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114. Mostre
que qualquer número inteiro é a soma de 5 cubos.
115.
Suponha que as retas mx + ny = 0 e
ax + by +
c
=0
não sejam
paralelas e considere a parábola (mx
+ ny)2 =
ax + by + c. Prove
que ax
+ by +
c = 0 é tangente à parábola e que mx + ny = 0
é paralela ao eixo de simetria dessa
parábola. Descreva, então,
um método prático para se determinar o
vértice da parábola. (O
autor garante que é possível resolver o
problema, em duas linhas,
sem o uso das fórmulas de rotação.)
116. Dado um
retângulo ABCD, considere P um ponto qualquer
em um de seus lados. Mostre
que a soma das distâncias de P
às 2 diagonais do retângulo é
constante. 117. n casais (marido e esposa) são agrupados, ao acaso, em grupos de duas pessoas cada um. Qual é a probabilidade de que:
(a) Todos os
grupos sejam formados por um marido e sua esposa?
0. Problema ou probleminha? O que pensam os leitores?
Mostre que
reduzindo as dimensões de um tijolo, não se pode obter outro que tenha, ao mesmo
tempo, a metade do volume e a metade da superfície do primeiro. 1. Usando apenas símbolos matemáticos, e sem mudar a posição dos algarismos, torne a igualdade verdadeira: 2 9 6 7 = 17. 2. Um avô e seu neto aniversariam no mesmo dia. Em seis aniversários consecutivos, a idade do avô era um múltiplo inteiro da idade do neto. Que idade tinham os dois no sexto desses aniversários? 3. A e B são conjuntos. A tem 24 subconjuntos a mais do que B. Quantos elementos tem A ? (Publicados em números do The Mathematics Teacher, publicação do National Council of Teachers of Mathematics, Estados Unidos.) (Ver respostas no final desta seção)
105. Um professor de Probabilidade propôs a seus alunos o seguinte problema: "São dadas duas moedas, uma perfeita (probabilidade de cara igual a 1/2), e outra com duas caras. Uma moeda é escolhida ao acaso e lançada 3 vezes. Qual é a probabilidade de que sejam obtidas 3 caras?" Um dos alunos, após efetuar alguns cálculos, concluiu, corretamente, que se fosse efetuado um único lançamento, a probabilidade de se obter uma cara seria igual a 3/4. Como foram efetuados três lançamentos independentes, a resposta seria (3/4)3 = 27/64. a) O que está errado no raciocínio do aluno e qual é a resposta correta do problema? b) Você seria capaz de reformular o problema de modo que o raciocínio e a resposta do aluno ficassem corretas? Solução:
O que há de errado no raciocínio do aluno é supor que a moeda esteja sendo escolhida em cada um dos três lançamentos, quando, na realidade, o problema diz que a escolha é feita uma única vez e a moeda escolhida lançada três vezes. Para obter a solução correta do problema, vamos chamar de A o evento "a moeda escolhida é perfeita" (nesse caso, o complementar de A, denotado por Ac, corresponde à escolha da moeda com duas caras), e de B, o evento "os três lançamentos resultam em 3 caras". Segue-se do enunciado do problema que:
Supondo que a moeda escolhida seja perfeita, isto é, que sejam realizados três lançamentos independentes com uma moeda cuja probabilidade de cara é 1/2, a probabilidade condicional de B será: P(B/A) = 1/8. O mesmo raciocínio, aplicado ao caso em que a moeda escolhida tem duas caras, nos dá: P(B/AC) = 1. Por outro lado, P(B) = P(B A) + P(B Ac). Lembrando a definição de probabilidade condicional, segue-se que:
O enunciado reformulado do problema, para que o raciocínio e a resposta do estudante fiquem correios, é o seguinte:
"São dadas
duas moedas, uma perfeita (probabilidade de cara igual a 1/2) e outra com duas
caras. Considere o experimento que consiste em efetuar um lançamento com uma
das moedas escolhida ao acaso. Se esse experimento for realizado três vezes,
qual é a probabilidade de que sejam obtidas três caras?" 106. Dado o número real a 0, qual é o número mínimo de multiplicações que precisamos realizar para calcularmos a99? Solução:
Observação - Os responsáveis pela seção Problemas resolveram aceitar como corretas as soluções que mostravam como obter a99 com oito operações. É importante salientar, no entanto, que essas soluções não estão completas, pois os leitores não se preocuparam em mostrar que oito é o número mínimo necessário. 2.ª parte - Para mostrar que é impossível obter a99 com menos do que oito operações, vamos começar enunciando um fato que pode ser facilmente demonstrado por indução:
A maior potência de a que pode ser obtida com n operações é a2 . Segue-se, então, que é impossível obter a99 com menos de sete operações. Para mostrar que oito é o número mínimo, só falta agora mostrar que com sete é impossível. Para isso, vamos supor que já foram realizadas seis operações e dispomos dos valores: a, a2, a j2, a j3, a j4, a j5, a j6 , onde a jk foi obtido na k-ésima operação. ; Como 99 é um número ímpar, para obter a99 na sétima operação, precisamos multiplicar dois elementos distintos desse conjunto. Na hipótese mais favorável ao nosso objetivo de obter a99, os maiores expoentes serão j5 e j6. No entanto, pelo fato enunciado acima, j5 32 e j6 64, seguindo-se que j5 + j6 96 o que conclui a demonstração. 107. Prove que num quadrilátero os pontos médios das diagonais e o ponto médio do segmento cujos extremos são os pontos de interseção de dois lados opostos são colineares. Solução:
Considere o quadrilátero ABCD tal que as retas suporte dos lados AD e BC cortam-se em F e as dos lados AB e CD encontram-se em E. Chamamos de N o ponto médio de AC e de M o ponto médio de EF. Queremos mostrar que H, a interseção de MN com BD, é ponto médio de BD. No caso do quadrilátero convexo, conforme figura (onde as linhas pontilhadas são paralelas a MN), basta mostrar que p = q ou, equivalentemente, que r = s. Aplicando o teorema de Menelaus no AED, cortado por BF, temos:
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No caso do quadrilátero côncavo, basta aplicar o resultado anterior ao quadrilátero convexo AECF.
E no caso
degenerado, quando B = C. 108. 17 matemáticos de todo o mundo trocam correspondência sobre 3 temas. Cada dupla de matemáticos se corresponde sobre um e apenas um tema. Mostre que existem pelo menos 3 matemáticos que se correspondem sobre o mesmo tema. Observação: Alguns leitores não entenderam corretamente o enunciado desse problema. Esperamos que a solução que apresentamos abaixo, utilizando duas vezes o princípio das casas de pombos (RPM 8, pp. 21 a 26 e pp. 58 e 59 desta revista), contribua para esclarecer as dúvidas que surgiram. Solução: Vamos observar, inicialmente, que existem 136 duplas que podem ser formadas com 17 matemáticos. Cada dupla discute um e apenas um dos 3 temas. O que o problema pede é que se demonstre que existem pelo menos 3 matemáticos, A, B e C, tais que as duplas AB, AC e BC discutem o mesmo tema. (Sugerimos que o leitor verifique que esse resultado não é necessariamente verdadeiro para um grupo menor, por exemplo, para 4, 5 ou 6 matemáticos.) Vamos designar os matemáticos por letras maiúsculas do alfabeto e os temas pelos números 1, 2 e 3. Vamos considerar o matemático A que se corresponde com os outros 16 matemáticos. Como os temas são apenas 3 e os matemáticos são 16, pelo princípio das casas de pombos, existe um tema que A discute com pelo menos 6 matemáticos. Sem perda de generalidade, podemos supor que o tema 1 é discutido pelas duplas AB, AC, AD, AE, AF e AG. Se no conjunto {B, C, D, E, F, G} existir uma dupla que se corresponda sobre o tema 1, a demonstração estará concluída. De fato, se, por exemplo, B e G se correspondem sobre o tema 1, os 3 matemáticos A, B e G se correspondem sobre o mesmo tema. Suponhamos, então, que nenhuma dupla do conjunto {B, C, D, E, F, G} discute o tema 1. Segue-se então que B discute dois temas (2 e 3) com 5 matemáticos e, conseqüentemente (princípio das casas de pombos), discute um desses temas com pelo menos 3 matemáticos. Suponhamos que ò tema 2 seja discutido pelas duplas BC, BD e BE. Se no conjunto {C, D, E} existir uma dupla que discuta o tema 2, a demonstração estará concluída e, em caso contrario, também, pois os três matemáticos C, D e E terão, forçosamente, que discutir entre si o tema 3.
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