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PRODUTO EDUCACIONAL UMA PROPOSTA PARA O ESTUDO DA PROBABILIDADE NO ENSINO MÉDIO UTILIZANDO A CONTEXTUALIZAÇÃO HISTÓRICA VALDSON DAVI MOURA SILVA JOSÉ LAMARTINE DA COSTA BARBOSA

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PRODUTO EDUCACIONAL

UMA PROPOSTA PARA O ESTUDO DA PROBABILIDADE NO ENSINO MÉDIO

UTILIZANDO A CONTEXTUALIZAÇÃO HISTÓRICA

VALDSON DAVI MOURA SILVA

JOSÉ LAMARTINE DA COSTA BARBOSA

VALDSON DAVI MOURA SILVA

JOSÉ LAMARTINE DA COSTA BARBOSA

UMA PROPOSTA PARA O ESTUDO DA PROBABILIDADE NO ENSINO MÉDIO

UTILIZANDO A CONTEXTUALIZAÇÃO HISTÓRICA

Produto Educacional, cumprindo exigência do

programa de Pós-Graduação em Ensino de Ciências

e Educação Matemática, da Universidade Estadual

da Paraíba, área de concentração em Educação

Matemática, como requisito parcial para obtenção do

grau de mestre em Ensino de Ciências e Educação

Matemática.

CAMPINA GRANDE - PB

2018

LISTA DE FIGURAS

Figura1: Luca Paccioli (1445 - 1514). Retirado da página

http://123matematic.blogspot.com.br/ em 10 de março de 2018....................................10

Figura 2: Imagem retirada da dissertação (SÁ 2015, p. 63)............................................22

Figura 3: Árvore de probabilidades do problema da moeda de Bertrand........................24

Figura 4: Triângulo ABC inscrito na circunferência ....................................................26

Figura 5: Circunferência de centro O, corda CD e diâmetro AB.................................26

Figura 6: Corda CD perpendicular ao segmento OM......................................................27

LISTA DE TABELAS

Tabela 1: Soma dos números das faces igual a 9............................................................15

Tabela 2: Soma dos números das faces igual a 10..........................................................16

SUMÁRIO

Introdução .............................................................................................................................6

História dos jogos de azar....................................................................................................7

Problema dos Pontos ............................................................................................................8

Problema do Grão-duque da Toscana para Galileu Galilei .................................................11

Problema dos dados de Chevalier de Méré .........................................................................15

Problema da agulha de Buffon ............................................................................................17

O Enigma de Monty Hall ....................................................................................................18

O Problema da moeda de Bertrand ......................................................................................21

O Problema dos Três prisioneiros .......................................................................................23

Problema do paradoxo de Bertrand .....................................................................................24

Considerações finais ............................................................................................................27

Referências ..........................................................................................................................28

7

INTRODUÇÃO

Ao concluirmos nossa dissertação, elaboramos e apresentamos este Produto

Educacional, como exigência do Programa de Mestrado em Ensino de Ciências e

Educação Matemática da Universidade Estadual da Paraíba, para obtenção do título de

mestre. Nossa pretensão com esta produção é contribuir de forma significativa com o

ensino de Probabilidade na Educação Básica, utilizando aspectos da História da

Matemática como artifícios metodológicos.

Nas 4 coleções do Ensino Médio que analisamos, verificamos que há uma

abordagem bastante sucinta do conteúdo objeto da nossa pesquisa, necessitando, no

processo de ensino e aprendizagem do mesmo, de um tratamento mais significativo.

Propomos, portanto, como Produto Educacional desta dissertação, um material didático

de ensino de Probabilidade para aplicação no Ensino Médio, por meio de atividades

envolvendo questões clássicas que normalmente não são apresentadas na Educação

Básica e que deram início ao estudo da Teoria da Probabilidade.

Elaboramos, assim, uma proposta didática com o objetivo de apresentar um

material, envolvendo questões clássicas que iniciaram e impulsionaram o

desenvolvimento da Teoria da Probabilidade, explorando a contextualização histórica,

tentando, com isso, despertar o interesse dos educandos, e ainda, oferecer um suporte

para os professores de matemática que tenham um interesse pelo tema em questão.

