Fórmulas de Matemática Básica

As fórmulas das aulas desta matéria, com as condições que tornam cada relação válida.

1As quatro operações

Trocas do sistema decimal

10 U=1 D10 D=1 C10 C=1 UM\begin{gathered}10\,\mathrm U=1\,\mathrm D\\10\,\mathrm D=1\,\mathrm C\\10\,\mathrm C=1\,\mathrm{UM}\end{gathered}

U significa unidade, D dezena, C centena e UM unidade de milhar. Cada troca conserva a quantidade total. Na conta armada, alinhe algarismos de mesma ordem; um espaço sem algarismo de uma ordem ausente representa zero.

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Adição e elemento neutro

a+b=sa+0=a\begin{gathered}a+b=s\\a+0=a\end{gathered}

a e b são números naturais (0, 1, 2, …), chamados parcelas, e s é a soma. As letras apenas nomeiam os números de uma conta. Somar zero não altera a quantidade. A soma de naturais é natural.

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Conferir a subtração pela adição

a−b=d⇕b+d=a\begin{gathered}a-b=d\\\Updownarrow\\b+d=a\end{gathered}

a, b e d são naturais e a ≥ b: a é o minuendo, b é o subtraendo e d é a diferença. A diferença mais o subtraendo reconstrói o minuendo. Se a < b, a diferença não é natural; os números negativos serão estudados na aula seguinte.

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Trocar parcelas ou fatores

a+b=b+aa⋅b=b⋅a\begin{gathered}a+b=b+a\\a\cdot b=b\cdot a\end{gathered}

a e b são naturais. Trocar a ordem preserva a soma e o produto. Subtração e divisão não permitem essa troca em geral. Os casos numéricos ilustram as propriedades; o agrupamento das quantidades e das fileiras explica sua validade.

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Multiplicação como grupos iguais

b+b+⋯+b⏟a parcelas=a⋅b\underbrace{b+b+\cdots+b}_{a\text{ parcelas}}=a\cdot b

a é natural positivo e b é natural. a conta os grupos; b conta as unidades em cada grupo. Os dois números são fatores e o resultado é o produto. Com zero grupos, o total é zero; a repetição de parcelas acima é escrita somente para a ≥ 1.

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Multiplicar por zero ou por um

a⋅0=0a⋅1=a\begin{gathered}a\cdot0=0\\a\cdot1=a\end{gathered}

a é natural. Grupos com zero unidades não contêm unidade alguma. Um grupo de a unidades ou a grupos de uma unidade totalizam a. Não confundir o neutro da soma, zero, com o neutro do produto, um.

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Decompor um fator para multiplicar

a(b+c)=ab+aca(b+c)=ab+ac

a, b e c são naturais. Multiplicar a soma b + c equivale a multiplicar suas duas partes por a e reunir os produtos. ab significa a·b. A propriedade explica os produtos parciais da conta armada, inclusive a multiplicação por dezenas.

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Divisão exata e multiplicação

a÷b=q⇕b⋅q=a\begin{gathered}a\div b=q\\\Updownarrow\\b\cdot q=a\end{gathered}

a e q são naturais e b é natural positivo. a é o dividendo, b o divisor e q o quociente. A equivalência descreve a divisão exata em naturais, com resto zero. O divisor não pode ser zero.

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Divisão inteira com resto

a=bq+r0≤r<b\begin{gathered}a=bq+r\\0\le r<b\end{gathered}

a, q e r são naturais e b é natural positivo. q é o número de grupos completos; r é o resto. A condição r < b impede deixar no resto uma quantidade suficiente para formar outro grupo completo. Para esses dados, q e r são únicos.

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Zero no dividendo

0÷b=0(b>0)0\div b=0\quad(b>0)

b é natural positivo: zero unidades repartidas em um número positivo de grupos deixam zero por grupo. Dividir por zero não é definido: com dividendo positivo é impossível reconstruí-lo por um produto com zero; com dividendo zero não há quociente único.

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2Números e operações

Valor posicional decimal

abc‾=100a+10b+c\overline{abc}=100a+10b+c

Nesta escrita de um natural de três algarismos, a é de 1 a 9 e b e c são de 0 a 9. A barra indica a sequência dos algarismos, não um produto. Cada posição à esquerda vale dez vezes a anterior; zeros conservam posições.

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Inclusão dos conjuntos numéricos

N⊂Z⊂Q⊂R\mathbb N\subset\mathbb Z\subset\mathbb Q\subset\mathbb R

Adotamos ℕ = {0, 1, 2, …} e ℕ* = {1, 2, …}. ℤ contém os inteiros positivos, negativos e zero; ℚ contém as frações de inteiros de denominador não nulo. As inclusões são próprias. Um número pode pertencer a vários desses conjuntos.

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Definição de número racional

Q={pq:p,q∈Z, q≠0}\mathbb Q=\left\{\frac pq:p,q\in\mathbb Z,\ q\ne0\right\}

p é o numerador e q é o denominador. Podemos escolher q positivo mudando os dois sinais. Todo inteiro é racional porque n = n/1. O denominador jamais pode ser zero.

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Racionais, irracionais e reais

I=R∖QR=Q∪IQ∩I=∅\begin{gathered}\mathbb I=\mathbb R\setminus\mathbb Q\\\mathbb R=\mathbb Q\cup\mathbb I\\\mathbb Q\cap\mathbb I=\varnothing\end{gathered}

𝕀 representa aqui os irracionais: reais que não podem ser escritos como fração de inteiros com denominador não nulo. União reúne elementos; interseção exige pertencer aos dois conjuntos. Nenhum real é simultaneamente racional e irracional.

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Operações elementares com conjuntos

x∈A∪B  ⟺  x∈A ou x∈Bx∈A∩B  ⟺  x∈A e x∈Bx∈A∖B  ⟺  x∈A, x∉B\begin{gathered}x\in A\cup B\iff x\in A\ \text{ou}\ x\in B\\x\in A\cap B\iff x\in A\ \text{e}\ x\in B\\x\in A\setminus B\iff x\in A,\ x\notin B\end{gathered}
x∈A∪B  ⟺  x∈A ou x∈Bx∈A∩B  ⟺  x∈A e x∈Bx∈A∖B  ⟺  x∈A, x∉B\begin{gathered}x\in A\cup B\iff\\x\in A\ \text{ou}\ x\in B\\[4pt]x\in A\cap B\iff\\x\in A\ \text{e}\ x\in B\\[4pt]x\in A\setminus B\iff\\x\in A,\ x\notin B\end{gathered}

A e B são conjuntos de um universo declarado. “Ou” é inclusivo: aceita pertencer a ambos. A diferença A ∖ B, lida “A menos B”, retira de A os elementos que também pertencem a B. O símbolo ∖ indica diferença de conjuntos. Em geral A ∖ B é diferente de B ∖ A.

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Módulo como distância ao zero

∣a∣={a,a≥0−a,a<0|a|=\begin{cases}a,&a\ge0\\-a,&a<0\end{cases}

a é real. |a| é sempre não negativo; vale zero apenas para a = 0. Números opostos a e −a têm o mesmo módulo. Entre negativos, o de maior módulo é o menor número.

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Distância na reta real

d(a,b)=∣a−b∣d(a,b)=|a-b|

a e b são reais na mesma escala e unidade. A distância é não negativa e não depende da ordem dos pontos. Não confundir a posição assinada de um ponto com uma distância.

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Subtrair é somar o oposto

a−b=a+(−b)−(−a)=a\begin{gathered}a-b=a+(-b)\\-(-a)=a\end{gathered}

a e b são reais. O oposto de b é o único número que somado a b dá zero. A regra vale para inteiros, frações e decimais. O sinal de operação e o sinal de um número têm funções diferentes.

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Sinais no produto

(−a)b=−(ab)a(−b)=−(ab)(−a)(−b)=ab\begin{gathered}(-a)b=-(ab)\\a(-b)=-(ab)\\(-a)(-b)=ab\end{gathered}

a e b são reais; as identidades valem inclusive com zero. A descrição “sinais iguais, produto positivo” exige fatores não nulos. Para divisão, aplica-se o mesmo padrão com divisor não nulo.

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Propriedades das operações reais

a+b=b+a,ab=ba(a+b)+c=a+(b+c)(ab)c=a(bc)a(b+c)=ab+ac\begin{gathered}a+b=b+a,\quad ab=ba\\(a+b)+c=a+(b+c)\\(ab)c=a(bc)\\a(b+c)=ab+ac\end{gathered}

a, b e c são reais. A primeira linha expressa comutatividade; as duas seguintes, associatividade; a última, distributividade. Subtração e divisão não são comutativas nem associativas em geral. Zero é neutro da adição; um é neutro da multiplicação.

