30 – Equações vectoriais de semi-rectas e de segmentos de recta (página 231)<br />
1. Sendo P e Q dois pontos da recta, PQ → é um vector director da recta, pelo que, uma equação vectorial da<br />
recta PQ é (x, y) = P + kPQ → (k ∈ IR), ou seja, concretizando as coordenadas de P e de PQ → ,<br />
(x, y) = (–2, 1) + k (4, 1) (k ∈IR). É muito importante que o aluno perceba que uma recta pode ser descrita<br />
por uma infinidade de equações vectoriais. Por exemplo, para este caso, outra resposta correcta, seria<br />
(x, y)=Q + kQP → (k ∈IR), isto é, (x, y) = (2, 2) + k (–4, –1) (k ∈IR) .<br />
3. Se, por exemplo, na equação (x, y) = P + kPQ → se tiver k ∈IR +<br />
0 , está a definir-se uma semi-recta, contida<br />
na recta PQ , com origem em P , uma vez que neste caso P + kPQ → é extremidade de um segmento orientado<br />
com origem em P e direcção e sentido de PQ → .<br />
4. Limitando o intervalo de variação de k , na equação vectorial de uma recta, define-se um segmento de<br />
recta contido nessa recta. O segmento de recta é tanto maior quanto maior for a amplitude do intervalo. Se<br />
o intervalo for [0, 1] , obtém-se o segmento PQ → .<br />
5.a. (x, y) = (–2, 1) + k(4, 1) , k ∈[0, 1]<br />
b. (x, y) = (–2, 1) + k6, 3<br />
2 , k ∈[0, 2<br />
3 ]<br />
G<br />
H<br />
y<br />
x<br />
B<br />
F<br />
A<br />
z<br />
E<br />
e 3 e 2<br />
e1 O<br />
u<br />
B<br />
57<br />
A D<br />
D<br />
C<br />
C<br />
F<br />
G<br />
E<br />
x<br />
y
Tarefa 31 – Um triângulo e uma pirâmide (página 231)<br />
1.a. y = 5<br />
x + 5 (x, y) = (–2, 0) + k(2, 5), k ∈ IR<br />
2<br />
b. (2, 10) = (–2, 0) + 2(2, 5). Sim pertence.<br />
c. (–3, y) = (–2, 0) + k(2, 5) ⇔ k = – 1<br />
∧ y = – 5 . O ponto tem coordenadas (–3, – 5 ) .<br />
2 2 2<br />
2. a. A altura da pirâmide é 21 .<br />
b. C(2, 2, 21 )<br />
c. DA : (x, y, z) = (4, 0, 0) + k(0, 1, 0), k ∈ IR<br />
CE : (x, y, z) = k(2, 2, 21 ), k ∈ IR<br />
CA : (x, y, z) = (2, 2, 21 ) + k(2, 2, –21 ), k ∈ IR<br />
d.1, 1, 9<br />
2 e. M1, 3, 21 <br />
<br />
2 <br />
= (2, 2, 21 ) + k(2, 2, –21 ), k ∈ IR<br />
f. DM: (x, y, z) = (4, 0, 0) + k –3, 3, 21 <br />
, k ∈ IR<br />
2<br />
g. V = Ab × a 4 × 4 × 21 16<br />
= = 21 <br />
3 3 3<br />
. O ponto 1, 1, 9<br />
2 não pertence à recta CA .<br />
Tarefa 32 – Domínios planos (página 238)<br />
1.a.<br />
58 • Caderno de Apoio ao Professor Y • 10. o Ano<br />
{ {<br />
1 = 2 + 2k k= – 1<br />
2 <br />
⇔<br />
9<br />
= 21 – 21 k 9 = 21 –21 × – 1<br />
2 2 2 <br />
-2<br />
y<br />
4<br />
2<br />
-2<br />
0 2<br />
b. y > 2x + 2 e y < 2x + 2 , respectivamente.<br />
x
2.<br />
-2<br />
y<br />
4<br />
0 2<br />
3. Os lados do quadrilátero na imagem estão contidos nas rectas cujas<br />
equações reduzidas são: y = – 5<br />
x + 5 , y = 5 x + 5 , y = –2x – 4 e y = 2x – 4 .<br />
2 2<br />
O aluno pode chegar rapidamente a esta conclusão considerando as ordenadas<br />
na origem de cada uma das rectas (–4 e 5), concluindo daí que as equações das<br />
rectas serão do tipo y = ax + 5 ou y = ax – 4 . Para determinar o parâmetro a<br />
(declive da recta), pode considerar dois dos seus pontos. Por exemplo, para a<br />
recta que contém os pontos (0, 5)<br />
e (2, 0) , um seu vector director é (2, –5) , pelo que a = – 5<br />
.<br />
2<br />
O primeiro conjunto pode ser definido pela seguinte condição:<br />
y – 5<br />
x + 5 ∧ y 5 x + 5 , y –2x – 4 e y 2x – 4<br />
2 2<br />
O conjunto dos pontos sombreados na imagem é o conjunto dos pontos do<br />
círculo que estão acima das duas rectas dadas.<br />
O círculo dado é centrado na origem do referencial e tem raio 3. Logo, pode<br />
definir-se analiticamente por x 2 + y 2 9 .<br />
As rectas contêm a origem pelo que representam funções lineares. Assim,<br />
definimo-las analiticamente por y = ax . Especificamente, escolhidos dois<br />
quaisquer pontos de cada uma dessas rectas, para se obter as coordenadas<br />
de vectores directores, cuja razão define o declive, obtemos as equações<br />
y = x e y = –x .<br />
Assim, o domínio plano em causa pode definir-se analiticamente como:<br />
x 2 + y 2 9 ∧ y x ∧ y –x<br />
Seria interessante questionar os alunos sobre que domínio plano se obteria se a condição analítica fosse:<br />
x 2 + y 2 x ∧ y > –x ou x 2 + y 2 9 ∧ y x ∧ y –x<br />
4.a. Sendo A(–2, 0) e atendendo a que a recta s intersecta o eixo Oy em (0,1) , temos y = 1<br />
x + 1 .<br />
2<br />
x + 1 , de que resulta que B tem abcissa 6 e ordenada 8 .<br />
5 5<br />
c. Considerando os pontos C e B , temos que y = – 3<br />
x + 5 .<br />
4 2<br />
d. O ponto D resulta da intersecção da recta r com o eixo das abcissas, sendo assim, D( 10<br />
, 0) .<br />
3<br />
e. x 0 ∧ y 0 ∧ x 2 + y2 4 ∧ y – 3<br />
x + 5 .<br />
4 2<br />
b. x 2 + y 2 = 4 ∧ y = 1<br />
2<br />
2<br />
-2<br />
x<br />
y<br />
y<br />
59<br />
x<br />
x
<strong>Tema</strong> 2 – Funções e gráficos. Funções polinomiais. Função módulo<br />
1.1 Estudo intuitivo de funções e gráficos<br />
Tarefa de introdução 1 – Quem é obeso? (página 6)<br />
O objectivo desta actividade é que o aluno comece a lidar com o tema das funções, mobilizando conhecimentos<br />
adquiridos nesta área, nomeadamente, manipulando expressões algébricas e construindo tabelas e gráficos.<br />
De seguida, apresenta-se uma possível resolução.<br />
1. A resposta a esta questão depende naturalmente do aluno. A ideia é que se familiarize com a fórmula do<br />
IMC, realizando alguns cálculos.<br />
P<br />
P<br />
2. Supondo que o aluno tem 1,68 m, deve escrever as condições < 25 e > 18,5 , ou, equivalentemente,<br />
1,682 1,682 calcular os limites do intervalo de massas corporais, concluindo que este deve estar entre 52,21 kg e 70,56 kg.<br />
3. P = 22A 2<br />
4.<br />
5.<br />
60 • Caderno de Apoio ao Professor Y • 10. o Ano<br />
A<br />
(m)<br />
M<br />
(kg)<br />
1,60 1,62 1,64 1,66 1,68 1,70 1,72 1,74 1,76 1,78 1,80<br />
56,32 57,74 59,17 60,62 62,09 63,58 65,08 66,61 68,15 69,70 71,28<br />
Nota: os valores de M apresentados estão aproximados às centésimas.<br />
Massa (kg)<br />
75<br />
70<br />
65<br />
60<br />
Massa corporal versus altura<br />
55<br />
1,60 1,65 1,70 1,75 1,80<br />
Altura (m)<br />
O aluno deve referir que não se trata de uma relação de proporcionalidade directa, pois o gráfico não representa<br />
uma recta, embora seja difícil de verificar neste caso. Por outro lado, a equação que relaciona as grandezas<br />
não é da forma y = kx , os quocientes obtidos nas colunas da tabela não são iguais e os quocientes entre<br />
os valores da linha A não são sempre iguais aos valores dos quocientes entre os correspondentes valores da<br />
linha P .
