Sobre Diferentes Graus de Pequenez

Sobre Diferentes Graus de Pequenez

Veremos que, em nossos processos de cálculo, temos que lidar com pequenas quantidades de vários graus de pequenez.

Teremos também que aprender sob quais circunstâncias podemos considerar as pequenas quantidades tão minúsculas que podemos omiti-las da consideração. Tudo depende da pequenez relativa.

Antes de fixarmos quaisquer regras, vamos pensar em alguns casos familiares. Há 60  minutos na hora, 24  horas no dia, 7  dias na semana. Há, portanto, 1440  minutos no dia e 10080  minutos na semana.

Obviamente 1  minuto é uma quantidade de tempo muito pequena comparada a uma semana inteira. De fato, nossos antepassados o consideravam pequeno quando comparado com uma hora, e o chamavam de "um minuto", significando uma fração minuta — a saber, um sexagésimo — de uma hora. Quando passaram a necessitar de subdivisões de tempo ainda menores, dividiram cada minuto em 60 partes ainda menores, as quais, no século XVI, chamaram de "segundos minutos" (i.e. pequenas quantidades de segunda ordem de pequenez). Hoje em dia chamamos essas pequenas quantidades de segunda ordem de pequenez de "segundos". Mas poucas pessoas sabem por que são chamadas assim.

Ora, se um minuto é tão pequeno quando comparado a um dia inteiro, quão menor por comparação é um segundo!

