Aula 5- Aritmética - 2025 (1).pdf critérios de divisibilidade

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About This Presentation

Aritmética basica


Slide Content

AULA TEÓRICA 6
AULA 5
Primos
Teorema Fundamental Aritmética
Pequeno Teorema de Fermat

DEFINIÇÃO 1
Um inteiro �>1é primo quando os seus únicos divisores positivos são 1e �.
Quando um inteiro &#3627408474;>1possui um divisor positivo &#3627408465;,com 1<&#3627408465;<&#3627408474;,ele é dito
composto.

EXERCÍCIO RESOLVIDO 1
Seja &#3627408474;>1um número composto. Seja &#3627408465;

=min&#3627408465;∈ℕ&#3627408465;&#3627408474;,1<&#3627408465;<&#3627408474;.Prove que &#3627408465;′é
primo.

EXERCÍCIO RESOLVIDO 1
Resolução.
Suponha que &#3627408465;′seja composto. Assim existe um inteiro &#3627408465;′′, com 1<&#3627408465;
′′
<&#3627408465;

,tal que &#3627408465;
′′
|&#3627408465;

.
Ora, temos então &#3627408465;
′′
|&#3627408474;e &#3627408465;
′′
<&#3627408465;

.
Absurdo.

EXERCÍCIO RESOLVIDO 2
Seja &#3627408474;>1um natural. Se &#3627408474;não é divisível por nenhum primo &#3627408477;tal que &#3627408477;
2
≤&#3627408474;.
Então &#3627408474;é primo.
Suponha, por contradição, que &#3627408474;é composto.
De acordo com o exercício resolvido 7, &#3627408477;=min&#3627408465;∈ℕ&#3627408465;&#3627408474;,1<&#3627408465;<&#3627408474;é primo.
Existe &#3627408478;≥&#3627408477;tal que &#3627408474;=&#3627408477;&#3627408478;,pois &#3627408477;divide &#3627408474;.
Logo &#3627408474;=&#3627408477;&#3627408478;≥&#3627408477;.&#3627408477;=&#3627408477;
2
.
Absurdo, pois &#3627408474;não é divisível por nenhum primo &#3627408477;tal que &#3627408477;
2
≤&#3627408474;

EXERCÍCIO RESOLVIDO 2
Com base no exercício resolvido 1, &#3627408477;é primo. Existe &#3627408478;<&#3627408474;tal que
&#3627408474;=&#3627408477;.&#3627408478;≥&#3627408477;
2
.
Assim &#3627408474;≥&#3627408477;.

APLICAÇÃO: CRIVO DE ERATÓSTENES
Determine os números primos entre 1 e 100
Passo 1: cálculo da raiz quadrada de 100:10.
Passo 2: primos selecionados para a análise: 2,3,5,7
Passo 3: reconhecimento dos números compostos

APLICAÇÃO: CRIVO DE ERATÓSTENES

APLICAÇÃO: CRIVO DE ERATÓSTENES

APLICAÇÃO: CRIVO DE ERATÓSTENES

APLICAÇÃO: CRIVO DE ERATÓSTENES

APLICAÇÃO: CRIVO DE ERATÓSTENES

APLICAÇÃO: CRIVO DE ERATÓSTENES
⚪1 ✅2 ✅3 ❌4 ✅5 ❌6 ✅7 ❌8 ❌9 ❌10
✅11 ❌12 ✅13 ❌14 ❌15 ❌16 ✅17 ❌18 ✅19 ❌20
✅21 ❌22 ❌23 ❌24 ❌25 ❌26 ❌27 ❌28 ✅29 ❌30
✅31 ❌32 ❌33 ❌34 ❌35 ❌36 ✅37 ❌38 ❌39 ❌40
✅41 ❌42 ✅43 ❌44 ❌45 ❌46 ✅47 ❌48 ❌49 ❌50
✅51 ❌52 ✅53 ❌54 ❌55 ❌56 ❌57 ❌58 ✅59 ❌60
✅61 ❌62 ❌63 ❌64 ❌65 ❌66 ✅67 ❌68 ❌69 ❌70
✅71 ❌72 ✅73 ❌74 ❌75 ❌76 ❌77 ❌78 ✅79 ❌80
✅81 ❌82 ✅83 ❌84 ❌85 ❌86 ❌87 ❌88 ✅89 ❌90
❌91 ❌92 ❌93 ❌94 ❌95 ❌96 ✅97 ❌98 ❌99 ❌100