6. O aluno deve evidenciar que, para um pessoa adulta, faz mais sentido estabelecer a massa corporal em função<br />
da altura, uma vez que um adulto tem, em princípio, a sua altura estabilizada. Assim, variando o valor<br />
do IMC pode determinar-se o intervalo de massas corporais que, para determinada pessoa, são mais saudáveis.<br />
De outra forma, poder-se-ia estabelecer um intervalo para alturas, o que não faz muito sentido, pois<br />
uma pessoa não pode controlar a sua altura.<br />
Tarefa de introdução 2 – Vilalta e Vilabaixa (página 7)<br />
As funções f e g podem estar representadas na opção (C).<br />
A opção (A) não é a opção correcta porque, no instante inicial, a distância percorrida pelo Carlos é igual a<br />
zero e, nesta opção, tem-se f(0) > 0 .<br />
A opção (B) não é a opção correcta porque os dois amigos percorreram distâncias iguais e, portanto, o<br />
contradomínio de f tem de ser igual ao contradomínio de g.<br />
A opção (D) não é a opção correcta porque zero não pertence ao domínio de f .<br />
Tarefa 1 – Funções (página 11)<br />
1. Vários termos da língua inglesa têm correspondência com mais do que um termo da língua portuguesa.<br />
Sendo assim, a vários objectos corresponde mais do que uma imagem, motivo pela qual esta correspondência<br />
não representa uma função.<br />
2.a. Variável independente: medida, em centímetros, do terceiro lado do triângulo. A outra variável é o perímetro<br />
do triângulo, em centímetros.<br />
b. D p = {5, 6, 7, 8, 9}<br />
c. Expressão analítica: p(x) = x + 10 ;<br />
Tabela:<br />
Diagrama sagital:<br />
x(cm) 5 6 7 8 9<br />
p(cm) 15 16 17 18 19<br />
6<br />
8<br />
9<br />
5<br />
7<br />
p<br />
16<br />
18<br />
15<br />
17<br />
19<br />
61
Representação gráfica:<br />
3. Após a resolução analítica desta questão, os valores obtidos podem ser confirmados com o auxílio da<br />
máquina calculadora gráfica, sendo sugerida a seguinte janela de visualização:<br />
a. 4 m<br />
b. 3,25 m<br />
c. 8 horas<br />
62 • Caderno de Apoio ao Professor Y • 10. o Ano<br />
21<br />
18<br />
15<br />
12<br />
9<br />
6<br />
3<br />
0<br />
2 4 6 8 10
d. 20 m 2 . A capacidade da piscina é 80 000 litros. Atendendo a que 1 dm 3 = 1 l, temos que o volume de<br />
água na piscina é 80 m 3 . Como a altura da piscina é 4 m, e esta tem a forma de um paralelepípedo rectângulo,<br />
a área da superficie é 20 m 2 .<br />
4.a. O gráfico correcto é o da opção (B). A distância percorrida pelo Pedro está sempre a aumentar, à medida<br />
que o tempo passa. O declive do primeiro segmento de recta é igual a metade do declive do segundo segmento,<br />
o que está de acordo com o facto de a velocidade na descida ser igual ao dobro da velocidade da<br />
subida.<br />
b. d pode ser a distância ao ponto de partida, em função do tempo decorrido.<br />
c. Função d , gráfico B: D = [0, 18] D’ = [0, 6] .<br />
Função d , gráfico A: D = [0, 18] D’ = [0, 3] .<br />
Tarefa 2 – Leitura da representação gráfica de uma função (página 20)<br />
Esta tarefa permite explorar e consolidar o estudo de funções através das suas representações gráficas.<br />
1.a. D = ] –3, 5]<br />
b. D = [–3, –1] ∪ [0, 4]<br />
c. f(2) = 3<br />
d. 4, pois f(4) = –2 .<br />
e. Por exemplo, –1 e –2 ou 0 e 2.<br />
f. Por exemplo, a = 1 e b = 2 : 1 < 2 e f(1) > f(2) .<br />
g. {3} . O gráfico tem um único zero.<br />
2.a. {1}<br />
b. {0, 2}<br />
c. ]–3, 0[<br />
d. ]–3, 0[ ∪ [3, 5]<br />
e. {5}<br />
f. {3}<br />
g. [0, 3[<br />
3.a. Uma solução.<br />
b. Duas soluções.<br />
4.a. [–3, –1[ ∪ [0, 3[ ∪ {4}<br />
5.<br />
b. ]–∞, 3[ ∪ ]–1, 0 [ ∪ ]4, +∞[<br />
x –3 0 3 5<br />
f (x) n.d. – 3 + 0 – –3<br />
63
64 • Caderno de Apoio ao Professor Y • 10. o Ano<br />
Tarefa 3 – Modelação (página 20)<br />
3 × 3<br />
1. f(3) = + 5 × 5 = 29,5<br />
2<br />
x<br />
2. A área do triângulo isósceles é igual a dado que a base e a altura são iguais a x . O lado do quadrado<br />
2<br />
<br />
2<br />
é 8 – x , sendo a sua área dada por (8 – x) 2 .<br />
f(x) = (8 – x) 2 + x 2<br />
= <br />
2<br />
3x 2<br />
– 16x + 64 .<br />
2<br />
3. A soma das suas áreas é 24, para valores de x = 4 ∨ x = 20<br />
.<br />
3<br />
Para x = 4, P triângulo = 8 + 42 e P quadrado = 16 .<br />
Para x = 20<br />
, Ptriângulo = e Pquadrado = <br />
3<br />
1<br />
(202 + 40)<br />
6<br />
3<br />
.<br />
3<br />
Tarefa 4 – Monotonia e extremos (página 27)<br />
(A) Verdadeira, pois embora a função seja crescente nos dois intervalos, não é crescente na sua reunião.<br />
(B) Falsa, pois existem objectos pertencentes ao intervalo [0, a[ cuja imagem é maior do que g(a) .<br />
(C) Falsa, pois h é crescente em ]–∞, a[ e também é crescente em ]–∞, a] .<br />
(D) Verdadeira, pois h é decrescente em ]a, +∞[ e também em [a, +∞[ , pois h(a) é maior que h(x) com<br />
x ∈ ]a, +∞[ .<br />
(E) Verdadeira, pois a função j satisfaz ∀x, y ∈ IR, x > y ⇒ f(x) < f(y) .<br />
(F) Verdadeira, pois existe uma vizinhança de a em que f(a) é o maior valor que a função toma.<br />
(G) Falsa, a função j não tem extremos pois é decrescente em IR.<br />
(H) Verdadeira, pois na função g a é minimizante e na função h é maximizante.<br />
Tarefa 5 – O depósito cilíndrico (página 35)<br />
Por exemplo:<br />
O gráfico C não se adequa à situação descrita pois, à medida que o tempo passa, a altura do combustível<br />
no depósito nunca diminui.<br />
O gráfico D também não é o correcto, pois, neste gráfico, a taxa de variação, em cada instante, é cons -<br />
tante. Ora, dada a forma do depósito, há instantes em que a taxa de variação da altura do combustível é maior<br />
do que noutros, pelo que a taxa de variação não é constante.<br />
O gráfico A também não traduz a situação descrita, porque, dada a forma do depósito, é nos primeiros e<br />
nos últimos instantes que a taxa de variação da altura do combustível é maior, ao contrário do que o gráfico A<br />
mostra.<br />
Portanto, o gráfico correcto é o B.
