Números e funções Guia do professor Experimento Morto ou vivo? Objetivos da unidade 1. Reforçar conceitos de múltiplos e divisores; 2. Obter a quantidade de divisores de um número natural. licença Esta obra está licenciada sob uma licença Creative Commons Secretaria de Educação a Distância Ministério da Ciência e Tecnologia Ministério da Educação Governo Federal Guia do professor Morto ou vivo? Sinopse Neste experimento, a classe desenvolverá uma atividade para estudar o conceito de divisibilidade. Nela, aprenderão como calcular a quantidade de divisores de um número e, com isso, descobrirão uma característica importante que define os quadrados perfeitos, pois eles são os únicos números que possuem uma quantidade ímpar de divisores. Conteúdos Conjuntos, Lógica e Números: Divisibilidade; Combinatória: Princípio Fundamental da Contagem. Objetivos 1. Reforçar conceitos de múltiplos e divisores; 2. Obter a quantidade de divisores de um número natural. Duração Uma aula dupla. Introdução O experimento O objetivo deste experimento é, por meio de uma brincadeira, manipular o conceito de múltiplos, divisores e quantidade de divisores de números naturais. Além disso, será abordada uma caracterização dos números quadrados perfeitos. Acreditamos que com o lúdico o conteúdo parecerá mais leve e agradável, já que comumente tem sido apresentado através de cálculos repetitivos, sem que o aluno perceba sua importância para resolução de problemas. Etapa 1 Como deixar apenas um número vivo? Inicialmente, são apresentadas as regras da brincadeira e as questões a serem respondidas pelos alunos. A atividade deve ser realizada em grupo (é importante que cada grupo tenha no mínimo 10 alunos) e em um local adequado para que todos possam levantar-se e sentar-se livremente e, também, para que cada aluno tenha uma boa visão de todos do grupo. � � � � � � � � � �� Motivação Ao interpretar e analisar as questões propostas, o aluno é levado a utilizar os conceitos de múltiplos e divisores de números naturais, proporcionando a reflexão e causando um entendimento mais significativo sobre os mesmos, assim como, sobre suas propriedades e resultados relacionados. Além disso, o aluno tomará conhecimento de como a fatoração de números naturais e o Princípio Fundamental da Contagem fornecem respostas sobre o número de divisores de números naturais. fig. 1 Nesta etapa é essencial que os alunos exercitem a criatividade e o racio­ cínio lógico na busca de estratégias para resolver o desafio proposto, que é apresentado por meio da seguinte questão: Quais números devo falar para que apenas o aluno de número em pé? fique É possível completar a questão com diferentes números para cada grupo. Por exemplo, se a questão for preenchida com o número 2 (considerando um grupo formado por 10 alunos), ao se pronunciar os números da sequência 2, Morto ou vivo? Guia do professor 2 / 9 4, 6, 10, apenas o aluno correspondente ao número 2 terminará a atividade em pé. Além de exercitar habilidades para resolução de problemas, nesta atividade são trabalhados essencialmente os múltiplos de um número. Ao final da atividade, é aconselhável que se faça a socialização das diferentes estratégias utilizadas pelos alunos para resolver a questão. Etapa 2 Morto ou vivo? As respostas dependem da observação e da reflexão acerca das posições de cada aluno do grupo em cada momento da atividade. O intuito é que eles encontrem as condições que determinam o que faz com que um aluno termine a atividade em pé. Ao final da atividade, o grupo deve registrar suas observações e conclusões e também responder às questões propostas. Conclusão importante Os números dos alunos que terminam