LEMA DE GAUSS
VERSÃO PARA PRIMOS
Resultado visto na aula teórica 3.
Sejam &#3627408462;,&#3627408463;e &#3627408464;inteiros. Se &#3627408462;|&#3627408463;&#3627408464;e &#3627408462;,&#3627408463;=1,então &#3627408462;|&#3627408464;.
Adaptação para aula atual.

LEMA DE GAUSS
VERSÃO PARA PRIMOS
Sejam ??????,&#3627408515;e &#3627408516;inteiros, com ??????primo. Se ??????|&#3627408514;&#3627408515;e ??????∤&#3627408514;
(consequentemente &#3627408514;,??????=&#3627409359;), então ??????|&#3627408515;.
Em resumo: se ??????|&#3627408514;&#3627408515;,então ??????|&#3627408514;ou ??????|&#3627408515;.

GENERALIZAÇÃO
Sejam &#3627408462;
1,…,&#3627408462;
&#3627408475;inteiros. Seja &#3627408477;um primo.
Se &#3627408477;|&#3627408462;
1…&#3627408462;
&#3627408475;, então &#3627408477;|&#3627408462;
&#3627408470;para algum &#3627408470;=1,…,&#3627408475;.

EXERCÍCIO RESOLVIDO 3
A) Seja &#3627408477;>3um número primo. Prove que &#3627408477;
2
+2é composto.
B) Seja &#3627408477;>5um número primo. Prove que &#3627408477;
2
+1ou &#3627408477;
2
−1é composto.

RESOLUÇÃO
A) Se &#3627408477;>3é primo, então &#3627408477;=3&#3627408472;+1ou &#3627408477;=3&#3627408472;+2. Nos dois casos &#3627408472;≥1.
Se &#3627408477;=3&#3627408472;+1, temos &#3627408477;
2
+2=9&#3627408472;
2
+6&#3627408472;+1+2=33&#3627408472;
2
+2&#3627408472;+1.
Se &#3627408477;=3&#3627408472;+2, temos &#3627408477;
2
+2=9&#3627408472;
2
+6&#3627408472;+4+2=9&#3627408472;
2
+6&#3627408472;+6=3(3&#3627408472;
2
+2&#3627408472;+2).

RESOLUÇÃO
B) Se &#3627408477;>5é primo, então &#3627408477;=5&#3627408472;+1, ou &#3627408477;=5&#3627408472;+2,ou &#3627408477;=5&#3627408472;+3ou &#3627408477;=5&#3627408472;+4. Nos quatro casos: &#3627408472;≥1.
Para &#3627408477;=5&#3627408472;+1,temos &#3627408477;
2
−1=25&#3627408472;
2
+10&#3627408472;+1−1=25&#3627408472;
2
+10&#3627408472;=55&#3627408472;
2
+2&#3627408472;.
Para &#3627408477;=5&#3627408472;+2,temos &#3627408477;
2
+1=5&#3627408472;+2
2
+1=25&#3627408472;
2
+20&#3627408472;+4+1=25&#3627408472;
2
+20&#3627408472;+5=5(5&#3627408472;
2
+4&#3627408472;+

TEOREMA
FUNDAMENTAL
DA ARITMÉTICA
Seja &#3627408527;≥&#3627409360;um inteiro.
Existem inteiros positivos ??????,&#3627409206;
&#3627409359;,…,&#3627409206;
??????e existem
números primos ??????
&#3627409359;,…,??????
??????,com
??????
&#3627409359;<⋯<??????
??????,tais que &#3627408527;=??????
&#3627409359;
&#3627409206;&#3627409359;
…??????
??????
&#3627409206;??????
.
Além disso, os inteiros &#3627409206;
&#3627409359;,…,&#3627409206;
??????,??????,??????
&#3627409359;,…,??????
??????são
univocamente determinados.