Tarefa 6 – Traçar gráficos com a calculadora (página 37)<br />
Ao resolver esta actividade, o aluno deve ter presente que a calculadora é um instrumento de trabalho com<br />
limitações, pois os gráficos por ela traçados são obtidos pelo cálculo de um número finito de pontos, podendo,<br />
por conseguinte, não evidenciar propriedades das funções de forma adequada. Por outro lado, a escolha<br />
da janela de visualização também pode ser determinante para a observação dessas propriedades. As funções<br />
seleccionadas para esta actividade permitem a visualização, na janela standard das calculadoras gráficas habitualmente<br />
utilizadas no Ensino Secundário, de parte do gráfico dessas funções em que as suas propriedades<br />
surgem bem resumidas.<br />
f (x) = x + 1<br />
• D = IR ; D ' = IR<br />
• Zeros: x = –1<br />
• Sinal: f (x ) > 0 ⇔ x > –1 ; f (x) < 0 ⇔ x < –1<br />
• Não tem extremos.<br />
• f é estritamente crescente em IR .<br />
• f é contínua.<br />
• f é injectiva e sobrejectiva.<br />
• f não é par nem ímpar.<br />
• x → + ⇒ f(x) → + e x → – ⇒ f(x ) → –<br />
g(x) = x 2 – 9<br />
• D = IR ; D ' = [–9, +[<br />
• Zeros: x = –3 ∨ x = 3<br />
• Sinal: g(x ) > 0 ⇔ x ∈ ]–, –3[ ∪ ]3, +[ ; g (x) < 0 ⇔ x ∈ ]–3, 3[<br />
• g tem mínimo absoluto –9 em x = 0 .<br />
• g é estritamente crescente em [0, +[ e estritamente decrescente em ]–, 0] .<br />
• g é contínua.<br />
• g é não injectiva e não sobrejectiva.<br />
• g é par.<br />
• x → + ⇒ g(x) → + e x → – ⇒ g(x ) → +<br />
h(x) = x 3 – 4x 2 + x + 6<br />
• D = IR ; D ' = IR<br />
• Zeros: x = –1 ∨ x = 2 ∨ x = 3<br />
• Sinal: h(x ) > 0 ⇔ x ∈ ]–1, 2[ ∪ ]3, +[ ; h(x) < 0 ⇔ x ∈ ]–, –1[ ∪ ]2, 3[<br />
• h tem máximo relativo 6,06 (2 cd) em x = 0,13 (2 cd) e mínimo relativo – 0,88 (2 cd) em x = 2,54 (2 cd).<br />
• h é estritamente crescente em ]–; 0,13] e [2,54; +[ e estritamente decrescente em [0,13; 2,54]<br />
(aproximações com 2 cd).<br />
• h é contínua.<br />
65
66 • Caderno de Apoio ao Professor Y • 10. o Ano<br />
• h é não injectiva e sobrejectiva.<br />
• h não é par nem ímpar.<br />
• x → + ⇒ h(x) → + e x → – ⇒ h(x ) → –<br />
i(x) = x+<br />
3<br />
<br />
x+<br />
2<br />
• D = IR\{–2} ; D ' = IR\{1}<br />
• Zeros: x = –3<br />
• Sinal: i (x ) > 0 ⇔ x ∈ ]– , –3[ ∪ ]–2, +[ ; i(x) < 0 ⇔ x ∈ ]–3, –2[<br />
• i não tem extremos.<br />
• i é estritamente decrescente em ]–, –2[ e em ]–2, +[ .<br />
• i é contínua.<br />
• i é injectiva e não sobrejectiva.<br />
• i não é par nem ímpar.<br />
• x → + ⇒ i(x ) →1 ; x → – ⇒ i(x) → 1<br />
• x → –2 + ⇒ i(x) →+ ; x → –2 – ⇒ i(x) → –<br />
j(x) = x+1<br />
• D = [–1, +[ ; D ' = [0, +[<br />
• Zeros: x = –1<br />
• Sinal: j(x ) > 0 ⇔ x ∈ ]–1, +[<br />
• j tem mínimo absoluto 0 em x = –1 .<br />
• j é estritamente crescente em [–1, +[ .<br />
• j é contínua.<br />
• j é injectiva e não sobrejectiva.<br />
• j não é par nem ímpar.<br />
• x → + ⇒ j(x ) → +<br />
Tarefa de investigação – Será que hoje vou à escola? (página 45)<br />
Sabendo que a temperatura do ar é 10 o C e que o vento sopra a 10 km/h, tem-se que V(10,10) = 32,78 +<br />
+ 0,56(0,4257 + 0,256210)(1,8 × 10 – 59) 4,4 o C , por isso, esta manhã não irei à escola. Com efeito, para<br />
que V seja superior a 7 o C é necessário que a temperatura ao abrigo do vento seja superior a cerca de 12 o C,<br />
tal é a importância do vento na definição do desconforto térmico.<br />
O índice de desconforto térmico para uma temperatura de –5 o C e vento com velocidade 20 km/h será<br />
aproximadamente –27,1 o C (1 cd). Subindo a temperatura para 0 o C e a velocidade do vento para 25 km/h, o<br />
índice de desconforto térmico seria aproximadamente –23,6 o C (1 cd).<br />
Por fim, pretende-se que o aluno, com o auxílio da máquina calculadora, introduza a função (com t = 8) e<br />
encontre o ponto de intersecção com a equação y = 7, do qual deve resultar o valor aproximado de 5,6 km/h.<br />
No caso de a velocidade do vento ser superior a este valor, e dado que a temperatura prevista seria 8 o C, não<br />
se registariam as condições necessárias para ir à escola.
1.2 Funções afim, quadrática e módulo. Transformações simples de funções<br />
Tarefa de introdução – Margem de lucro (página 46)<br />
1. Duzentos leitores, o que corresponde à situação de lucro unitário nulo.<br />
2. Lucro unitário igual a 0# e 20#; a primeira corresponde a não ter lucro em cada aparelho vendido, a<br />
segunda corresponde a não vender nenhum aparelho.<br />
3.<br />
Lucro unitário (#) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20<br />
Número de leitores de MP3 vendidos 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0<br />
Lucro total das vendas (#) 0 360 640 840 960 1000 960 840 640 360 0<br />
4. 10#<br />
5. A equação reduzida da recta que contém o gráfico dado na actividade é y = –10x + 200 . Assim, para<br />
cada valor de x , f (x ) = x (200 – 10x) = 200x – 10x 2 .<br />
Na calculadora, o aluno deve verificar que para x = 10 , a função f tem um máximo absoluto.<br />
Modelação matemática com regressão<br />
Nesta parte da actividade, o aluno deve percorrer todos os passos apresentados e concluir, nomeadamente,<br />
que: o modelo encontrado pela calculadora se ajusta graficamente aos pontos que representam a relação<br />
Lucro unitário ($) versus Lucro total das vendas ($) e que o modelo encontrado por este processo<br />
coincide com aquele a que se chegou na primeira parte da actividade.<br />
Tarefa 7 – Qual é o melhor escalão? (página 52)<br />
Nesta actividade pretende-se que o aluno escreva as expressões analíticas das funções que relacionam o<br />
preço a pagar pelo gás em função do consumo anual, para cada escalão. E que, a partir das representações<br />
gráficas destas funções, estabeleça conclusões acerca dos intervalos de consumo em que cada escalão é mais<br />
favorável. Sendo:<br />
• Escalão base: P 1(x) = 18,6 + 0,6904x<br />
• Escalão médio: P 2(x ) = 29,76 + 0,6331x<br />
• Escalão aquecimento central: P 3(x ) = 94,08 + 0,4518x<br />
(x é o consumo anual de gás, em m 3 )<br />
Determinando as intersecções dos gráficos das três funções (gráfica ou analiticamente) e comparando-as, o<br />
aluno deve chegar à conclusão de que o intervalo de consumo anual mais favorável a cada escalão é:<br />
• Escalão base: [0; 194,76[<br />
• Escalão médio: ]194,76; 354,77[<br />
• Escalão aquecimento central: ]354,77; +[<br />
Os extremos dos intervalos estão arredondados às centésimas. Nos valores de transição entre dois escalões<br />
é indiferente a escolha entre os mesmos.<br />
67
Tarefa 8 – Equações de parábolas (página 61)<br />
1.a. 96, dado que x = –2 é eixo de simetria da função f.<br />
2.a.<br />
b. [–4, + [<br />
68 • Caderno de Apoio ao Professor Y • 10. o Ano<br />
c. D’ = ]–, –4[ ; não tem zeros.<br />
A função f é negativa para todos os valores reais.<br />
x – –2 +<br />
f (x) –4<br />