Relataremos a seguir um pouco da história dos jogos de azar e destacaremos os

seguintes problemas:

● Problema dos pontos;

● Problema do Grão-duque da Toscana para Galileu Galilei;

● Problema dos dados de Chevalier de Méré;

● Problema da agulha de Buffon

● O Enigma de Monty Hall;

● O Problema da moeda de Bertrand;

● O Problema dos Três prisioneiros;

● Problema do paradoxo de Bertrand;

8

História dos jogos de azar

Os jogos de azar estão presentes em nossa civilização há milhares de anos, sendo

a palavra "azar" derivada de al zahr, cujo significado é "dado" em árabe. Existem

registros de pinturas egípcias feitas em 3500 a.C, mostrando pessoas jogando dados

feitos de um osso do calcanhar (astragalus) que tinham 4 faces. Já no norte do Iraque

foram encontrados dados de 6 faces datados de 3000 a.C. O baralho moderno surgiu na

França no século XX e, durante as Cruzadas, vários jogos de dados foram trazidos para

o Ocidente.

Conta-se que os Romanos também eram apaixonados por jogos de dados e

cartas, que eram proibidos pela Igreja Católica durante a Idade Média. Os jogos de azar

sempre exerceram um grande fascínio sobre os homens. Todavia, afirma-se que não

houve nenhum tratamento matemático da probabilidade até o final do século XV e

início do século XVI. Há relatos de que os jogos de cartas surgiram na Europa, no

século XIV, ou na China no século IX, local também da primeira loteria, sendo esta

bem mais antiga, datada de antes de Cristo.

Os cassinos que conhecemos surgiram no século XIX em Mônaco, quando aram

apenas salas enormes, usadas para jogar Pôquer, BlackJack e Roleta. Posteriormente,

com as tecnologias, veio o Slot Machines e outros jogos, assim como a criação de

casinos virtuais.

Para Andrade (2017, p, 14) os jogos de azar são aqueles cuja probabilidade de

derrota é superior a de vitória, e não dependem de sorte ou azar, nem somente das

habilidades do jogador, mas sim, de uma realidade que foi produzida baseada em

probabilidade matemática. As derrotas dos jogadores acabam sendo bem maiores e

financiam os jogos dos jogadores vitoriosos. Andrade (2017, p, 14) reitera também que

jogos de azar envolvem apostas e dinheiros, de forma que a maioria dos jogos de azar

são proibidos, sendo legalizados somente os jogos da loteria de azar.

No Brasil, temos o jogo do bicho e os jogos em cassinos considerados ilícitos.

Os jogos de azar são proibidos desde 1941, por conta de um Decreto-Lei n º 3.688,

publicado no governo de Getúlio Vargas, que alegava que:

1- Este tipo de atividade é altamente viciante, e por isso há grande risco de abuso

de aposta. Políticos que defendem a não legalização dos jogos como o Jogo do Bicho,

9

dizem que as pessoas acabam viciadas e isso pode endividar famílias e destruir

patrimônios.

2- O dinheiro movimentado pelos jogos não é controlável pelo Estado, e por isso

não pagam impostos. Com exceção das Loterias da Caixa, que não é só regulada como

também pertence ao Estado, o dinheiro arrecadado com qualquer outro tipo de jogos e

apostas não terá retorno algum a sociedade, já que não são taxados.

Problema dos Pontos

Em 1654, Antonio Gombaud (1607-1684), cujo título era Chevalier de Méré,

pediu para Blase Pascal1 (1623-1662) a resolução para um problema muito famoso,

conhecido como Problema dos Pontos ou da divisão das apostas, que foi tratado

inicialmente pelo Frei italiano, Luca Pacioli (1445-1517), professor e frade franciscano.

Pacioli não conseguiu resolver corretamente, bem como vários outros matemáticos que

tentaram, entre os quais estava Niccolo Fontana (1499-1557), que também era

conhecido por Tartaglia2. Pascal e Fermat

3 trocaram num total de 7 cartas (ressalte-se

que a primeira se perdeu) para resolver o Problema em questão, o qual deu início a

Teoria da Probabilidade.

1 Blaise Pascal (1623-1662) interessou-se pela matemática. Aos 16 anos contribuiu de forma notável para

geometria com a obra Essay pour les coniques. Quando estava com 17 anos planejou a primeira máquina

de calcular onde o modelo definitivo é de 1652. Ele se dedicou à Física e também contribuiu

significativamente para teoria das probabilidades.

2 Niccolo Tartaglia (1499-1557) foi um matemático italiano, cujo nome está ligado ao triângulo de

Tartaglia e à solução de equações do terceiro grau. Também realizou cálculos de probabilidade em seu

Tratado geral sobre números e medidas publicado em Veneza em 1556.

3 Pierre de Fermat (1601-1665) nascido na França era um jurista por profissão e um apreciador da

Matemática, onde deu contribuições importantes para Geometria, Teoria dos Números e Probabilidade.

Ficou muito conhecido por suas proposições, entre elas destaca-se Último Teorema de Fermat que foi

demonstrado 356 anos depois que muitos matemáticos tentaram e não conseguiram demonstrar, entre eles

Gauss e Euler.