em pé são quadrados perfeitos. Caso os alunos encontrem dificuldades em alcançar as conclusões espe­ radas, a atividade pode ser refeita de modo que a classe toda seja um único grupo e o professor seja o chefe. Para permitir uma melhor discussão e obter uma resposta experimental com maior clareza, pode ser feita uma tabela descrevendo as posições dos alunos a cada chamada de um número. A seguir, apresentamos uma tabela mostrando as posições para um grupo de p p e s significam s 30 alunos. As letras em pé e sentado, respectivamente. Fechamento Após cada grupo desenvolver a Etapa 1 do Experimento e ter tirado suas conclusões, é importante a socialização de seus resultados com a classe toda anotando os resultados na lousa. Abaixo, seguem algumas obser­ vações e conclusões esperadas: Os alunos que alteram sua posição têm seu número como um múltiplo do número chamado pelo chefe; O número de vezes que a posição de um aluno é alterada coincide exata­ mente com o número de divisores de seu número correspondente; O aluno que altera sua posição mais vezes é aquele cujo número corres­ pondente possui uma quantidade maior de divisores; Apenas aqueles alunos que alteram sua posição um número ímpar de vezes ficam em pé (vivos); Os alunos que ficam em pé são aqueles cujos números correspondentes possuem um número ímpar de divisores. Morto ou vivo? Guia do professor 3 / 9 Alunos 1 2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 p p p p p p p p p p p p p p p p p p p p p p p p p p p p p p s 3 s s s 4 s p p 5 s s s s s s p p s s s p p p s p s p s 14 p s 15 p s s 13 s p p s 12 s s s s p 11 s p s p s 10 s p p 9 s s p s 8 s p p p s 7 s p p s 6 Chamadas feita pelo chefe s s p s 16 p p 17 s 18 s 19 s 20 s 21 s 22 s 23 s 24 s 25 p 26 s 27 s 28 s 29 s 30 s tabela 1 Morto ou vivo? Guia do professor 4 / 9 Número de divisores positivos de um número natural A seguir, veremos como a fatoração de um número em primos e o Princípio Fundamental da Contagem fornecem um método para determinar o número de divisores positivos de um número natural. Princípio fundamental da contagem ou princípio multiplicativo Número de divisores positivos de um número natural Como calcular a quantidade de divisores Depois de apresentados os resultados obtidos pelos diversos grupos e efetu­ ados os devidos comentários, mostre aos alunos, por meio de um exemplo como o seguinte, como se calcula a quantidade de divisores de um número usando a fatoração do número em primos e o Princípio Fundamental da Contagem. Assim, seja o número natural 15876000: sua forma fatorada é 15876000 = 25 · 34 · 53 · 72, (5 + 1) · (4 + 1) · (3 + 1) · (2 + 1 k1 k2 i1 i2 ks k1 i1k2 i2 ks is is D2D1 de q p modos pqD2 e,nqualquer q n =pq pque n n = p · p . . . p p · p · p . . . p p 0 · p i k 00 ii21 kk21, . . . , 0 i2s ks2 , . . . ,n0 is(k1k+s 1)(kn . . .1(k +s Se uma decisão D1 podepser tomada seja . . . p . . . p s s s s 1 1 2 + 1) (k 1 2 1 12 2 1 2 k1 k2 i2 ks k1 ik12 i2 ks is i1 is D1 a decisão p DD qser p tomada pqD2 de n q modos, n pq = pentão n n = p · p . . . p · p p · . p . . p p 0 · p i k 0 0 i i k k , . . . 0 , 0 i i k k , . . . , 0 n i (k k + 1)(k n + 1) (k . . . + (k 1)(k + 1) + . . . p . . . p esta escolha, o número então, pelo Princípio Fundamental da Con­ t agem, o número de divisores é s s s s s s s s s 2 pode 1 1 1 1 2 1 2 2 2 1 2 1 2 1 2 1 12 1 2 2 i2 i1 is i2 is 4 ·= 12 k2 k1 ksk2 1s D1 pD1 e D2pé igual qD15876000 n53p·k ·np= ppi1k . .+ p·sp1)2 · (4 . . .+ .p.11) . p·sp .0p 0 k1 i2 0k . . , 0k , 0ks i de maneiras de se tomar consecutivamente as decisões igual 25 · 3n (22 +. .1) = s1)··p(3 s i360 2 pqq =npq 1 .0k 1 i1 2 , i. 2 2 ,i.s. . 17 1 2ap.