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Divisão e inverso multiplicativo

a÷b=a⋅1bb≠0,b⋅1b=1\begin{gathered}a\div b=a\cdot\frac1b\\b\ne0,\quad b\cdot\frac1b=1\end{gathered}

a e b são reais, b ≠ 0. O quociente é o único número c com bc = a. Se a = 0, o quociente é zero. Se b = 0 e a ≠ 0 não há tal c; se a = b = 0 não há c único. Por isso nenhuma divisão por zero é definida.

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Frações equivalentes

ab=akbk\frac ab=\frac{ak}{bk}

a, b e k são inteiros, b ≠ 0 e k ≠ 0. Multiplicar os dois termos pelo mesmo número não nulo preserva o valor. Para simplificar uma fração de inteiros por divisão, use um divisor comum não nulo e mantenha os quocientes inteiros. Não cancelar parcelas de uma soma.

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Comparação por produtos cruzados

ab<cd  ⟺  ad<bc\frac ab<\frac cd\iff ad<bc

a e c são inteiros e b e d são inteiros positivos. Multiplicar a desigualdade por bd > 0 preserva seu sentido. Para denominadores negativos, normalize os sinais antes. A igualdade corresponde a ad = bc.

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Adição e subtração de frações

ab±cd=ad±bcbd\begin{gathered}\frac ab\pm\frac cd=\frac{ad\pm bc}{bd}\end{gathered}

a, b, c e d são inteiros, b ≠ 0 e d ≠ 0. O sinal escolhido deve ser o mesmo nos dois membros. bd é um denominador comum possível; um múltiplo comum menor também pode ser usado. Com denominadores iguais, conserve o denominador e opere os numeradores.

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Produto de frações

ab⋅cd=acbd\frac ab\cdot\frac cd=\frac{ac}{bd}

a, b, c e d são inteiros, b ≠ 0 e d ≠ 0. Pode-se simplificar fatores entre um numerador e um denominador antes de multiplicar. Para interpretar “fração de uma quantidade”, a quantidade e a unidade de referência precisam estar claras.

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Quociente de frações

ab÷cd=ab⋅dc\frac ab\div\frac cd=\frac ab\cdot\frac dc

a, b, c e d são inteiros; b ≠ 0, d ≠ 0 e c ≠ 0. A fração divisora c/d precisa ser não nula. Inverte-se apenas o divisor e troca-se divisão por multiplicação. Fração complexa é uma divisão cujo numerador ou denominador contém frações.

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Número misto e fração imprópria

m+rb=mb+rbm+\frac rb=\frac{mb+r}{b}

m é inteiro não negativo, b inteiro positivo e r inteiro com 0 ≤ r < b. A escrita m r/b, sem sinal de operação, é uma convenção de número misto: m + r/b. Um sinal negativo antes do misto vale para o total: −(m + r/b). Nesta aula preferimos explicitar os parênteses.

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Decimal finito como fração

x=A10nx=\frac{A}{10^n}

x é um decimal finito não negativo com n casas após a vírgula; n é inteiro não negativo e A é o inteiro formado retirando a vírgula. Para valor negativo, aplique o sinal ao total. Zeros acrescentados à direita da parte decimal não mudam o número.

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Por que somar as casas no produto decimal

A10m⋅B10n=AB10m+n\frac{A}{10^m}\cdot\frac{B}{10^n}=\frac{AB}{10^{m+n}}

A e B são inteiros e m e n são inteiros não negativos. Multiplique as partes inteiras e conte m + n casas decimais no resultado, completando zeros se necessário. A regra dos sinais permanece válida.

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Transformar a divisão decimal

a÷b=(10ka)÷(10kb)a\div b=(10^k a)\div(10^k b)

a e b são reais, b ≠ 0 e k é inteiro não negativo. Para divisor decimal finito, escolha k para torná-lo inteiro. Multiplique dividendo e divisor pelo mesmo fator; transformar somente o divisor muda o quociente.

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Geratriz de uma dízima periódica

x=A−B10s(10t−1)x=\frac{A-B}{10^s(10^t-1)}

x é não negativo e tem s algarismos de anteperíodo (s ≥ 0) e um período de t algarismos (t ≥ 1), ambos inteiros. A é o inteiro formado pela parte inteira, anteperíodo e uma cópia do período; B é o formado pela parte inteira e anteperíodo. Zeros nessas posições são preservados. A subtração de 10ˢ⁺ᵗx e 10ˢx alinha e cancela as caudas periódicas. Para dízima negativa, aplique o sinal depois.

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Potência de expoente natural positivo

an=a⋅a⋯a⏟n fatoresa^n=\underbrace{a\cdot a\cdots a}_{n\text{ fatores}}

a é real e n é inteiro positivo. a é a base e n é o expoente; não confundir com a·n. Base negativa deve ser agrupada entre parênteses. Expoente par dá resultado não negativo; expoente ímpar conserva o sinal da base.

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Leis para expoentes inteiros

aman=am+nam/an=am−n(am)n=amn\begin{gathered}a^m a^n=a^{m+n}\\a^m/a^n=a^{m-n}\\(a^m)^n=a^{mn}\end{gathered}

a é real não nulo, m e n são inteiros. Essas condições tornam todas as expressões definidas, inclusive para expoentes zero e negativos. Para base zero, potências com expoente positivo são zero; 0⁰ e expoente negativo de zero não são definidos nesta aula.

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Expoentes zero e negativo

a0=1a−n=1an\begin{gathered}a^0=1\\a^{-n}=\frac1{a^n}\end{gathered}

a é real não nulo e n é inteiro positivo. A primeira identidade mantém a regra aⁿ/aⁿ = a⁰; a segunda representa o inverso de aⁿ. Expoente negativo não significa automaticamente resultado negativo.

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Notação científica

x=c⋅10k,1≤∣c∣<10x=c\cdot10^k,\quad1\le|c|<10

x é real não nulo e k é inteiro. c conserva o sinal de x. Deslocar a vírgula para obter c exige compensar com uma potência de dez; expoente positivo representa ampliação, negativo representa divisão por potência de dez. Zero é escrito separadamente.

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Raiz quadrada principal

a=r  ⟺  r≥0, r2=ab2=∣b∣\begin{gathered}\sqrt a=r\iff r\ge0,\ r^2=a\\\sqrt{b^2}=|b|\end{gathered}
a=r⇕r≥0, r2=ab2=∣b∣\begin{gathered}\sqrt a=r\\\Updownarrow\\r\ge0,\ r^2=a\\\sqrt{b^2}=|b|\end{gathered}

a é real não negativo e b é real. A raiz quadrada principal é única e não negativa. A equação x² = a tem duas soluções opostas se a > 0, apenas zero se a = 0 e nenhuma solução real se a < 0. Não se distribui raiz sobre soma em geral.

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Raiz cúbica real

a3=r  ⟺  r3=a\sqrt[3]a=r\iff r^3=a

a é real e r é a única raiz cúbica real de a. Radicandos negativos são permitidos no índice ímpar: ∛(−8) = −2. Índices pares exigem radicando não negativo nos reais; o tratamento geral está em Potências e radicais, em Álgebra.

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Erro de arredondamento ao mais próximo

∣x−x~∣≤h2|x-\widetilde x|\le\frac h2

x é real, h > 0 é o passo entre valores consecutivos admitidos, e x̃ é um dos valores mais próximos de x. Para n casas decimais, h = 10⁻ⁿ, n inteiro não negativo. Nos empates, esta aula arredonda afastando de zero. Truncar é outro procedimento e não tem a mesma garantia h/2.

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3Divisibilidade

Divisão euclidiana

a=bq+r0≤r<b\begin{gathered}a=bq+r\\0\le r<b\end{gathered}

a é natural, b é natural positivo, e q e r são os únicos naturais que satisfazem as duas condições. q é o quociente inteiro; r é o resto. O resto zero identifica a divisão exata. Se a < b, q = 0 e r = a.

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O significado de “divide”

d∣n⇕n=dk para algum k∈Z\begin{gathered}d\mid n\\\Updownarrow\\n=dk\text{ para algum }k\in\mathbb Z\end{gathered}

d é inteiro positivo e n é inteiro. A barra vertical lê-se “divide” e não representa uma fração. Se n é natural, o fator k também é natural. Todo inteiro positivo divide zero, pois 0 = d·0. Nesta aula os divisores considerados são positivos; zero não é admitido como divisor.

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Múltiplos naturais de um número

M(a)={0,a,2a,3a,…}M(a)=\{0,a,2a,3a,\ldots\}

a é natural. M(a) reúne os produtos a·k com k natural, inclusive zero. Se a > 0, a lista cresce indefinidamente; se a = 0, M(0) = {0}. Para a positivo, ser múltiplo de a equivale a ser divisível por a.