y<br />
x – +<br />
f (x) –<br />
0<br />
Figura 1<br />
f<br />
x
.<br />
c. f(x) = 1<br />
2 (x – 3)2 – 2 e g(x) = – (x + 3) 2 + 2<br />
Figura 2<br />
d. Sim, seria possível se colocássemos os eixos da seguinte forma:<br />
Figura 1<br />
Tarefa 9 – Traçar uma parábola (página 64)<br />
Pretende-se que o aluno, manipulando um software de geometria dinâmica, construa uma parábola, compreendendo<br />
e interpretando o que está a fazer, nomeadamente, respondendo às questões colocadas. Deverá<br />
indicar que:<br />
• Os pontos de intersecção da circunferência com a recta paralela à directriz pertencem à parábola, pois a<br />
circunferência está centrada no foco, F , e tem raio igual à distância dessa recta à directriz, o que garante<br />
que as distâncias dos pontos de intersecção à directriz e ao foco sejam iguais, sendo portanto pontos da<br />
parábola.<br />
• A recta e é o eixo de simetria da parábola e o ponto V é o vértice.<br />
A Aula Digital inclui uma animação desta actividade.<br />
x<br />
g<br />
0<br />
y<br />
y<br />
0<br />
f<br />
x<br />
69
70 • Caderno de Apoio ao Professor Y • 10. o Ano<br />
Tarefa 10 – Dimensões de um pomar de maçãs (página 68)<br />
1. N (t) = 5300 – 50(t – 74) ⇔ N (t) = 9000 – 50t<br />
H(t) = N (t) × t = 9000t – 50t 2<br />
Estas expressões são válidas para t 74 .<br />
2. Basta determinar as coordenadas do vértice da parábola (90, 405 000) (na verdade, basta a abcissa do<br />
vértice), pois como a concavidade da parábola que representa H (t) está voltada para baixo, o seu vértice é<br />
o ponto do gráfico onde H é máxima. Assim, o número de árvores que devem ser plantadas por hectare é<br />
90, de maneira a maximizar a produção.<br />
Tarefa 11 – Arco de água (página 69)<br />
1. A representação gráfica do conjunto de pontos tabelados é:<br />
2.a. A consideração de três pontos do gráfico de f (x ) = ax 2 + bx + c conduz ao seguinte sistema de equações:<br />
⎧ c = 7,5<br />
⎪<br />
⎨ 4a + 2b + c = 9,1<br />
⎪<br />
⎩ 25a + 5b + c = 10<br />
y (m)<br />
12<br />
10<br />
8<br />
6<br />
4<br />
2<br />
Este sistema, depois de resolvido, determina que a = – 0,1 , b = 1 e c = 7,5 . Fica, assim, determinada a<br />
expressão analítica f(x ) = –0,1x 2 + x + 7,5 .<br />
b. Como f(4) = f(6) , sabe-se que o vértice tem coordenadas (5, 10) . Assim, a expressão analítica que define<br />
esta parábola é f(x) = a(x – 5) 2 + 10 . Para determinar a , basta considerar as coordenadas de outro<br />
ponto da parábola, por exemplo, (0; 7,5) . Deste modo, determina-se que a = –0,1 , ficando a expressão<br />
analítica f(x) = –0,1(x – 5) 2 + 10 idêntica à obtida em 2.a.<br />
c. Recorrendo às funcionalidades de regressão da calculadora gráfica, obtém-se, tal como em 2.a. , a = – 0,1 ,<br />
b = 1 e c = 7,5 .<br />
3. A ponta da bica encontra-se a 7,5 metros (corresponde a f(0)).<br />
0<br />
2 4 6 8<br />
x<br />
(m)<br />
4. Calculando f (13) = 3,6 , ficamos a saber que a estátua, sendo aí colocada, interromperá o arco de água,<br />
pois tem 4 m de altura, não sendo portanto possível colocá-la a 13 m do início do repuxo. Para determinar<br />
o intervalo pedido é necessário resolver a inequação f(x ) < 4 . Resolvendo-a gráfica ou analiticamente,<br />
conclui-se que a estátua pode ficar entre 0 m a aproximadamente 12,75 m de distância em relação ao início<br />
do repuxo.<br />
5. Determinando os zeros da função f obtém-se a resposta a esta questão. Assim, como f (x ) = 0 ⇔ x = – 5 ∨<br />
∨ x = 15, o alcance do repuxo é 15 m (começa em x = 0 e termina em x = 15 ).
6. Considerando novamente os zeros da função f , ficamos a conhecer o ponto onde deveria ser colocada a<br />
bica para que o repuxo, começando no solo, passasse pela mesma trajectória: (– 5, 0) .<br />
Tarefa 12 – Mais modelação (página 70)<br />
1. y em função de x: y = x + 20 ; z em função de x: z = 80 – 2x , dado que, 2x + 20 + z = 100 .<br />
2. A área do jardim, em função de x e em m 2 , é dada por:<br />
a(x) = (80 – 2x) (x + 20) – 10 × 20 =<br />
= 80x + 1600 – 2x 2 – 40x – 200<br />
= –2x 2 + 40x + 1400<br />
3. y = –2x 2 + 40x + 1400 define uma parábola.<br />
Trata-se de encontrar as coordenadas do seu vértice.<br />
A abcissa do vértice da parábola de equação y = ax2 b<br />
+ bx + c é – 2a<br />
.<br />
–40<br />
Neste caso, a abcissa do vértice é <br />
–4<br />
= 10 .<br />
A ordenada é a imagem da abcissa, ou seja, é:<br />
a(10) = –2 × 100 + 40 × 10 + 1400 = –200 + 400 + 1400 = 1600 .<br />
A área do jardim é máxima para x = 10 , sendo 1600 m 2 a área máxima.<br />
4. –2x 2 + 40x + 1400 > 1500 ⇔ –2x 2 + 40x –100 > 0 ⇔ –x 2 + 20x – 50 > 0 ,<br />
para valores de x ∈ ]10 – 52 ; 10 + 52 [ .<br />
x<br />
10<br />
20<br />
100 – ( x + x + 20) = 80 – 2x<br />
Tarefa 13 – Qual é o preço da água? (página 76)<br />
1. Na localidade A, o preço P A , em $, a pagar pela água em função do consumo x , em m 3 , tem de ser definido<br />
por dois ramos da seguinte forma:<br />
⎧ 2,5 + x , se 0 x 10<br />
⎧ 2,5 + x , se 0 x 10<br />
PA(x ) = ⎨<br />
2,5 + 10 + 2(x – 10) , se x > 10<br />
, isto é, PA(x) = ⎨<br />
⎩<br />
⎩<br />
2x – 7,5 , se x > 10<br />
x + 20<br />
71
2.<br />
72 • Caderno de Apoio ao Professor Y • 10. o Ano<br />
3. Não se pode afirmar, em geral, que numa das localidades a água seja mais barata que na outra, pois<br />
depende do consumo efectuado. Assim, temos de comparar as funções Preço versus Consumo nas duas<br />
locali dades.<br />
Na localidade B, a função Preço versus Consumo é dada pela expressão P B(x) = 3 + 1,25x . A comparação<br />
entre as funções pode ser feita graficamente. Representemos os gráficos das duas funções no mesmo<br />
referencial:<br />
P (€)<br />
80<br />
Verifica-se que, até ao ponto de intersecção dos dois gráficos, a água é mais barata na localidade A. A partir<br />
daí, é mais barata na localidade B. Basta agora determinar esse ponto de intersecção.<br />
⎧ y = 3 + 1,25x ⎧ x = 14<br />
Analiticamente, tem-se ⎨<br />
y = 2x – 7,5<br />
⇔ ⎨<br />
⎩<br />
⎩ y = 20,5<br />
Assim, até 14 m 3 , a água é mais barata na localidade A; a partir desse consumo é mais barata na localidade B.<br />
4. Para este consumidor a função Preço versus Consumo será:<br />
⎧ 5 + x , se 0 x 20<br />
PA2(x) = ⎨<br />
2x – 15 , se x > 20<br />
60<br />
40<br />
20<br />
0<br />
P A(€)<br />
40<br />
20<br />
12,5<br />
2,5<br />
0<br />
(m3 10 20 30<br />
x )<br />
Comparando agora os gráficos de P A e P A2 , verifica-se que a sua intersecção<br />
ocorre para x = 12,5 m 3 , valor de consumo que permite compensar o acréscimo<br />
da taxa fixa de mais um contador. Também se pode observar que a<br />
partir de x = 20 m 3 , os gráficos estão contidos em rectas paralelas. Como o<br />
preço por m 3 , que corresponde ao declive das rectas, é idêntico nos dois<br />
casos, os gráficos são efectivamente paralelos, pelo que o gráfico de P A2<br />