10

Figura1: Luca Paccioli (1445 - 1514). Retirado da página

http://123matematic.blogspot.com.br/ em 10 de março de 2018.

O Problema dos Pontos como ficou historicamente conhecido, consiste em

determinar qual deve ser a divisão das apostas quando um jogo é interrompido antes do

seu final. Vamos supor que uma partida entre dois jogadores que é vencida pelo

primeiro que fizer 6 pontos. Na hipótese dos dois jogadores terem a mesma habilidade

no jogo, como se deve dividir esse bolo de aposta, se a partida for interrompida quando

um dos jogadores tiver 5 pontos e outro 3 pontos?

Pacioli resolveu este problema propondo

do prêmio para o primeiro jogador e

do prêmio ao segundo jogador. Assim como Pacioli, outros matemáticos tentaram

solucionar o problema e não obtiveram êxito.

Intervenção Pedagógica:

11

Mostrar ao aluno porque Paciole e outros matemáticos erraram na resolução dos

problemas dos pontos, mostrando a solução correta, como faremos a seguir.

Resolução:

A solução sugerida é de dividir o bolo de apostas proporcionalmente as chances

que cada jogador tem de vencer o jogo. Porém, a grande ideia estava em torno de

calcular essas chances. Christian Huygens4 foi o primeiro a perceber que não se tratava

apenas de jogos de azar, mas uma grande teoria viria a surgir.

Temos que o primeiro jogador tem 5 pontos, enquanto o segundo tem 3 pontos.

Assim, se o primeiro jogador vencer mais uma partida no jogo, ele ganha o prêmio. Por

sua vez, o segundo jogador necessita vencer três partidas para ficar com o prêmio.

Considerando que as chances de vitória em cada partida sejam iguais para os dois

jogadores, a probabilidade de o segundo jogador ganhar o prêmio é dada por

, uma vez que dos 2.2.2 = 8 resultados possíveis para as partidas, em somente um caso

o segundo jogador ganha. Agora, utilizando a probabilidade do evento complementar,

concluímos que a probabilidade do primeiro jogador ganhar o prêmio é dada por:

e, portanto, o primeiro jogador deve ganhar

da aposta, enquanto o

segundo jogador deve ganhar

do valor do prêmio.

Devemos reforçar para os alunos que, nesse problema, estamos considerando um

espaço amostral equiprovável.

4 Christian Huygens (1629-1695), mais conhecido pelas importantes contribuições à Astronomia, à Ótica

e à Teoria Ondulatória da Luz, em 1657 fez a primeira publicação sobre Teoria das Probabilidades,

chamado De Ratiociniis in Ludo Aleae. Em 1655, ano que descobriu a primeira lua de Saturno, foi visitar

Paris onde ficou sabendo da correspondência entre Pascal e Fermat sobre os problemas de Probabilidade.

Huygens resolveu vários problemas relacionados a jogos de azar sem utilizar Análise Combinatória,

elaborando seu livro que se tornou famoso e que foi reeditado diversas vezes e usado até o século XVIII

como um livro à Teoria da Probabilidade.

12

Problema do grão-duque da Toscana Para Galileu Galilei5

O Problema do Grão-duque da Toscana para Galileu Galilei foi outro problema

histórico e famoso, conforme foi nomeado, trata-se de uma proposta do Grão-duque da

Toscana, Cosme II de Médicis, ao final do século XVI, ao Italiano Galileu Galilei (1564

– 1642).

De acordo com Moraes (2014, p. 6), o matemático italiano Galileu Galilei - além

de físico e astrônomo- fez um estudo completo do número possível de resultados em

jogos de dados em seu trabalho “Sopra le scorpeta dei dadi” (Sobre o jogo de dados), a

pedido do grão-duque, mesmo sem grande interesse no assunto, segundo alguns

historiadores.

O problema proposto pelo Grão-duque a Galileu consistia em apresentar uma

resposta para o fato de que, ao serem lançados três dados, a soma dos três números

obtidos igual a 10 aparece com maior frequência do que a soma igual a 9. Naquela

época, os italianos eram viciados em jogos de azar e faziam muitas apostas sobre o total

de pontos obtidos no lançamento de 3 dados onde somavam-se as faces que ficavam

5 Galileo Galilei (1564-1642) realizou algumas pesquisas voltadas à Probabilidade. Ele fez um estudo

completo do número possível de resultados em jogos de dados em sua obra Sopra le scorpeta dei dali

(Sobre jogos de dados), em que, provavelmente, tinha conhecimento dos resultados desenvolvidos por

Cardano. Porém, teve uma notável percepção analisando o comportamento dos erros em observações

astronômicas, identificando características nesses que posteriormente foram descritas pela distribuição

normal, tais como aglomeração simétrica em torno do resultado verdadeiro e de que a probabilidade do

erro decresce com seu tamanho.

