Conjuntos

Guia de estudo · Revisado em 15/09/2026

BNCC · EM13MAT102

Uma pesquisa disse que 102 jovens ouviam hip-hop, 83 ouviam reggae e 93 ouviam rock, e a prova do PAS perguntou quantos jovens havia. A soma dá 278, e a resposta certa era 205. Como se conta um grupo em que a mesma pessoa aparece em duas ou três listas?

O que você vai aprender

  • Descrever um conjunto por extensão, por propriedade e por diagrama de Venn, reconhecendo o papel do universo e do conjunto vazio.
  • Distinguir pertinência de inclusão e decidir igualdade, subconjunto e número de subconjuntos.
  • Traduzir 'ou', 'e', 'mas não' e 'fora de' em união, interseção, diferença e complementar, usando as leis de De Morgan quando a pergunta é 'nenhum'.
  • Resolver problemas de contagem com dois e três conjuntos pelo princípio da inclusão-exclusão, preenchendo o diagrama de dentro para fora e conferindo o total.
  • Converter uma tabela de dupla entrada ou percentuais de um mesmo universo em diagrama de Venn, e vice-versa.
  • Situar um número em N, Z, Q, I ou R e justificar a classificação pela forma decimal.
  • Escrever intervalos reais em notação de colchetes e de propriedade e operar com eles na reta, decidindo cada extremidade.

Em 2010, a prova do PAS 1 trouxe uma tabela de gosto musical: 102 jovens ouviam hip-hop, 83 ouviam reggae e 93 ouviam rock. Somar dá 278. Mas a mesma tabela trazia as sobreposições: hip-hop com reggae, 25; hip-hop com rock, 37; reggae com rock, 18; e os três estilos ao mesmo tempo, 7. Quem ouve dois estilos foi contado duas vezes na soma; quem ouve os três, três vezes. A prova não perguntou o que é um conjunto. Perguntou quantos jovens preferiam apenas um estilo e quantos jovens havia na pesquisa. Os dois itens se decidem com um desenho de três círculos e uma regra: some os grupos, tire o que foi contado em excesso.

É esse o assunto desta página. Chama-se conjunto qualquer coleção de objetos definida sem ambiguidade, de modo que se possa decidir quem faz parte dela: os alunos de uma turma, os múltiplos de 3, os números reais entre 1 e 5. A linguagem dos conjuntos serve para dizer quem está dentro, quem está fora e quem está em dois lugares ao mesmo tempo, e para contar sem repetir ninguém. Ela também organiza os números que você usa desde o fundamental, dos naturais aos reais, e dá nome aos pedaços da reta, os intervalos. Funções, probabilidade e contagem usam essa linguagem o tempo todo e têm páginas próprias; aqui entram só como exemplos.

Um conjunto é uma coleção que dá para descrever

Uma coleção só é um conjunto quando, para qualquer objeto, dá para responder sim ou não à pergunta “ele está aqui?”. “Os alunos da turma 1B” é um conjunto. “Os alunos altos da turma 1B” não é, até que alguém defina altura mínima. Os objetos da coleção são os elementos, e a relação entre elemento e conjunto se chama pertinência.

Elemento, pertinência e representações

x∈Ax \in A lê-se “xx pertence a AA”; x∉Ax \notin A, “não pertence”. Um conjunto pode ser dado por extensão, listando os elementos entre chaves, A={2,4,6}A = \{2, 4, 6\}, ou por propriedade, dizendo a condição que os elementos cumprem, A={x∈N:x eˊ par e 0<x<7}A = \{x \in \mathbb{N} : x \text{ é par e } 0 < x < 7\}. A terceira forma é o diagrama de Venn: uma região fechada com os elementos dentro. Ordem e repetição não mudam o conjunto: {2,4,6}={6,2,4}={2,2,4,6}\{2, 4, 6\} = \{6, 2, 4\} = \{2, 2, 4, 6\}. O conjunto sem elementos é o vazio, ∅\varnothing ou {}\{\}. O conjunto com um só elemento é unitário. O universo UU é o conjunto de tudo o que está em discussão: a turma inteira, os inteiros, os reais.

A descrição por propriedade tem duas partes, e as duas importam: de onde vêm os candidatos e que condição eles cumprem. {x∈N:x<3}\{x \in \mathbb{N} : x < 3\} é {0,1,2}\{0, 1, 2\}. Trocando o universo, {x∈Z:x<3}\{x \in \mathbb{Z} : x < 3\} é infinito, e {x∈R:x<3}\{x \in \mathbb{R} : x < 3\} nem dá para listar. A mesma condição, três conjuntos diferentes.

Exemplo resolvido 1: da propriedade à lista. Escreva por extensão A={x∈Z:x2<10}A = \{x \in \mathbb{Z} : x^2 < 10\} e B={x∈N:2x+1=8}B = \{x \in \mathbb{N} : 2x + 1 = 8\}.