ficará sempre abaixo do de P A , a partir de x = 20 m 3 . Assim, para um<br />
consumo superior a 12,5 m 3 , a existência de dois contadores é vantajosa.<br />
80<br />
60<br />
PA<br />
PB<br />
(m3 10 20 30<br />
x )<br />
PA(€) 80<br />
60<br />
40<br />
25<br />
20<br />
12,5<br />
0<br />
(m3 10 20 30<br />
x )
Tarefa 14 – Condições com módulo (página 79)<br />
O objectivo desta actividade é que o aluno estude o conjunto solução de condições com módulo cujo<br />
estudo não foi apresentado no desenvolvimento do tema. Assim, tem-se sinteticamente:<br />
1. a = 0<br />
|x| = 0 ⇔ x = 0<br />
|x| > 0 ⇔ x ≠ 0<br />
|x| < 0 condição impossível.<br />
|x| 0 ⇔ x = 0<br />
|x| 0 condição universal.<br />
2. a < 0<br />
|x| = a condição impossível.<br />
|x| > a condição universal.<br />
|x| < a condição impossível.<br />
|x| a condição impossível.<br />
|x| a condição universal.<br />
Tarefa 15 – Transformações de gráficos (página 89)<br />
1. D f = [–3, 4] , D g = [–3, 4] , D h = [–5, 2] , D i = [–3, 4] , D j = – 3<br />
2 , 2 , D k = [–3, 4] , D l = [–3, 4]<br />
2.<br />
x –3 –2 –1 0 1 2 3 4<br />
k(x) –4 0 3 0 –2 0 0 –1<br />
x –3 –2 –1 0 1 2 3 4<br />
f (x) 4 0 –3 0 2 0 0 1<br />
x –3 –2 –1 0 1 2 3 4<br />
g(x) 7 3 0 3 5 3 3 4<br />
x –5 –4 –3 –2 –1 0 1 2<br />
h(x) 4 0 –3 0 2 0 0 1<br />
x –3 –2 –1 0 1 2 3 4<br />
i(x) 2 0 – 3<br />
0 1 0 0 1<br />
2 2 <br />
x –1 0 1 2<br />
j(x) 0 0 0 1<br />
73<br />
x –3 –2 –1 0 1 2 3 4<br />
l(x) 4 0 3 0 2 0 0 1
3. D’ f = [–3, 4] , D’ g = [0, 7] , D’ h = [–3, 4] , D’ i = – 3<br />
2 , 2 , D’ j = [–3, 4] , D’ k = [–4, 3] , D’ l = [0, 4]<br />
4.<br />
74 • Caderno de Apoio ao Professor Y • 10. o Ano<br />
-4<br />
-4<br />
i<br />
y<br />
6 g<br />
4<br />
2<br />
-2 0<br />
-2<br />
2 4<br />
-4<br />
y<br />
6<br />
4<br />
2<br />
-2 0<br />
-2<br />
2 4<br />
-4<br />
y<br />
6<br />
4<br />
2<br />
-4 -2 0<br />
-2<br />
2 4<br />
k<br />
-4<br />
f<br />
x -4 -2 0<br />
-2<br />
2 4<br />
5. Gráfico de g : translação do gráfico de f segundo o vector (0, 3) .<br />
f<br />
f<br />
Gráfico de h : translação do gráfico de f segundo o vector (–2, 0) .<br />
Gráfico de i : contracção vertical de factor 1<br />
do gráfico de f .<br />
2<br />
Gráfico de j : contracção horizontal de factor 1<br />
do gráfico de f .<br />
2<br />
Gráfico de k : simétrico ao gráfico de f relativamente ao eixo Ox .<br />
x<br />
x<br />
Gráfico de l : coincidente com gráfico de f nos pontos de ordenada positiva e simétrico a este relativamente<br />
ao eixo Ox nos pontos de ordenada negativa.<br />
h<br />
-4<br />
-4<br />
f<br />
i<br />
y<br />
6<br />
4<br />
2<br />
-4<br />
y<br />
6<br />
4<br />
2<br />
-2 0<br />
-2<br />
2 4<br />
-4<br />
y<br />
6<br />
4<br />
l<br />
2<br />
-2 0 2 4<br />
f<br />
-2<br />
-4<br />
f<br />
x<br />
x<br />
x
6. D p = [–3, 4] , D’ p = –2, 1<br />
3 <br />
D q = [–2, 5] , D’ q = [–11, 10]<br />
Gráfico de p : contracção vertical de factor 1<br />
do gráfico de f , seguida de translação segundo o vector (0, –1) .<br />
3<br />
Gráfico de q : dilatação vertical de factor 3, com simetria em relação ao eixo Ox , do gráfico de f ,<br />
seguida de uma translação segundo o vector (1, 0) , seguida de translação segundo o<br />
vector (0, 1) .<br />
1.3 Funções polinomiais<br />
-4<br />
p<br />
x –2 –2 –1 0 1 2 3 4<br />
P(x) 1<br />
–1 –2 –1 –1 –1 –1 – 2<br />
3 3 3 <br />
x –2 –1 0 1 2 3 4 5<br />
q(x) –11 1 10 1 –5 1 1 –2<br />
-2 0<br />
-2<br />
2 4 x<br />
Tarefa de introdução – Verticalidade em estátua (página 117)<br />
1. Tendo em conta que a altura da estátua é 4 m, o raio da esfera pode variar entre 0 m e 2 m, sem atingir esses<br />
valores, para que a estátua seja sempre constituída pelas duas partes: prisma e esfera. Assim, D V = ]0, 2[ .<br />
2. V (0, 2) = 1 × 1 × (4 – 2 × 0,2) + 4<br />
3 π× 0,23 3,63 m 3<br />
y<br />
6<br />
4<br />
2<br />
-4<br />
f<br />
-2 0<br />
-3<br />
-6<br />
-9<br />
-12<br />
2 4<br />
Identicamente determina-se: V (0,5) 3,52 m 3 ; V (1) 6,19 m 3 ; V (1,5) 15,14 m 3 .<br />
3. Aqui, depois de esboçar as estátuas, o aluno deve transmitir a sua opinião, tentando integrar as ideias do<br />
autor da estátua.<br />
4. A expressão analítica da função é V (r) = 4 – 2r + 4<br />
3 π r 3 .<br />
-4<br />
y<br />
12<br />
9<br />
6<br />
f<br />
3<br />
q<br />
x<br />
75
5. Apresenta-se o esboço do gráfico da função V (r) :<br />
6. O mínimo desta função é atingido para r 0, 399 m (obtido na calculadora gráfica). Assim, a esfera terá<br />
cerca de 0,40 m de raio e o prisma cerca de 3,20 m de altura.<br />
7. A resolução da equação implícita no enunciado desta questão deve ser feita com recurso à calculadora gráfica<br />
e confirmada analiticamente. Assim, V (r ) = 6,19 m 3 , acontece para r = 1,00 , o que se confirma analiticamente.<br />
Desta forma, a altura do prisma é 2,00 m.<br />
8. Para que os volumes do prisma e da esfera sejam iguais, tem de se ter 4 – 2r = 4<br />
3 πr 3 . Recorrendo<br />
novamente à calculadora, obtém-se r 0, 825 m (que se deve confirmar analiticamente). O esboço a<br />
apresentar pelo aluno deverá reproduzir os gráficos das funções correspondentes aos volumes do prisma<br />
e da esfera, com a informação necessária à resposta bem evidenciada (neste caso, os pontos de inter -<br />
secção).<br />
9. V (0) = 4 m e V (2) 33,51 m . À situação V (0) = 4 m corresponde uma estátua constituída apenas por<br />
um prisma. À outra situação corresponde uma estátua constituída apenas por uma esfera.<br />
Tarefa 16 – Divisões sem calculadora (página 125)<br />
1.1 –2x 2 + 12x<br />
76 • Caderno de Apoio ao Professor Y • 10. o Ano<br />
V (m<br />
40<br />
33,51<br />
30<br />
20<br />
10<br />
3 )<br />
1.2.a. v(4,5) = 81. Quando uma das arestas da base do paralelepípedo medir 4,5 , o seu volume corresponderá<br />
a 81 unidades de medida cúbica.<br />
b. Uma das soluções é 4,5. Dividindo o polinómio –2x3 + 9x2 + 18x – 81 por x –4,5 , obtém-se o polinómio<br />
–2x 2 + 18 . Os zeros deste polinómio são 3 e –3. No contexto da situação, a solução<br />
x = –3 não é válida.<br />
c. Considerando x = 3 uma das arestas da base, teremos que a altura é 9<br />
e que a outra aresta mede<br />
2<br />
81<br />
= 6 .<br />
3 × 9<br />
2 <br />
2. Considerando uma aresta da base, x = 9<br />
, teremos que a altura é 6 e a outra aresta da base mede 3.<br />
2<br />
Resolvendo a equação x3 – 3x2 – 6x + 12 = 4 obtemos as abcissas dos pontos A , B e E .<br />
Dado que já sabemos que uma das soluções é 4, usamos a regra de Ruffini para escrever: x 3 –2x 2 –6x + 8 =<br />
= (x – 4)(x 2 + x – 2) .<br />
A equação x 2 + x – 2 = 0 é equivalente a x = – 2 ∨ x = 1 .<br />
Estas são as abcissas de A e de B ; então AB = 3 .<br />
0<br />
0,5 1 1,5 2<br />
r (m)<br />
A altura do rectângulo é 4, o seu comprimento é 3, sendo a sua área igual a 12 unidades de medida<br />
quadrada.