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Somar e multiplicar números divisíveis

d∣x, d∣y⟹d∣(x+y)d∣(x−y),d∣kx\begin{gathered}d\mid x,\ d\mid y\\\Longrightarrow d\mid(x+y)\\d\mid(x-y),\quad d\mid kx\end{gathered}

d é inteiro positivo e x, y, k são inteiros. As conclusões seguem de x = du e y = dv. A diferença pode ser negativa; isso não altera a divisibilidade pelo seu módulo. A recíproca sobre as parcelas é falsa: uma soma divisível não obriga cada parcela a ser divisível.

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Critérios pelas últimas casas

N=10kq+td∣10k⟹(d∣N  ⟺  d∣t)\begin{gathered}N=10^kq+t\\d\mid10^k\\\Longrightarrow(d\mid N\iff d\mid t)\end{gathered}

N e q são naturais, k é inteiro positivo, 0 ≤ t < 10ᵏ e d é inteiro positivo que divide 10ᵏ. t é o bloco das últimas k casas, completado com zeros à esquerda quando necessário. O critério vale porque 10ᵏq já é múltiplo de d.

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Soma dos algarismos: três e nove

3∣N  ⟺  3∣S9∣N  ⟺  9∣S\begin{gathered}3\mid N\iff3\mid S\\9\mid N\iff9\mid S\end{gathered}

N é natural escrito em base dez e S é a soma de seus algarismos. N − S é múltiplo de 9, pois cada 10ᵏ − 1, k ≥ 1, é múltiplo de 9. O teste pode ser repetido na soma; divisibilidade por 3 não implica divisibilidade por 9.

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Soma alternada: onze

11∣N  ⟺  11∣A11\mid N\iff11\mid A

N é natural em base dez. A é a soma alternada dos algarismos, começando das unidades com sinal positivo e alternando os sinais. Pode-se trocar todos os sinais ou testar |A|. Cada 10ᵏ − (−1)ᵏ é múltiplo de 11, portanto N − A também é. Os restos euclidianos continuam entre 0 e 10. Zero também é múltiplo de 11.

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Um critério para sete

N=10q+r7∣N  ⟺  7∣(q−2r)\begin{gathered}N=10q+r\\7\mid N\iff7\mid(q-2r)\end{gathered}

N e q são naturais e r é o algarismo das unidades, de 0 a 9. Retire a unidade e subtraia o dobro dela do número restante. O resultado pode ser negativo; teste seu módulo. As identidades q − 2r = 21q − 2N e N = 10(q − 2r) + 21r provam os dois sentidos usando somas e diferenças de múltiplos de 7.

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Critério combinado para seis

6∣N⇕2∣N e 3∣N\begin{gathered}6\mid N\\\Updownarrow\\2\mid N\text{ e }3\mid N\end{gathered}

N é inteiro. Os fatores 2 e 3 não têm divisor positivo comum além de 1. Assim testar ambos garante o produto 6. Isso não autoriza multiplicar quaisquer dois testes: divisibilidade por 4 e por 6 garante 12, mas não necessariamente 24.

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Definição de número primo

p eˊ primo⇕D(p)={1,p}\begin{gathered}p\text{ é primo}\\\Updownarrow\\D(p)=\{1,p\}\end{gathered}

p é natural com p ≥ 2 e D(p) é seu conjunto de divisores positivos. Um primo tem exatamente dois divisores positivos. Um natural maior que 1 que não é primo é composto. Um e zero não são primos nem compostos; 2 é o único primo par.

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Até onde testar divisores primos

n composto⟹∃p≤np primo,p∣n\begin{gathered}n\text{ composto}\\\Longrightarrow\exists p\le\sqrt n\\p\text{ primo},\quad p\mid n\end{gathered}

n é natural com n ≥ 2. Se n = ab é composto, com a e b maiores que 1, ao menos um fator é ≤ √n; esse fator possui algum divisor primo não maior que ele. Basta testar os primos até esse limite, incluindo a igualdade. Não basta testar só 2, 3 e 5 para números arbitrários.

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Fatoração em primos

n=∏j=1spjαjn=\prod_{j=1}^{s}p_j^{\alpha_j}

n é natural maior que 1; p₁, …, pₛ são primos positivos distintos, s ≥ 1, e cada αⱼ é inteiro positivo. A decomposição existe e é única, a menos da ordem dos fatores. O símbolo ∏ significa multiplicar todos os fatores indicados. O número 1 é tratado separadamente e zero não tem essa fatoração finita.

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Quantidade de divisores positivos

τ(n)=∏j=1s(αj+1)\tau(n)=\prod_{j=1}^{s}(\alpha_j+1)

n > 1 tem fatoração n = p₁^α₁ · … · pₛ^αₛ, com primos distintos e αⱼ ≥ 1. Um divisor escolhe o expoente de cada primo de 0 até αⱼ. As escolhas são independentes e únicas; τ conta somente divisores positivos. Para n = 1, τ(1) = 1. Zero tem infinitos divisores positivos e não entra nessa fórmula.

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Divisores ímpares em quantidade

∃m∈N: n=m2⇕τ(n) eˊ ıˊmpar\begin{gathered}\exists m\in\mathbb N:\ n=m^2\\\Updownarrow\\\tau(n)\text{ é ímpar}\end{gathered}

n é natural positivo. Na fatoração, o número de divisores é ímpar exatamente quando todos os expoentes são pares, isto é, quando n é quadrado perfeito. O caso n = 1 também satisfaz a afirmação. A contagem não inclui divisores negativos.

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Máximo divisor comum

d=mdc⁡(a,b)d=max⁡(D(a)∩D(b))\begin{gathered}d=\operatorname{mdc}(a,b)\\d=\max(D(a)\cap D(b))\end{gathered}

a e b são naturais, não ambos zero. D(a) e D(b) contêm divisores positivos; a interseção reúne os comuns e max escolhe o maior. Se a > 0, mdc(a,0) = a. mdc(0,0) não é definido aqui, porque seus divisores positivos comuns não têm maior elemento.

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MDC por expoentes mínimos

mdc⁡(a,b)=∏j=1spjmin⁡(αj,βj)\operatorname{mdc}(a,b)=\prod_{j=1}^{s}p_j^{\min(\alpha_j,\beta_j)}

a e b são naturais positivos, ao menos um maior que 1. Use a mesma lista dos primos presentes em qualquer um dos números, atribuindo expoente zero ao primo ausente. O divisor comum não pode ultrapassar nenhum dos dois expoentes. Para a = b = 1, o MDC é 1.

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Passo do algoritmo de Euclides

a=bq+r,0≤r<bmdc⁡(a,b)=mdc⁡(b,r)\begin{gathered}a=bq+r,\quad0\le r<b\\\operatorname{mdc}(a,b)=\operatorname{mdc}(b,r)\end{gathered}

a, q e r são naturais e b é natural positivo. Um número divide a e b exatamente quando divide b e r = a − bq. As divisões sucessivas conservam o MDC e terminam porque os restos positivos diminuem. Ao chegar a resto zero, o divisor dessa última divisão é o MDC.

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Mínimo múltiplo comum positivo

m=mmc⁡(a,b)m>0,a∣m, b∣m\begin{gathered}m=\operatorname{mmc}(a,b)\\m>0,\quad a\mid m,\ b\mid m\end{gathered}

a e b são naturais positivos; m é o menor número positivo divisível por ambos. Excluir zero é essencial, pois zero é múltiplo comum de todos os positivos. O produto ab garante a existência de algum múltiplo comum positivo. Nesta aula usamos essa definição para argumentos positivos; com zero não há múltiplo comum positivo.

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MMC por expoentes máximos

mmc⁡(a,b)=∏j=1spjmax⁡(αj,βj)\operatorname{mmc}(a,b)=\prod_{j=1}^{s}p_j^{\max(\alpha_j,\beta_j)}

a e b são naturais positivos, ao menos um maior que 1. Use todos os primos presentes e atribua expoente zero aos ausentes. Um múltiplo comum precisa conter pelo menos o maior dos expoentes de cada primo; escolhê-los exatamente assim dá o menor. Para a = b = 1, o MMC é 1.

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Relação entre MDC e MMC de dois números

mdc⁡(a,b)mmc⁡(a,b)=ab\operatorname{mdc}(a,b)\operatorname{mmc}(a,b)=ab
mdc⁡(a,b)⋅mmc⁡(a,b)=ab\begin{gathered}\operatorname{mdc}(a,b)\\{}\cdot\operatorname{mmc}(a,b)=ab\end{gathered}

a e b são naturais positivos. Para cada primo, mínimo e máximo dos dois expoentes somam os expoentes originais. A identidade vale para dois números; o produto do MDC e do MMC de três números não é, em geral, o produto deles.

