Gli insiemi Q e R Le frazioni

1

Per fare ciò dobbiamo introdurre il concetto di frazione.

• Una frazione è un elemento del prodotto cartesiano N x N0, cioè è una coppia ordinata (a, b) con b ≠ 0

Vogliamo ampliare l’insieme numerico N con un insieme numerico nel quale sia sempre possibile eseguire la divisione .

• Stabiliamo la corrispondenza (a, b) a

b

indica il risultato della divisione tra a e b se b ≠ 0a

b

Gli insiemi Q e R

ESEMPIO

Le frazioni

2

Esistono frazioni diverse che esprimono la stessa quantità come ad esempio:

Diremo allora che:

La frazione è equivalente alla frazione se a d = b ca

b

c

d

3

7

6

14Prodotto incrociato

3 14 = 7 6

2

5

4

10

Gli insiemi Q e R

ESEMPIO

Definizione e caratteristiche

3

L’insieme delle frazioni può essere quindi suddiviso in tanti sottoinsiemi, ciascuno dei quali contiene tutte e sole le frazioni equivalenti tra loro; chiameremo questi sottoinsiemi gruppi di equivalenza.

Per ridurre una frazione ai minimi termini si applica la proprietà invariantiva della divisione:

Si chiama numero razionale assoluto ogni sottoinsieme di frazioni equivalenti.

La scelta della frazione rappresentante è arbitraria ma generalmente è comodo scegliere quella ridotta ai minimi termini, cioè la frazione in cui il M.C.D. fra il numeratore e il denominatore è uguale a 1.

15

24=

15 : 3

24 : 3=

5

8

L’insieme dei numeri razionali assoluti viene indicato con Qa

Gli insiemi Q e R Rappresentazione

4

Anche l’insieme Qa può essere rappresentato su una semiretta orientata. Fissato un segmento a cui far

corrispondere il numero razionale 1, per individuare il punto a cui corrisponde, per esempio, il numero ,

basta dividere il segmento unitario in 4 parti uguali e considerare il multiplo secondo 3 di una di queste parti.

34

0 134

68

Il punto che rappresenta la frazione rappresenta anche tutte le frazioni equivalenti ( , …)34

68

912

In generale, al numero razionale rappresentato dalla frazione si fa corrispondere il punto che si

ottiene dividendo il segmento unitario in b parti uguali e considerando il multiplo secondo a di una di

queste parti.

ab

0 1

ab

b parti

a parti

Gli insiemi Q e R Dalla frazione al numero decimale

5

Oltre che in forma di frazione, un numero razionale si può rappresentare anche con una scrittura decimale.

Il numero decimale può essere:

Per trasformare una frazione in un numero decimale basta dividere il numeratore per il denominatore.

• finito: 3

5= 3 : 5 = 0,6

• periodico semplice: 14

3= 14 : 3 = 4,6666… = 4,6

periodo• periodico misto: 26

15= 1,7333… = 1,73

antiperiodo

Gli insiemi Q e R

ESEMPI

Dalla frazione al numero decimale

6

Enunciamo il seguente criterio:

• una frazione che, ridotta ai minimi termini, ha per denominatore un numero la cui scomposizione contiene solo potenze del 2 e/o del 5, dà origine ad un numero decimale finito;

• una frazione che, ridotta ai minimi termini, ha per denominatore un numero la cui scomposizione contiene almeno un fattore diverso da 2 e da 5, dà origine ad un numero decimale periodico.

12

16 numero decimale finito

3

4

73

numero decimale periodico

Gli insiemi Q e R

ESEMPIO

ESEMPI

Dal numero decimalealla frazione generatrice

7

La frazione generatrice di un numero decimale finito si ottiene scrivendo al numeratore le cifre del numero senza la virgola e al denominatore 1 seguito da tanti zeri quante sono le cifre decimali.

7,5 = = 75

10

15

2

La frazione generatrice di un numero decimale periodico è una frazione che ha per numeratore la differenza tra il numero intero che si ottiene togliendo la virgola ed il numero intero che si ottiene eliminando le cifre del periodo, e per denominatore tanti 9 quante sono le cifre del periodo e tanti 0 quante sono le cifre dell’antiperiodo.

2,24 = = =224 – 2

99

222

99

74

33

1,73 = = =173 – 17

90

156

90

26

15

Gli insiemi Q e R

ESEMPIO

ESEMPIO

Ordinamento

8

Vogliamo confrontare due frazioni:

• Se due frazioni hanno uguale denominatore, la frazione maggiore è quella con il numeratore maggiore.

11

13>

7

13

• Se due frazioni hanno denominatori diversi basta ridurre allo stesso denominatore e poi confrontare i numeratori.

5

2>

4

7

Infatti, riducendole a denominatore comune 14 = m.c.m. (2, 7)35

14>

8

14

Per confrontare due numeri razionali assoluti basta confrontare due frazioni rappresentanti o le loro forme decimali.

Gli insiemi Q e R

ESEMPIO

ESEMPIO

9

Se b e d hanno divisori comuni il denominatore comune è il m.c.m. di essi.