COROLÁRIO
DO TEOREMA
FUNDAMENTAL
DA ARITMÉTICA
Sejam &#3627408526;,&#3627408527;dois inteiros maiores do que &#3627409359;.
Suponha que
&#3627408526;=??????
&#3627409359;
&#3627409206;&#3627409359;
…??????
??????
&#3627409206;??????
,
&#3627408527;=??????
&#3627409359;
&#3627409207;&#3627409359;
…??????
??????
&#3627409207;??????
,
sendo que
??????,&#3627409206;
&#3627409359;,…,&#3627409206;
??????;&#3627409207;
&#3627409359;,…,&#3627409207;
??????;??????
&#3627409359;,…,??????
??????são inteiros tais que
??????≥&#3627409359;,&#3627409206;
&#3627409359;,…,&#3627409206;
??????,&#3627409207;
&#3627409359;,…,&#3627409207;
??????≥&#3627409358;;

COROLÁRIO
DO TEOREMA
FUNDAMENTAL
DA ARITMÉTICA
??????
&#3627409359;,…,??????
??????são primos, com ??????
&#3627409359;<⋯<??????
??????.

COROLÁRIO
DO TEOREMA
FUNDAMENTAL
DA ARITMÉTICA
Para cada ??????=&#3627409359;,…,??????,seja &#3627408526;
??????=&#3627408422;??????&#3627408423;{&#3627409206;
??????,&#3627409207;
??????}e seja
??????
??????=&#3627408422;????????????{&#3627409206;
??????,&#3627409207;
??????}.
Temos então:
&#3627408514;,&#3627408515;=??????
&#3627409359;
??????&#3627409359;
…??????
??????
????????????
e(&#3627408514;,&#3627408515;)=??????
&#3627409359;
&#3627408526;&#3627409359;
…??????
??????
&#3627408526;??????

PROVA
Parte 1: existência.
A prova será feita por indução matemática.
Base de indução: &#3627408475;=2.A prova é imediata, pois 2é primo.
Passo indutivo.
Hipótese : suponha o resultado válido para &#3627408475;=2,…,&#3627408472;.
Tese: o resultado é válido para &#3627408475;=&#3627408472;+1.

PROVA
Ora, se &#3627408475;=&#3627408472;+1é primo, a prova é imediata.
Caso &#3627408475;=&#3627408472;+1seja composto, existe um inteiro &#3627408465;, com 1<&#3627408465;<&#3627408472;+1,tal que &#3627408475;

&#3627408465;=&#3627408475;para
algum &#3627408475;

∈ℕ.
Pelo exercício resolvido 1, podemos assumir, sem perda de generalidade, que &#3627408465;é primo.
Note que 1<&#3627408475;

<&#3627408472;+1.
Por hipótese de indução, existem inteiros positivos ??????,&#3627409148;
1,…,&#3627409148;
??????e existem números primos
&#3627408477;
1,…,&#3627408477;
??????,com &#3627408477;
1<⋯<&#3627408477;
??????,tais que
&#3627408475;

=&#3627408477;
1
&#3627409148;
1
…&#3627408477;
??????
&#3627409148;
??????
.

PROVA
Temos então &#3627408475;=&#3627408465;&#3627408477;
1
&#3627409148;
1
…&#3627408477;
??????
&#3627409148;
??????
.
Façamos &#3627408465;=&#3627408477;
0.Temos &#3627408477;
0<&#3627408477;
1ou &#3627408477;
0=&#3627408477;
1.
No primeiro caso, &#3627408475;=&#3627408477;
0&#3627408477;
1
&#3627409148;
1
…&#3627408477;
??????
&#3627409148;
??????
.
No segundo caso, &#3627408475;=&#3627408477;
1
&#3627409148;
1+1
…&#3627408477;
??????
&#3627409148;
??????
.
O resultado segue por indução matemática.