Estratégia: testar candidatos do universo declarado, um a um, e parar quando a condição deixa de valer.

Resolução: em AA, os inteiros com quadrado menor que 10 são −3,−2,−1,0,1,2,3-3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, porque 32=9<103^2 = 9 < 10 e 42=164^2 = 16 já passa. Logo A={−3,−2,−1,0,1,2,3}A = \{-3, -2, -1, 0, 1, 2, 3\}, sete elementos. Em BB, 2x+1=82x + 1 = 8 dá x=3,5x = 3{,}5, que não é natural. Nenhum candidato serve: B=∅B = \varnothing.

Conferência: (−3)2=9<10(-3)^2 = 9 < 10, entra; (−4)2=16(-4)^2 = 16, fica de fora. E BB vazio não é “B={0}B = \{0\}” nem “B={3,5}B = \{3{,}5\}”: não existe natural que resolva a equação, então não existe elemento.

Vazio não é zero

∅\varnothing não tem elemento nenhum. {0}\{0\} tem um elemento, o número zero. {∅}\{\varnothing\} também tem um elemento, o conjunto vazio. Numa pesquisa, “nenhum aluno respondeu sim” é ∅\varnothing; “o aluno respondeu 0” é {0}\{0\}. Num item de julgamento, a troca de um pelo outro passa despercebida se você não ler o símbolo.

Pertencer não é estar contido

Dois símbolos parecidos dizem coisas diferentes. ∈\in liga um elemento a um conjunto. ⊂\subset liga um conjunto a outro conjunto. “Ana pertence à turma” usa ∈\in. “Os alunos de inglês estão contidos na turma” usa ⊂\subset.

Subconjunto, igualdade e conjunto das partes

A⊂BA \subset B (AA está contido em BB, ou AA é subconjunto de BB) quando todo elemento de AA também é elemento de BB. Consequências diretas: A⊂AA \subset A para todo conjunto, e ∅⊂A\varnothing \subset A para todo conjunto (não há elemento em ∅\varnothing que possa falhar a condição). Dois conjuntos são iguais quando têm exatamente os mesmos elementos, isto é, A=BA = B se e só se A⊂BA \subset B e B⊂AB \subset A. Um conjunto com nn elementos tem 2n2^n subconjuntos, contando o vazio e ele mesmo: {a,b,c}\{a, b, c\} tem 23=82^3 = 8.

Dois painéis. À esquerda, o conjunto A contém os elementos 1, 2 e um conjunto menor com o elemento 3; abaixo, três afirmações julgadas: 1 pertence a A (verdadeiro), o conjunto {3} pertence a A (verdadeiro) e o número 3 pertence a A (falso). À direita, o conjunto B = {1, 2} desenhado dentro de A, e as afirmações B está contido em A (verdadeiro), vazio está contido em A (verdadeiro) e {3} está contido em A (falso).
Pertinência liga elemento a conjunto; inclusão liga conjunto a conjunto. Em A={1,2,{3}}A = \{1, 2, \{3\}\}, o número 3 não pertence a AA, mas o conjunto {3}\{3\} pertence. {1,2}⊂A\{1, 2\} \subset A e ∅⊂A\varnothing \subset A. Diagrama autoral.

Exemplo resolvido 2: julgar cinco afirmações. Seja A={1,2,{3}}A = \{1, 2, \{3\}\}. Decida se são verdadeiras: (a) 1∈A1 \in A; (b) 3∈A3 \in A; © {3}∈A\{3\} \in A; (d) {3}⊂A\{3\} \subset A; (e) {1,2}⊂A\{1, 2\} \subset A.

Estratégia: para ∈\in, procurar o objeto exato na lista de elementos de AA. Para ⊂\subset, pegar cada elemento do conjunto da esquerda e conferir se ele está em AA.

Resolução: AA tem três elementos: o número 1, o número 2 e o conjunto {3}\{3\}. (a) Verdadeira. (b) Falsa: o número 3 não está na lista; o que está é o conjunto {3}\{3\}. © Verdadeira, pelo mesmo motivo. (d) {3}⊂A\{3\} \subset A pergunta se o elemento 3 está em AA. Não está: falsa. (e) Os elementos 1 e 2 estão em AA: verdadeira.

Conferência: © e (d) parecem iguais e têm respostas opostas. É a diferença entre uma caixa dentro de uma caixa (pertinência) e o conteúdo de uma caixa que cabe na outra (inclusão).

A ⊂ B não impede A = B

“Está contido” inclui o caso em que os dois conjuntos são iguais. Quando um item diz “AA está contido em BB”, ele não afirma que BB tem algo a mais. Quem precisa da diferença escreve subconjunto próprio: A⊂BA \subset B e A≠BA \neq B. Alguns livros usam ⊆\subseteq para “contido ou igual” e reservam ⊂\subset para o próprio; nesta página, e na maioria dos livros brasileiros, ⊂\subset admite a igualdade.

