Revisão de Literatura

A prática docente diária mostra que é comum encontrar estudantes que não têm nenhum prazer pela matemática ou têm uma imagem negativa dela. Esses estudantes muitas vezes não percebem a conexão que existe entre a matemática e a realidade. Tendo em vista esse problema, têm-se, desde o início do século XXI, intensificado as discussões entre professores de matemática a fim de buscar uma forma alternativa de ensino para alcançar esses estudantes que não gostam ou não compreendem a Matemática.

A maioria desses professores busca produzir um ensino diferenciado daquele que os nossos pais e avós receberam, que foi baseado em processos puramente mecânicos, de forma tradicionalista e com rígidas demonstrações de teoremas. A grande dificuldade é que esses mesmos professores também receberam uma formação desse tipo e, assim, tem que se esforçar bastante para conseguir modificar o método para propor aos seus estudantes uma nova abordagem da Matemática, que os permita, a partir de suas próprias ideias, analisar, discutir e se apropriarem dos conceitos.

O estudo que será feito nessa pesquisa pretende identificar as dificuldades de grande parte dos estudantes em relação a um tópico específico do conteúdo de Matemática do Ensino Médio: Análise Combinatória.

Através de suas pesquisas, Schliemann (2001, apud PINHEIRO, 2007) pôde observar aulas sobre Análise Combinatória e verificar que o ensino está quase sempre limitado à prática de exercícios que usem as fórmulas de arranjo, permutação ou combinação. Dessa maneira isso não proporciona aos estudantes

uma reflexão sobre essas fórmulas e como elas poderiam ser facilmente obtidas a partir da compreensão do problema e do uso do PFC.

Assim como afirmam Morgado e seus colaboradores, arranjo, combinação e permutação não representam o universo de situações encontradas no cerne da Análise Combinatória, mas possibilitam a resolução de problemas de contagem de certos tipos de subconjuntos de um conjunto finito, sem que seja necessário enumerar seus elementos (MORGADO et al., 2006, p. 1). Para esses autores, a Análise Combinatória é a parte da Matemática que analisa estruturas e relações discretas.

Este trabalho concentra-se especialmente na análise do Princípio Fundamental da Contagem (PFC), que é enunciado a seguir:

“Se uma ação é constituída de duas etapas sucessivas, sendo que a primeira etapa pode ser realizada de maneiras distintas. Para cada uma dessas possibilidades, a segunda etapa pode ser realizada de maneiras distintas. Então, o número de possibilidades de se efetuar a ação completa é dado por . Esse princípio pode ser generalizado para ações constituídas de mais de duas etapas sucessivas” (IEZZI, 2004, apud BARBOSA, 2005).

Enunciado desta maneira parece bastante simples, porém na prática, na hora de compreender e modelar situações problemas nas quais se necessita utilizar esse princípio, a maioria dos estudantes comete algum tipo de erro.

Trabalhos desenvolvidos no Brasil (STURM, 1999; ESTEVES, 2001; ROCHA, 2002; COSTA, 2003; PINHEIRO E ROZA, 2006 apud PINHEIRO 2007), apontam as dificuldades do ensino de Análise Combinatória nas escolas. Entre as dificuldades, especialmente as de aprendizagem, podemos destacar a falta de compreensão dos textos estruturais dos problemas (ESTEVES, 2001; ROCHA, 2002; PINHEIRO E ROZA, 2006 apud PINHEIRO, 2007) e a diferença entre problemas de arranjo e combinação (STURM, 1999; ESTEVES, 2001; COSTA, 2003; PINHEIRO E ROZA, 2006 apud PINHEIRO). Por outro lado, existem diversos trabalhos que sinalizam propostas de Ensino de Análise Combinatória que venha minimizar ou superar algumas das dificuldades apontadas anteriormente ou que mostram as dificuldades encontradas pelos professores ao ministrarem aulas de Análise Combinatória. (STURM, 1999; ESTEVES, 2001 e COSTA, 2003, PINHEIRO E ROZA, 2006 apud PINHEIRO).

