Bombons a Granel. Série Matemática na Escola. Objetivos 1. Introduzir e mostrar aplicações do produto de matrizes. - PDF
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Aníbal Ferretti Osório
1 Bombons a Granel Série Matemática na Escola Objetivos 1. Introduzir e mostrar aplicações do produto de matrizes.
2 Bombons a granel Série Matemática na Escola Conteúdos Produto de matrizes. Duração Aprox. 10 minutos. Objetivos 1. Introduzir e mostrar aplicações do produto de matrizes. Sinopse Dona Ioná vende bombons em caixinhas, mas tem dificuldade em colocar o preço em cada uma delas. Para resolver seu problema, ela conta com a ajuda de Jorge, que através do uso de matrizes, ajuda Dona Ioná a calcular o preço de cada caixa. Material relacionado Experimentos: Mensagens secretas com matrizes; Vídeos: Gabarito secreto;
3 Introdução Sobre a série A série Matemática na Escola aborda o conteúdo de matemática do ensino médio através de situações, ficções e contextualizações. Os programas desta série usualmente são informativos e introdutórios de um assunto a ser estudado em sala de aula pelo professor. Os programas são ricos em representações gráficas para dar suporte ao conteúdo mais matemático e pequenos documentários trazem informações interdisciplinares. Sobre o programa Este é um vídeo que pode ser usado para introduzir o produto de matrizes e conta a história de Dona Ioná, que fabrica bombons em casa e os vende em caixinhas, cada uma com uma distribuição diferente, entre bombons de chocolate ao leite, meio amargo e diet. Sua dificuldade é colocar o preço ideal em cada caixinha, e ela comparece a um programa de televisão onde recebe a ajuda de Jorge. Figura 1: Tabelas com as informações Bombons a granel 3/10
4 Sua sugestão é de organizar os dados em tabelas, para isso pede a D. Ioná informações como o conteúdo de cada kit e o preço de cada tipo de bombom e ainda sugere que ela informe o valor energético de cada um. Para calcular o preço de cada kit, Jorge explica que basta multiplicarmos a quantidade de bombons de cada tipo pelo seu respectivo preço e somar os resultados obtidos. Isso pode ser feito de forma organizada e para os quatro kits através de um produto de matrizes. Produto de Matrizes Sejam as matrizes A=(a ij ) mxn, B=(b ij ) nxp e C=(c ij ) mxp. Diz-se que C é o produto de A por B, e vamos indicar por AxB, se, e somente, cada elemento c ij é obtido multiplicando-se ordenadamente os elementos da linha i de A pelos elementos da coluna j de B, adicionando-se os produtos assim obtidos Essa descrição é bastante complicada de entender sem uma percepção visual do que ocorre ao se multiplicar duas matrizes. Um dos objetivos desse vídeo, inclusive, é mostrar de maneira visual como se faz a multiplicação de duas matrizes. Figura 2: Matrizes. Bombons a granel 4/10
5 No vídeo, as tabelas são transformadas em matrizes como na Figura 2 e, em seguida, são dispostas espacialmente de maneira a facilitar a realização da multiplicação, como mostrado na Figura 3. Figura 3 Como definido, o produto é feito pela multiplicação dos termos das linhas da primeira matriz pelos termos das colunas da segunda, como se segue: Figura 4: produto de matrizes Bombons a granel 5/10
6 O elemento a representa o preço do Kit 1. Soma de 20 bombons de chocolate ao leite a R$1,00, 15 de chocolate meio amargo a R$1,50 e 5 bombons diet a R$2,00. O elemento resultante do produto da primeira linha da matriz à esquerda pela segunda coluna da matriz à direita, será o valor enérgico do Kit 1. E assim sucessivamente, até completarmos a matriz com os preços e calorias dos 4 kits. Figura 5: produto completo. A matriz resultante pode ser representada por uma tabela que organiza ainda mais as informações, Figura. Figura 6: Preço e Calorias de cada Kit Essa matriz contém todas as informações que Dona Ioná precisa. Por exemplo, se ela quisesse saber apenas o preço do Kit 2, bastaria multiplicar apenas a segunda linha da matriz à esquerda pela primeira coluna da matriz à direita, como mostrado abaixo. Bombons a granel 6/10
