Introdução a aritmética

A aritmética dos números naturais, propriedades, intervalos, divisibilidade e muito mais.

Os números naturais

Os números naturais forma um conjunto de elementos que são descritos de modo ordenado. Observe:

\( 1, \; 2, \; 3, \; 4, \; 5, \; 6, … \)

Claro que não podemos descrever o conjunto completo, pois os seus elementos não tem fim, ou seja o conjunto dos números naturais são em quantidade infinita. Mas todos nos entendemos do que se trata por ser algo corriqueiro em nosso dia a dia. Tudo se inicia do numero um que representa a unidade e é descrito pelo símbolo \(1\). Cada elemento desse conjunto tem que ser representado por um símbolo distinto mas como ter infinitos símbolos? Não precisamos disso. Pois a engenhosidade foi criar um sistema decimal posicional.

Os números naturais permitem contar objetos e também subconjuntos dele mesmo. De 1 até n, \( n \in \mathbb{N} \) temos n números naturais.

Ordem dentro dos naturais

Dados dois números a e b, se a aparece a esquerda de b dizemos que a é menor que b e representamos da seguinte forma:

\( a < b \)

O número b que se encontra a direita de a é maior do que a e pode ser representado da seguinte forma:

\(b > a\)

Também podemos escrever \(a \leq b \) para representar que:

\(a < b \;ou \; a = b \)

Essa relação de ordem tem a propriedade transitiva, ou seja, dados a, b e c \( \in \mathbb{N}\) é valido que:

\( se \; a < b \; e \; b < c \; então \; a < c \)

Lei da tricotomia

A ordem nos naturais é total, o que significa que dados dois naturais a e b é verificada apenas umas das três possibilidades:

\(a < b \;ou \; a = b \; ou \; a > b\)

Intervalos

\([a, b] \) conjunto de elementos x tal que \( a \leq x \leq b \)

\((a, b) \) conjunto de elementos x tal que \( a < x < b \)

\((a, b] \) conjunto de elementos x tal que \( a < x \leq b \)

\([a, b) \) conjunto de elementos x tal que \( a \leq x < b \)

Determine os elementos dos seguintes intervalos: [2, 5], (3, 5), [8, 9), [4, 7].

Princípio da boa ordem

O princípio da boa ordem diz que todo subconjunto não vazio do conjunto dos números naturais possui um menor elemento. Dado um conjunto \( A \neq \varnothing \) de \(\mathbb{N}\) existe um elemento a de A tal que \(a \leq b\), para todo elemento b de A.

Determine o menor elemento de cada um dos seguintes conjuntos: [2, 8], (2, 7], (4, 5), [4, 9].

Adição

Adição é a operação básica no conjunto dos naturais. Dado um número natural \(a\), o sucessor de \(a\) é representado por \(a + 1\).

Sejam dados dois números naturais \(a\) e \(b\), quaisquer. Podemos deslocar a de b posições para a direita, e assim obtemos um número que será denotado por \(a + b\). Essa operação é chamada de adição e o número \(a + b\) é chamado de soma.

Seja \(a = 5\) e \(b = 3\), deslocando a de três posições para a direita, obtemos a sequência 2, \(5+1 = 6 \), \(6+1 = 7\), \(7+1 = 8\), assim \(5 + 3=8\).

Propriedade comutativa da adição

Para quaisquer que sejam os números naturais a e b, temos que:

\( a + b = b + a \)

Elemento neutro da adição

Para representar o não deslocamento de um número usamos o elemento zero. Dizemos que deslocamos o número a zero posições para a direita quando não o movemos do seu lugar,

\(a + 0 = a \)

Colocamos o número zero a esquerda de todos os números naturais a ou seja \(0 < a\) para todo \(n \in \mathbb{N}\)

\( 0, \; 1, \; 2, \; 3, \; 4, \; 5, \; 6, … \)

chamamos esse novo conjunto de conjunto ampliado dos números naturais.

Portando é claro que,

\(0 + a = a = a + 0 \)

Propriedade associativa da adição

Quaisquer que sejam os números a, b e c \(\in \mathbb{N}\), tem-se

\( \left( a+b\right) +c = a + \left(b + c\right) \)

Adição e ordem

Há uma relação de compatibilidade entre a ordem e a adição de números naturais. Dados três números naturais a, b e c quaisquer,

\(se \;a < b,\; então\; a+c < b+c\)

Demonstração: usando a lei da tricotomia, temos que verificar uma das três possibilidades:

\(a < b \;ou \; a = b \; ou \; a > b\)

O primeiro caso não pode ser verificado, pois se \( b < a \) teríamos \(b + c < a + c\) o que contraria a nossa hipótese de que \(a < b\).

O segundo caso também não pode ser verificado, pois se \(a = b \), teríamos \(a + c = b + c\) o que também esta em contradição com a nossa hipótese.

A única possibilidade é \(a < b \).

O que estamos fazendo é deslocar simultaneamente a e b de c posições à direita, assim podemos ver que a \( a+c\) se mantém a esquerda de \(b+c\). A propriedade admite a recíproca,

\(se\; a+c<b+c,\; então\; a < b\)

Propriedade do cancelamento

Dados três números a, b e c quaisquer,

\(se \; a+c = b+c,\; então \; a=b\)

Mostre que:

\(se \; a<b = c<d,\; então \; a+c<b+d\)

vale a recíproca dessa propriedade?

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