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Pontos com Coordenadas Inteiras

Outros exemplos (versão em inglês)

Prepare-se para mais uma seção de Matemática laboratorial com o incrível GrafEq. Pela primeira vez em toda a Internet, você verá como esse software pode contar pontos com coordenadas inteiras em certos conjuntos do plano cartesiano. Um belo e instrutivo exemplo é o que resulta da contagem de tais pontos abaixo de uma hipérbole. É intuitivamente óbvio que a região do primeiro quadrante abaixo de uma hipérbole

© Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César, © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César,

incluindo a hipérbole mas excluindo os eixos, possui um número finito de pontos com coordenadas inteiras. Muito menos óbvio é que se pode utilizar a função piso (ou "máximo inteiro") para mostrar que esse número é dado por

© Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César

Exercício 1.

Prove esse resultado. O leitor que enviar o argumento mais convincente será premiado com uma publicação neste site.

Podemos testar essa fórmula no GrafEq atribuindo valores a c. Por exemplo, a expressão nos diz que há

© Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César

pontos © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César contidos na região definida pelas inequações © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César. O GrafEq sabe lidar com sistemas de equações e inequações em notação tradicional, de modo que torna-se fácil entrar com essas informações, uma a uma, e autorizar o processamento. Armado com a sua espetacular técnica de refinamentos sucessivos, o GrafEq efetua uma espécie de varredura recursiva em busca de soluções — até a exaustão. A animação abaixo mostra o que você veria em seu computador.

Made with GrafEq by Carlos César

No final, restam alguns pontos isolados da região inicial: são os pontos com coordenadas inteiras. Não acredita? As marcas sobre os eixos mostram que as coordenadas são inteiras, e uma contagem direta revela que há exatamente 66 pontos. (Para interromper a animação no último quadro, pressione a tecla Esc (escape). O filme volta a rodar no seu navegador com a tecla F5.)

Exercício 2.

Além das inequações óbvias (ver acima), que condições adicionais devemos colocar no GrafEq para que o programa selecione exatamente os pontos em © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César? É necessário traduzir essas condições em equações ou inequações que utilizem as funções disponíveis no GrafEq. Que funções são essas?

Obviamente, a técnica aqui ilustrada se aplica a outras regiões. Mostramos abaixo como o GrafEq descobre os 13 pontos em © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César pertencentes ao círculo de raio 2 e centro na origem. (Descubra uma fórmula para este caso.)

Made with GrafEq by Carlos César

Em vez de regiões, podemos também considerar curvas no plano; ou seja, podemos usar o GrafEq para resolver equações diofantinas graficamente. Como exemplo, mostramos uma animação que confirma a resposta da Questão 22 (Parte A) do Provão 2002.

As 17 soluções inteiras de y = 7x/6 com x em {0,...,100}

Um artigo mais detalhado sobre o GrafEq aparecerá na seção Laboratórios.


Carlos César de Araújo, 7-8 de agosto de 2002

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A giróide (de Alan Shoen) - Animation made with DPGraph and Mathematica by Carlos César

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instruções

Gráfico de y = mdc(x,1), by Carlos César

Raízes da unidade (made with GrafEq by Carlos César)

A função resto de 1 por x (GrafEq / Carlos César)

Pontos com coordenadas inteiras sob uma hipérbole (Made with GrafEq by Carlos César)

A ciclóide no Winplot (Carlos César)

Parabolóide hiperbólico (veja o applet Java)

Made with Winplot by Carlos César

Made with Winplot by Carlos César