Pode-se introduzir o tema de Análise Combinatória de várias maneiras diferentes e este assunto pode ser bastante contextualizado. Em muitas situações cotidianas estão presentes problemas de contagem, porém uma forma didática e bastante interessante encontra-se em uma famosa poesia inglesa do século XVIII, no ano de 1730:

A caminho de St. Ives,

Encontrei um homem com sete esposas; Cada esposa tinha sete sacos,

Cada saco tinha sete gatos, Cada gato tinha sete gatinhos, Gatinhos, gatos, sacos e esposas,

Quantos iam a caminhodeSt. Ives? (TIC na Educação, 2011)

Essa pequena poesia é, muitas vezes, interpretada como uma brincadeira ou uma adivinhação. Pois se o narrador está a caminho de St. Ives e os outros estão em sentido contrário e, ainda, se não se considera o narrador a resposta é nenhum, porém se se considera o narrador a resposta é um e ainda pode-se considerar o caso de todos estarem a caminho de St. Ives e tem-se como resposta o somatório de potências de sete.

Interessante é a relação que se pode fazer entre essa pequena poesia e os versos encontrados no famoso livro de Leonardo de Pisa, que ficou conhecido como Fibonacci. Ele escreveu em 1202 um livro que ficou conhecido como Líber Abaci (ou Líber Abbaci), que significa Livro do Cálculo ou Livro do Ábaco. Através dessa obra, foi introduzida na Europa, dentre outros assuntos, a numeração hindu-arábica, a notação posicional e o zero. Trazendo ainda a solução de um famoso problema sobre o crescimento de uma população hipotética de coelhos com determinadas restrições que posteriormente ficou conhecida como sequência de Fibonacci. Os versos que podem ser analisados sobre a visão da Combinatória são:

Há sete velhas mulheres na estrada para Roma; Cada mulher tem sete mulas;

Cada mula carrega sete sacos; Cada saco contém sete pães; E com cada pão estavam sete facas; E cada faca está colocada em sete bainhas;

Quantos há ao todo na estrada para Roma? (TIC na Educação, 2011)

Em ambos pode-se perceber a repetição do número sete. Não se sabe exatamente o porquê, uma das hipóteses é devido ao valor místico que esse número possui, até hoje. Outra especulação é que para as civilizações mais antigas as regras básicas de contagem bem como suas aplicações eram ensinadas e aprendidas a partir da repetição exaustiva até a sua memorização. Essa ideia apoia-

se nos versos encontrados no problema 79 do famoso Papiro Egípcio de Rhind, datado de cerca de 1650 a.C. que também é muito semelhante aos dois anteriores:

Um homem tinha sete casas, Cada casa tinha sete gatos, Para cada gato havia sete ratos,

Para cada rato havia sete espigas de trigo, E cada espiga tinha sete medidas de grão. Quantas coisas ele possuía,

Casas, gatos, ratos, espigas e medidas de grão? (TIC na Educação, 2011)

É, normalmente, durante o estudo da Análise Combinatória que os estudantes utilizam pela primeira vez o símbolo de fatorial. Esse símbolo, porém, foi adotado de várias maneiras durante o desenvolvimento da Análise Combinatória, tendo, cada matemático, utilizado de uma maneira diferente. Para Gauss (1777-1855) a representação do produto dos primeiros números naturais era feita através do símbolo . A. M. Legendre (Paris, 1811) utilizou o símbolo , a notação |n foi usada por muitos autores e atualmente a notação é , que foi introduzida por Cristian Kramp (1808). Arbogast (1800) foi o primeiro a utilizar o termo fatorial.

O ensino de Análise Combinatória se desenvolveu bastante e hoje ela é a base de várias teorias da Análise Matemática: Teoria das Probabilidades, Teoria dos Números, Teoria dos Grupos, Topologia, Determinantes, etc. E ainda assim, não existe na literatura uma definição completamente satisfatória para essa ciência.

Acredita-se que a maior dificuldade dos estudantes para identificarem uma situação como combinação, arranjo ou permutação é o fato de não terem sido devidamente treinados com o PFC para aplicá-lo em qualquer caso obedecendo às restrições do problema, assim, é como se os estudantes fossem preparados apenas para executar um algoritmo, um procedimento padrão, envolvendo alguns números e algumas fórmulas.

Será proposta uma nova maneira de se abordar o tema, sem muita ênfase na memorização de fórmulas, mas na tentativa de aumentar a compreensão sobre como manipular o PFC em diversas situações problemas diferentes.