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Números primos entre si

mdc⁡(a,b)=1⟹mmc⁡(a,b)=ab\begin{gathered}\operatorname{mdc}(a,b)=1\\\Longrightarrow\operatorname{mmc}(a,b)=ab\end{gathered}

a e b são naturais positivos. Serem primos entre si significa não terem divisor positivo comum além de 1; não exige que cada um seja primo. Para N inteiro, se a e b são primos entre si, ser divisível por ambos equivale a ser divisível por ab.

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MDC e MMC de mais números

mdc⁡(a,b,c)=mdc⁡(mdc⁡(a,b),c)mmc⁡(a,b,c)=mmc⁡(mmc⁡(a,b),c)\begin{gathered}\operatorname{mdc}(a,b,c)\\=\operatorname{mdc}(\operatorname{mdc}(a,b),c)\\\operatorname{mmc}(a,b,c)\\=\operatorname{mmc}(\operatorname{mmc}(a,b),c)\end{gathered}

a, b e c são naturais positivos. Um divisor comum de a e b divide seu MDC; um múltiplo comum de a e b é múltiplo de seu MMC, como mostram os expoentes. Isso permite reunir os números dois a dois sem perder as condições. As regras de expoentes mínimos e máximos também se estendem à lista inteira.

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Reduzir uma fração pelo MDC

g=mdc⁡(∣p∣,q)pq=p/gq/g\begin{gathered}g=\operatorname{mdc}(|p|,q)\\\frac pq=\frac{p/g}{q/g}\end{gathered}

p é inteiro e q é inteiro positivo. g é positivo e os dois quocientes são inteiros. A fração resultante é irredutível porque os expoentes primos comuns foram retirados ao máximo. Se p = 0, g = q e a forma reduzida é 0/1.

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Quando a fração tem decimal finito

pq tem decimal finito⇕q=2u5v\begin{gathered}\frac pq\text{ tem decimal finito}\\\Updownarrow\\q=2^u5^v\end{gathered}

p/q está irredutível, p é inteiro e q é inteiro positivo; u e v são inteiros não negativos. Denominador 1 corresponde a u = v = 0 e inclui inteiros e 0/1. Um primo diferente de 2 e 5 no denominador reduzido impede a expansão finita. Reduza antes de aplicar o critério.

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Restos de uma soma e de um produto

a=dq+r,b=dt+sa+b=d(q+t)+(r+s)ab=d(dqt+qs+tr)+rs\begin{gathered}a=dq+r,\quad b=dt+s\\a+b=d(q+t)+(r+s)\\ab=d(dqt+qs+tr)+rs\end{gathered}

a e b são naturais, d é natural positivo e 0 ≤ r,s < d. Essas identidades mostram que a+b e r+s deixam o mesmo resto por d; ab e rs também. Se r+s ou rs forem maiores ou iguais a d, divida novamente: esses valores ainda não são necessariamente restos válidos.

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Reduzir um expoente por um ciclo

Rd(at)=1,n=kt+s0≤s<tRd(an)=Rd(as)\begin{gathered}R_d(a^t)=1,\quad n=kt+s\\0\le s<t\\R_d(a^n)=R_d(a^s)\end{gathered}

R_d(x) significa o resto da divisão de x por d. a é natural positivo, d ≥ 2 e t ≥ 1 são inteiros; k e s são naturais. A hipótese de resto 1 para aᵗ precisa ser verificada; ela não vale para quaisquer a, d e t. A identidade segue de aⁿ = (aᵗ)ᵏaˢ e da regra de restos do produto.

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MDC como combinação inteira

au+bv=mdc⁡(a,b)para alguns u,v∈Z\begin{gathered}au+bv=\operatorname{mdc}(a,b)\\\text{para alguns }u,v\in\mathbb Z\end{gathered}

a e b são inteiros positivos. Os coeficientes u e v podem ser negativos ou zero. Substituir de volta os restos do algoritmo de Euclides produz uma combinação dos dois números em cada etapa. O enunciado é a identidade de Bézout, desenvolvida no aprofundamento após os métodos básicos.

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Cancelamento com fatores primos entre si

mdc⁡(a,b)=1,a∣bc⟹a∣c\begin{gathered}\operatorname{mdc}(a,b)=1,\quad a\mid bc\\\Longrightarrow a\mid c\end{gathered}

a e b são inteiros positivos e c é inteiro. Pela identidade de Bézout, existem u e v com au + bv = 1. Multiplicar por c mostra que c é soma de dois múltiplos de a. Para um primo p, se p divide xy, então divide x ou y; não é necessário que divida os dois.

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4Razões, proporcionalidade e regra de três

Razão ordenada

a:b=aba:b=\frac ab

a e b são reais, com b ≠ 0. a é o antecedente e b o consequente. A ordem é parte da informação. Para comparar medidas da mesma grandeza, use a mesma unidade; em taxas entre grandezas diferentes, conserve a unidade composta. Nos problemas desta aula, as medidas são não negativas e os denominadores, positivos.

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Razões equivalentes

ab=tatb\frac ab=\frac{ta}{tb}

a, b e t são reais, b ≠ 0 e t ≠ 0. Multiplique ou divida ambos os termos pelo mesmo fator não nulo. Somar a mesma quantidade aos dois termos não conserva a razão em geral.

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Da razão entre partes ao total

A:B=m:nAA+B=mm+n\begin{gathered}A:B=m:n\\\frac{A}{A+B}=\frac m{m+n}\end{gathered}

A e B são medidas positivas de duas partes sem sobreposição que formam o total; m e n são pesos positivos. Escreva A = tm e B = tn, com t > 0. A razão parte-parte m/n difere da razão parte-total m/(m+n).

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Taxa por unidade

r=Qn⟹Q=rnr=\frac Qn\quad\Longrightarrow\quad Q=rn

Q é a quantidade acumulada e n > 0 é a medida de referência. O quociente tem unidade de Q por unidade de n. A identidade vale para esse par; usar o mesmo r em outros pares exige taxa constante no modelo, sem parcela fixa ou outra mudança nas condições.

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Rapidez média de um percurso

vm=DtotalTtotalv_m=\frac{D_{\mathrm{total}}}{T_{\mathrm{total}}}

A distância percorrida é não negativa e o tempo total é positivo, incluindo as paradas do intervalo considerado. Distância em km e tempo em horas dão km/h. Usamos a expressão escolar velocidade média escalar para essa razão; não se trata do vetor deslocamento dividido pelo tempo.

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Densidades por quociente

dpop=PAρ=mV\begin{gathered}d_{\mathrm{pop}}=\frac PA\\\rho=\frac mV\end{gathered}

P é a população e A > 0 a área de referência; a unidade pode ser habitante/km². m é a massa e V > 0 o volume; ρ, letra grega rô, é a densidade média de massa, por exemplo em g/cm³. Não confunda uma média com uniformidade local.

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Propriedade fundamental da proporção

ab=cd  ⟺  ad=bc\frac ab=\frac cd\iff ad=bc

a, b, c e d são reais, b ≠ 0 e d ≠ 0. A multiplicação pelos denominadores prova a ida; a divisão por bd, não nulo, prova a volta. Na escrita a:b = c:d, a e d são os extremos; b e c, os meios. A igualdade de produtos não legitima frações com denominador zero.

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Inverter as duas razões

ab=cd⟹ba=dc\frac ab=\frac cd\quad\Longrightarrow\quad\frac ba=\frac dc

a, b, c e d são reais não nulos e a proporção inicial é verdadeira. É preciso que os novos denominadores a e c também não sejam zero. Inverter só um lado não é, em geral, uma transformação equivalente.

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Alternar os termos de uma proporção

ab=cd⟹ac=bd\frac ab=\frac cd\quad\Longrightarrow\quad\frac ac=\frac bd

a, b, c e d são reais, b, c e d são não nulos, e a proporção inicial vale. As duas igualdades expressam o mesmo produto ad = bc. A troca exige verificar os novos denominadores.

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Somar ou subtrair pares proporcionais

ab=cd=ka+cb+d=ka−cb−d=k\begin{gathered}\frac ab=\frac cd=k\\\frac{a+c}{b+d}=k\\\frac{a-c}{b-d}=k\end{gathered}

a, b, c, d e k são reais; b e d são não nulos. A linha da soma exige b+d ≠ 0 e a da diferença exige b−d ≠ 0. De a = kb e c = kd vem a±c = k(b±d). Cada conclusão só vale quando seu próprio denominador é permitido.

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Compor uma razão

ab=ka+bb=k+1a−bb=k−1\begin{gathered}\frac ab=k\\\frac{a+b}{b}=k+1\\\frac{a-b}{b}=k-1\end{gathered}

a, b e k são reais, b ≠ 0 e a/b = k. Somar ou retirar o denominador no numerador soma ou subtrai uma unidade na razão. Se a−b ≠ 0, também (a+b)/(a−b) = (k+1)/(k−1); não se divide por k−1 quando k = 1.