Novamente, pense em uma moeda de um centavo comparada a uma nota de dez dólares: ela vale apenas a 1 1000 parte. Um centavo a mais ou a menos é de preciosa pouca importância comparado a uma nota de dez dólares: pode certamente ser considerado uma quantidade pequena. Mas compare um centavo com $ 10 , 000 : relativamente a essa soma maior, o centavo não tem mais importância do que 1 1000 de um centavo teria para uma nota de dez dólares. Mesmo 10.000 é uma quantidade relativamente negligenciável na riqueza de um bilionário.</p> <p id="block-blk-2ut8rj9tg">Agora, se fixarmos qualquer fração numérica como constituindo a proporção que, para qualquer propósito, chamamos de relativamente pequena, podemos facilmente enunciar outras frações de um grau maior de pequenez. Assim, se, para fins de tempo, ___MATH_BLOCK_10___ for chamada de uma fração <i>pequena</i>, então ___MATH_BLOCK_11___ de ___MATH_BLOCK_12___ (sendo uma fração <i>pequena</i> de uma fração <i>pequena</i>) pode ser considerada como uma <i>pequena quantidade de segunda ordem</i> de pequenez.<a class="footnote-ref" href="#fn1" id="fnref1" role="doc-noteref"><sup>1</sup></a></p> <p id="block-blk-k6uijuzqs">Ou, se para qualquer propósito tomássemos ___MATH_BLOCK_13___ por cento (i.e. ___MATH_BLOCK_14___) como uma fração <i>pequena</i>, então ___MATH_BLOCK_15___ por cento de ___MATH_BLOCK_16___ por cento (i.e. ___MATH_BLOCK_17___) seria uma pequena fração de segunda ordem de pequenez; e ___MATH_BLOCK_18___ seria uma pequena fração de terceira ordem de pequenez, sendo ___MATH_BLOCK_19___ por cento de ___MATH_BLOCK_20___ por cento de ___MATH_BLOCK_21___ por cento.</p> <p id="block-blk-ehq3uzv2t">Por último, suponha que para algum propósito muito preciso devêssemos considerar ___MATH_BLOCK_22___ como "pequeno". Assim, se um cronômetro de primeira linha não deve atrasar ou adiantar mais de meio minuto em um ano, ele deve manter o tempo com uma precisão de ___MATH_BLOCK_23___ parte em ___MATH_BLOCK_24___. Ora, se, para tal propósito, considerarmos ___MATH_BLOCK_25___ (ou um milionésimo) como uma quantidade pequena, então ___MATH_BLOCK_26___ de ___MATH_BLOCK_27___, isto é ___MATH_BLOCK_28___ (ou um trilionésimo) será uma quantidade pequena de segunda ordem de pequenez, e pode ser totalmente desconsiderada, por comparação.</p> <p id="block-blk-hxojjj05u">Vemos então que quanto menor é a própria quantidade pequena, mais insignificante se torna a correspondente quantidade pequena de segunda ordem. Portanto, sabemos que <i>em todos os casos temos justificativa para negligenciar as pequenas quantidades de segunda — ou terceira (ou superior) — ordens</i>, desde que tomemos a pequena quantidade de primeira ordem pequena o suficiente em si mesma.</p> <p id="block-blk-snkdq7as6">Mas, deve-se lembrar que pequenas quantidades, se ocorrerem em nossas expressões como fatores multiplicados por algum outro fator, podem se tornar importantes se o outro fator for, ele próprio, grande. Mesmo um centavo torna-se importante se for multiplicado por algumas centenas.</p> <p id="block-blk-uah6avs0x">Agora, no cálculo, escrevemos ___MATH_BLOCK_29___ para um pedacinho de ___MATH_BLOCK_30___. Essas coisas tais como ___MATH_BLOCK_31___, e ___MATH_BLOCK_32___, e ___MATH_BLOCK_33___, são chamadas de "diferenciais", a diferencial de ___MATH_BLOCK_34___, ou de ___MATH_BLOCK_35___, ou de ___MATH_BLOCK_36___, conforme o caso. [Você as <i>lê</i> como <i>dê-xis</i>, ou <i>dê-u</i>, ou <i>dê-ípsilon</i>.] Se ___MATH_BLOCK_37___ for um pedacinho de ___MATH_BLOCK_38___, e relativamente pequeno em si mesmo, não se segue que tais quantidades como ___MATH_BLOCK_39___, ou ___MATH_BLOCK_40___, ou ___MATH_BLOCK_41___ sejam negligenciáveis. Mas ___MATH_BLOCK_42___ seria negligenciável, sendo uma quantidade pequena de segunda ordem.</p> <p id="block-blk-2l369zb9h">Um exemplo muito simples servirá como ilustração.</p> <p id="block-blk-q2rp4hfav">Vamos pensar em ___MATH_BLOCK_43___ como uma quantidade que pode crescer uma pequena quantia de modo a se tornar ___MATH_BLOCK_44___, onde ___MATH_BLOCK_45___ é o pequeno incremento adicionado pelo crescimento. O quadrado disso é ___MATH_BLOCK_46___. O segundo termo não é negligenciável porque é uma quantidade de primeira ordem; enquanto o terceiro termo é de segunda ordem de pequenez, sendo um pedacinho de um pedacinho de ___MATH_BLOCK_47___. Assim, se tomássemos ___MATH_BLOCK_48___ significando numericamente, digamos, ___MATH_BLOCK_49___ de ___MATH_BLOCK_50___, então o segundo termo seria ___MATH_BLOCK_51___ de ___MATH_BLOCK_52___, ao passo que o terceiro termo seria ___MATH_BLOCK_53___ de ___MATH_BLOCK_54___. Este último termo é claramente menos importante que o segundo. Mas se formos além e tomarmos ___MATH_BLOCK_55___ significando apenas ___MATH_BLOCK_56___ de ___MATH_BLOCK_57___, então o segundo termo será ___MATH_BLOCK_58___ de ___MATH_BLOCK_59___, enquanto o terceiro termo será apenas ___MATH_BLOCK_60___ de ___MATH_BLOCK_61___.