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BLOG DE MATEMÁTICA RECREATIVA

Neste Blog pretendo criar um espaço propício à reflexão sobre o tema da Matemática Recreativa. Nele poderemos propor tarefas susceptíveis de poderem ser levadas à sala de aula de Matemática: quebra-cabeças, jogos, enigmas, puzzles, etc.

BLOG DE MATEMÁTICA RECREATIVA

Neste Blog pretendo criar um espaço propício à reflexão sobre o tema da Matemática Recreativa. Nele poderemos propor tarefas susceptíveis de poderem ser levadas à sala de aula de Matemática: quebra-cabeças, jogos, enigmas, puzzles, etc.

Dividir quadrados em figuras equivalentes

Junho 07, 2009

Paulo Afonso

A divisão de figuras em partes com igual área pode ser um contexto interessante de recreação matemática. Em cenário de sala de aula pode servir como introdução ao estudo do conceito matemático -  figuras equivalentes.

O exemplo que escolhi para ilustrar este tema passa por se descobrir como dividir um quadrado (que pode ser um terreno de jardim) em quatro partes, todas com a mesma área, para a inserção de quatro tipos de flores.

Os círculos representam pequenas estacas colocadas no solo, por onde passa a vedação:

 Duas possíveis soluções são as seguintes: 

Contudo, outras são as possibilidades de resposta, como estas duas que apresento a seguir:

Será que haverá outras soluções possíveis?

Em contexto de sala de aula, esta simples tarefa pode servir de base para se desencadear uma importante investigação matemática. De facto, seria interessante que os alunos procurassem quatro divisões da figura em que cada uma terá um área equivalente à área de um dos quatro quadrados unitários que compõem a figura.

Eis mais quatro soluções:

Seria interessante serem os alunos a explicar o motivo pelo qual entendem que as quatro partes de cada figura dividida têm a mesma área. Como possível estratégia em sala de aula, o professor poderia aconselhar a utilização de geoplanos, elásticos coloridos e introduzir o cálculo de áreas por enquadramento, por decomposição ou o teorema de pick.

Contudo, a tarefa não deverá ser dada por terminada, pois poderão surgir outras soluções como estas duas:

Tirando partido desta tarefa, outras poderiam ser colocadas aos estudantes, como seja o caso de uma figura como a seguinte, para ser dividida em três partes iguais. Quantas serão as soluções?:

 

Regularidades envolvendo quadrados coloridos

Março 16, 2009

Paulo Afonso

Imaginemos que o módulo de mosaico quadrado, formado por quadrados, representado na figura seguinte, servia como unidade de pavimentação:

Uma possível pavimentação seria criada  a partir da junção de quatro desses módulos:

Se em vez de quatro se juntassem dezasseis módulos, a pavimentação resultante seria a seguinte:

Analisando-se o número de quadrados azuis (Z) e de quadrados amarelos (A) envolvidos em cada caso, bem como o total de quadrados (Q), constatam-se algumas regularidades:

Q Q Q
9 36 144
Z A Z A Z A
5 4 20 16 80 64

1ª - o número de quadrados azuis é sempre maior do que o número de quadrados amarelos;

2ª - o total de quadrados é sempre um número quadrado (9 = 32; 36 = 62 e 144 = 122);

3ª - de caso para caso o número de quadrados azuis ou amarelos aumenta quatro vezes;

4ª - o nº de quadrados amarelos é sempre uma potência de base dois, com expoente par (4 = 22; 16 = 24 e 64 = 26).

Com base nestas regularidades qual será o aspecto de uma pavimentação semelhante a estas, que tenha 210 quadrados amarelos, isto é, quantos serão os quadrados azuis e qual o total de quadrados envolvidos?

Imagine-se um outro tipo de pavimentação que também recorre aos quadrados amarelos e azuis, cujo modelo é o seguinte:

Uma pavimentação ligeiramente maior pode ser a seguinte:

Tendo em conta o número de quadrados amarelos (A), quadrados azuis (Z) e o total de quadrados (Q) em cada caso, refira estes valores para uma nova pavimentação, semelhante a estas, cuja linha central é formada por 11 quadrados amarelos e 10 azuis.

Regularidades geométricas e numéricas envolvendo a utilização de fósforos

Março 02, 2009

Paulo Afonso

Como material não estruturado, os fósforos adaptam-se bastante à exploração de múltiplos conceitos matemáticos. Desde a iniciação ao conceito de dezena, com o recurso a um vulgar elástico para a criação de um grupo de dez unidades, até ao estudo de propriedades de várias figuras geométricas, muitas explorações matemáticas podem ser feitas.