Quatro operações, quatro perguntas

As operações com conjuntos traduzem quatro palavras da língua: ou, e, mas não e fora de. Cada uma responde a uma pergunta diferente sobre onde um elemento está.

Operação Notação Um elemento entra quando Pergunta em português
União A∪BA \cup B está em AA, em BB ou nos dois “faz inglês ou espanhol”
Interseção A∩BA \cap B está em AA e em BB “faz inglês e espanhol”
Diferença A−BA - B (ou A∖BA \setminus B) está em AA mas não em BB “faz inglês, só inglês”
Complementar A‾\overline{A} (ou AcA^{c}, ∁UA\complement_U A) está em UU e não em AA “não faz inglês”
Retângulo representando o universo U com dois círculos que se sobrepõem, A e B. As quatro regiões estão nomeadas: só A (A menos B), à esquerda; A interseção B, no meio; só B (B menos A), à direita; e a região fora dos dois círculos, complementar de A união B.
Dois conjuntos dividem o universo em quatro regiões que não se sobrepõem: só AA, A∩BA \cap B, só BB e nenhum dos dois. Toda pergunta de contagem é uma soma de algumas dessas regiões. Diagrama autoral.

O “ou” da união é inclusivo: quem está nos dois conjuntos está na união, uma vez só. Na língua do dia a dia, “café ou chá” costuma excluir os dois; na matemática, não. Quem quer “um ou outro, mas não ambos” precisa da expressão (A−B)∪(B−A)(A - B) \cup (B - A), às vezes chamada de diferença simétrica.

A diferença tem ordem: A−BA - B e B−AB - A são regiões diferentes do desenho. O complementar só faz sentido com universo declarado: “quem não faz inglês” é uma pergunta sobre a turma, sobre a escola ou sobre o país, e as respostas são diferentes. Com U={1,2,…,9}U = \{1, 2, \ldots, 9\}, A={1,2,3,4,5}A = \{1, 2, 3, 4, 5\} e B={4,5,6,7}B = \{4, 5, 6, 7\}: A∪B={1,…,7}A \cup B = \{1, \ldots, 7\}; A∩B={4,5}A \cap B = \{4, 5\}; A−B={1,2,3}A - B = \{1, 2, 3\}; B−A={6,7}B - A = \{6, 7\}; A∪B‾={8,9}\overline{A \cup B} = \{8, 9\}.

Propriedades que economizam conta

Comutativa e associativa: A∪B=B∪AA \cup B = B \cup A, A∩(B∩C)=(A∩B)∩CA \cap (B \cap C) = (A \cap B) \cap C. Distributiva: A∩(B∪C)=(A∩B)∪(A∩C)A \cap (B \cup C) = (A \cap B) \cup (A \cap C). Encaixe: A∩B⊂A⊂A∪BA \cap B \subset A \subset A \cup B. Leis de De Morgan: A∪B‾=A‾∩B‾\overline{A \cup B} = \overline{A} \cap \overline{B} e A∩B‾=A‾∪B‾\overline{A \cap B} = \overline{A} \cup \overline{B}. Em português: “não faz nem inglês nem espanhol” é o mesmo que “não faz inglês e não faz espanhol”. Casos extremos: se A⊂BA \subset B, então A∪B=BA \cup B = B e A∩B=AA \cap B = A; se A∩B=∅A \cap B = \varnothing, os conjuntos são disjuntos.

De Morgan aparece disfarçado em toda pesquisa com a região “nenhum”. Quem não usa nenhuma das duas marcas está fora de AA e fora de BB ao mesmo tempo: é A‾∩B‾\overline{A} \cap \overline{B}, que é a mesma região A∪B‾\overline{A \cup B} do diagrama. Saber isso evita montar um conjunto “não AA ou não BB”, que é quase todo o universo.

Contar sem contar duas vezes: o princípio da inclusão-exclusão

A pergunta de prova é sempre a mesma: quantos elementos há em cada região. Para conjuntos finitos, n(A)n(A) indica o número de elementos de AA. Somar n(A)+n(B)n(A) + n(B) conta duas vezes quem está na interseção, porque essa pessoa aparece nas duas listas. Uma vez a mais, tira-se uma vez.

Inclusão-exclusão para dois e para três conjuntos

Para dois conjuntos, a soma n(A)+n(B)n(A) + n(B) conta a interseção duas vezes, e por isso

n(A)+n(B)=n(A∪B)+n(A∩B),n(A) + n(B) = n(A \cup B) + n(A \cap B),

ou, na forma em que a fórmula costuma ser lembrada, n(A∪B)=n(A)+n(B)−n(A∩B)n(A \cup B) = n(A) + n(B) - n(A \cap B). Para três:

n(A∪B∪C)=n(A)+n(B)+n(C)−n(A∩B)−n(A∩C)−n(B∩C)+n(A∩B∩C)n(A \cup B \cup C) = n(A) + n(B) + n(C) - n(A \cap B) - n(A \cap C) - n(B \cap C) + n(A \cap B \cap C)

Com três conjuntos, quem está nos três é contado três vezes nas parcelas simples e descontado três vezes nas interseções de pares, sumindo da conta. O último termo devolve essa pessoa uma vez. Quem não está em nenhum dos conjuntos sai por diferença: n(nenhum)=n(U)−n(A∪B∪C)n(\text{nenhum}) = n(U) - n(A \cup B \cup C).