Tarefa 17 – Ilha de perfil (página 133)<br />
1. Como os zeros da função a(x) são 0 e 7 (obtidos através da calculadora e confirmados por substituição<br />
na expressão analítica) e a função é positiva entre esses valores de x , conclui-se que, no corte considerado,<br />
a largura da ilha é 7 km, sendo essa a largura máxima, pois, de acordo com o enunciado, trata-se da<br />
parte mais larga da ilha.<br />
2. Para determinar o comprimento total do teleférico, nas condições enunciadas, é necessário obter as coordenadas<br />
das três estações de teleférico, que coincidem com os pontos do gráfico onde a função tem extremos.<br />
Assim, os máximos ocorrem em A(1,239; 141,511) e C (5,715; 173,928) e o mínimo em B (3,296; 81,440)<br />
(valores aproximados, x em km e y em m).<br />
O comprimento pretendido é AB + BC 2057,9 + 2420,8 4479 m .<br />
3. Como o mínimo é aproximadamente 81,44 m (ordenada do ponto B da alínea anterior), basta adicionar-lhe<br />
2 m. Por conseguinte, as águas pluviais atingiram uma altitude aproximada de 83,44 m.<br />
4. A resolução da equação a(x ) = 81,44 permite conhecer as coordenadas do ponto da vertente esquerda da<br />
ilha onde será aberto o túnel. Recorrendo à calculadora, obtém-se x 0,373 ∨ x 3,296 ∨ x 6,70 .<br />
Assim, o comprimento do túnel é aproximadamente 3,296 – 0,373 2, 92 km .<br />
5. O projecto apresentado pelo aluno deve contemplar diversas situações. Serão aqui apresentadas duas; uma<br />
em que se utiliza tubagem apenas à superfície e outra com túnel. Apresentam-se apenas cálculos, omitindo-<br />
-se os esquemas que o aluno deve apresentar.<br />
Em ambas as situações será utilizada a seguinte simplificação: os percursos de tubagem, como por exemplo<br />
entre a nascente e o cume, são considerados rectilíneos.<br />
Comecemos pela determinação das coordenadas da localização da nascente. Para isso, temos de resolver a<br />
equação a(x ) = 100 . Recorrendo à calculadora gráfica, obtêm-se as soluções aproximadas (cuja confirmação<br />
deve ser feita analiticamente) x 0,500 ∨ x 2,460 ∨ x 4,095 ∨ x 6,611 . Assim, a localização<br />
da nascente tem coordenadas aproximadas (6611, 100) (em metros).<br />
Situação 1 – Tubagem à superfície<br />
Neste caso, com a simplificação considerada, basta determinar a soma das distâncias entre a nascente (N)<br />
e o cume direito (C ), e entre esse cume e a base do vale (B ), isto é:<br />
NC + BC 899,04 + 2420,77 3320 m = 3,320 km<br />
Como neste caso é necessário utilizar uma bomba para fazer elevar a água desde os 100 m até aos 174 m<br />
(altitude do cume), o orçamento para esta obra será aproximadamente 74 : 10 × 40 000 + 3,320 × 10 000 =<br />
= 329 200? .<br />
Situação 2 – Com túnel horizontal e tubagem à superfície<br />
O comprimento do túnel que atravessa a montanha na horizontal é aproximadamente 6,611 – 4,095 =<br />
= 2,516 km (diferença de dois dos zeros da equação a(x) = 100 ). Desde a saída do túnel até à base do vale, o<br />
comprimento é igual à distância entre os pontos de coordenadas (4095, 100) e (3296; 81,440) , isto é,<br />
799,22 m. Como não é necessário elevar a água, o orçamento será: 0,799 22 × 10 000 + 2,516 × 100 000 =<br />
= 259 592,2? .<br />
A situação 2 é mais económica que a situação 1.<br />
O aluno deverá ainda apresentar outras soluções intermédias: por exemplo, construir o túnel mais acima,<br />
de maneira a tentar encontrar um equilíbrio entre a minimização do custo de elevação de água e a minimização<br />
do comprimento em túnel.<br />
77
78 • Caderno de Apoio ao Professor Y • 10. o Ano<br />
Tarefa 18 – Lince ibérico (página 140)<br />
1. Apresenta-se o gráfico da função L(t) , considerando os pontos de coordenadas tabeladas:<br />
N. o de linces<br />
1400<br />
1200<br />
1000<br />
800<br />
600<br />
400<br />
200<br />
0<br />
2 4 6 8 10 12 14<br />
Ano<br />
2. Considerando os anos 1991, 1995 e 2002, o polinómio interpolador a obter é de 2. o grau. Introduzindo na<br />
calculadora os pontos (0, 1000) , (4, 1300) e (11, 300) , obtém-se através de regressão quadrática:<br />
P (t) = –19,805t 2 + 154,221t + 1000 . Com base neste polinómio, o número estimado de linces, P (t) , aproximado<br />
às unidades, para cada ano, apresenta-se na seguinte tabela (também se apresenta a diferença entre<br />
a estimativa e o valor real):<br />
t 0 1 4 7 9 11 12 13<br />
P(t) 1000 1134 1300 1109 784 300 –1 –342<br />
Diferença 0 –66 0 309 184 0 –226 –477<br />
Para os anos 1991, 1995 e 2002, há coincidência nos valores, pois o polinómio interpolador é definido de<br />
modo a ter exactamente esses valores para esses anos.<br />
No que diz respeito aos outros anos, há uma discrepância muito grande, nomeadamente, em dois dos anos<br />
as estimativas são negativas, o que não faz sentido para a situação.<br />
3. Para os anos 1991, 1995, 2000 e 2003, o polinómio interpolador C , de 3. o grau é:<br />
C (t) = 2,147t 3 – 51,800t 2 + 247,847t + 1000 . Os valores estimados e a diferença em relação aos reais são:<br />
Ano 0 1 4 7 9 11 12 13<br />
C(t) 1000 1198 1300 933 600 316 225 185<br />
Diferença 0 –2 0 133 0 16 0 50<br />
As diferenças são bastante menores para este polinómio interpolador do que para o anterior.<br />
4. O polinómio interpolador obtido com os pontos relativos aos anos 1991, 1995, 1998, 2002 e 2004 é:<br />
Q (t) = –0,273t 4 + 9,694t 3 – 115,734t 2 + 400,328t + 1000 . Os valores estimados e a diferença em relação<br />
aos reais são:<br />
Ano 0 1 4 7 9 11 12 13<br />
Q(t) 1000 1294 1300 800 502 300 221 135<br />
Diferença 0 94 0 0 –98 0 –4 0
Observação: os valores da tabela foram obtidos com base no polinómio Q (t) com mais casas decimais nos<br />
seus coeficientes do que o polnómino Q (t) apresentado.<br />
As diferenças são também bastante menores do que no primeiro caso.<br />
5. Apresentam-se aqui os três modelos determinados representados graficamente em conjunto com os pontos<br />
dados na tabela inicial.<br />
1400<br />
1200<br />
1000<br />
800<br />
600<br />
400<br />
200<br />
0<br />
-200<br />
-400<br />
-600<br />
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Ano<br />
Da leitura do gráfico, confirma-se a desadequação do polinómio P(t) , já apontada em 2. Este modelo é o<br />
mais desadequado, pois apresenta estimativas muito más, nomeadamente, negativas no intervalo de anos<br />
considerado.<br />
O modelo dado pelo polinómio Q(t) também apresenta o problema de fazer estimativas negativas, embora<br />
apenas para o futuro (em relação a 2004), nomeadamente a partir de 2005. Mas, como é obvio, isto não<br />
poderá vir a acontecer.<br />
Assim, o modelo C será o mais adequado, mas também deve ser utilizado com muita cautela, pois prevê<br />
um crescimento do número de linces sensivelmente a partir de 2005, o que pode ser demasiado opti -<br />
mista.<br />
6. A partir das respostas anteriores o aluno deve elaborar um relatório.<br />