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Quarta proporcional

ab=cx⟹x=bca\frac ab=\frac cx\quad\Longrightarrow\quad x=\frac{bc}{a}

No uso desta fórmula, a, b e c são positivos e x é a quarta proporcional positiva. Em reais gerais, a ≠ 0 e b ≠ 0 permitem calcular x = bc/a, mas é preciso verificar x ≠ 0 na proporção original. Se a = 0, não use esta fórmula; analise a igualdade e seus denominadores.

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Terceira proporcional

ab=bx⟹x=b2a\frac ab=\frac bx\quad\Longrightarrow\quad x=\frac{b^2}{a}

a e b são positivos; x é a terceira proporcional positiva, pois os dois meios coincidem. Decorre de ax = b². Essa definição não é a média geométrica entre a e b.

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Média geométrica de dois positivos

ag=gb⟹g=ab\frac ag=\frac gb\quad\Longrightarrow\quad g=\sqrt{ab}

a, b e g são positivos. Da proporção vem g² = ab, e a condição positiva escolhe a raiz principal. A média geométrica não é, em geral, a média aritmética (a+b)/2. Se fossem admitidos g reais não nulos, a equação também teria a raiz negativa.

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Proporcionalidade direta

y=kxy2y1=x2x1\begin{gathered}y=kx\\\frac{y_2}{y_1}=\frac{x_2}{x_1}\end{gathered}

No modelo de medidas positivas, k > 0 é constante, x₁,x₂ > 0 e yᵢ = kxᵢ. O quociente y/x permanece k e multiplicar x por um fator positivo multiplica y pelo mesmo fator. Se x = 0 for admitido, y = 0; a expressão y/x não é usada nesse ponto.

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Proporcionalidade inversa

xy=k⟺y=kxy2y1=x1x2\begin{gathered}xy=k\quad\Longleftrightarrow\quad y=\frac kx\\\frac{y_2}{y_1}=\frac{x_1}{x_2}\end{gathered}

x e y são positivos e k > 0 é constante. O produto é fixo: multiplicar x por um fator positivo divide y pelo mesmo fator. Os valores x₁ e x₂ são positivos. O modelo não admite x = 0 e não é caracterizado apenas por uma grandeza subir e a outra descer.

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Escala linear

E=LdLrE=1:N⟹Lr=NLd\begin{gathered}E=\frac{L_d}{L_r}\\E=1:N\\\Longrightarrow L_r=NL_d\end{gathered}

L_d e L_r são comprimentos correspondentes positivos, escritos na mesma unidade. E é adimensional; numa escala 1:N, N > 0. Para N > 1 há redução, N = 1 tamanho real e 0 < N < 1 ampliação. Escalas como 2:1 também representam ampliação. Redimensionar a impressão altera a escala numérica.

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Escala de áreas e volumes

L2=kL1A2=k2A1V2=k3V1\begin{gathered}L_2=kL_1\\A_2=k^2A_1\\V_2=k^3V_1\end{gathered}

k > 0 é o fator comum de todos os comprimentos correspondentes de figuras ou sólidos semelhantes. As medidas comparadas usam unidades compatíveis. A área tem dois fatores lineares e o volume, três; não aplique a escala linear diretamente a área ou volume. Dimensões que não mudam pelo mesmo fator não satisfazem esta hipótese.

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Regra de três simples direta

y2=y1x2x1y_2=y_1\frac{x_2}{x_1}

x₁, x₂ e y₁ são positivos, a relação y = kx tem a mesma constante nas duas situações e y₂ é a quantidade procurada. Mantêm-se as demais condições que determinam k. A fórmula vem da igualdade y₂/y₁ = x₂/x₁.

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Regra de três simples inversa

y2=y1x1x2y_2=y_1\frac{x_1}{x_2}

Os dados são positivos e x₁y₁ = x₂y₂ descreve um produto constante. As demais condições do modelo permanecem fixas. Inverte-se o fator de variação de x em relação ao caso direto; não se inverte uma fração apenas por uma seta sem interpretar a relação.

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Dividir um total em partes diretamente proporcionais

xi=TaiSS=a1+⋯+an\begin{gathered}x_i=\frac{Ta_i}{S}\\S=a_1+\cdots+a_n\end{gathered}

T > 0 é o total, n ≥ 2 é inteiro e aᵢ > 0 são os pesos, para i = 1,…,n. Cada xᵢ/aᵢ = T/S e a soma das partes é T. Em contagens indivisíveis, as partes ainda precisam ser inteiras; se isso falhar, a razão exata e o total não podem ser preservados simultaneamente.

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Dividir um total inversamente aos pesos

xi=T1/aiHH=1a1+⋯+1an\begin{gathered}x_i=T\frac{1/a_i}{H}\\H=\frac1{a_1}+\cdots+\frac1{a_n}\end{gathered}

T > 0, n ≥ 2 inteiro e todos os pesos aᵢ > 0. Então aᵢxᵢ = T/H para todo i. Divisão inversa equivale à divisão direta pelos recíprocos. Peso zero não é permitido e a inteireza precisa ser conferida quando as partes são indivisíveis.

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Partilha com mais de um critério

xi=Twiw1+⋯+wnwi=aibiouwi=aibi\begin{gathered}x_i=\frac{Tw_i}{w_1+\cdots+w_n}\\w_i=a_ib_i\quad\text{ou}\quad w_i=\frac{a_i}{b_i}\end{gathered}

T > 0, n ≥ 2 inteiro e aᵢ,bᵢ > 0. Use aᵢbᵢ se a parte é diretamente proporcional aos dois critérios, e aᵢ/bᵢ se é direta ao primeiro e inversa ao segundo. A regra de distribuição deve estar definida no problema; não é uma afirmação universal de justiça ou rendimento.

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Modelo de produção constante

Q=pnhdQ=pnhd

Q é a produção, p > 0 a produção de uma unidade de trabalho por hora, n > 0 a quantidade de unidades equivalentes, h > 0 as horas por dia e d > 0 os dias. Supõem-se taxas constantes e aditivas, trabalho divisível e ausência de interferência ou restrição adicional. As unidades de p devem ser coerentes com Q, n, h e d.

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Tempo em uma regra de três composta

d2=d1Q2Q1p1p2n1n2h1h2d_2=d_1\frac{Q_2}{Q_1}\frac{p_1}{p_2}\frac{n_1}{n_2}\frac{h_1}{h_2}
d2=d1Q2Q1p1p2⋅n1n2h1h2\begin{gathered}d_2=d_1\frac{Q_2}{Q_1}\frac{p_1}{p_2}\\{}\cdot\frac{n_1}{n_2}\frac{h_1}{h_2}\end{gathered}

Todos os valores são positivos e as duas situações obedecem Q = pnhd. O tempo cresce diretamente com Q e inversamente com p, n e h, mantendo os demais fixos em cada comparação. A fórmula resulta de d = Q/(pnh); não vale sem essas hipóteses.

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Somar taxas de trabalho

r=1t1+1t2t=1r\begin{gathered}r=\frac1{t_1}+\frac1{t_2}\\t=\frac1r\end{gathered}

t₁ e t₂ são os tempos positivos para cada agente realizar sozinho o mesmo trabalho completo; a taxa é medida em trabalhos por unidade de tempo. As taxas são constantes e aditivas. Uma retirada é subtraída; o tempo de conclusão só existe nesse modelo se a taxa líquida for positiva. Somar tempos ou tirar sua média não soma capacidades.

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Taxa média ponderada

rˉ=q1r1+q2r2q1+q2\begin{gathered}\bar r=\frac{q_1r_1+q_2r_2}{q_1+q_2}\end{gathered}

q₁,q₂ > 0 são quantidades da mesma grandeza em unidades iguais e r₁,r₂ são taxas por essa unidade, com numeradores aditivos. A média considera o peso de cada quantidade. A média aritmética simples só coincide em geral quando q₁ = q₂; volumes de misturas só podem ser somados se isso for hipótese válida do modelo.

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Rapidez média em distâncias iguais

vm=2v1v2v1+v2v_m=\frac{2v_1v_2}{v_1+v_2}

Os dois trechos têm a mesma distância positiva, velocidades escalares constantes v₁,v₂ > 0 e não há paradas fora dos tempos calculados. A expressão é distância total dividida por tempo total. Para tempos iguais, a média seria (v₁+v₂)/2; para distâncias diferentes, use a razão entre os totais.