A fórmula é útil para conferir. Para resolver, o desenho é mais seguro, e a ordem de preenchimento é de dentro para fora: primeiro a região central (quem está em todos), depois as interseções de pares descontando o centro, depois os “sós” descontando tudo o que já foi colocado, e por fim o “nenhum” por diferença com o universo.

Três círculos sobrepostos, hip-hop, reggae e rock, dentro de um retângulo. As sete regiões estão preenchidas: 7 no centro; 18, 30 e 11 nas interseções de dois estilos; 47, 47 e 45 nas regiões exclusivas. Ao lado, o roteiro de preenchimento numerado: centro, pares, sós, total.
A pesquisa do PAS 2010 preenchida de dentro para fora. Apenas um estilo: 47+47+45=13947 + 47 + 45 = 139. Total: 139+18+30+11+7=205139 + 18 + 30 + 11 + 7 = 205. Diagrama autoral com os dados do caderno de prova.

Exemplo resolvido 3: o bloco de 2010. Na pesquisa da abertura, os três estilos tinham 102 (hip-hop), 83 (reggae) e 93 (rock) ouvintes; as duplas, 25 (hip-hop com reggae), 37 (hip-hop com rock) e 18 (reggae com rock); e 7 jovens ouviam os três. Quantos preferiam apenas um estilo? Quantos participaram?

Estratégia: os números 25, 37 e 18 incluem os 7 do centro; por isso o desenho começa pelo miolo.

Resolução: centro, 7. Pares, descontando o centro: hip-hop e reggae apenas, 25−7=1825 - 7 = 18; hip-hop e rock apenas, 37−7=3037 - 7 = 30; reggae e rock apenas, 18−7=1118 - 7 = 11. Sós: hip-hop, 102−7−18−30=47102 - 7 - 18 - 30 = 47; reggae, 83−7−18−11=4783 - 7 - 18 - 11 = 47; rock, 93−7−30−11=4593 - 7 - 30 - 11 = 45. Apenas um estilo: 47+47+45=13947 + 47 + 45 = 139. Total: 139+18+30+11+7=205139 + 18 + 30 + 11 + 7 = 205.

Conferência pela fórmula: 102+83+93−25−37−18+7=205102 + 83 + 93 - 25 - 37 - 18 + 7 = 205. Fecha. O item 82 dizia “mais de 135 jovens revelaram preferência por apenas um dos tipos”: 139, certo. O item 83 dizia que o total era 205: certo. O erro que a banca esperava era somar 102+83+93=278102 + 83 + 93 = 278 e tratar como total, ou usar 25, 37 e 18 como se já fossem os “só dois”.

Exemplo resolvido 4: quando a interseção é a incógnita. Uma loja atendeu 150 clientes num sábado. 90 pagaram com cartão, 75 pagaram com Pix e 20 não usaram nenhum dos dois (pagaram em dinheiro). Quantos usaram cartão e Pix na mesma compra?

Estratégia: o “nenhum” dá a união por diferença; a fórmula de dois conjuntos dá a interseção.

Resolução: pelo menos um dos dois meios: 150−20=130150 - 20 = 130. Então 90+75−x=13090 + 75 - x = 130, logo x=35x = 35.

Conferência: só cartão, 90−35=5590 - 35 = 55; só Pix, 75−35=4075 - 35 = 40; ambos, 35; nenhum, 20. Soma: 55+40+35+20=15055 + 40 + 35 + 20 = 150. Nenhuma região negativa, e o total bate com o universo.

"Pelo menos um", "exatamente um" e "ambos" são três números

Na loja do exemplo, “pelo menos um” é 130, “exatamente um” é 55+40=9555 + 40 = 95 e “ambos” é 35. O item de prova escolhe uma dessas expressões e calibra o limiar perto do valor certo. Leia a expressão duas vezes antes de somar regiões. E, se alguma região der negativa, os dados são incompatíveis ou você usou uma interseção “com centro” como se fosse “sem centro”.

A conferência final de todo diagrama é a soma das regiões disjuntas: ela precisa dar o universo, e nenhuma região pode ficar negativa. Se 40 alunos foram entrevistados, 30 gostam de futebol e 25 de vôlei, a fórmula obriga 30+25−x≤4030 + 25 - x \le 40, isto é, x≥15x \ge 15: pelo menos 15 gostam dos dois, mesmo sem ninguém ter perguntado.