Operazioni

• ADDIZIONEa

b+

c

d=

ad + bc

bd

3

4+

1

6=

11

12

9 + 2

12=

• SOTTRAZIONEa

b−

c

d=

ad − bc

bdcon

a

b≥

c

d

7

3−

1

6=

13

6

14 − 1

6=

Gli insiemi Q e R

ESEMPIO

10

Operazioni

• MOLTIPLICAZIONE a

b

c

d=

ac

bd

• DIVISIONE con c ≠ 0 a

b:

c

d=

a

b

d

c

d

creciproco di

c

d

4

5:

8

3=

3

10=

4

5

3

8

1

2

ESEMPIO

2

3

5

8=

5

12

1

4

Gli insiemi Q e R

ESEMPIO

11

Operazioni

• POTENZE =a

b

nan

bncon

a

b

0

= 1 e 0 0 non ha significato

=3

4

29

16=

1

2

41

16=

3

8

0

1

Gli insiemi Q e R

conseguenti

12

Rapporti e proporzioni

Si dice rapporto fra due numeri a e b, con b ≠ 0, il quoziente della loro divisione.

Si dice che quattro numeri a, b, c, d, sono in proporzione se il rapporto fra i primi due numeri è uguale al rapporto fra i secondi due:

a

b=

c

dcon b ≠ 0 e d ≠ 0

a : b = c : d

antecedenti

medi

estremi

Gli insiemi Q e R

13

Rapporti e proporzioni

Proprietà delle proporzioni

• Proprietà fondamentale: il prodotto dei medi è uguale al prodotto degli estremi.

a : b = c : d b c = a d

b c

a d

• Proprietà del permutare: scambiando fra loro i medi, oppure gli estremi, la relazione che si ottiene è ancora una proporzione.

a : b = c : d a : c = b : d

d : b = c : a

Gli insiemi Q e R

14

Rapporti e proporzioni

• Proprietà dell’invertire: scambiando ogni antecedente con il proprio conseguente, la relazione che si ottiene è ancora una proporzione.

• Proprietà del comporre: in ogni proporzione, la somma dei primi due termini sta al primo (o al secondo) come la somma del terzo e del quarto termine sta al terzo (o al quarto).

a : b = c : d b : a = d : c

a : b = c : d (a + b) : a = (c + d) : c

si sommano(a + b) : b = (c + d) : d

• Proprietà dello scomporre: in ogni proporzione, la differenza dei primi due termini sta al primo (o al secondo) come la differenza del terzo e del quarto termine sta al terzo (o al quarto).

a : b = c : d (a - b) : a = (c - d) : c

si sottraggono(a - b) : b = (c - d) : d

se a > b e c > d

Gli insiemi Q e R

ESEMPIO

ESEMPIO

ESEMPIO

15

Rapporti e percentuale

• Se in una proporzione c’è un termine non noto, lo si può determinare applicando la proprietà fondamentale.

15 : 8 = 6 : x 15x = 48 x = 48

15=

16

5

• Per calcolare il termine incognito (medio proporzionale) in una proporzione continua (con i medi uguali) a : x = x : b basta fare la radice quadrata di a b.

• Percentuale: è il rapporto tra due numeri espresso in centesimi; si calcola con una proporzione.

x è il 5% di 1000 x : 1000 = 5 : 100 x = 10 5

100= 50

45 : x = x : 5 x = √45 5 = 15

35

corrisponde a 35

100 = 60%

Gli insiemi Q e R Definizione e caratteristiche

16

• Numero razionale relativo: numero razionale assoluto preceduto dal segno + o − (il segno + può essere sottinteso).

• Q0 = Q+ U Q−

• Q = Q+ U Q− U {0} Q+ : insieme dei numeri razionali positivi

Q− : insieme dei numeri razionali negativi

con

• Rappresentazione sulla retta orientata dei numeri.

01

31

−21

−11

−21

+11

+31

+

83

−32

−12

−14

+43

+73

+

Gli insiemi Q e R Caratteristiche

17

• Numeri concordi: numeri con lo stesso segno. Es. e 32

+13

+

• Numeri discordi: numeri con segno opposto. Es. e 14

−35

+

• Valore assoluto o modulo di un numero razionale: numero razionale assoluto ad esso corrispondente.

Es. =35

−35

• Numeri opposti: numeri con lo stesso valore assoluto ma discordi Es. e 38

−38

+

Gli insiemi Q e R Operazioni

18

• L’addizione, la sottrazione, la moltiplicazione, la divisione e l’elevamento a potenza vengono definite in Q con regole analoghe a quelle introdotte in Qa e in Z per quanto riguarda i segni.