7 Figura 7: segunda linha x primeira coluna Existência do produto de matrizes Pela própria definição da multiplicação de matrizes, temos que uma condição necessária e suficiente para que o produto entre duas matrizes A e B exista é: o número de colunas de A deve ser igual ao número de linhas de B. A ordem é importante, já que o produto de matrizes não é comutativo, isto é, a menos de casos particulares, AxB BxA. Figura 6: exemplo. Bombons a granel 7/10
8 Como mostrado no vídeo, o produto A nxm x B pxq, onde o primeiro índice representa o número de linhas e o segundo, o número de colunas, existe se, e somente se, m=p. Neste caso teríamos A nxm x B mxq, e a dimensão da matriz resultante será nxq. Veja a imagem acima que exemplifica um produto deste. Para exercitar mais o conteúdo do presente material, sugerimos o Experimento Mensagens Secretas com Matrizes, que pode ser usado também para trabalhar outros conceitos, como inversão de matrizes e determinantes, além de mostrar mais aplicações envolvendo matrizes, como na criptografia. Sugestões de atividades Depois da execução Como um exercício de fixação, peça aos alunos que introduzam mais um coluna na segunda matriz, a que contém o preço e a quantidade de calorias de cada bombom. Uma coluna com a informação sobre a quantidade de gorduras totais de cada tipo. A coluna deve ser retirada da seguinte tabela: Tipo de bombom Gorduras totais (g) Ao leite 7,0 Meio Amargo 6,5 Diet 2,0 Tabela 1 Desta forma, teremos um produto de duas matrizes 3x3, e portanto uma matriz resultante também 3x3. Outra possibilidade de variação do problema é considerar as duas tabelas abaixo, para que os alunos façam uma análise semelhante à que foi feita no vídeo. Bombons a granel 8/10
9 Fruta Preço (R$) por Kg Calorias (Kcal) por 25g Vitamina C (mg) por 25g Banana 2, ,0 Laranja 1, Maça 3, ,5 Mamão 3, Tabela 2 A próxima da tabela representa a quantidade de cada fruta em diferentes tipos de cestas. Banana (g) Laranja (g) Maça (g) Mamão (g) Cesta Cesta Cesta Tabela 3: quantidade em gramas de cada fruta em cada cesta Neste caso, qual o preço de cada cesta, o valor calórico e a quantidade de vitamina C? Os alunos precisam notar que no primeiro caso, falamos em quantidade de bombons e agora a informação é dada pelo peso, e cada tabela tem sua escala. Um dos cuidados a se tomar é com o fato do preço ser dado por Kg e a quantidade de frutas por cesta ser dada em g. Outros exemplos envolvendo multiplicação de matrizes semelhantes ao mostrado no vídeo podem ser encontrado no texto indicado na bibliografia. Bombons a granel 9/10
10 Sugestões de leitura Coleção Explorando a Matemática, Volume 3 Matemática Ensino Médio, Capítulo 1, p. 46. (disponível em ) Ficha técnica Autor do Guia Rafael Santos de Oliveira Alves Revisão Samuel Rocha de Oliveira Coordenação de Mídias Audiovisuais Prof. Dr. Eduardo Paiva Coordenador acadêmico Prof. Dr. Samuel Rocha de Oliveira Universidade Estadual de Campinas Reitor Fernando Ferreira Costa Vice-reitor Edgar Salvadori de Decca Pró-Reitor de Pós-Graduação Euclides de Mesquita Neto Instituto de Matemática, Estatística e Computação Científica Diretor Jayme Vaz Jr. Vice-diretor Edmundo Capelas de Oliveira Bombons a granel 10/10
Mat. Professores: PC Sampaio Gabriel Ritter Rafael Jesus Monitor: Gabriella Teles
Semana 19 Professores: PC Sampaio Gabriel Ritter Rafael Jesus Monitor: Gabriella Teles RESUMO Ex: Adição de matrizes Vamos considerar duas Matrizes A e B do mesmo tipo (ou seja a soma de duas matrizes