13

voltadas para cima. Eles acreditavam que a possibilidade de obter um total de 9 pontos

era a mesma possibilidade de obter soma total de 10 pontos, ou seja, que existiam 6

possibilidades para obter nos três dados soma no total de 9 pontos:

● 1,2,6

● 1,3,5

● 1,4,4

● 2,3,4

● 5,2,2

● 3,3,3

Assim como também existiam 6 possibilidades para soma no total de 10 pontos:

● 1,3,6

● 1,4,5

● 2,2,6

● 2,3,5

● 2,4,4

● 3,3,4

Como os italianos jogavam com bastante frequência, começaram a notar que a

soma 10 aparecia com um pouco mais de frequência que a soma 9, e foi então que

solicitaram a Galileu que os justificasse essa aparente contradição.

Intervenção Pedagógica:

O professor pode trabalhar com os alunos fazendo uma simulação do problema

acima, utilizando dados de mesma cor e depois de cores diferentes para chegar à

conclusão que Galileu obteve.

14

Resolução: Galileu teve uma grande ideia em tentar resolver essa situação usando dados

de cores diferentes.

O matemático percebeu que o resultado (3,3,3) só teria uma forma de acontecer

para dar soma 9, porém, o resultado (2,3,5) tem 6 formas de acontecer: (2,3,5),

(2,5,3),(3,2,5), (3,5,2), (5,2,3) e (5,3,2). Observando esses resultados para as

possibilidades de soma 9, montou a seguinte tabela:

1ª Dado 2ª Dado 3ª Dado

1 2 6

1 3 5

1 4 4

1 5 3

1 6 2

2 1 6

2 2 5

2 3 4

2 4 3

2 5 2

2 6 1

3 1 5

3 2 4

3 3 3

3 4 2

3 5 1

4 1 4

4 2 3

4 3 2

4 4 1

5 1 3

15

5 2 2

5 3 1

6 1 2

6 2 1

Tabela 1: Soma dos números das faces igual a 9.

Raciocinando de modo análogo, para os resultados em que os dados têm soma

10 pontos, temos as seguintes possibilidades:

1ª Dado 2ª Dado 3ª Dado

1 3 6

1 4 5

1 5 4

1 6 3

2 2 6

2 3 5

2 4 4

2 5 3

2 6 2

3 1 6

3 2 5

3 3 4

3 4 3

3 5 2

3 6 1

4 1 5

4 2 4

4 3 3

4 4 2

4 5 1

16

5 1 4

5 2 3

5 3 2

5 4 1

6 1 3

6 2 2

6 3 1

Tabela 2: Soma dos números das faces igual a 10.

Comparando as tabelas 1 e 2, concluímos que a soma 10 aparece em 27

situações, enquanto a soma 9 em 25 situações e, portanto, é 8% mais provável a soma

10 que a soma 9.

Problema dos dados de Chevalier de Méré

Segundo os historiadores, Chevalier de Méré6 tinha o costume de desafiar os

frequentadores da sua casa com uma aposta fulminante. Ao lançar um dado quatro vezes

seguidas, ele teria que conseguir “pelo menos” uma vez a face 6. Caso não conseguisse,

perdia a aposta (SÁ 2015, p. 51). Méré acumulando mais vitórias que derrotas sobre os

adversários nesse desafio, decidiu criar uma nova forma de jogo, em que lançava dois

dados simultaneamente e tentaria obter um duplo 6. Para continuar em vantagem sobre

os seus oponentes, ele teria calculado a necessidade de 24 lançamentos para isso. O seu

raciocínio errôneo foi que, se o conjunto de resultados possíveis era seis vezes maior

que o anterior, ele precisaria apenas multiplicar por seis o número de lançamentos. No

decorrer das apostas, percebeu que na nova experiência, a clientela para essa aposta

aumentou de forma considerável, tendo prejuízo Chevalier de Méré. Foi aí que Pascal

explicou o porquê de o número de derrotas serem maiores do que o de vitórias no

segundo tipo de aposta.

6 Antoine Gombaud, denominado Chevalier de Méré (1607-1684), foi um nobre e jogador francês. Seu

nome é relacionado ao cálculo matemático de jogos de azar e em 1654, buscou auxílio de Blaise Pascal

porque não estava obtendo sucesso com seus jogos.