Da tabela ao diagrama: a mesma pesquisa em dois formatos

A prova raramente traz o diagrama pronto. Traz uma tabela, um texto com percentuais ou uma lista de frases, e o trabalho é traduzir. A tradução mais comum é entre a tabela de dupla entrada e o Venn de dois conjuntos.

À esquerda, uma tabela 2 por 2 com margens: linhas usa WhatsApp sim e não, colunas usa Instagram sim e não; as células internas mostram 120, 120, 60 e 100, e as margens 240, 160, 180, 220 e o total 400. À direita, o diagrama de Venn equivalente: só WhatsApp 120, ambos 120, só Instagram 60, nenhum 100.
Cada célula interna da tabela é uma região do diagrama; as margens são n(A)n(A), n(B)n(B) e seus complementares. O total 400 aparece nos dois. Diagrama autoral.

Exemplo resolvido 5: percentuais sobre o mesmo universo. Numa escola de 400 alunos, 60% usam WhatsApp, 45% usam Instagram e 30% usam os dois. Monte a tabela e o diagrama e diga quantos alunos não usam nenhum dos dois.

Estratégia: percentuais do mesmo universo podem entrar direto na fórmula; o número de alunos vem no fim, multiplicando por 400.

Resolução: pelo menos um, 60%+45%−30%=75%60\% + 45\% - 30\% = 75\%. Nenhum, 100%−75%=25%100\% - 75\% = 25\%, ou seja, 0,25×400=1000{,}25 \times 400 = 100 alunos. Só WhatsApp, 60%−30%=30%60\% - 30\% = 30\%, 120 alunos; ambos, 120 alunos; só Instagram, 45%−30%=15%45\% - 30\% = 15\%, 60 alunos.

Conferência: 120+120+60+100=400120 + 120 + 60 + 100 = 400. Na tabela, a linha “usa WhatsApp” soma 120+120=240=60%120 + 120 = 240 = 60\% de 400, e a coluna “usa Instagram” soma 120+60=180=45%120 + 60 = 180 = 45\% de 400.

Percentuais só se somam sobre o mesmo universo

“60% dos alunos do 1.º ano e 45% dos alunos do 2.º ano” não se combinam com inclusão-exclusão, porque são fatias de bolos diferentes. Antes de usar a fórmula, confira que todos os números se referem ao mesmo total. E lembre que “30% usam os dois” está dentro dos 60% e dentro dos 45%: não é uma terceira fatia separada.

Quando os percentuais de uma pesquisa somam mais de 100%

Pesquisas de hábitos (“quais redes você usa?”, “quais meios de transporte?”) aceitam respostas múltiplas, e o gráfico de barras que sai delas soma 150%, 200%, mais. Não é erro do jornal: cada barra é n(A)/n(U)n(A)/n(U) de um conjunto diferente, e as interseções são contadas em cada uma. O leitor que quer saber quantas pessoas usam pelo menos uma rede não pode somar as barras. Precisa das interseções, que quase nunca são publicadas.

Os números também formam conjuntos: de N\mathbb{N} a R\mathbb{R}

Os números que você usa formam uma cadeia de conjuntos, cada um contido no seguinte. Cada ampliação resolve um problema que o conjunto anterior não resolvia.

Os conjuntos numéricos e sua hierarquia

Naturais N={0,1,2,3,…}\mathbb{N} = \{0, 1, 2, 3, \ldots\}: contagem (a convenção brasileira inclui o zero; alguns livros escrevem N∗\mathbb{N}^{*} para excluí-lo). Inteiros Z={…,−2,−1,0,1,2,…}\mathbb{Z} = \{\ldots, -2, -1, 0, 1, 2, \ldots\}: acrescentam os negativos, e toda subtração passa a ter resposta. Racionais Q={p/q:p,q∈Z, q≠0}\mathbb{Q} = \{p/q : p, q \in \mathbb{Z},\ q \neq 0\}: acrescentam as frações, e toda divisão por não zero passa a ter resposta; na forma decimal, um racional é finito (0,750{,}75) ou periódico (0,333…0{,}333\ldots). Irracionais I\mathbb{I}: decimais infinitos e não periódicos, como 2=1,41421…\sqrt{2} = 1{,}41421\ldots e π=3,14159…\pi = 3{,}14159\ldots; não se escrevem como fração. Reais R=Q∪I\mathbb{R} = \mathbb{Q} \cup \mathbb{I}, com Q∩I=∅\mathbb{Q} \cap \mathbb{I} = \varnothing: todo ponto da reta. A cadeia é N⊂Z⊂Q⊂R\mathbb{N} \subset \mathbb{Z} \subset \mathbb{Q} \subset \mathbb{R}, e I\mathbb{I} fica de fora da cadeia, dentro de R\mathbb{R}.