De entre alguns autores que têm dedicado alguma atenção a este recurso, destaco Baifang (1995)* e Berloquin (1991)**, por proporem actividades muito interessantes, que apelam ao prazer de se fazer matemática pela via do raciocínio e da ludicidade.

 

* - Baifang, L. (1995). Puzzles com fósforos. LIsboa: Gradiva.

** - Berloquin, P. (1991). 100 jogos geométricos. Lisboa: Gradiva.

 

Para reflexão desta semana decidi associar os fósforos ao tema das regularidades geométricas, com o estabelecimento de conexões às respectivas regularidades de natureza numérica. 

Como actividade de recreação matemática analise a seguinte sequência geométrica e tente estimar o número de fósforos necessários para se obterem 30 quadrados alinhados na horizontal, dando continuidade às seguintes figuras rectangulares: 

Este desafio não representará, certamente, uma grande dificuldade, pois poder-se-á estabelecer facilmente o seguinte raciocínio:

1 quadrado - 4 fósforos

2 quadrados - 7 fósforos

3 quadrados - 10 fósforos

4 quadrados - 13 fósforos, isto é, mais três fósforos do que na construção geométrica anterior. Seguindo este padrão ou regularidade, descobrir-se-á a quantidade de fósforos necessária para a obtenção de 30 quadrados alinhados na horizontal, dando continuidade às figuras rectangulares propostas inicialmente. Esse valor será de 91 fósforos.

Em contexto de sala de aula seria interessante que os alunos pudessem descobrir  a lei geral que suporta esta regularidade numérica de fósforos, associada ao respectivo número de quadrados que formam.

Observe-se, novamente, a quantidade de fósforos envolvida em cada uma das três construções iniciais, e estabeleçamos a respectiva interpretação numérica:

1 quadrado - 4 fósforos (4)

2 quadrados - 7 fósforos (4 + 3)

3 quadrados - 10 fósforos (4 + 3 + 3)

...

n quadrados - [4 + (n - 1 x 3)] = 4 + 3n - 3 = 3n +1

Conclui-se, pois, que para a construção de um determinado número de quadrados (n), e nas mesmas condições enunciadas nesta tarefa, o número de fósforos (f) será igual ao triplo desse número de quadrados mais uma unidade.

Logo, confirma-se que para o caso de 30 quadrados, o número de fósforos envolvidos seria 3 x 30 + 1 = 91.

Uma extensão deste desafio poderia passar pela construção de figuras quadradas, como ilustram os exemplos seguintes:

As três figuras quadradas da tabela permitem a seguinte contagem:

1 quadrado - 4 fósforos

4 quadrados - 12 fósforos

9 quadrados - 24 fósforos

Note-se a seguinte regularidade:

1 quadrado - 1 x 4 fósforos (nº de fósforos relativos à fronteira da figura);

4 quadrados - 2 x 4 fósforos (nº de fósforos relativos à fronteira da figura) + 1 x 2 fósforos (linha vertical do interior) + 1 x 2 fósforos (linha horizontal do interior);

9 quadrados - 3 x 4 fósforos (nº de fósforos relativos à fronteira da figura) + 2 x 3 fósforos (linhas verticais do interior) + 2 x 3 fósforos (linhas horizontais do interior).

Em síntese, temos:

1 quadrado - 1 x 4

4 quadrados - 2 x 4 + 1 x 2 + 1 x 2

9 quadrados - 3 x 4 + 2 x 3 + 2 x 3

...

n quadrados (sempre figura quadrada):

 

Logo, a próxima figura quadrada, formada por 16 quadrados, seria formada por 2 x (4 + 16) = 40 fósforos. Eis a respectiva figura:

 

Outra análise que pode ser feita para estas figuras quadradas pode passar por nos concentrarmos no número de fósforos empregues no lado de cada uma delas. Assim:

1 quadrado (1ª figura) - 4 x 1

4 quadrados (2ª figura) - 4 x 2 + 1 x 2 + 1 x 2

9 quadrados (3ª figura) - 4 x 3 + 2 x 3 + 2 x 3

...

n-ésima figura - 4 x n + (n -1) x n + (n - 1) x n = 4n + 2(n2 - n) = 4n + 2n2 - 2n = 2n2 + 2n = 2n (n + 1).

A título de exemplo, a próxima figura quadrada, com quatro fósforos de lado, necessitará de 2 x 4 (4 + 1) = 40 fósforos. 

Tendo em conta a seguinte nova sequência de figuras triangulares, descubra a lei geral de formação e teste-a para o caso de querer saber o número de fósforos necessários para se construir uma nova figura semelhante a elas, contendo 36 triângulos:

 

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