17

Intervenção Pedagógica:

Essa situação, exemplificando o problema dos dados acima de Chevalier de

Méré, proposto no século XVII, pode ser resumida e trabalhada com os alunos da

seguinte forma:

Determine a probabilidade de obter:

1- Ao menos um 6 em quatro lançamentos de um dado;

2- Ao menos um duplo 6 em 24 lançamentos de um par de dados;

Resolução:

a) Para encontrar essa probabilidade, vamos inicialmente determinar a probabilidade de

não obtermos algum número 6 nos quatro lançamentos de um dado. Temos que em um

lançamento, a probabilidade de não obter um 6 equivale a

. Dessa forma, em quatro

lançamentos a probabilidade de não obter algum 6 é dada por

.

48,22531%

Assim, utilizando a probabilidade do evento complementar, tem-se que a probabilidade

de se obter ao menos um seis em quatro lançamentos de um dado é

%

b) Para encontrar essa probabilidade, iremos determinar a probabilidade de não se obter

nenhum duplo 6 em vinte e quatro lançamentos de um par de dados. Lançando um par

de dados, a probabilidade de obter um duplo 6 é igual a

. Assim, a probabilidade de

não obtenção de um duplo 6 é igual a

18

Portanto, a probabilidade de não obter um duplo seis em 24 lançamentos é igual

a

(

)

50,86 %

De acordo com a probabilidade do evento complementar, temos que a

probabilidade de obter ao menos um duplo seis em 24 lançamentos de um par de dados

é, aproximadamente,

Problema da agulha de Buffon7

No que concerne ao Problema da agulha de Buffon, faremos apenas uma

referência ao mesmo visando apenas seu contexto histórico, visto que a sua resolução é

um pouco complexa e foge do nosso objetivo. O problema em questão surgiu a partir de

um problema delineado por um francês denominado Georges Louis Leclere (1707-

1788), o conde de Buffon. Ele propôs o famoso problema da agulha de Buffon em 1777,

que consiste em determinar a probabilidade de uma agulha de comprimento x atravessar

um feixe de paralelas, distante d unidades uma da outra, sendo e considerando o

lançamento da agulha um experimento aleatório.

Intervenção Pedagógica:

Esse tipo de problema pertence a um campo muito interessante, chamado de

Probabilidade geométrica e que muitas vezes é deixado de lado no Ensino Médio.

Porém, é interessante e envolve probabilidades a partir da escolha aleatória de pontos

em espaços amostrais representados por entes geométricos.

7 Georges Louis Leclerc, conhecido como conde de Buffon, nasceu em Montbard em 7 de setembro de

1707 e faleceu em Paris em 16 de abril de 1788. Foi um naturalista, matemático e escritor francês. As

suas teorias influenciaram duas gerações de naturalistas, entre os quais se contam Jean Baptiste de

Lamarck e Charles Darwin.

19

O professor pode trazer outros problemas que envolvem a ideia da probabilidade

geométrica para ser trabalhada em sala. Deixaremos nesse material um exemplo, como

também sua resolução ficará a cargo do leitor:

(Enem 2001) Um município de 628 km² é atendido por duas emissoras de rádio cujas

antenas A e B alcançam um raio de 10 km do município, conforme mostra a figura:

Essa probabilidade é de, aproximadamente,

a) 20%.

b) 25%.

c) 30%.

d) 35%.

e) 40%.

Enigma de Monty Hall

O Enigma de Monty Hall também denominado “problema dos Bodes” ou

“problema das portas”, ficou conhecido como “Enigma de Monty Hall”, em

homenagem ao apresentador Monty Halperin que ficou famoso pelo programa de

televisão, que tinha um quadro chamado Let’s Make a Deal? (Vamos fazer um

acordo?), entre os anos de 1963 a 1976, nos Estados Unidos e teve uma grande

repercussão nessa época. Esse programa ficou tão conhecido que foi relançado em

outros programas de televisão em vários países.

O apresentador faz um desafio num jogo muito divertido em que há três portas e

apenas atrás de uma delas existe um grande prêmio, enquanto que atrás das outras duas

não existe nada demais, ou apenas um prêmio simbólico. O jogador terá que ter a

“sorte” de escolher a porta premiada; assim, é conduzido a tomar a decisão de escolher

uma porta, enquanto o apresentador, que sabe onde está o prêmio, abre uma das outras

duas portas que não foi escolhida e, logicamente, aquela onde não está o prêmio e dá a

opção de o jogador trocar de porta ou manter sua escolha. Esse problema consiste em

20

saber se a troca de porta é mais vantajosa ou se a troca é indiferente no que diz respeito

à probabilidade de ganhar o prêmio.

Em um programa de prêmios, o candidato tem diante de si três portas. Atrás de

uma destas portas, há um grande prêmio; atrás das demais há um bode. O

candidato escolhe inicialmente uma das portas. O apresentador ( sabe qual é a

porta que contém o prêmio) abre uma das portas não indicadas pelo candidato,

mostrando necessariamente um bode. A seguir ele pergunta se o candidato

mantém sua escolha ou deseja trocar a porta. O candidato deve trocar ou não?