PROVA
•Parte 2: Unicidade.
A prova será feita por indução .
Para &#3627408475;=2,é claro que a decomposição em fatores primos de 2é única.
Passo indutivo.
Hipótese : suponha o resultado válido para &#3627408475;=2,…,&#3627408472;.
Tese: o resultado é válido para &#3627408475;=&#3627408472;+1.

PROVA
Inicialmente, note que se &#3627408472;+1é primo, a demonstração é imediata.
Daqui para frente, suporemos que &#3627408472;+1é composto.
Suponhamos que &#3627408472;+1=&#3627408477;
1…&#3627408477;
&#3627408473;=&#3627408478;
1…&#3627408478;
&#3627408474;,sendo &#3627408474;,&#3627408473;inteiros positivos maiores ou iguais a
dois, &#3627408477;
1,…,&#3627408477;
&#3627408473;;&#3627408478;
1,…,&#3627408478;
&#3627408474;primos, com &#3627408477;
1≤⋯≤&#3627408477;
&#3627408473;,&#3627408478;
1≤⋯≤&#3627408478;
&#3627408474;.
Visto que &#3627408477;
1…&#3627408477;
&#3627408473;=&#3627408478;
1…&#3627408478;
&#3627408474;,segue que &#3627408477;
1|&#3627408478;
1…&#3627408478;
&#3627408474;.
Existe um inteiro &#3627408470;,com 1≤&#3627408470;≤&#3627408473;,tal que &#3627408477;
1|&#3627408478;
&#3627408470;.
Por simplicidade, iremos supor que &#3627408470;=1.
Temos assim que &#3627408477;
1|&#3627408478;
1.

PROVA
Tendo em mente que &#3627408477;
1e &#3627408478;
1são primos e &#3627408477;
1|&#3627408478;
1,segue que &#3627408477;
1=&#3627408478;
1.
Consideremos &#3627408464;=&#3627408477;
2…&#3627408477;
&#3627408473;=&#3627408478;
2…&#3627408478;
&#3627408474;,sendo que 2≤&#3627408464;≤&#3627408472;.
Por hipótese de indução, a unicidade da decomposição em primos se aplica a &#3627408464;.
Daí, temos &#3627408473;=&#3627408474;.Além disso, para cada &#3627408471;∈2,…,&#3627408473;,existe ??????&#3627408471;∈{2,…,&#3627408474;}tal que
&#3627408477;
&#3627408471;=&#3627408478;
??????(&#3627408471;).
Concluímos assim que a decomposição de &#3627408472;+1em fatores primos, no sentido do enunciado do
teorema, é única.
O resultado segue por indução matemática.

PROVA DO COROLÁRIO
Ora, os divisores e múltiplos comuns (positivos) a &#3627408462;e &#3627408463;são elementos dos seguintes
conjuntos, respectivamente:
??????
+
&#3627408462;,&#3627408463;=&#3627408477;
1
&#3627409149;1
&#3627408477;
2
&#3627409149;2
.⋯.&#3627408477;
??????
&#3627409149;??????
|&#3627409149;
1,⋯,&#3627409149;
??????∈ℕ∪0,0≤&#3627409149;
&#3627408470;≤&#3627408474;
&#3627408470;&#3627408470;=1,2,…,??????
??????
+
&#3627408462;,&#3627408463;=&#3627408477;
1
&#3627409150;1
&#3627408477;
2
&#3627409150;2
.⋯.&#3627408477;
??????
&#3627409150;??????
|&#3627409150;
1,⋯,&#3627409150;
??????∈ℕ∪0,&#3627409150;
&#3627408470;≥??????
&#3627408470;&#3627408470;=1,2,…,??????

