a origem da computação - Afiliados
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a origem da computação - Afiliados
para o professor Matemática A origem da computação propostas pedagógicas CONTEXTUALIZAÇÃO A palavra “computador” não trás para quem a diz, lê ou escreve nenhuma referência à sua etimologia, apesar de estar ainda em sua forma original. Vem de “computar”, que remete a contar, calcular. O usuário do computador no século XXI não asso- propostas de atividades O artigo pode ser abordado sob duas perspectivas. A primeira diz respeito aos limites para a tecnologia. Quais são eles? Quão distante estão os primeiros computadores dos modelos de uso doméstico atuais? Quais as diferenças técnicas entre tais máquinas? Um ponto de partida pode ser uma reflexão sobre o comentário publicado na revista americana Popular Mechanics em 1949, que afirmava: “no futuro, os computadores não pesarão mais do que 1,5 toneladas.” A segunda é levar o aluno de encontro à realidade dos computadores humanos. Para isso, é possível efetuar diversos procedimentos, que mostram o quanto de trabalho se poupa ao apertar a tecla Enter. São procedimentos que, além de melhorarem a destreza aritmética, possibilitam aos estudantes visualizar aplicações cia mais a invenção com o seu propósito original justamente por ela tê-lo ultrapassado. O artigo de MartIn Campbell-Kelly tem, portanto, esse mérito. Ao recapitular a origem da computação e fazer uma breve retrospectiva ilustrada da fase moderna, para conceitos como logaritmos que, embora superadas, permitem conhecer o quanto eles contribuíram para o avanço científico (ver roteiro sugerido na edição 8 de Aula Aberta). Nessa perspectiva, é possível também explorar o conceito da recursividade (tão importante quanto ignorado no ensino médio), que ajuda a desmitificar aparatos “mágicos” como as calculadoras, que aparentemente têm na memória todas as respostas possíveis. plo, definir as progressões aritméticas e geométricas usando princípios recursivos. Para isso, basta definir os valores do primeiro termo e da razão; o que diferencia essas sequências é a operação realizada para se obter o termo seguinte (adição da razão ao termo anterior em um caso, e multiplicação no outro). Tal definição permite estabelecer a condição para que três termos consecutivos formem uma dessas sequências e o cálculo do termo geral de cada uma delas. Assinale para os estudantes que em muitas linguagens de programação uma função pode chamar a si própria (uma característica das funções recursivas). O processo recursivo baseia-se na recorrência válida para uma sequência: a obtenção dos termos seguintes ocorre a partir dos anteriores e de um padrão previamente definido. É possível, por exem- 1 competências e habilidades segundo a matriz de referência do enem MATEMÁTICA E SUAS TECNOLOGIAS n Competência de área 5 H1 - Reconhecer, no contexto social, diferentes significados e representações dos números e operações - naturais, inteiros, racionais ou reais. H2 - Identificar padrões numéricos ou princípios de contagem. H3 - Resolver situação-problema envolvendo conhecimentos numéricos. H5 - Avaliar propostas de intervenção na realidade utilizando conhecimentos numéricos. CIÊNCIAS HUMANAS E SUAS TECNOLOGIAS n Competência de área 4 H16 - Identificar registros sobre o papel das técnicas e tecnologias na organização do trabalho e/ou da vida social. n Competência de área 1 64 SCIENTIFIC AMERICAN BRASIL aula aberta o estudante é apresentando a uma máquina paradoxalmente tão familiar quanto desconhecida. H19 - Identificar representações algébricas que expressem a relação entre grandezas. H21 - Resolver situação-problema cuja modelagem envolva conhecimentos algébricos. Movimentações financeiras Uma aplicação interessante da recursividade, para examinar com a classe, é a variação do saldo em uma capitalização composta. Por exemplo, se um capital C é depositado em um fundo com taxa mensal i, a sequência de saldos pode ser obtida de a1 = C e an = an-1 + an-1 . i = an-1 . (1 + i) . É possível, com isso, mostrar a diferença entre as capitalizações simples e composta e associar cada uma delas às progressões aritméticas e geométricas. A recursividade, no caso, ilustra o conceito de “juros sobre juros” da capitalização composta. É possível, ainda, ampliar as movimentações financeiras estudadas. A variação do saldo