(Elon Et al 2006, p.145).

Intervenção Pedagógica:

Podemos fazer uma simulação para “facilitar” o raciocínio neste tipo de problema e

trabalhar com os alunos três questões relevantes:

Questão 1: A troca da porta escolhida é a mais vantajosa ou não? Justifique sua

resposta.

Questão 2: Calcule a probabilidade de o jogador ganhar o prêmio se trocar de porta?

Questão 3: Calcule a probabilidade de o jogador ganhar o prêmio se não trocar de

porta?

Resolução:

Sejam A, B e C as três portas e consideremos que atrás de uma delas esteja um

carro. Vamos supor que o participante tenha escolhido a porta A, por exemplo. Como

temos três portas e apenas um carro, a probabilidade de que o carro esteja atrás da porta

A é igual a

. Consequentemente, utilizando a probabilidade do evento complementar,

a chance de que o carro não esteja atrás da porta A, ou seja, nas outras duas portas B e

C, é igual a

.

Escolhida a porta A, o apresentador, sabendo que tem atrás das outras portas (e

logicamente não abrirá a porta que tem o carro), abre uma das outras duas e revela um

bode. É evidente que ele possui tal condição, pois, se atrás da porta A há um bode, ainda

há outro bode atrás de uma das outras portas, e se atrás da porta A estiver o carro, atrás

21

das outras duas portas há bodes e, dessa forma, o apresentador pode escolher

aleatoriamente uma das portas (B ou C) para abrir.

Supondo que seja escolhida a porta B, por exemplo, é importante ressaltarmos

que no caso em que a escolha inicial do participante é errada, o apresentador não abre

ao acaso uma das portas que não foram selecionadas, pois ele irá mostrar a porta que

não está o carro. Dessa forma, o apresentador intervém no que, até agora, tinha sido um

processo aleatório.

Com essa atitude do apresentador, ele dará uma informação relevante, uma vez

que o carro estava em uma das portas que não foi escolhida inicialmente (B ou C), então

o prêmio só pode estar na porta que não foi aberta, ou seja, na porta C. Assim, toda vez

que o participante fizer a escolha inicial da porta que não possui o carro, ao trocar de

porta o participante ganhará o prêmio.

Sabendo que as chances de que tenha errado em sua escolha inicial são de

,

então caso troque de porta, suas chances de ganhar o carro serão de e,

consequentemente, a probabilidade que ganhe permanecendo na porta inicial é de

.

Portanto, podemos concluir que trocando de porta é o dobro da probabilidade não

trocando de porta. Abaixo, segue um resumo da situação, por meio de uma ilustração da

revista The Economist, em 1999.

22

Figura 2: Imagem retirada da dissertação (SÁ 2015, p. 63).

Segundo Sá (2015, p.65), muitos matemáticos e estudiosos do tema simularam

através de recursos computacionais, entre eles o matemático húngaro Paul Erdös(1913-

1966), com as mesmas regras do programa Let’s Make a Deal, obtendo resultados bem

próximos dos apresentados na resolução acima que foi apresentada. As estatísticas que

foram realizadas a partir do programa de televisão demonstram o fato de que houve

duas vezes mais vencedores entre as pessoas que mudaram de escolha, do que entre

aquelas que ficaram com a escolha inicial.

Vale salientar que alguns problemas famosos são resolvidos de modo análogo ao

problema de Mont Hall, dentre os quais o O Problema da moeda de Bertrand e o

Problema dos três prisioneiros, e ambos serão abordados a seguir neste trabalho.

O Problema da moeda de Bertrand8

8 Joseph Louis François Bertrand (1822- 1900) nasceu e passou a maior parte de sua

vida em Paris inclusive chegando a falecer na sua terra natal. Foi um matemático,

historiador de ciências e acadêmico francês.

23

O Problema da moeda de Bertand foi proposto pelo matemático Joseph Louis

François Bertrand (1822-1900), na obra Calcul des probabilités, em 1889, é também

conhecido como o Paradoxo da caixa de Bertrand e tem como enunciado:

Considere três caixas idênticas. A primeira contém duas moedas de ouro; a

segunda contém uma moeda de ouro e outra de prata; e a terceira contém duas de prata.

Uma caixa é selecionada ao acaso e da mesma é escolhida uma moeda ao acaso. Se a

moeda escolhida é de ouro, qual a probabilidade de que a outra moeda da caixa

escolhida seja de ouro?