(5 2+ k1 k2 i1 i2 ks is D2 q a pq. n n = p 1 · p2 . . . ps p1 · p2 . . . ps 0 i1 k 1 0 i2 k 2 , . . . , 0 is k s n (k1 + 1)(k2 + 1) . . . (ks + 1) m n n = km Uma caracterização dos quadrados perfeitos Em seguida, vamos mostrar que os números que têm um número ímpar k1k1 k2k2 i1i1 i2i2 ksks is is p p D D q q pq pq n n n n = = p p · p · p p p SeDaD fatoração em primos do número é . . . . p . p , que · p · p 0 0 i i divisores, k1k1 0 0e isomente k2k,2.,eles, . . ., .0, 0são isios knúmeros n nquadrados (k(k 1)(k perfeitos. 1)(k 1)1) . Para . . .(k . (k 1)1) m . . . . p . p s sks s+ s+ ss ss 11 22 1de 1 2i 2 1+ 1+ 2+ 2+ 11 22 11 22 2 é única pelo Teorema Fundamental da Aritmética, então qualquer número isso, primeiramente supondo que o número natural n é um quadrado n= p p p = pk 1 k1k1k1k2k2k2 ksksks i1 i1i1i2 i2i2 is isis k1 k2 s2 1 2 n= p= p·1p·2p· 2p. 2. . p .da ..s.p. sp p· p p. .2. p 0 0 0 i1i k k1, 0 0 0 i2i k k. ,.2.,,...0.,. 0, 0 isi k + + 1)(k +1)(k 1)(k + 1)+1) . .1) . (k ....(k (k + + +1)1)nm m2 para n nn nn =n km km km forma ...s.p. sps, com seja, número =mp palgum p= = p n· pnatural pk .n. .= pk np= p2p==(p · pk ...p sis sksks n nn (k(k s.ou sn s1) s p1p1 sp, e considerando 1i1 1k1 2i2 2k,2 1(k 11 2+ 2perfeito, 2 1p1 1·2p· 2 1 2 1 2 k2 i1 k2 k1 k2 2k1 2 2k2 1 s 1 s s 2 D1 p é umDdivisor qdo número pq n . Pelo n= pk pda Princípio . . . pk pi22 . . . piss n 0 . , 0. . ak fatoração n2 em (k fatores do .=(kpn n1 = n i= p2k1 p 0 pi2=pkk n). .número = 1) p· ,ptemos ps = pk = (p · . pik · p1)(k . .2. + pk (2k .p. . p2k sn = p s1+ s ss s1) s n 2 1 1 · p2Fundamental 1 ·Contagem, 12 ,·.p. 2 1 11 + 2primos 2 m is k s n (k1 + 1)(k2 + 1) . . . (ks + 1) números m deste n tipo. n =Por km temos outro lado, 2se k2 2k1 2k2 ks 2 2ks 1 s 1 2 p = pk n = p2 = (pk pk · pk (2k + 1)(2k2 + 1 k2 in i2 ks n ip s s ) = p 1 · p2 . . . ps . 1 1 =p s 1 ·kp2 . . .0 1 2 . . . pn D p1) D pq nm =np=k · p p i(k n +k1) .1.1.+ (k num número 1)(k +11) +.2m 1)(k . . (k n1) . .n(k= m +n1), n km n . n . . = p km · p 0 i i k , . . . , 0 i k (k + 1)(k + 1) . . . (ks + 1) 1 m n divide o .número então , sendo natural. Agora, . . . p s2 s(k s+ s s km s s s s 2(k 2q+ 1 1 2 2 1 2 1 2 1 2 k1 k2 i1 i2 ks is D p D q pq n n = p k , k . . . , . 0 . . , 0 i i k k n n (k (k + 1)(k + 1)(k + 1) + . . 1) . (k . . . (k + 1) + 1) m m n n n = n km = km · p . . . p p · p 0 i k 0 i k , . . . , 0 i k n (k + 1)(k considerando um número primo que divide o número , como , . Assim, . . p o número de divisores de n é dado pelo produto s ss s s s s s 2 s 22 2 1 1 1 2 2 1 1 2 2 1 2 +1 1 2 1 2 i isi i i2 k1 k2 k1ks k2 i1 kjs i2j ii1s i2j is is 2 2 2 2 is ii 2s k k p p n k = n km = km p p n = = p p = km p 1 1 i = p i s s p 1 p i 1 s 1 j p j ki ki 1 p , p j p , , ki p . . . , , . p . . p , p , p p , . p . . , p p · p · p · p 0 0 i i k k 0 0 0 i i i k k , k . 0 . . , , 0 i . , 0 i k i , k . k , 0 (k i (k + 1)(k k + 1)(k . . . p . . . p . . . p D1 p Dentão D p q D pq q n pq n = n p n = p · p · p p p também divide . Assim para . . algum . p , com . . . p · p . . . p . Além · p . 0 . . p i k 0 i 0 k i k 0 , . . i . , 0 k i , . . . k , n (k + n 1)(k (k + + 1) 1)(k . . (k + + 1) 1) . . . (k m + 1) n m n =(k n k+ s2 1 s2k2r + s2 s s1 1 s 11 sk12 1 11 i 1 1ks2 2i ks 1 si 2i 2ks 221 2 2k 1121 2 12k 1 12 22 121 2 22s s 2s 2k 1 21) 1 1 2 2 21 21s 2 2 2 22kss2s1s 1 2ik1 n n = p2 p p =i p2k · pj2 . . . pik2s1 ik2 2 n =isp (2k n = q1s 1s· q2k . . . qr i21)(2k i2 2 + i1) j i2 .j. . piss i)2 =i2p1 ·isp2 . . . ps ks = (p1i1 · p2 1+ s . . . (2ks + 1), 1 2 = k1 p i =spkm p = p k 1 i p s n p = km p = p 1 i s p 1 j ki p , p , . . . , p p 1 · j p ki p , p 0 , . i . . , p k 0 p 1 i · p j k ki , . . . , 0 p , 0 p i , i . . k . , p k (k 0 p + i 1)(k · p k + , . 