PROVA DO COROLÁRIO
Desta maneira:
(&#3627408462;,&#3627408463;)=max{??????
+
&#3627408462;,&#3627408463;}=&#3627408477;
1
&#3627408474;1
&#3627408477;
2
&#3627408474;2
.⋯.&#3627408477;
??????
&#3627408474;??????
&#3627408462;,&#3627408463;=min(??????
+
&#3627408462;,&#3627408463;)=&#3627408477;
1
??????1
&#3627408477;
2
??????2
.⋯.&#3627408477;
??????
????????????

ENQ –QUESTÃO 1 –ENQ 2021 -1

RESOLUÇÃO
Escolheremos um número da forma 2
&#3627408485;
3
&#3627408486;
5
&#3627408487;
, em que
&#3627408485;é múltiplo de 15=[3,5]e &#3627408485;−1é par.
&#3627408486;é múltiplo de 10=[2,5]e &#3627408486;−1é múltiplo de 3.
&#3627408487;é múltiplo de 6=[2,3]e &#3627408487;−1é múltiplo de 5.

RESOLUÇÃO
Uma escolha possível é &#3627408485;=15,&#3627408486;=10,&#3627408487;=6.
Um número que atende as condições do enunciado é 2
15
3
10
5
6

PEQUENO
TEOREMA DE
FERMAT
Sejam &#3627408477;um primo e &#3627408462;um inteiro. Então &#3627408477;|&#3627408462;
??????
−&#3627408462;.

PROVA PARA &#3627408477;=2
•Para &#3627408477;=2,temos &#3627408462;
2
−&#3627408462;=&#3627408462;(&#3627408462;−1).
•Como &#3627408462;ou &#3627408462;−1é par, segue que 2|&#3627408462;
2
−&#3627408462;.

PROVA PARA PÍMPAR
Considerações iniciais
Note que &#3627408477;|&#3627408462;
??????
−&#3627408462;se, e só se, &#3627408477;|−(&#3627408462;
??????
−&#3627408462;). Por sua vez, &#3627408477;|−(&#3627408462;
??????
−&#3627408462;) se, e só se,
&#3627408477;|−&#3627408462;
??????
−−&#3627408462;.
A prova para &#3627408462;=0é imediata. Para os demais casos, é suficiente supor &#3627408462;positivo.
A demonstração será feita por indução em &#3627408462;.

PROVA PARA PÍMPAR
Base de indução: &#3627408462;=1. Imediato, pois &#3627408477;|(1
??????
−1), sendo que 1
??????
−1=0
Hipótese de indução: &#3627408477;|&#3627408462;
??????
−&#3627408462;
Tese de indução: &#3627408477;|(&#3627408462;+1)
??????
−(&#3627408462;+1)
Temos: &#3627408462;+1
??????
−&#3627408462;+1=(&#3627408462;
??????
−&#3627408462;)+σ
&#3627408470;=1
??????−1??????
&#3627408470;
&#3627408462;
&#3627408470;
.

PROVA PARA PÍMPAR
Para provar a tese de indução, é necessário provar um resultado intermediário.
Resultado intermediário: &#3627408477;|σ
&#3627408470;=1
??????−1??????
&#3627408470;
&#3627408462;
&#3627408470;
.
Ao provar este fato, basta aplicar a hipótese de indução à igualdade:
&#3627408462;+1
??????
−&#3627408462;+1=(&#3627408462;
??????
−&#3627408462;)+σ
&#3627408470;=1
??????−1??????
&#3627408470;
&#3627408462;
&#3627408470;

PROVA DO RESULTADO INTERMEDIÁRIO
•Para 1≤&#3627408470;≤&#3627408477;−1.
•Tendo em mente que
??????
&#3627408470;
=
??????!
&#3627408470;!??????−&#3627408470;!
=&#3627408477;
??????−1…(??????−&#3627408470;+1)
&#3627408470;!
é um natural e i!,p=1, não é
difícil constatar que &#3627408470;!|&#3627408477;−1…(&#3627408477;−&#3627408470;+1). Portanto &#3627408477;|
??????
&#3627408470;
.
•Ou seja &#3627408477;|σ
&#3627408470;=1
??????−1??????
&#3627408470;
&#3627408462;
&#3627408470;
.

