Resumo
Esta aula define o máximo divisor comum e o mínimo múltiplo comum de dois naturais e ensina a calculá-los de duas maneiras: por meio da decomposição em fatores primos e por meio do algoritmo de Euclides, que não exige fatorar. Do algoritmo deduz-se a identidade de Bézout, segundo a qual o máximo divisor comum é uma combinação inteira dos dois números, e dela, a relação entre ambos os conceitos, o caráter dos números primos entre si, a simplificação e a soma de frações, e a resolução completa das equações diofantinas lineares, com suas aplicações a problemas de moedas e de medição.
Objetivos de aprendizagem
- Calcular o máximo divisor comum e o mínimo múltiplo comum por meio da decomposição em fatores primos e justificar a relação entre ambos.
- Aplicar o algoritmo de Euclides e sua versão estendida para obter o máximo divisor comum e os coeficientes da identidade de Bézout.
- Reconhecer os números primos entre si e usar o máximo divisor comum e o mínimo múltiplo comum para simplificar e somar frações.
- Decidir se uma equação diofantina linear tem solução, descrever todas as suas soluções e aplicá-la a problemas com restrições naturais.
O máximo divisor comum e o mínimo múltiplo comum
Na aula sobre divisibilidade e divisão com resto estudou-se a relação entre dois naturais. Quando se consideram dois números ao mesmo tempo, interessam os divisores que eles têm em comum e os múltiplos que compartilham. Todo par de naturais e tem pelo menos um divisor comum, o , e no máximo um número finito deles, porque nenhum divisor de supera ; tem, além disso, infinitos múltiplos comuns, entre eles o produto . Se é assim, faz sentido a definição seguinte.
Definição (máximo divisor comum e mínimo múltiplo comum). O máximo divisor comum de dois naturais e , que se escreve , é o maior natural que divide ambos. O mínimo múltiplo comum, que se escreve , é o menor natural que é múltiplo de ambos.
O segundo é o menor elemento de um conjunto não vazio de naturais, que existe pelo princípio da boa ordenação. O primeiro é o maior elemento do conjunto dos divisores comuns, que não é vazio e é limitado por ; que um conjunto não vazio de naturais limitado superiormente tem máximo segue-se também da boa ordenação: o conjunto de suas cotas superiores não é vazio e tem um mínimo , e pertence ao conjunto, porque, se não pertencesse, todo elemento seria menor que e, como não há naturais entre e , não maior que , que seria uma cota superior menor que (se , o conjunto é e contém ). Por exemplo, os divisores comuns de e são , , e , e seus múltiplos comuns são , , , e assim por diante:
Da definição seguem-se de imediato alguns casos particulares: e ; ; e, se divide , então e . Ambas as operações são, além disso, simétricas: a ordem dos números não altera o resultado.
Cálculo por meio da decomposição em fatores primos
Pelo teorema fundamental da aritmética, todo natural maior que se decompõe de maneira única em fatores primos. Convém escrever e com os mesmos primos , admitindo expoentes nulos para os primos que só aparecem em um deles:
Um natural divide exatamente quando em sua decomposição não aparecem outros primos além dos de , e cada um com expoente não maior que o que tem em . Segue-se daí que divide ao mesmo tempo e quando o expoente de cada primo em não supera nenhum dos dois expoentes; o maior divisor comum obtém-se, portanto, tomando para cada primo o menor dos dois expoentes. Do mesmo modo, é múltiplo comum quando o expoente de cada primo em alcança os dois, e o menor múltiplo comum toma para cada primo o maior dos dois expoentes. Por exemplo:
O método é claro, mas depende de saber fatorar, e fatorar números grandes é muito custoso: não se conhece nenhum procedimento rápido para fazê-lo. O algoritmo da seção seguinte calcula o máximo divisor comum sem fatorar, só com divisões.
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