N. o de Linces<br />
P (t)<br />
C (t)<br />
Q (t)<br />
Tarefa de investigação – A subida do rio pelo salmão (página 157)<br />
Se o salmão nada com uma velocidade v em relação à corrente e a velocidade desta é 4 km/h, então a sua<br />
velocidade em relação ao solo é v – 4 , logo, v – 4 = ⇔ t = . Sendo assim,<br />
E (v, t ) = 0,02v 3 × + v 3 200 200<br />
<br />
t v – 4<br />
v<br />
= se a velocidade for superior a 4 km/h.<br />
4<br />
200<br />
<br />
v – 4 v – 4<br />
O domínio da função E(v) é ]4, +[ e quando x → 4 por valores à direita de 4, a função E(v) → + .<br />
O aluno deve observar que neste caso particular, sendo a velocidade da corrente 4 km/h, para que o salmão se<br />
aproxime da nascente, tem de nadar a uma velocidade superior a esta.<br />
O mínimo de energia, aproximadamente, 606,8 J é dispendido pelo salmão quando este se desloca a uma velocidade<br />
aproximada de 5,3 km/h.<br />
O mínimo da função é obtido em v 5,3 km/h , sendo assim, a velocidade a que o salmão tem de nadar<br />
para gastar menos energia é 5,3 km/h, ou seja, 32,5% superior à da corrente. Com base neste primeiro<br />
estudo, o aluno é levado a repeti-lo para os valores colocados na ultima alínea, onde pode avaliar a energia<br />
79
80 • Caderno de Apoio ao Professor Y • 10. o Ano<br />
dispendida pelo salmão, que tem de deslocar-se a cerca de 10,25 km/h para chegar à nascente do rio Yukon,<br />
dispendendo o mínimo de energia. Esse mínimo, de aproximadamente 22 283 J , é cerca de 37 vezes maior<br />
que a energia mínima necessária no caso anterior, o que talvez explique a provável morte do salmão no final<br />
da viagem.<br />
<strong>Tema</strong> 3 – Estatística<br />
1.1 Estatística: generalidades<br />
Tarefa de introdução – Estudos estatísticos (página 160)<br />
Na situação A pretende-se que, fazendo uma análise da sua descrição, se avalie a importância da forma<br />
como os dados estatísticos são recolhidos e como isso pode criar diferenças significativas em termos da sua<br />
análise. Na existência de um erro nos dados publicados, esse erro só poderia ser oriundo da opinião do jornal,<br />
pois com este processo de recolha de dados, a grande maioria das pessoas que envia o cupão sabe, ou<br />
pensa que sabe, o que é o sistema métrico. Caso tenha desconhecimento do seu significado, não responde a<br />
esta questão.<br />
Relativamente à situação B, é feita uma análise do gráfico para exemplificação e seria importante averiguar<br />
que a pormenorização de um gráfico permite uma interpretação cuidada segundo várias vertentes.<br />
Tarefa 1 – Partir ou não partir tantos ovos (página 167)<br />
A situação mais correcta é a B. O texto refere que se retira um número suficiente de ovos obtendo-se<br />
uma estimativa do parâmetro que se pretende avaliar. Por esse motivo, não existe necessidade de se aumentar<br />
a amostra. A situação A tem a vantagem de aumentar a precisão da estimativa, não sendo, no entanto,<br />
justificável, pois perder-se-ia na sua totalidade uma produção diária de ovos, aumentando os custos envolvidos.<br />
Tarefa 2 – Um artigo para o jornal (página 168)<br />
Será importante fazer uma correspondência entre os itens que queremos estudar e se a sua análise deve<br />
recair numa população ou numa amostra, analisando em pormenor cada uma das situações propostas. Hoje em<br />
dia, segundo várias opiniões de analistas estatísticos, cada vez mais as amostras assumem primordial importância,<br />
tendo uma grande vantagem sobre as análises feitas a populações.<br />
Tarefa de investigação – A sondagem de 1936 do Literary Digest (Tannenbaum, 1998)<br />
(página 178)<br />
Landon (1 293 669) / Roosevelt (972 887)<br />
As mais recentes sondagens de opinião apresentam como vitória segura a do jovem candidato Alfred<br />
Landon, que ao longo dos últimos dias tem vido a fazer uma campanha brilhante, surpreendendo tudo e<br />
todos. Segundo as últimas sondagens, hoje divulgadas, e recorde-se (…).
Alguns dias depois desta notícia realizaram-se as eleições e o candidato Franklin Roosevelt obteve uma<br />
estrondosa vitória. Este caso verídico aconteceu nos Estado Unidos da América, em 1936. A sondagem foi<br />
publicada no Literary Digest, uma publicação periódica considerada da maior credibilidade e que apresentava<br />
habitualmente resultados de sondagens e inquéritos sobre eleições.<br />
Como se poderá explicar o erro da sondagem anunciada com tanta convicção pelo Literary Digest?<br />
A sondagem realizada tinha sido feita a partir de um questionário enviado a uma amostra de 10 milhões de<br />
eleitores. Esta amostra tinha sido obtida a partir de listas telefónicas e de listas de proprietários de automóveis.<br />
Por este motivo, foram seleccionados eleitores de um nível social bastante acima da média, em vez de se<br />
ter tido em conta todos os níveis sociais da população. O grupo seleccionado, apesar de muito grande, não<br />
era representativo de toda a população.<br />
A realização de previsões a partir de amostra é uma parte importante da estatística. Para diminuir a possibilidade<br />
de erro é necessário ter bastante cuidado na selecção das amostras. A amostra deve ser suficientemente<br />
grande e representativa de toda a população em estudo.<br />
1.2 Organização dos dados e interpretação de caracteres estatísticos<br />
Tarefa de introdução – O filme (página 179)<br />
Nesta actividade pretende-se criar uma situação que permita aos alunos recordar e aplicar os conhecimentos<br />
adquiridos sobre estes conteúdos em anos anteriores.<br />
1. Nas representações gráficas foi utilizado o pictograma, o sectograma ou gráfico circular e o gráfico de<br />
barras.<br />
2. Qualitativo.<br />
3. A modalidade de opinião mais escolhida é o «Não Satisfaz» e a menos escolhida, o «Muito Bom».<br />
4. Não podemos concluir que a estreia foi um sucesso, pois 35 indivíduos emitem a opinião «Não Satisfaz» ou<br />
«Satisfaz Pouco», enquanto 29 dos inquiridos acha o filme «Bom» ou «Muito Bom». Para que se afirme<br />
que a estreia foi um sucesso, este último valor deveria, no mínimo, ser superior ao anterior.<br />
Tarefa 3 – Sementeira de cenouras (página 185)<br />
1. No caso da sementeira B, temos:<br />
No caso da sementeira C, temos:<br />
1 0 2 5 5 6 8<br />
2 0 1 2 2 4 4 5 6 7 8<br />
3 0 1 2 3<br />
1 0 5 5 6 7 8 9 9<br />
2 0 1 1 1 2 2 2 3 4 5 5<br />
3 4<br />
81
2. No relatório elaborado pelos alunos devem ser focados os seguintes aspectos:<br />
– Nenhuma das sementeiras apresenta uma distribuição simétrica na sua distribuição de comprimentos, no<br />
entanto, a sementeira A é a que se aproxima mais desta situação, variando simplesmente num valor.<br />
– A que apresenta maior dispersão é a sementeira A e a que tem menor dispersão de dados é a semen -<br />
teira C.<br />
– Todas elas apresentam uma maior concentração de dados entre os 20 cm e 29 cm, realçando-se a semen -<br />