VOLTANDO À DEMONSTRAÇÃO
Por hipótese de indução, temos &#3627408477;|&#3627408462;
??????
−&#3627408462;.
Assim &#3627408477;|&#3627408462;+1
??????
−&#3627408462;+1.
O resultado segue por indução matemática.

COROLÁRIO DO PEQUENO TEOREMA DE FERMAT
Sejam &#3627408477;um primo &#3627408462;um inteiro. Se &#3627408477;∤&#3627408462;, então &#3627408477;|&#3627408462;
??????−1
−1.

COROLÁRIO DO PEQUENO TEOREMA DE FERMAT
•Prova.
À luz do Pequeno Teorema de Fermat, temos &#3627408477;|&#3627408462;
??????
−&#3627408462;.
Ou seja &#3627408477;|&#3627408462;&#3627408462;
??????−1
−1.
Haja vista que &#3627408477;∤&#3627408462;(como &#3627408477;é primo, temos &#3627408462;,&#3627408477;=1), segue que &#3627408477;|&#3627408462;
??????−1
−1.

ENQ –QUESTÃO 8 -ENQ 2019 –2

RESOLUÇÃO
a)Por hipótese, existem &#3627408485;,&#3627408486;inteiros tais &#3627408462;&#3627408485;=&#3627408463;+&#3627408464;,&#3627408462;&#3627408486;=&#3627408463;. Desta forma
&#3627408462;&#3627408485;−&#3627408462;&#3627408486;=&#3627408462;&#3627408485;−&#3627408486;=&#3627408463;+&#3627408464;−&#3627408463;=&#3627408464;
Logo &#3627408462;|&#3627408464;
b) De acordo com o Pequeno Teorema de Fermat, &#3627408477;|3
??????
−3. Podemos escrever
3
??????
+382=(3
??????
−3)+385
Para que &#3627408477;|3
??????
−3+385,devemos ter &#3627408477;|385. Trata-se de uma condição necessária e
suficiente

RESOLUÇÃO
A fatoração de 385 é 5.7.11.
Logo os possíveis valores de &#3627408477;são 5,7,11.

TEOREMA DA
INFINITUDE DO
CONJUNTO
DOS NÚMEROS
PRIMOS
Existem infinitos números primos.

PROVA
•Suponha por absurdo que o conjunto dos números primos seja finito.
•Seja então ??????={&#3627408477;
1,…,&#3627408477;
&#3627408475;}o conjunto dos números primos.
•Considere o inteiro &#3627408462;=&#3627408477;
1…&#3627408477;
&#3627408475;+1.
•O elemento &#3627408462;>1é maior que qualquer elemento do conjunto ??????.
•Temos assim que &#3627408462;é composto.
•É claro que algum elemento &#3627408477;
&#3627408470;∈??????tem que dividir &#3627408462;.
•Haja vista que &#3627408477;
&#3627408470;|&#3627408477;
1…&#3627408477;
&#3627408475;e &#3627408477;
&#3627408470;|&#3627408462;,segue que &#3627408477;
&#3627408470;|1.
•Absurdo.

EXERCÍCIOS DO LIVRO
•7.3, 7.4, 7.5, 7.6,7.10,7.14, 7.15, 7.16, 7.17, 7.20, 7.21, 7.22.

EXERCÍCIOS DO ENQ
ENQ 2013-1: Questão 8
ENQ 2014-I: Questão 1
ENQ 2017-I: Questão 3
ENQ 2017-2: Questão 6
ENQ 2019-I: Questão 1
ENQ 2023-I: Questão 8
ENQ 2024-1: Questão 2
ENQ 2025-1: Questão 7

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