Diagrama de regiões encaixadas: o retângulo maior é o conjunto dos reais; dentro dele, um oval grande dos racionais contém o oval dos inteiros, que contém o oval dos naturais com 0, 1, 2, 3. Fora do oval dos racionais, mas dentro dos reais, a faixa dos irracionais com raiz de 2, pi e o número de Euler. Exemplos marcados: menos 3 nos inteiros, três quartos e menos 0,5 nos racionais.
N⊂Z⊂Q⊂R\mathbb{N} \subset \mathbb{Z} \subset \mathbb{Q} \subset \mathbb{R}. Os irracionais não estão na cadeia: são o que sobra dos reais depois de retirar os racionais, I=R−Q\mathbb{I} = \mathbb{R} - \mathbb{Q}. Diagrama autoral.

As operações com conjuntos descrevem os pedaços: Z−N\mathbb{Z} - \mathbb{N} são os inteiros negativos; Q−Z\mathbb{Q} - \mathbb{Z} são as frações não inteiras; R−Q=I\mathbb{R} - \mathbb{Q} = \mathbb{I}. Notações frequentes: R∗\mathbb{R}^{*} é R−{0}\mathbb{R} - \{0\}; R+\mathbb{R}_{+} são os reais não negativos; Z−∗\mathbb{Z}_{-}^{*} são os inteiros negativos sem o zero.

Uma propriedade que a prova já explorou: entre dois racionais distintos sempre há outro racional (a média dos dois, por exemplo), e entre dois reais sempre há um racional e um irracional. Diz-se que Q\mathbb{Q} e I\mathbb{I} são densos na reta. Densidade não é o mesmo que ausência de limite. Em 2010, um item do PAS 3 afirmou que, como entre um inteiro positivo e outro há infinitos reais, o tempo e o espaço seriam ilimitados. Infinitos números entre 1 e 2 não fazem o intervalo [1,2][1, 2] crescer: ele continua com comprimento 1. O item era errado.

Exemplo resolvido 6: classificar seis números. Diga a qual dos conjuntos N\mathbb{N}, Z\mathbb{Z}, Q\mathbb{Q}, I\mathbb{I} cada número pertence, do menor conjunto para o maior: −7-7; 0,750{,}75; 49\sqrt{49}; 50\sqrt{50}; 3,141414…3{,}141414\ldots; π/2\pi/2.

Estratégia: simplificar antes de classificar. Raiz de quadrado perfeito é inteiro; decimal periódico é racional; múltiplo racional não nulo de irracional é irracional.

Resolução: −7∈Z-7 \in \mathbb{Z}, não é natural. 0,75=3/4∈Q0{,}75 = 3/4 \in \mathbb{Q}, não é inteiro. 49=7∈N\sqrt{49} = 7 \in \mathbb{N}. 50\sqrt{50} não é inteiro (72=497^2 = 49, 82=648^2 = 64) e, como 50 não é quadrado perfeito, é irracional: 50=52∈I\sqrt{50} = 5\sqrt{2} \in \mathbb{I}. 3,141414…3{,}141414\ldots tem período 14, logo é racional (311/99311/99), e não é π\pi. π/2∈I\pi/2 \in \mathbb{I}.

Conferência: 311/99=3,1414…311/99 = 3{,}1414\ldots, e 99×3,141414…=31199 \times 3{,}141414\ldots = 311. O quinto número parece π\pi nas duas primeiras casas e é uma fração; a classificação depende do padrão infinito, não da aparência.

A raiz que não cabia em fração

A escola pitagórica acreditava que qualquer medida era razão de inteiros. A diagonal do quadrado de lado 1 quebrou a crença: se 2=p/q\sqrt{2} = p/q com a fração irredutível, então p2=2q2p^2 = 2q^2, pp é par, p=2kp = 2k, 4k2=2q24k^2 = 2q^2, q2=2k2q^2 = 2k^2, qq também é par, e a fração não era irredutível. Foi o primeiro irracional conhecido, por volta do século V a.C. Hoje sabe-se que os irracionais são “a maioria” dos reais: os racionais, embora infinitos, podem ser enumerados; os irracionais, não.

Intervalos: conjuntos que não dá para listar

Um subconjunto de R\mathbb{R} como “os reais entre 2 e 5” não tem lista: entre dois de seus elementos sempre há outro. A notação de intervalo resolve isso dizendo só as extremidades e se elas entram ou não.

Notação de intervalos

Para a<ba < b reais: [a,b]={x∈R:a≤x≤b}[a, b] = \{x \in \mathbb{R} : a \le x \le b\} é fechado (extremidades incluídas); (a,b)={x:a<x<b}(a, b) = \{x : a < x < b\} é aberto; [a,b)[a, b) e (a,b](a, b] são semiabertos. Colchete para dentro inclui, parêntese exclui; alguns livros escrevem ]a,b[]a, b[ no lugar de (a,b)(a, b). Intervalos ilimitados usam ∞\infty, sempre com parêntese, porque infinito não é número: (−∞,3]={x:x≤3}(-\infty, 3] = \{x : x \le 3\}, (2,+∞)={x:x>2}(2, +\infty) = \{x : x > 2\}, e R=(−∞,+∞)\mathbb{R} = (-\infty, +\infty). Na reta, bolinha cheia marca extremidade incluída; bolinha vazia, excluída.