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5Porcentagem

Por cento como razão

p%=p100=rp\%=\frac p{100}=r

p é o número escrito antes de %, e r é a mesma taxa em forma decimal ou fracionária. Por exemplo, p = 15 corresponde a r = 0,15. A igualdade vale para p real; nos cálculos de partes não negativas, p ≥ 0. Uma parte contida no todo tem p entre 0 e 100; comparações e aumentos podem ultrapassar 100.

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Da fração para a escrita percentual

r=abp=100r\begin{gathered}r=\frac ab\\p=100r\end{gathered}

a e b são reais, b ≠ 0. p é o número da escrita p%, não a taxa r. Multiplicar r por 100 encontra p; acrescentar % a r sem essa conversão mudaria seu valor. Taxas periódicas podem ser mantidas como fração ou aproximadas com indicação de precisão.

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Calcular uma porcentagem de uma base

A=p100B=rBA=\frac p{100}B=rB

B ≥ 0 é a base de referência, A é a quantidade correspondente e r = p/100 ≥ 0. A e B têm a mesma unidade. Para uma parte contida no todo, 0 ≤ r ≤ 1. Não divida por 100 novamente se r já estiver em forma decimal.

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Encontrar a taxa percentual

r=ABp=100AB\begin{gathered}r=\frac AB\\p=100\frac AB\end{gathered}

B > 0 é a referência e A ≥ 0 a quantidade comparada. p% é a escrita percentual. Se B = 0, a razão A/B é indefinida; A = 0 e B = 0 não determinam uma taxa única. A quantidade A pode superar B em comparações, produzindo p > 100.

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Encontrar a base

B=Ar=100ApB=\frac Ar=\frac{100A}{p}

A ≥ 0, r > 0 e p = 100r. A base deve ser compatível com o contexto. Para r = 0, não se divide: se A = 0, qualquer base não negativa satisfaz A = rB; se A > 0, não há solução com taxa zero.

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Complemento de uma parte do todo

A=rBB−A=(1−r)B\begin{gathered}A=rB\\B-A=(1-r)B\end{gathered}

B ≥ 0 e 0 ≤ r ≤ 1. A e seu complemento são partes sem sobreposição que juntas formam B. O percentual do complemento é 100−p quando a parte tem p%. A regra exige a mesma base e uma divisão completa do todo.

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Porcentagem de uma porcentagem

A=rB,C=sAC=srB\begin{gathered}A=rB,\quad C=sA\\C=srB\end{gathered}

B ≥ 0 é a base inicial e r,s ≥ 0 são taxas em forma decimal. Para subgrupos contidos uns nos outros, r e s estão entre 0 e 1. A segunda taxa se refere a A; o percentual de C sobre B é 100sr. Não se supõe independência nem se multiplicam porcentagens de grupos sem essa relação declarada.

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Aumento e fator multiplicativo

V1=V0(1+r)F=1+r\begin{gathered}V_1=V_0(1+r)\\F=1+r\end{gathered}

V₀ ≥ 0 é o valor inicial, r = p/100 ≥ 0 a taxa de aumento, F o fator multiplicativo e V₁ o valor final. A parcela acrescida é rV₀. Os índices 0 e 1 identificam antes e depois; não são expoentes. F não é o número percentual p.

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Desconto e fator multiplicativo

V1=V0(1−r)F=1−r\begin{gathered}V_1=V_0(1-r)\\F=1-r\end{gathered}

V₀ ≥ 0 e 0 ≤ r ≤ 1 para um desconto que mantém o resultado não negativo. A parcela retirada é rV₀. Desconto de 100% dá F = 0 e valor final zero; desconto acima de 100% não descreve um preço final não negativo neste modelo.

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Variação relativa ao valor inicial

ΔV=V1−V0r=V1−V0V0\begin{gathered}\Delta V=V_1-V_0\\r=\frac{V_1-V_0}{V_0}\end{gathered}

V₀ > 0 e V₁ ≥ 0. ΔV, lido delta V, é a diferença absoluta e mantém a unidade dos valores. r é a variação relativa assinada; seu número percentual é p = 100r. r positivo indica aumento, r negativo indica queda, e r = 0 indica estabilidade. Não há taxa relativa usual quando V₀ = 0.

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Recuperar o valor anterior pela divisão

V0=V1FV_0=\frac{V_1}{F}

V₁ ≥ 0 e F > 0 são conhecidos; a transformação foi V₁ = FV₀. Para aumento, F = 1+r; para desconto menor que 100%, F = 1−r. Não se recupera a base aplicando ao valor final a taxa de sinal contrário. Com F = 0, o valor inicial não pode ser determinado só pelo final zero.

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Fatores de variações sucessivas

Vn=V0F1F2⋯Fnreq=F1F2⋯Fn−1\begin{gathered}V_n=V_0F_1F_2\cdots F_n\\r_{\mathrm{eq}}=F_1F_2\cdots F_n-1\end{gathered}

n ≥ 1 é o número inteiro de etapas; V₀ > 0 é o inicial e Vₙ é o final. Fᵢ é o fator da etapa i, com 1 ≤ i ≤ n; cada fator não negativo se aplica ao resultado anterior. Fᵢ = 1+rᵢ para variação assinada rᵢ ≥ −1. “eq” significa equivalente, e essa taxa se refere à base inicial. Fatores fixos comutam se não houver arredondamentos intermediários, parcelas fixas ou mudança das regras.

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Dois aumentos sucessivos

req=r+s+rsr_{\mathrm{eq}}=r+s+rs

r,s ≥ 0 são taxas decimais de aumentos aplicados em sequência. A expansão (1+r)(1+s)−1 explica o termo adicional rs. O número percentual equivalente é 100(r+s+rs). A soma simples r+s corresponde a acréscimos calculados separadamente sobre a mesma base, não ao modelo sucessivo.

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Dois descontos sucessivos

deq=d+e−ded_{\mathrm{eq}}=d+e-de

0 ≤ d,e ≤ 1 são taxas decimais de descontos sucessivos. O fator final é (1−d)(1−e) e o desconto equivalente é 1 menos esse produto. O resultado permanece entre 0 e 1. d+e sozinho conta novamente uma parcela já retirada.

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Aumento e desconto da mesma taxa

(1+r)(1−r)=1−r2(1+r)(1-r)=1-r^2

0 ≤ r ≤ 1. Os fatores são aplicados sucessivamente, sem parcelas fixas nem arredondamentos intermediários. Para r > 0, o resultado é menor que o inicial; a perda relativa é r². A ordem dos dois fatores não muda o produto sob essas hipóteses.

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Aumento necessário após uma queda

u=d1−du=\frac d{1-d}

0 ≤ d < 1 é a taxa decimal da queda sobre um valor inicial positivo; u é a taxa de aumento calculada sobre o valor que restou. A condição (1−d)(1+u) = 1 produz a fórmula. Se d = 1, o valor restante é zero e nenhum aumento percentual finito sobre ele recupera o inicial positivo.

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Desconto para desfazer um aumento

d=r1+rd=\frac r{1+r}

r ≥ 0 é a taxa decimal do aumento inicial sobre um valor positivo. d é a taxa de desconto calculada sobre o valor aumentado; (1+r)(1−d) = 1. Para r > 0, d < r e d < 1.

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Encontrar um fator de uma sequência

F=VnV0KK=produto dos fatores conhecidos\begin{gathered}F=\frac{V_n}{V_0K}\\K=\text{produto dos fatores conhecidos}\end{gathered}
F=VnV0KK=produto dosfatores conhecidos\begin{gathered}F=\frac{V_n}{V_0K}\\K=\text{produto dos}\\\text{fatores conhecidos}\end{gathered}

V₀ > 0, Vₙ ≥ 0 e K > 0. A sequência foi Vₙ = V₀KF, com F desconhecido. Aqui K é apenas uma abreviação definida para o produto conhecido, não uma nova taxa. De F, obtenha a taxa assinada F−1; um desconto admissível exige 0 ≤ F ≤ 1.

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Taxa constante equivalente por etapa

retapa=Fn−1r_{\mathrm{etapa}}=\sqrt[n]{F}-1

n ≥ 1 é inteiro e F > 0 é o fator total de n etapas iguais. A taxa procurada deve ter fator 1+r > 0, portanto r > −1. A raiz positiva resolve (1+r)ⁿ = F. Não se divide simplesmente a taxa total por n; se as etapas reais tiveram taxas distintas, o resultado é apenas uma taxa constante equivalente.

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Pontos percentuais e variação relativa de taxas

Δp=p1−p0(p.p.)r=p1−p0p0\begin{gathered}\Delta p=p_1-p_0\quad(\mathrm{p.p.})\\r=\frac{p_1-p_0}{p_0}\end{gathered}

p₀ e p₁ são os números antes de % em duas taxas comparáveis. A diferença Δp é expressa em pontos percentuais. A variação relativa r exige p₀ > 0 e seu número percentual é 100r. Uma taxa inicial de 0% permite calcular pontos percentuais, mas não a variação relativa por essa divisão.