1) . . , . 0 . . (k i 0 + 1) i k k (k 0 + 1)(k i k + , 1) . . . . . , . 0 (k i + 1) k . . . p . . . p . . . p p D q pq n n = p · p p (kp1i+ 1)(k + 1)s.D . .n se + divide 1) m , também n divide n = km . Assim, . Portanto, p · p . . . p 0 i k 0 i k , . . . , 0 i k n (k + 1)(k + 1) . . . (k + 1) m s s s s s s s s s s s s s s s i i 1 2 2 1 2 1 2 1 2 2 1 2 1 2 1 1 2 2 2 1 1 1 2 2 2 1(k 2 2 disso, 1 1 2 2 1 2 11 1 1 22 2 2 i i 1 2 i {p1 , p2 , . . . , ps } n (kos divisores 1) . . . (kdo 1) m pertencem n nao=conjunto km que é um número ímpar, pois é o produto de números ímpares. s +número 1 + 1)(k2 +primos k1 k2 ks 2 e, na sua fatoração, que existe e é única pelo Teorema Fundamental da Por outro lado, se o número n temnum depdivisores, = pnúmero p ímpar p= n= 1 · p2 . . . ps k2 , . . . , 0 Aritmética, is ks só aparecem n (k1primos + 1)(k2deste + 1) conjunto. . . . (ks + 1) n = km Logo, m é umndos núme­ os expoentes de sua fatoração em números primos são números pares. k2k1 2k21 2k 2k 2k21 2k2 r k1 k2k1 ks2 ksi2ii22 2i2ii22 ki21siiss k2k1 ks2 2 ks2k 2k 2ks 2kr kr 2 2 1 1 2s 1 r2 2 p p p , , p , p , , , . . , . , p , p p p p p · p · · p p 0 0 0 i i i k k k 0 0 0 i i i k k k , , . , . . . , . , 0 , 0 0 i i i k k k (k (k (k + + + 1)(k 1)(k 1)(k + + + 1) 1) 1) . . . (k .(k (k + 1)1) 1) . . . . p . p p ros do tipo , com , . Logo, portanto, = pk · = p p · n = p n = = (p = (p . . p . . . p · p · ) = p ) = p . . . p . . . p · p . · . p . p . . . p (2k + (2k 1)(2k + 1)(2k + 1) . . . + (2k 1) . + . . (2k 1) n = q2k · qq2k n= . q22k ..q · q(q . . ·. qk s s s s s s sss+ s+ s s s s s s s s s s r .e, rn = (q1 r ). . . qr ) . Assim, 1 1 1 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 1 1 1 2 2 2 1 1 2 2 111 222 1 21 2 1 21 2 1 21 2 1n = 21 .·. q k1k1 k2k2 2 1krkr 2 k1 k2 i1 i2 ks is 2 2 ....qi. sq D1 quepo número D2 deqdivisores pq de n é exatamente n = p 1 · p2 . . . ps p1 · p2 .podemos . . ps 0 i1 nkn1==qq,0com q i2q==qkq .·.q ,kos que nmostra (kque Assim, podemos concluir escrever rr 1 + 1)(k2 + 1) . . 121, ·.q 2, 20. k2 ks 2 = (pk1 · pk2 . . . pk 1 is k s (k1 + 1)(k2 + 1) . . . (ks + 1). o número n é umnquadrado perfeito. = p2 p p = pk · p n = p . . . p s s 1 2 1 2 O número de divisores positivos de um número natural é igual ao produto dos expoentes dos números que aparecem em sua fatoração, adicio­ nando a cada um deles uma unidade, ou seja, se a fatoração do número i i i p1 , p2 ,é. .dada . , p2 por p12 · p22 . . . piss , o número 0 i1 knúmero is a ks dekdivisores 1 0 i2 do 2 , . . . , 0éigual is k s (k1 + 1)(k2 + 1) . . . (ks + 1). Morto ou vivo? Questão para os alunos Um quadrado perfeito possui um número ímpar de divisores e, também, se um número possui um número ímpar de divisores é um quadrado perfeito. (k1 + 1)(k2 + 1) . . . (ks + 1) Guia do professor 5 / 9 Etapa 1 Virando os cartões Assim, podemos afirmar o que segue: Conclusão Os alunos que terminam a atividade em pé são aqueles cujos números são quadrados perfeitos. Variações Procedimento O professor deve colocar um barbante, como se fosse um varal, junto ao quadro negro e, com clipes, pendurar todos os cartões mostrando a cor azul. Os alunos também devem ser numerados de 1 em diante e ter seu número afixado na roupa de modo visível. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 fig. 2 Uma variação do modo como pode ser desenvolvido este experimento é trabalhar com a classe toda em um só grupo, usando cartões numerados. Versão do experimento utilizando cartões Material: Cartões (15 × 20 cm) com faces de cores diferentes, por exemplo, azul e vermelho, numerados em ambas as faces; Barbante; Clipes; Papel para registro. Observação: O número de cartões deve ser igual ao número de alunos da classe e a cada aluno deve ser atribuído um número. Esperamos que a classe tenha mais que 20 alunos. Em caso contrário, o professor pode atribuir a cada aluno dois números, a saber, seu número e o outro número obtido pela soma de seu número com o número de alunos da classe. O professor deve pedir ao aluno de número 1 que vire todos os cartões para a outra face, começando do primeiro cartão. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 fig. 3 O aluno de número 2 deve virar um cartão sim outro não, alternadamente, a partir do segundo. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 fig. 4 Morto ou vivo? Guia do professor 6 / 9 Cartões O aluno de número 3 deve mudar a face dos cartões de 3 em 3, a partir do terceiro. 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 V V V V V V V V V V V V V 2 3 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 5 fig. 5 6 7 8 10 11 12 13 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 A A V A A A V V A A V A V A A A A A A tabela 2 Etapa 2 Interpretando os registros da tabela fig. 6 A 9 O aluno de número 4 deve mudar a face dos cartões de 4 em 4, a partir do quarto. 1 A 4 20 Alunos 1 A Esse procedimento deve continuar até que todos os alunos tenham passado pelos cartões. Os alunos devem registrar cada uma das passagens. Por exemplo, usando cores diferentes, azul e vermelho, as passagens podem ser registradas da forma mostrada na tabela a seguir, onde V significa cartão com a face vermelha aparente e A significa cartão com a face azul aparente. Morto ou vivo? Os alunos devem analisar os dados da tabela e responder às seguintes questões: Quais cartões ficaram vermelhos? O que define se um cartão fica vermelho ou azul? Qual é a relação entre a quantidade de divisores de um número e a quan­ tidade de vezes que o cartão com esse número muda de face? Qual cartão mudou de face mais vezes? Supondo que tivéssemos um número muito grande de cartões, o cartão de número 1000 terminaria com a face vermelha ou a face azul aparente? E o cartão de número 390625? Guia do professor 7 / 9 Bibliografia Carvalho, Paulo Cezar Pinto. Métodos de Contagem e Probabilidade. Programa de Iniciação Científica. obmep. 2008. Hefez, Abramo. Elementos de Aritmética. Textos Universitários. Rio de Janeiro. sbm. 2006. Krulik, Stephen, Reys, Robert E. (org). A Resolução de Problemas na Matemática Escolar. Tradução de Hygino Domingues e Olga Corbo. São Paulo. Atual Editora. 2001. p. 218-234. Santos, José Plínio, Mello, Margarida P. e Murari, Idani T. C. Introdução à Análise Combinatória. Rio de Janeiro. Editora Ciência Moderna Ltda. 2007. Morto ou vivo? Guia do professor 8 / 9 Ficha técnica Autoras Claudina Izepe Rodrigues, Eliane Quelho Frota Rezende e Maria Lúcia Bontorim de Queiroz Projeto gráfico e ilustrações técnicas Preface Design Universidade Estadual de Campinas Reitor José Tadeu Jorge Vice-Reitor Fernando Ferreira da Costa Revisores Matemática Antônio Carlos Patrocínio Língua Portuguesa Carolina Bonturi Pedagogia Ângela Soligo Grupo Gestor de Projetos Educacionais (ggpe – unicamp) Coordenador Fernando Arantes Gerente Executiva Miriam C. C. de Oliveira Matemática Multimídia Coordenador Geral Samuel Rocha de Oliveira Coordenador de Experimentos Leonardo Barichello Instituto de Matemática, Estatística e Computação Científica (imecc – unicamp) Diretor Jayme Vaz Jr. Vice-Diretor Edmundo Capelas de Oliveira licença Esta obra está licenciada sob uma licença Creative Commons Secretaria de Educação a Distância Ministério da Ciência e Tecnologia Ministério da Educação Governo Federal