teira C.<br />
Tarefa 4 – A caixa de sólidos (página 189)<br />
1.<br />
2. Os poliedros com oito faces são 24%.<br />
3. 30 dos poliedros têm pelo menos sete faces.<br />
4. 80% dos poliedros têm mais do que cinco faces.<br />
5.<br />
82 • Caderno de Apoio ao Professor Y • 10. o Ano<br />
N. o de<br />
faces<br />
F. absoluta<br />
acumulada<br />
F. relativa<br />
6. A frequência de poliedros com um número de faces inferior a 4 é zero.<br />
F. relativa<br />
acumulada<br />
4 4 0,08 0,08<br />
5 10 0,12 0,2<br />
6 20 0,2 0,4<br />
7 26 0,12 0,52<br />
8 38 0,24 0,76<br />
9 46 0,16 0,92<br />
10 50 0,08 1<br />
f ( x)<br />
1<br />
0,9<br />
0,8<br />
0,7<br />
0,6<br />
0,5<br />
0,4<br />
0,3<br />
0,2<br />
0,1<br />
4 5 6 7 8 9 10 x<br />
7. A frequência de poliedros com um número de faces não superior a 9 é 0,92.
Tarefa 5 – Volume de um sólido irregular (página 196)<br />
1. Os valores dos volumes dos sólidos irregulares variam entre os 3,35 cm 3 e os 3,60 cm 3 .<br />
2. A amplitude da distribuição é de 3,60 – 3,35 = 0,25 cm 3 .<br />
3. e 4.<br />
5.<br />
6. A 1 = 0,05 × 0,23 = 0,0115 ; A 2 = 0,05 × 0,10 = 0,005 ; A 3 = 0,05 × 0,33 = 0,0165 ;<br />
7.<br />
Classes<br />
Centro de<br />
classe<br />
Frequência relativa<br />
0,30<br />
0,20<br />
0,10<br />
F. absoluta<br />
A 4 = 0,05 × 0,17 = 0,0085 ; A 5 = 0,05 × 0,13 = 0,0065 ; A 6 = 0,05 × 0,03 = 0,0015<br />
A 1 + A 2 + A 3 + A 4 + A 5 + A 6 = 0,0495 0,05<br />
F. absoluta<br />
acumulada<br />
3,35 3,40 3,45 3,50 3,55 3,60 3,65<br />
Volume (cm 3 )<br />
F. relativa<br />
A rectângulo<br />
Concluímos que as áreas dos rectângulos são proporcionais às frequências relativas = 0,05 .<br />
Frelativa<br />
83<br />
F. relativa<br />
acumulada<br />
[3,35; 3,40[ 3,375 7 7 0,23 0,23<br />
[3,40; 3,45[ 3,425 3 10 0,10 0,33<br />
[3,45; 3,50[ 3,475 10 20 0,33 0,66<br />
[3,50; 3,55[ 3,525 5 25 0,17 0,83<br />
[3,55; 3,60[ 3,575 4 29 0,13 0,96<br />
[3,60; 3,65[ 3,625 1 30 0,03 1<br />
Fx ( )<br />
30<br />
20<br />
10<br />
0<br />
3,35 3,40 3,45 3,50 3,55 3,60 3,65 x
8.<br />
F (x ) =<br />
0, se x < 3,35<br />
140x – 469 , se 3,35 x < 3,40<br />
60x – 197 , se 3,40 x < 3,45<br />
200x – 680 , se 3,45 x < 3,50<br />
100x – 330 , se 3,50 x < 3,55<br />
80x – 259 , se 3,55 x < 3,60<br />
20x – 43 , se 3,60 x < 3,65<br />
30, se x 3,65<br />
Tarefa 6 – Diagramas e histogramas (página 203)<br />
Ao histograma 1 corresponde o diagrama 4; ao histograma 2 corresponde o diagrama 3; ao histograma 3<br />
corresponde o diagrama 2; ao histograma 4 corresponde o diagrama 1.<br />
Tarefa 7 – Hemodiálise (página 209)<br />
1.a. Variável quantitativa contínua; a população em estudo são os doentes sujeitos a hemodiálise.<br />
b.<br />
84 • Caderno de Apoio ao Professor Y • 10. o Ano<br />
⎧<br />
⎪<br />
⎪<br />
⎪<br />
⎪<br />
⎪<br />
⎪<br />
⎪<br />
⎨<br />
⎪<br />
⎪<br />
⎪<br />
⎪<br />
⎪<br />
⎪<br />
⎪<br />
⎩<br />
Tempo<br />
(meses)<br />
c. x = 42,98 ; classe modal: [15,30[ ; M e 37,5 ; Q 1 22,5 ; Q 3 52,5<br />
d. Desvio médio = 4,26 ; S 28,68 e V 822,54 .<br />
2.a. Cerca de 8,65% dos doentes.<br />
F. absoluta<br />
F. absoluta<br />
acumulada<br />
F. relativa<br />
F. relativa<br />
acumulada<br />
[0; 15[ 9 9 0,09 0,09<br />
[15; 30[ 35 44 0,33 0,42<br />
[30; 45[ 20 64 0,19 0,61<br />
[45; 60[ 20 84 0,19 0,8<br />
[60; 75[ 7 91 0,07 0,87<br />
[75; 90[ 4 95 0,04 0,91<br />
[90; 105[ 5 100 0,05 0,96<br />
[105; 120[ 1 101 0,01 0,97<br />
[120; 135[ 1 102 0,01 0,98<br />
[135; 150[ 2 104 0,02 1
3.<br />
b. Cerca de 42,3% dos doentes.<br />
c. Cerca de 68% dos doentes, considerando a distribuição normal que os alunos estudarão no 12. o ano, ou<br />
cerca de 79%, considerando as classes do intervalo ]x – S ; x + S [ .<br />
Tarefa 8 – Comprimentos de peixes (página 209)<br />
1.a. A amplitude total da amostra é 41,4 – 12,6 = 28,8 cm .<br />
b.<br />
c. e d.<br />
0 22,5 37,5 52,5 150<br />
1 2,6 3,3 3,6 6,2 7,2 8,0 8,3 8,6 9,1 9,1 9,4 9,4 9,7<br />
2 0,1 0,4 3,8 4,3 4,6 4,7 7,3 9,7 9,9<br />
3 0,0 1,6 2,2 3,1 3,3 3,5 3,7 4,7 6,8 7,4 7,7 7,8 8,2 8,2 9,2 9,6<br />
4 0,2 1,4<br />
e. x 27,4 cm e S 8,79 cm.<br />
12<br />
10<br />
8<br />
6<br />
4<br />
2<br />
0<br />
45<br />
40<br />
35<br />
30<br />
25<br />
20<br />
15<br />
10<br />
5<br />
0<br />
12 18 24 30 36 42<br />
f. Q 1 = 19,25 ; M e = 28,5 ; Q 3 35,75. A amplitude interquartis é 16,5.<br />
12<br />
1. o Q Mediana<br />
3. o Q<br />
18 24 30 36 42<br />
85
86 • Caderno de Apoio ao Professor Y • 10. o Ano<br />
Tarefa de investigação – Fabrico de aros de aço (página 227)<br />
Pretende-se que seja usado a Aula Digital e a sugestão de construção de gráficos no Excel para exploração<br />
desta actividade. Através da análise dos histogramas será possível responder às questões colocadas e determinar<br />
com algum rigor os desvios existentes. Com a listagem de valores introduzidos no Excel, pode explorar-se<br />
esta ficha, solicitando outras medidas de localização e dispersão de forma a que estas auxiliam as conclusões<br />
retiradas desta actividade.<br />
1.3 Distribuições bidimensionais<br />
Tarefa 9 – Relação entre duas variáveis (página 228)<br />
Esta actividade proporciona uma análise de situações onde pode ou não existir uma relação entre os atributos<br />
quantitativos, por isso, deve ser feita em conjunto com toda a turma de forma a confrontarem-se opiniões.<br />
Correlação forte: 2, 5<br />
Correlação fraca: 1, 3<br />
Na situação 4 não existe relação entre as duas variáveis.<br />
Tarefa 10 – Relação de causa-efeito (página 234)<br />
1. Pretende-se que o aluno introduza os valores na calculadora e visualize o diagrama de dispersão. A sua<br />
representação é facultativa<br />
2. Pela forma como se distribuem os pontos pelo gráfico, o aluno é levado a dizer que existe uma correlação<br />
positiva relativamente forte.<br />
3. O centro de gravidade é (x – , y – ) (16,56; 4,97) .<br />
4. Sendo a 0,197 e b 1,7 , a recta de regressão pode ser definida por y = 0,197x + 1,7 .<br />
5. Na realidade, não tem sentido dizer que o consumo de frutos aumenta com o número de incêndios e,<br />
apesar de estas duas variáveis aparentemente parecerem correlacionadas, tal deve-se à existência de uma<br />
terceira variável, que é a temperatura, cuja subida proporciona um aumento destas duas variáveis.<br />
6. A ideia expressa na alínea anterior irá permitir ao aluno verificar a veracidade desta afirmação, sendo o problema<br />
que acabou de estudar um bom exemplo dessa situação.<br />
Tarefa de investigação – Adopção internacional de crianças (página 243)<br />
O diagrama dos pontos correspondentes<br />
ao número de vistos passados em 1990<br />
– variável explicativa (x) e ao número de<br />
vistos passados em 1992 – variável resposta<br />
(y), para as diferentes regiões consideradas,<br />
tem o seguinte aspecto:<br />
1992<br />
2000<br />
1800<br />
1600<br />
1400<br />
1200<br />
1000<br />
800<br />
600<br />
400<br />
200<br />
0<br />
1000 2000 3000 4000 5000 6000<br />
1990
Neste diagrama podemos ver alguns pontos que considerámos como outliers, uma vez que os seus valores<br />
saem fora do contexto dos restantes. Aparentemente, os outros pontos parecem seguir um padrão linear. Retirando<br />
alguns desse pontos, o diagrama passa a ter o seguinte aspecto:<br />
600<br />
500<br />
400<br />
300<br />
200<br />
100<br />
0<br />
100 200 300 400 500 600 700 800<br />
Para se verificar um bom ajustamento, o aluno deve ir eliminando alguns dos outliers, observando as diferenças<br />
entre os valores ajustados (resíduos) obtidos para a variável resposta.<br />
Com a determinação dos coeficientes de correlação, o aluno deve conjecturar e concluir sobre a influência<br />
dos outliers numa distribuição estatística e encontrar a situação ideal para obter um ajustamento com a menor<br />
eliminação possível destes.<br />
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