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Percentual conjunto de grupos

p=B1p1+B2p2B1+B2p=\frac{B_1p_1+B_2p_2}{B_1+B_2}

B₁,B₂ > 0 são bases não sobrepostas, medidas na mesma unidade; p₁,p₂ são os números percentuais do mesmo atributo em cada grupo. A soma dos valores correspondentes dividida pela soma das bases fornece p. A média aritmética simples só serve em geral quando B₁ = B₂. Misturas por volume exigem volumes aditivos.

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Ângulo de um setor percentual

θ=360∘p100\theta=360^\circ\frac p{100}

0 ≤ p ≤ 100 é o número percentual de uma categoria num todo. O ângulo central θ é medido em graus. Categorias exclusivas e exaustivas somam 100% e seus ângulos somam 360°. Não use um gráfico de setores para somar grupos com sobreposição.

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Acréscimo sobre custo e margem sobre venda

L=V−CrC=LC,rV=LV\begin{gathered}L=V-C\\r_C=\frac LC,\quad r_V=\frac LV\end{gathered}

C > 0 é o custo considerado e V > 0 o preço de venda; L é o resultado antes de despesas não incluídas em C. r_C compara o resultado com o custo e r_V, com a venda. Taxas decimais podem ser negativas em uma perda. Para lucro com C > 0, a margem sobre venda é menor que 1; o acréscimo sobre custo pode superar 1.

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Preço para uma margem sobre a venda

V=C1−mV=\frac C{1-m}

C > 0 é o custo considerado e 0 ≤ m < 1 é a margem decimal desejada sobre o preço de venda. De (V−C)/V = m resulta C = (1−m)V. A fórmula não é V = C(1+m), pois essa última aplicaria um acréscimo sobre custo, com outra referência.

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Quando numerador e referência variam

q1=q0FAFBq_1=q_0\frac{F_A}{F_B}

q₀ = A₀/B₀, com B₀ > 0, A₀ ≥ 0. O numerador passa a A₁ = F_A A₀, com F_A ≥ 0, e a referência passa a B₁ = F_B B₀, com F_B > 0. Então q₁ = A₁/B₁. Uma mudança percentual na razão depende do quociente dos fatores, não da diferença simples entre suas taxas.

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Variação ajustada por outra referência

raj=1+a1+b−1r_{\mathrm{aj}}=\frac{1+a}{1+b}-1

O valor inicial e a referência inicial são positivos. a ≥ −1 é a variação decimal do valor e b > −1 a da referência, em intervalos compatíveis. O quociente dos fatores mede a mudança do valor em unidades da referência. Quando a referência é o preço de uma mesma cesta hipotética, o modelo calcula a mudança da quantidade de cestas que o valor permite adquirir. Não equivale em geral a a−b.

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6Grandezas e medidas

Valor numérico e unidade

G=n uG=n\,u

G representa o valor de uma grandeza, u é a unidade escolhida e n seu valor numérico nessa unidade. Para comprimentos, áreas, volumes, massas e durações, usamos n ≥ 0. Mudar a unidade muda n, preservando G. Uma temperatura Celsius pode ter valor numérico negativo.

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Equivalências de comprimento

1 km=1000 m1 m=100 cm1 cm=10 mm\begin{gathered}1\,\mathrm{km}=1000\,\mathrm m\\1\,\mathrm m=100\,\mathrm{cm}\\1\,\mathrm{cm}=10\,\mathrm{mm}\end{gathered}

São equivalências exatas de unidades da mesma grandeza. A sequência km, hm, dam, m, dm, cm, mm tem fator dez entre vizinhos. Converter para unidade menor aumenta o valor numérico; converter para maior diminui-o.

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Conversão por unidades equivalentes

1 u=c vx u=(cx) v\begin{gathered}1\,u=c\,v\\x\,u=(cx)\,v\end{gathered}

u e v são unidades da mesma grandeza, c > 0 é o fator exato que expressa uma unidade u em v e x é o valor numérico inicial. Multiplicar por (c v)/(1 u) equivale a multiplicar por um. Inverta esse fator para converter de v para u.

Entender na aula

O fator também é elevado à potência

1 u=c v1 uk=ck vk\begin{gathered}1\,u=c\,v\\1\,u^k=c^k\,v^k\end{gathered}

c > 0 e k = 1, 2 ou 3, respectivamente para comprimento, área ou volume construídos a partir da unidade linear u. k é apenas o expoente, não o símbolo de uma unidade. A potência alcança todo o produto c v; não se conserva o fator linear ao converter área ou volume.

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Somar medidas na mesma unidade

a u+b u=(a+b) ua\,u+b\,u=(a+b)\,u

a e b são valores numéricos de grandezas da mesma natureza expressas na mesma unidade u. A mesma regra vale para a subtração, respeitando o contexto. Antes de somar, converta unidades diferentes. Não se soma comprimento com área.

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Perímetro e área de um retângulo

P=2(a+b)A=ab\begin{gathered}P=2(a+b)\\A=ab\end{gathered}

a,b > 0 são comprimentos dos lados perpendiculares na mesma unidade. P mede o contorno e usa unidade linear; A mede a superfície e usa a unidade ao quadrado. Por exemplo, a e b em metros produzem P em m e A em m². A dedução usa soma dos quatro lados e contagem de quadrados unitários.

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Conversões de unidades quadradas

1 m2=100 dm21 m2=10000 cm21 cm2=100 mm2\begin{gathered}1\,\mathrm m^2=100\,\mathrm{dm}^2\\1\,\mathrm m^2=10000\,\mathrm{cm}^2\\1\,\mathrm{cm}^2=100\,\mathrm{mm}^2\end{gathered}

O quadrado de lado 1 m tem dez decímetros em cada direção: 10 · 10 quadrados de 1 dm². Para cm², são 100 · 100. Entre unidades quadradas vizinhas da sequência métrica, o fator é cem, porque o fator linear dez é elevado ao quadrado.

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Hectare e área de terrenos

1 ha=10000 m21 km2=100 ha1 a=100 m2\begin{gathered}1\,\mathrm{ha}=10000\,\mathrm m^2\\1\,\mathrm{km}^2=100\,\mathrm{ha}\\1\,\mathrm a=100\,\mathrm m^2\end{gathered}

ha é hectare, área de um quadrado de lado 100 m. a é o símbolo da unidade are, quando utilizada; 1 ha = 100 a. Hectare é unidade de área e não de comprimento. O significado de unidades regionais, como alqueire, precisa ser declarado pelo enunciado; não se presume um único valor.

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Compra em embalagens inteiras

Nmin⁡=⌈AnAe⌉N_{\min}=\left\lceil\frac{A_n}{A_e}\right\rceil

Aₙ ≥ 0 é a área necessária já incluindo a reserva prevista; Aₑ > 0 é a cobertura por embalagem, na mesma unidade. N mínimo é o número inteiro de embalagens. Os símbolos ⌈x⌉, lidos teto de x, indicam o menor inteiro maior ou igual a x. O modelo pressupõe aproveitamento da cobertura declarada e não resolve um plano real de cortes.

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Conversões de unidades cúbicas

1 m3=1000 dm31 dm3=1000 cm31 m3=106 cm3\begin{gathered}1\,\mathrm m^3=1000\,\mathrm{dm}^3\\1\,\mathrm{dm}^3=1000\,\mathrm{cm}^3\\1\,\mathrm m^3=10^6\,\mathrm{cm}^3\end{gathered}

Entre unidades cúbicas vizinhas da sequência métrica, o fator é mil: dez posições em cada uma de três direções dão 10³ cubos menores. Ao saltar diretamente de m para cm, o fator linear cem é elevado ao cubo, produzindo um milhão.

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Volume de um bloco retangular

V=abcV=Abh\begin{gathered}V=abc\\V=A_bh\end{gathered}

a,b,c > 0 são comprimentos de arestas perpendiculares de um bloco retangular na mesma unidade; o volume fica na unidade cúbica. Na segunda escrita, A_b = ab é a área da base e h = c é a altura perpendicular. Nesta aula, aplicamos a relação ao bloco retangular; ela não é uma fórmula para todo sólido. Dimensões internas determinam a capacidade útil de um recipiente.

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Litro e unidades cúbicas

1 L=1 dm31 mL=1 cm31 m3=1000 L\begin{gathered}1\,\mathrm L=1\,\mathrm{dm}^3\\1\,\mathrm{mL}=1\,\mathrm{cm}^3\\1\,\mathrm m^3=1000\,\mathrm L\end{gathered}

L significa litro; também se aceita l, mas usamos L para distinguir da escrita do número um. A sequência kL, hL, daL, L, dL, cL, mL tem fator dez por passo. Isso não muda o fator mil entre unidades cúbicas vizinhas. Litro mede volume; capacidade é o volume interno que o recipiente pode comportar.