se um depósito D é feito periodicamente é dada por a1 = C e an = an-1 . (1 + i)+ D . Repare como a definição recursiva simplifica bastante o entendimento do conceito, acrescentan- do somente o depósito em relação à movimentação anterior. Outra possibilidade é a evolução da dívida S em P parcelas iguais, com a1 = S e an = an-1 . (1 + i) – P. Pode-se variar inserindo tempo de carência ou pagamento de entrada, por exemplo. Para dar conta de movimentações financeiras com prazos longos, recomenda-se o uso de planilhas eletrônicas (Microsoft Excel e BrOffice Calc são adequados). A grande vantagem que a recursividade traz nesses casos é a compreensão da variação de cada movimentação, o que não acontece quando aplica-se as fórmulas algébricas. O uso de recursos computacionais ilustra bem os benefícios da tecnologia discutidos anteriormente. Ainda, movimentações financeiras são (ou deveriam ser!) de interesse de membros de uma sociedade de consumo tal qual a nossa. de abscissa k, tem valor 2k. De modo genérico, o coeficiente angular da reta tangente à curva em um ponto de certa função f(x) é dado pelo valor numérico da derivada f´(x) para a abcissa desejada. No caso das funções polinomiais f(x) = anxn, a derivada é dada por f’(x) = n .anxn1 , regra que pode ser aplicada a cada um dos termos xn dessas funções . No caso, f(x) = x2 – 2 e f´(x) = 2x. Em x = 4, a reta tangente tem coeficiente angular f’(4) = 2 . 4 = 8 . Assim, a equação da reta tangente é dada por y = 8x + b. Como (4; 14) pertence à reta, 14 = 8 . 4 + b => b = – 18. Logo, a equação dessa reta é y = 8x – 18 , cuja raiz é 2,25. Assim, se a1 = 4, a2 = 2,25. Observe a representação da reta e dos valores no gráfico abaixo. Cada novo valor obtido será mais próximo do valor desejado, e essa convergência é com frequência bastante rápida. Repetindo o processo e aproximando alguns valores, conforme a precisão desejada, a nova reta tangente será y = 4,5x – 7,04, com raiz a3 = 1,56. Após 5 etapas, obtêm-se a5 = 1,41. É importante destacar para os alunos a associação entre o funcionamento de calculadoras com procedimentos semelhantes. Afinal, elas não têm todas as respostas salvas na memória. Um bom exercício é implantar o processo recursivo em uma planilha eletrônica e, com isso, obter resultados com maior precisão. É necessário enfatizar que a dificuldade operacional que enfrentamos não é compartilhada pelos computadores digitais, mas só é possível utilizar um computador após ser programado por seres humanos. Cabe, aqui, uma discussão entre o emprego de máquinas substituindo funcionários e a necessidade de mão-de-obra qualificada para colocar tais máquinas em funcionamento. 2 Método de Newton-Raphson para calcular raízes Processos recursivos também foram importantes para a obtenção de raízes de funções e, com isso, a obtenção de parte da dízima de números irracionais. Um dos primeiros métodos conhecidos foi desenvolvido por Newton e aperfeiçoado por Raphson e envolve conceitos de Cálculo para sua aplicação. No entanto, é possível apresentar a recursividade para um caso específico. Por exemplo, vamos calcular o valor aproximado de 2. Se x = 2, então x2 = 2 => x2 – 2 = 0. Ou seja, o número desejado anula a função f (x) = x2 – 2, cujo gráfico é ilustrado abaixo. Aplicando a lei da função, percebe-se que x = 4 não é o valor desejado: f(4) = 16 – 2 = 14. A grande idéia aqui foi obter o valor seguinte a ser testado calculando a abscissa do ponto onde a reta tangente à parábola no ponto (4; 14) intercepta o eixo das abscissas. A informação que precisa ser dada aos alunos (e pode ser ilustrada esboçando algumas situações) é de que o coeficiente angular dessa reta, no ponto SUGESTÕES DE LEITURA MAOR, Eli. e: a história de um número. Rio de Janeiro. Record. 2003 (capítulos 1, 2 e 3). DU SAUTOY, Marcus. A música dos números primos. Rio de Janeiro. Jorge Zahar Editor. 2003 (capítulos 8, 9 e 10). CÓSER FILHO, Marcelo Salvador. Aprendizagem de matemática financeira no Ensino Médio: uma proposta de trabalho a partir das planilhas eletrônicas. Porto Alegre. UFRGS. 2008. (Disponível em http://www.lume.ufrgs.br/). Roteiro sugerido por Marcelo Salvador Cóser Filho, professor de Matemática do Colégio Monteiro Lobato e do Curso Anglo, em Porto Alegre. É licenciado em Matemática e mestre em Ensino de Matemática pela UFRGS. SCIENTIFIC AMERICAN BRASIL aula aberta 65