Intervalos são conjuntos, e as quatro operações valem para eles. O método é desenhar os dois na mesma reta, um acima do outro, e ler o resultado: a interseção é o trecho coberto pelos dois; a união é o trecho coberto por pelo menos um; a diferença A−BA - B é a parte de AA que BB não cobre. O único cuidado está nas extremidades: um ponto entra na interseção só se entra nos dois; entra na união se entra em pelo menos um.

Três retas numéricas empilhadas, de menos 4 a 6. Na primeira, o intervalo A de menos 3 fechado a 2 aberto; na segunda, o intervalo B de 0 aberto a 5 fechado; na terceira, o resultado: a interseção de 0 aberto a 2 aberto em cor forte e a união de menos 3 fechado a 5 fechado em cor clara, com bolinhas cheias e vazias nas extremidades.
A=[−3,2)A = [-3, 2) e B=(0,5]B = (0, 5] na mesma reta. Interseção: o trecho coberto pelos dois, (0,2)(0, 2). União: o trecho coberto por pelo menos um, [−3,5][-3, 5]. As bolinhas dizem se a extremidade entra. Diagrama autoral.

Exemplo resolvido 7: operações com dois intervalos. Sejam A=[−3,2)A = [-3, 2) e B=(0,5]B = (0, 5]. Determine A∪BA \cup B, A∩BA \cap B, A−BA - B, B−AB - A e o complementar de AA em R\mathbb{R}.

Estratégia: desenhar, ler o trecho, decidir cada extremidade separadamente.

Resolução: união, de −3-3 a 5; −3-3 entra (está em AA), 5 entra (está em BB): A∪B=[−3,5]A \cup B = [-3, 5]. Interseção, de 0 a 2; 0 não entra (não está em BB), 2 não entra (não está em AA): A∩B=(0,2)A \cap B = (0, 2). A−BA - B é a parte de AA até onde BB começa: de −3-3 a 0, com 0 incluído, porque 0 está em AA e não está em BB: A−B=[−3,0]A - B = [-3, 0]. B−AB - A é a parte de BB a partir de onde AA termina: de 2 a 5, com 2 incluído, porque 2 está em BB e não está em AA: B−A=[2,5]B - A = [2, 5]. Complementar de AA em R\mathbb{R}: tudo o que não está em AA, (−∞,−3)∪[2,+∞)(-\infty, -3) \cup [2, +\infty); note que 2 entra no complementar exatamente porque não entrava em AA.

Conferência com pontos de teste: x=0x = 0 está em AA (−3≤0<2-3 \le 0 < 2) e não está em BB (0<00 < 0 é falso), logo está em A−BA - B e não está em A∩BA \cap B. x=2x = 2 não está em AA e está em BB, logo está em B−AB - A. x=1x = 1 está nos dois, logo está em A∩BA \cap B. As quatro regiões A−BA - B, A∩BA \cap B, B−AB - A e o exterior somam a reta inteira, como no Venn.

A notação de intervalo é a forma padrão de escrever domínios de funções e soluções de inequações. Para f(x)=x−3f(x) = \sqrt{x - 3}, o domínio é [3,+∞)[3, +\infty); para −2x+8>0-2x + 8 > 0, a solução é (−∞,4)(-\infty, 4). Como resolver a inequação e como achar o domínio são assuntos das páginas de funções e de função afim; aqui, o que importa é ler e escrever o conjunto resultado.

Infinito com colchete e extremidade trocada

[2,+∞][2, +\infty] está errado: não existe o número +∞+\infty para ser incluído. Escreva [2,+∞)[2, +\infty). O segundo tropeço é decidir a extremidade “no atacado”: em A∩BA \cap B cada extremidade entra só se está nos dois intervalos, e em A−BA - B uma extremidade de BB que não está em BB (parêntese) fica em A−BA - B. Teste sempre com o próprio número: substitua e veja se as desigualdades valem.