Resolução:

Considere três caixas A, B, e C. Como a caixa A é a única que possui duas

moedas de ouro, a probabilidade pedida é a mesma da probabilidade condicional

, onde “ ”, é o evento relacionado ao sorteio da moeda de ouro. Assim, uma

pergunta equivalente à pergunta do enunciado, seria expressa da seguinte forma:

Sabendo que a moeda escolhida é de ouro, qual a probabilidade de que a moeda seja

proveniente da caixa A?

Utilizando o Teorema de Bays,

( ) (

)

Ou seja, sabendo que a moeda escolhida é de ouro, a probabilidade de que a

moeda seja proveniente da caixa A é

.

Ou Podemos utilizar também na resolução dessa questão a árvore de

probabilidade (figura 3):

24

Figura 3: Árvore de probabilidades do problema da moeda de Bertrand

Intervenção Pedagógica:

Para o Problema da moeda de Bertrand, podemos trabalhar além do contexto

histórico, a resolução por meio do diagrama, ou árvore de probabilidade com os alunos.

ou ainda, inseri-lo após o estudo do Teorema da Probabilidade Total e o Teorema de

Bays como exemplo de aplicações desses teoremas.

O Problema dos três prisioneiros

O Problema dos três prisioneiros é do matemático americano Martin Garner

(1914-2010), um problema apresentado na revista Scientific American, em 1959. No

enunciado que trazemos foram feitas pequenas alterações do texto original.

Três prisioneiros, A, B, C, estão em celas separadas, e por terem cometido

crimes graves foram condenados à morte. Posteriormente, o governador decidiu

conceder indulto a um deles ao acaso. O diretor da prisão sabe qual deles será perdoado,

mas não tem permissão para revelar o nome do prisioneiro que será solto. Sabendo

disso, o prisioneiro A implora ao diretor que ele pelo menos revele a identidade de um

dos outros dois que vai ser executado, já que um deles ao menos terá esse destino.

Diante de muita insistência, o diretor acaba cedendo a esse pedido e diz para A que o

prisioneiro B vai ser executado.

Intervenção Pedagógica:

25

Com essa informação, o prisioneiro A acredita que a sua probabilidade de

sobrevivência subiu de

para

, uma vez que agora ou ele ou C será solto. Esta

probabilidade de sobrevivência está correta? Qual a probabilidade de que C receba o

indulto?

Utilizando o raciocínio semelhante ao do problema de Monty Hall, a

probabilidade que C receba o indulto é igual a

.

O paradoxo de Bertrand

O matemático francês Joseph Louis François Bertrand (1822-1900), estudou os

mais variados temas, como por exemplo, a Álgebra, Probabilidade, Mecânica,

Aritmética e Termodinâmica. Em 1889, em seu livro Cálculo das Probabilidades,

apresentou um problema que o deixou famoso na comunidade científica por apresentar

maneiras distintas na resolução para cada procedimento de construção feito. Este

problema, conhecido como paradoxo de Bertrand, tem como enunciado:

Escolhendo ao acaso uma corda de uma circunferência, qual é a probabilidade de

que o comprimento dela seja maior que a medida do lado do triângulo equilátero

inscrito nessa circunferência?

Intervenção Pedagógica:

O professor pode mostrar as resoluções abaixo para que o aluno entenda o

porquê de o problema ser considerado um paradoxo.

Resolução:

Considere uma circunferência de raio de comprimento 1. Utilizando a lei dos

cossenos, obtemos a medida do lado do triângulo equilátero inscrito na circunferência

em questão igual a √ . Temos, portanto, que o comprimento das cordas que são maiores

que o lado do triângulo em questão, deve ser maior que √ e menor ou igual a 2

(diâmetro da circunferência) e essas cordas devem determinar arcos de medida , de

maneira que 120° < 180°. Daí, tem-se as seguintes soluções:

Primeira Solução:

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Tomando-se um ponto A qualquer na circunferência , e Sendo B e C dois

pontos em , de modo que A, B e C dividam em três partes iguais, proporcionando

assim a construção do triângulo equilátero ABC, conforme a figura 4.

Figura 4: Triângulo ABC inscrito na circunferência

Considere um ponto K , de forma que a corda AK seja maior que √ , o ponto

K deve pertencer ao arco menor BC. Como a probabilidade do ponto K pertencer ao

arco menor BC é , a probabilidade de que o comprimento de uma corda seja maior

que a medida do lado do triângulo equilátero inscrito em é igual a

.

Segunda Solução:

Considere uma circunferência de centro O e diâmetro AB medindo 2.

Considerando qualquer corda perpendicular a AB (por exemplo, a corda CD),

evidencia-se que AB contém todos os pontos médios dessas cordas, entre os quais os

pontos M e N, são os pontos médios dos raios AO e OB, conforme figura 5.