</p> <p id="block-blk-ezezfdr3s">Geometricamente isso pode ser representado da seguinte maneira: Desenhe um quadrado (Fig. <a href="#fig:fig1" data-reference-type="ref" data-reference="fig:fig1">2.1</a>) cujo lado tomaremos para representar ___MATH_BLOCK_62___.</p> <figure id="block-blk-nht8hhw0e" class="figure" data-block-id="blk-nht8hhw0e" style="display: block; margin: 0 auto; text-align: center;"> <img src="/book-images/CME/Fig1.svg" alt="Fig. 2.1" style="max-width: 100%; height: auto; display: block; margin: 0 auto;"> <figcaption style="text-align: center; margin-top: 8px;"><strong>Figure 1</strong> Fig. 2.1</figcaption> </figure> <p id="block-blk-q11s10lr8">Agora suponha que o quadrado cresça tendo um pedacinho ___MATH_BLOCK_63___ adicionado ao seu tamanho em cada sentido. O quadrado aumentado é constituído pelo quadrado original ___MATH_BLOCK_64___, os dois retângulos no topo e à direita, cada um com área ___MATH_BLOCK_65___ (ou juntos ___MATH_BLOCK_66___), e o pequeno quadrado no canto superior direito que é ___MATH_BLOCK_67___. Na Fig. <a href="#fig:fig2" data-reference-type="ref" data-reference="fig:fig2">2.2</a> tomamos ___MATH_BLOCK_68___ como uma fração bem grande de ___MATH_BLOCK_69___ — cerca de ___MATH_BLOCK_70___.</p> <figure id="block-blk-xt8a8i129" class="figure" data-block-id="blk-xt8a8i129" style="display: block; margin: 0 auto; text-align: center;"> <img src="/book-images/CME/Fig2.svg" alt="Fig. 2.2" style="max-width: 100%; height: auto; display: block; margin: 0 auto;"> <figcaption style="text-align: center; margin-top: 8px;"><strong>Figure 2</strong> Fig. 2.2</figcaption> </figure> <p id="block-blk-xdodrb4ng">Mas suponha que tivéssemos tomado apenas ___MATH_BLOCK_71___ — cerca da espessura de uma linha de tinta desenhada com uma caneta fina (Fig. <a href="#fig:fig3" data-reference-type="ref" data-reference="fig:fig3">2.3</a>). Então o pequeno quadrado do canto terá uma área de apenas ___MATH_BLOCK_72___ de ___MATH_BLOCK_73___, e será praticamente invisível. Claramente ___MATH_BLOCK_74___ é negligenciável desde que consideremos o incremento ___MATH_BLOCK_75___ pequeno o suficiente em si mesmo.</p> <figure id="block-blk-ke32cjved" class="figure" data-block-id="blk-ke32cjved" style="display: block; margin: 0 auto; text-align: center;"> <img src="/book-images/CME/Fig3.svg" alt="Fig. 2.3" style="max-width: 100%; height: auto; display: block; margin: 0 auto;"> <figcaption style="text-align: center; margin-top: 8px;"><strong>Figure 3</strong> Fig. 2.3</figcaption> </figure> <p id="block-blk-0oxoz3rdz">Consideremos uma analogia.</p> <p id="block-blk-qppxiox95">Suponha que um milionário dissesse ao seu secretário: na próxima semana lhe darei uma pequena fração de qualquer dinheiro que entrar para mim. Suponha que o secretário dissesse ao seu garoto: darei a você uma pequena fração do que eu receber. Suponha que a fração em cada caso seja a ___MATH_BLOCK_76___ parte. Ora, se o Sr. Milionário recebesse durante a próxima semana 1000 , o secretário receberia $ 10 e o garoto 10  centavos. Dez dólares seria uma quantidade pequena comparada a $ 1000 ; mas 10 centavos é de fato uma quantidade pequena pequena, de uma ordem muito secundária. Mas qual seria a desproporção se a fração, em vez de ser  1 100 , tivesse sido fixada na 1 1000 parte? Então, enquanto o Sr. Milionário ficasse com seus $ 1000 , o Sr. Secretário receberia apenas $ 1 , e o garoto 0,1 centavos!

O espirituoso Dean Swift2 escreveu certa vez:

Pois, observam os Naturalistas, uma Pulga
Tem Pulgas menores que nela predam.
E estas têm Pulgas menores para mordê-las,
E assim procedem ad infinitum

Um boi pode se preocupar com uma pulga de tamanho comum — uma pequena criatura de primeira ordem de pequenez. Mas ele provavelmente não se incomodaria com a pulga da pulga; sendo de segunda ordem de pequenez, seria negligenciável. Mesmo uma grosa de pulgas de pulgas não seria de muita importância para o boi.


Os matemáticos falam sobre a segunda ordem de "magnitude" (i.e. grandeza) quando na verdade querem dizer segunda ordem de pequenez. Isso é muito confuso para iniciantes.↩︎

On Poetry: a Rhapsody (página 20), impresso em 1733 — geralmente citado incorretamente.↩︎