O essencial em meia página

  • Conjunto: coleção com critério claro de pertinência. Por extensão, {2,4,6}\{2, 4, 6\}; por propriedade, {x∈N:…}\{x \in \mathbb{N} : \ldots\}; por Venn. Ordem e repetição não contam. ∅\varnothing não tem elementos e é diferente de {0}\{0\}.
  • ∈\in liga elemento a conjunto; ⊂\subset liga conjunto a conjunto. 3∉{1,2,{3}}3 \notin \{1, 2, \{3\}\}, mas {3}∈{1,2,{3}}\{3\} \in \{1, 2, \{3\}\}. ∅⊂A\varnothing \subset A e A⊂AA \subset A sempre. A=BA = B quando A⊂BA \subset B e B⊂AB \subset A. nn elementos, 2n2^n subconjuntos.
  • Quatro operações, quatro palavras: união é “ou” inclusivo; interseção é “e”; diferença é “mas não”, com ordem; complementar é “fora”, e exige universo. De Morgan: “nem AA nem BB” é A‾∩B‾=A∪B‾\overline{A} \cap \overline{B} = \overline{A \cup B}.
  • Inclusão-exclusão: n(A∪B)=n(A)+n(B)−n(A∩B)n(A \cup B) = n(A) + n(B) - n(A \cap B); com três conjuntos, soma os três, tira os pares, devolve o centro. Nenhum =n(U)−n(unia˜o)= n(U) - n(\text{união}).
  • Preencha o Venn de dentro para fora: centro, pares descontando o centro, sós descontando tudo, nenhum por diferença. Confira: as regiões somam UU e nenhuma é negativa.
  • “Pelo menos um”, “exatamente um” e “ambos” são três números diferentes. Os dados “AA e BB” incluem quem está nos três.
  • Tabela 2 × 2 e Venn são a mesma pesquisa: célula interna é região, margem é n(A)n(A). Percentuais só se combinam quando são do mesmo universo.
  • Hierarquia numérica: N⊂Z⊂Q⊂R\mathbb{N} \subset \mathbb{Z} \subset \mathbb{Q} \subset \mathbb{R}; I=R−Q\mathbb{I} = \mathbb{R} - \mathbb{Q}; racional é decimal finito ou periódico; irracional é infinito não periódico. Densidade não é ilimitação.
  • Intervalos: colchete inclui, parêntese exclui, infinito sempre com parêntese. Para operar, desenhe na mesma reta e decida cada extremidade testando o número.

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Noções de Conjuntos | Aula 01 de 05
Escola de Números com Thyago Araujo · 17:14
Introdução. Conceito e exemplos de conjunto, as três representações (chaves, propriedade e diagrama de Venn), igualdade, vazio, unitário, universo, pertinência e inclusão: é o conteúdo das seções “Um conjunto é uma coleção que dá para descrever” e “Pertencer não é estar contido”, em aula, para quem parte do zero.
DIAGRAMA DE VENN - PROBLEMAS COM CONJUNTOS | CONJUNTOS NUMÉRICOS | EXERCÍCIOS
Gis com Giz · 26:18
Resolução. Três problemas de pesquisa resolvidos no diagrama, do preenchimento das interseções até a leitura de “pelo menos um” e “nenhum”: a rotina de dentro para fora da seção “Contar sem contar duas vezes” e dos exemplos resolvidos 3 e 4.
Conjuntos Numéricos: Números Irracionais e Reais (Aula 3 de 4)
Professor Ferretto | ENEM e Vestibulares · 9:39
Aprofundamento. Define irracionais pela forma decimal infinita não periódica e monta os reais como união de racionais e irracionais, com exemplos de raízes e de π\pi: a seção “Os números também formam conjuntos” e o exemplo resolvido 6.
INTERVALOS NUMÉRICOS | INTERVALOS REAIS |
Gis com Giz · 46:07
Aplicação. Todos os tipos de intervalo (aberto, fechado, semiaberto, ilimitado), a passagem entre a notação de colchetes, a de propriedade e o desenho na reta, e a união e a interseção de intervalos com exemplos: a seção “Intervalos: conjuntos que não dá para listar” e o exemplo resolvido 7.
Rota PAS 1
Conjuntos, funções e a reta: função afim e PA · PAS 1

Fontes desta página

Os materiais abaixo contribuíram para a explicação e os exemplos deste assunto.

  • Rota PAS 1 — Conjuntos, funções e a reta: função afim e PA · Conjuntos: como contar sem contar duas vezes (vocabulário mínimo, inclusão-exclusão, bloco PAS 2010 itens 81–83, checagem); Resolvidos no formato da prova (conjuntos — inclusão-exclusão); box Como a banca cobra (histórico de conjuntos 2009/105 e 2010/82–83); quadro O que cai daqui

    Recorte por assunto: só conjuntos. Funções, função afim, PA e juros do mesmo capítulo pertencem às páginas funcoes, funcao-afim, progressao-aritmetica e juros-simples-e-compostos. Conjuntos numéricos e intervalos foram acrescentados a partir do recorte da página, não do capítulo.

  • Cadernos e gabaritos oficiais do PAS/UnB (Cebraspe) · PAS 1 2010 (itens 82 e 83; item 81 anulado), PAS 1 2009 (item 104), PAS 3 2010 (item 122), PAS 3 2011 (itens 46, 47 e 48)

    Itens reproduzidos verbatim; gabaritos conferidos em utils/material/PAS/pesquisa/classificacao/ e classificacao-pas3/. O item 2009/105 (escolher um diagrama de Venn impresso) depende de figura e não foi reproduzido.