Figura 5: Circunferência de centro O, corda CD e diâmetro AB.

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Aplicando o teorema de Pitágoras no triângulo OMD, em que OM mede

, e

OD é o raio de que mede 1. Daí, MD mede √

, e como CD equivale ao dobro MD,

temos CD medindo √ . Assim, temos que qualquer corda perpendicular a AB cujos

pontos médios pertencem ao segmento MN, possui comprimento maior que √ .

Dessa interpretação, observa-se que escolher uma corda significa escolher um

ponto de AB e, por conseguinte, a probabilidade de que um ponto de AB, escolhido

aleatoriamente, pertença a MN é igual a

.

Conclui-se pelo que foi apresentado acima, que a probabilidade de que o

comprimento de uma corda seja maior que a medida do lado do triângulo equilátero

inscrito em é igual a

.

Terceira Solução:

Seja a circunferência de centro em O e raio medindo 1. Tomando-se um ponto

M qualquer no interior de , considere a corda CD que passa pelo ponto M, de acordo

com a figura 6.

Figura 6: Corda CD perpendicular ao segmento OM.

De acordo com as informações dadas, caso OM tenha comprimento

, então

CD mede √ . No caso do comprimento de OM ser maior que

, então CD √ . Além

disso, caso , onde é a medida do arco determinado pela corda na

circunferência CD √ .

Desse modo, pode-se inferir que para uma corda ser maior que o lado do

triângulo equilátero inscrito em , a distância dela ao centro O tem de ser menor que

.

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Assim, tem-se que o conjunto de todos os pontos cuja distância ao centro O de é um

círculo de raio de medida

, concêntrico ao primeiro. Daí, a probabilidade de que um

ponto no interior de , escolhido ao acaso, esteja no interior da circunferência de raio

unitário é dada por:

Portanto, a probabilidade de que o comprimento de uma corda seja maior que a

medida do lado do triângulo equilátero inscrito em é igual a

.

Observa-se que nessa terceira resolução, a construção da corda passa pela

escolha de um ponto M qualquer no interior da circunferência, sendo M ponto médio

dessa corda.

Por fim, apresentadas essas três resoluções do problema inicial, comprova-se

que para cada maneira adotada para a construção da corda, existe um caminho que

conduz a um resultado diferente, gerando um paradoxo. Caso se deseje não recair nessa

situação paradoxal, faz-se necessário o esclarecimento pleno de como será a escolha da

corda.

Para esse problema, além da possibilidade da exploração histórica, podemos

destacar e explorar com os alunos a Probabilidade Geométrica que muitas vezes não é

trabalhada no Ensino Médio.

CONSIDERAÇÕES FINAIS

Buscamos apresentar nesse material uma proposta elaborada a partir dos

principais problemas que impulsionaram os estudos sobre Probabilidade, aliando assim,

a História e a Matemática. Os problemas matemáticos aqui apresentados geralmente não

são tratados nos livros didáticos, os quais abordam a contextualização histórica com

informações resumidas, conforme observamos durante a análise de dados da nossa

dissertação.

Dessa forma, todo o apanhado feito para a elaboração deste Produto

Educacional, consiste em um material complementar que pode ser utilizado na

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Educação Básica, uma vez que pode auxiliar o professor oferecendo-lhe meios para

utilizar efetivamente a História da Matemática como ferramenta metodológica na sala

de aula.

REFERÊNCIAS

ANDRADE, Rafael Thé Bonifácio de. A probabilidade aplicada aos jogos de azar, 1ª

edição, João Pessoa, UFPB, 2017.

LIMA, ELON LAGES et. al. Temas e Problemas Elementares, 2ª edição, Rio de

Janeiro: SBM, 2006.

MORAES, Luiz C. L. Ensino de Probabilidade: Historicidade e Interdisciplinaridade.

Dissertação de Mestrado apresentada ao Mestrado Profissional em Matemática em Rede

Nacional, Rio de Janeiro: UFRRJ, 2014.

SÁ, Marcelo Alessandro Amorim Franco de. Análise e resolução de problemas

clássicos de probabilidade para o Ensino Médio, Dissertação, Teresina, UFPI, 2015.

SILVA, Valdson D. M. Abordagem das Noções de Probabilidade nos livros do Ensino

Fundamental II, Dissertação do Profmat, Campina Grande: UEPB 2015.

________. A Abordagem da História da Matemática no Ensino Médio da Probabilidade

nos Livros Didáticos Do Ensino Médio, Dissertação de Mestrado Profissional em

Ensino De Ciências e Educação Matemática, Campina Grande: UEPB 2018.