Possiamo allora dare la definizione completa di potenza:

• In Q può essere introdotta la potenza con esponente negativo:

se l’esponente di una potenza di base non nulla è un numero intero negativo, si calcola la potenza ad esponente positivo del reciproco della base:

n

a-n =1a

con n > 0 e a ≠ 0

dato un numero razionale a ed un numero intero n ≠ 0, si dice potenza n-esima di a, e si scrive an:

• Il prodotto di n fattori uguali ad a se n ≥ 2

• Il numero a stesso se n = 1

• Il numero se n < 0 e a ≠ 0

• Si pone poi a0 = 1 se a ≠ 0 e non si atribuisce significato alla scrittura 00

1a-n

Gli insiemi Q e R Operazioni

19

OPERAZIONE CARATTERISTICHE E PROPRIETÀ

Addizione

• è un’operazione interna a qualsiasi insieme numerico• è commutativa e associativa• ha elemento neutro: 0• è invertibile in Z e Q e l’operazione inversa è la sottrazione

Sottrazione• è un’operazione interna a Z e Q, non sempre è possibile in N e Qa

• possiede la proprietà invariantiva

Moltiplicazione

• è un’operazione interna a qualsiasi insieme numerico• è commutativa e associativa• è distributiva rispetto all’addizione e alla sottrazione• ha elemento neutro: 1• è invertibile in Q0 e l’operazione inversa è la divisione

Divisione• è un’operazione interna a Q, non sempre è possibile in N e Z• possiede la proprietà invariantiva• è distributiva solo a sinistra rispetto all’addizione e alla sottrazione

Tabella di riepilogo delle operazioni negli insiemi numerici

Gli insiemi Q e R Definizione e caratteristiche

20

L’insieme dei numeri razionali e quello dei numeri irrazionali sono disgiunti e la loro unione dà origine all’insieme dei numeri reali. Un numero reale è quindi un numero che è razionale o irrazionale.

L’insieme dei numeri reali si indica con R.

L’insieme R può essere rappresentato su una retta orientata ed esiste una corrispondenza biunivoca tra i punti di tale retta e i numeri reali.

• Numeri reali irrazionali: numeri decimali illimitati non periodici

€

. Es 3 ; 0,121122111222 ..., π

Gli insiemi Q e R

ESEMPI

Notazione scientifica e ordine di grandezza

21

Nei calcoli scientifici, dove si deve lavorare spesso con numeri molto grandi oppure molto piccoli, si usa una notazione particolare che utilizza le potenze del 10.

Un numero è in notazione scientifica se si scrive nella forma

a 10k

Dove a è un numero reale con una sola cifra diversa da zero prima della virgola e k è un numero intero.

3 280 000 000 000 si può scrivere come 3,28 1012

(basta spostare la virgola a destra di 12 posti per avere il numero dato.

0,000000067 si può scrivere come 6,7 10−8

(basta spostare la virgola a sinistra di 8 posti per avere il numero dato.

Questo modo di scrivere i numeri prende il nome di notazione scientifica.

Gli insiemi Q e R

ESEMPI

Notazione scientifica e ordine di grandezza

22

Di un numero reale scritto in notazione scientifica si definisce poi l’ordine di grandezza come la potenza di 10 più vicina al numero:

2,4 103 ha ordine di grandezza 103

10k se |a| < 5

Ordine di grandezza di a 10k è

10k+1 se |a| ≥ 5

5,6 10−4 ha ordine di grandezza 10−3 (l’esponente è −4 + 1)

Gli insiemi Q e R

23

Z

• Insieme infinito che non ha né primo né ultimo elemento: … −2, −1, 0, +1, +2, …

• È un insieme discreto.

• Le operazioni interne sono: - l’addizione e la sua inversa sottrazione

- la moltiplicazione

N

• Insieme infinito che ha come primo elemento 0, non esiste ultimo elemento: 0, 1, 2, …

• È un insieme discreto.

• Le operazioni interne sono: - l’addizione

- la moltiplicazione

Gli insiemi Q e R

24

Q

•Insieme infinito che non ha né primo né ultimo elemento: i suoi elementi si possono esprimere

come frazioni oppure come numeri decimali finiti o periodici.

•È un insieme denso

•Le operazioni interne sono: - l’addizione e la sua inversa sottrazione

- la moltiplicazione e la sua inversa divisione

R

• Insieme infinito che non ha né primo né ultimo elemento; i suoi elementi sono i numeri razionali e

irrazionali

• È un insieme continuo

• Si possono eseguire tutte le operazioni ad eccezione dell’estrazione di radice di indice pari di un

numero negativo

Gli insiemi Q e R Grafici di funzioni

25

Ogni funzione y = f (x) può essere rappresentata graficamente in un piano cartesiano mediante

l’insieme dei punti di coordinate (x, y) che si ottengono attribuendo a x un valore del dominio e calcolando il corrispondente valore di y.

• Funzione di proporzionalità diretta: y = kx

Retta passante per l’origine.

• Funzione di proporzionalità inversa: y = con k ≠ 0k

x

Iperbole equilatera.

Gli insiemi Q e R Grafici di funzioni

26

• Funzione dei proporzionalità quadratica: y = kx2

Parabola con vertice nell’origine, simmetrica rispetto all’asse y.

Se y = 1 (gialla)

Se y = (rossa)k

y