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Volume ocupado em um reservatório

Vo=fVcV_o=fV_c

V_c ≥ 0 é a capacidade e 0 ≤ f ≤ 1 é a fração ocupada, em forma decimal ou fracionária; V_o é o volume ocupado na mesma unidade. Em um recipiente de seção horizontal constante e fundo plano, a fração da altura ocupada coincide com f. Em formatos variáveis, essa coincidência não é geral.

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Equivalências de massa

1 t=1000 kg1 kg=1000 g1 g=1000 mg\begin{gathered}1\,\mathrm t=1000\,\mathrm{kg}\\1\,\mathrm{kg}=1000\,\mathrm g\\1\,\mathrm g=1000\,\mathrm{mg}\end{gathered}

t significa tonelada, kg quilograma, g grama e mg miligrama. A unidade de base do SI para massa é kg; seus múltiplos e submúltiplos são formados a partir de grama. Massa não é força peso. Não se converte massa em volume sem informação adicional, como a densidade nas condições do problema.

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Relações entre unidades de tempo

1 min=60 s1 h=60 min=3600 s1 d=24 h\begin{gathered}1\,\mathrm{min}=60\,\mathrm s\\1\,\mathrm h=60\,\mathrm{min}=3600\,\mathrm s\\1\,\mathrm d=24\,\mathrm h\end{gathered}

s, min, h e d representam segundo, minuto, hora e dia. Nesta aula, um dia de duração convencional tem 24 h e uma semana tem sete dias. Meses e anos civis não têm uma quantidade única de dias: é preciso conhecer o calendário ou a convenção dada, sem presumir mês de trinta dias.

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Converter horas, minutos e segundos em horas decimais

H=h+m60+s3600H=h+\frac m{60}+\frac s{3600}

h,m,s são valores numéricos de horas inteiras, minutos e segundos de uma duração; H é a quantidade total em horas decimais. Na escrita normalizada, 0 ≤ m < 60 e 0 ≤ s < 60. Aqui m é uma variável de contagem de minutos; o símbolo de unidade metro, escrito após um número, tem outro uso.

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Duração entre dois instantes

Δt=tf−ti\Delta t=t_f-t_i

t_i e t_f são coordenadas temporais de início e fim na mesma referência e unidade, com t_f ≥ t_i. Δ, delta, indica diferença. Os índices i e f significam inicial e final. Ao atravessar meia-noite, inclua a mudança de dia; horários isolados não determinam uma duração sem informar os dias e as regras do relógio.

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Rapidez média no percurso

vm=dtotalΔtd=vΔtse v constante\begin{gathered}v_m=\frac{d_{\mathrm{total}}}{\Delta t}\\d=v\Delta t\quad\text{se }v\text{ constante}\end{gathered}

d total ≥ 0 é a distância percorrida, Δt > 0 é o tempo total incluindo paradas quando considerado o percurso inteiro, e v_m é a rapidez média, usualmente chamada velocidade média nesses problemas. A velocidade vetorial da Física usa deslocamento, não distância. A segunda igualdade usa rapidez v constante; unidades precisam ser compatíveis.

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Converter km/h e m/s

1 m/s=3,6 km/h1 km/h=13,6 m/s\begin{gathered}1\,\mathrm{m/s}=3{,}6\,\mathrm{km/h}\\1\,\mathrm{km/h}=\frac1{3{,}6}\,\mathrm{m/s}\end{gathered}

As relações vêm de 1 km = 1000 m e 1 h = 3600 s. Para passar o valor numérico de km/h a m/s, divida por 3,6; para a volta, multiplique. A conversão modifica numerador e denominador. O fator 3,6 é exato.

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Vazão e tempo de enchimento

Qm=ΔVΔtΔV=QΔtse Q constante\begin{gathered}Q_m=\frac{\Delta V}{\Delta t}\\\Delta V=Q\Delta t\quad\text{se }Q\text{ constante}\end{gathered}
Qm=ΔVΔtΔV=QΔtse Q constante\begin{gathered}Q_m=\frac{\Delta V}{\Delta t}\\\Delta V=Q\Delta t\\\text{se }Q\text{ constante}\end{gathered}

ΔV é o volume transferido no intervalo Δt > 0, e Q_m é a vazão média, por exemplo em L/min. Q constante permite calcular o volume por multiplicação e o tempo por ΔV/Q quando Q > 0. Se a vazão variar, não se usa um valor instantâneo isolado para todo o intervalo.

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Entrada e saída simultâneas

Qliq=Qe−QsVf=Vi+QliqΔt\begin{gathered}Q_{\mathrm{liq}}=Q_e-Q_s\\V_f=V_i+Q_{\mathrm{liq}}\Delta t\end{gathered}

Q_e,Q_s ≥ 0 são vazões constantes de entrada e saída na mesma unidade; Q líquido é a diferença. V_i e V_f são volumes inicial e final; Δt ≥ 0. A igualdade vale enquanto ambas as vazões se mantiverem e o volume permanecer entre zero e a capacidade. Q líquido zero conserva o volume; positivo enche e negativo esvazia.

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Densidade média: massa por volume

ρ=mVm=ρV\begin{gathered}\rho=\frac mV\\m=\rho V\end{gathered}

ρ é a letra grega rô e indica densidade média; m ≥ 0 é a massa, V > 0 é o volume. Para um material homogêneo em condições fixadas, a mesma densidade relaciona porções diferentes. Temperatura, composição e outras condições podem alterar a densidade. Não se presume que todo litro de material tenha massa de um quilograma.

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Converter g/cm³ e kg/m³

1 g/cm3=1000 kg/m31\,\mathrm{g/cm^3}=1000\,\mathrm{kg/m^3}

Use 1 g = 0,001 kg e 1 cm³ = 0,000001 m³. A razão 0,001/0,000001 é mil. Converter apenas a massa sem converter o volume não conserva a densidade expressa. A relação é de unidades e não depende de qual material foi medido.

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Autonomia e consumo por distância

e=dVc=100e(e>0)\begin{gathered}e=\frac dV\\c=\frac{100}{e}\quad(e>0)\end{gathered}

d ≥ 0 e V > 0 são os valores numéricos da distância em km e do combustível em L; e é o valor numérico da autonomia em km/L. c é o valor numérico do consumo em L por 100 km. A segunda igualdade exige e > 0 e essas unidades específicas; deriva de 100 km divididos pela autonomia. Maior km/L significa menor L por 100 km, sob condições comparáveis.

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Valores numéricos nas escalas Celsius e Fahrenheit

F=95C+32C=59(F−32)\begin{gathered}F=\frac95C+32\\C=\frac59(F-32)\end{gathered}

C e F são os valores numéricos da mesma temperatura em °C e °F, respectivamente, não símbolos de unidades. Os zeros das escalas são diferentes, por isso há a soma de 32. Para diferenças de temperatura, ΔF = (9/5)ΔC, sem somar 32. Para temperaturas termodinâmicas usuais, C ≥ −273,15.

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Temperatura Celsius e kelvin

TK=C+273,15ΔTK=ΔC\begin{gathered}T_K=C+273{,}15\\\Delta T_K=\Delta C\end{gathered}

T_K é o valor numérico em kelvin da temperatura cujo valor em °C é C. K maiúsculo, depois do número, é o símbolo da unidade kelvin; não é uma constante de proporcionalidade nem se escreve °K. O intervalo de 1 K tem a mesma magnitude que 1 °C. Neste tratamento elementar, T_K ≥ 0 e C ≥ −273,15.

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Graus, minutos e segundos de ângulo

1∘=60′ ,1′=60′′D=g+m60+s3600\begin{gathered}1^\circ=60'\,,\quad1'=60''\\D=g+\frac m{60}+\frac s{3600}\end{gathered}

g,m,s são contagens de graus, minutos de arco e segundos de arco; D é o valor numérico total em graus decimais de um ângulo não negativo. Na escrita normalizada, 0 ≤ m,s < 60. Os símbolos ′ e ″ são angulares, diferentes de min e s de tempo. Uma volta completa tem 360°. Não se presume a mesma grandeza só porque há divisão por sessenta.

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Intervalo que produz um valor arredondado

v−r2≤x<v+r2v-\frac r2\le x<v+\frac r2

x ≥ 0 é o valor exato, r > 0 é o passo do arredondamento e v é o múltiplo de r exibido. Arredonda-se para o mais próximo e, no empate, para cima; o intervalo deve ser intersectado com x ≥ 0. O erro de arredondamento tem magnitude no máximo r/2. Isso não determina toda a incerteza de uma medição real.

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