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Nesta seção, vamos estudar alguns aspectos fundamentais sobre o conjunto dos números racionais.
Os números naturais são os números de contagem
| (1.42) |
onde as reticências denotam a sequência dos números (consulte a Figura 1.8 para uma representação geométrica).
O conjunto dos números naturais pode ser construído dos axiomas de Peano222Giuseppe Peano, 1858 - 1932, matemático italiano. Fonte: Wikipédia.:
é o único número natural que não é sucessor de nenhum outro;
todo número natural tem um sucessor ;
números que têm o mesmo sucessor são iguais;
se um subconjunto de números naturais contém o e contém o sucessor de cada um de seus elementos, então 333Axioma do Princípio da Indução..
Nos números naturais estão bem definidas as operações usuais de:
adição
| (1.43) |
multiplicação
| (1.44) |
Sendo , temos ainda as seguintes propriedades fundamentais:
é o elemento neutro da adição
| (1.45) |
comutatividade da adição
| (1.46) |
associatividade da adição
| (1.47) |
é o elemento neutro da multiplicação
| (1.48) |
comutatividade da multiplicação
| (1.49) |
associatividade da multiplicação
| (1.50) |
distributividade da multiplicação em relação à adição
| (1.51) |
Verificamos as propriedades acima para casos específicos.
Elemento neutro da adição
| (1.52) |
Comutatividade da adição
| (1.53) |
Associatividade da adição
| (1.54) | |||
| (1.55) |
Elemento neutro da multiplicação
| (1.56) |
Comutatividade da multiplicação
| (1.57) |
Associatividade da multiplicação
| (1.58) | |||
| (1.59) |
Distributividade da multiplicação em relação à adição
| (1.60) | |||
| (1.61) |
O conjuntos dos números inteiros é
| (1.62) |
Os números com sinal negativo “” são definidos como sendo opostos aos respectivos números naturais. Mais precisamente, o oposto de um número é denotado por e é tal que
| (1.63) |
Os números inteiros podem ser representados geometricamente como pontos sobre uma reta (consultemos a Figura 1.9). No centro, coloca-se o zero, à direita colocam-se os números positivos em ordem e igualmente espaçados. À esquerda do zero, colocam-se os números negativos, opostos aos respectivos números positivos.
Consideramos os seguintes casos:
é o oposto de .
| (1.64) |
é o oposto de .
| (1.65) |
Os números inteiros contém os números naturais (consultemos a Figura 1.10), i.e.
| (1.66) |
Ainda, as operações de adição e multiplicação podem ser imediatamente estendidas para os números inteiros, assim como suas propriedades de elemento neutro, comutatividade, associatividade e distributividade.
Com a definição de oposto, podemos definir a operação de subtração de dois números inteiros da seguinte forma
| (1.67) | |||
| (1.68) |
sendo a operação de adição definida usualmente.
Dado um número , definimos o seu valor absoluto444Também, chamado de módulo. pelo número inteiro
| (1.71) |
Estudemos os seguintes casos:
Para qualquer , temos as seguintes propriedades:
O conjunto dos números racionais é
| (1.72) |
sendo . O quociente é definido como sendo o resultado da operação de divisão de por , i.e.
| (1.73) |
Consultemos a Figura 1.11 para uma representação geométrica dos números racionais.
Não está definida a divisão por zero! Note que não existe tal que
| (1.74) |
Também, não está bem definido. Neste caso, temos uma indeterminação matemática555Indeterminação matemática é um conceito do cálculo de limites., de fato não existe um único número tal que
| (1.75) |
A operação de adição de números racionais fica, então
| (1.76) |
Em Python, a operação de divisão é feita com o operador / e retorna um número decimal.
Para obter o quociente de dois números inteiros, usamos a função S() do módulo sympy.
A definição de uma variável simbólica como número racional pode ser feita com o argumento rational=True da função Symbol() do módulo sympy.
A operação de multiplicação fica, então
| (1.80) |
| (1.83) |
Isso segue do fato de que se , então
| (1.84) |
Os números racionais também herdam as propriedades de elemento neutro, comutatividade, associatividade e distributividade nas operações de adição e multiplicação.
Outra operação fundamental é a operação de potenciação. A potenciação de um número racional por um número natural é definida por
| (1.85) |
sendo . Ainda, definimos o inverso de um número racional por
| (1.86) |
Mais precisamente, o inverso de um número é denotado por e é tal que
| (1.87) |
Com a escolha acima, vemos que , pois
| (1.88) | |||
| (1.89) | |||
| (1.90) | |||
| (1.91) |
Sendo e , temos as seguintes propriedades fundamentais da operação de potenciação666Estas propriedades são válidas desde que as operações estejam bem definidas. Por exemplo, a segunda propriedade elencada somente é válida no caso de .:
As seguintes potenciações não estão bem definidas:
não existe.
| (1.99) |
O símbolo lê-se existe e o lê-se não existe.
não está bem definida.
| (1.100) | |||
| (1.101) | |||
| (1.102) |
Enquanto que para temos , não está bem definida! Trata-se de uma indeterminação, conceito introduzido em um curso de Cálculo.
A representatividade de números racionais não é única. Por exemplo,
| (1.103) |
Isto nos motiva a introduzir o conceito de razão irredutível. Dizemos que é uma razão irredutível, quando e não têm divisor comum777Um número é divisor de , quando .. Por exemplo, é uma razão irredutível, enquanto não é, pois e têm como divisor comum.
Sejam . Argumente se são verdadeiras ou falsas as seguintes afirmações:
a) V; b) V; c) V; d) V; e) F; f) V
Sejam . Argumente se são verdadeiras ou falsas as seguintes afirmações:
a) F; b) V; c) V
Mostre que
| (1.104) |
onde e .
Dica: e , então
O mínimo múltiplo comum dos números de dois números inteiros é denotado por e é o menor inteiro positivo que é múltiplo simultaneamente de e . Sendo, ainda, e , Mostre que
| (1.105) |
Qual a vantagem em usar o para calcular a soma de frações?
No SymPy, o método sympy.ilcm computa o mínimo múltiplo comum de dois inteiros. Verifique!
Dica:
Mostre que
| (1.106) |
onde e .
Dica: e , então
Sejam , , . Argumente sobre a veracidade das seguintes afirmações.
a) V; b) F; c) F
Verifique as seguintes desigualdades:
a) V; b) V; c) F; d) V; e) F
Sejam números racionais. Mostre que são verdadeiras os seguintes produtos notáveis:
a) . a) e b) seguem de maneira análoga.
Argumente sobre a veracidade das seguintes afirmações, onde . Nos casos em que forem falsas, corrija-as.
, para
, para
, para
, para
a) F; ; b) V; c) F; ; d) F; ; e) V
? Encontre o erro nos seguintes cálculos:
| (1.107) | |||
| (1.108) | |||
| (1.109) | |||
| (1.110) | |||
| (1.111) |
Escolhendo, por exemplo, e , esta última fornece !
Seja . Mostre as seguintes propriedades:
Dica: por definição, para tem-se e, para tem-se .
Aproveito para agradecer a todas/os que de forma assídua ou esporádica contribuem enviando correções, sugestões e críticas!

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