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Algoritmo de Euclides: simplificar frações grandes

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O algoritmo de Euclides acha o máximo divisor comum (MDC) de dois números por divisões sucessivas, sem fatorar. Para 462/1071 bastam três divisões: o MDC é 21 e a fração fica em 22/51. Para obter só o resultado, a calculadora de máximo divisor comum mostra o resultado na hora; este guia explica o método à mão e por que ele sempre termina no MDC.

A ideia cabe numa frase: o MDC de dois números não muda se o maior for trocado pelo resto da divisão dele pelo menor. Repete-se até o resto ser 0, e o último divisor usado é o MDC.

Cada linha satisfaz dividendo = quociente × divisor + resto, com o resto menor que o divisor. À linha seguinte só se leva o divisor e o resto, não o quociente. A multiplicação cruzada da verificação é a mesma que serve para comparar frações, e dividir os dois termos pelo mesmo número é o que distingue simplificar de ampliar, como explicam as frações equivalentes.

Por que o resto basta

Se a = q × b + r, todo número que divide a e b divide também r, porque r = a − q × b. E vice-versa: o que divide b e r divide a. Os pares (a, b) e (b, r) têm, portanto, os mesmos divisores comuns, e o maior deles é o mesmo. Por isso MDC(a, b) = MDC(b, r). Como cada resto é menor que o anterior, a cadeia desce até chegar a 0.

A mesma ideia aparece com quadrados. O retângulo de 1071 por 462 é coberto por dois quadrados de lado 462; na faixa que sobra cabem três de lado 147, e na tira final, sete de lado 21. O menor quadrado que preenche tudo sem falhas mede 21, o MDC.

Retângulo 1071 por 462 coberto por quadradosUm retângulo de 1071 por 462 é coberto sem falhas por 2 quadrados de lado 462, 3 quadrados de lado 147 e 7 quadrados de lado 21. O lado do menor quadrado, 21, é o máximo divisor comum de 1071 e 462.1071 × 462 em quadrados462462147147147MDC = 21
O retângulo de 1071 por 462 é coberto por quadrados: dois de lado 462, três de lado 147 e sete de lado 21. O menor quadrado mede 21 de lado, o MDC dos dois números.

Exemplo resolvido: simplificar 462/1071

O objetivo é reduzir 462/1071 à fração irredutível, sem nenhum divisor comum à vista.

  1. Divida o maior pelo menor. 1071 = 2 × 462 + 147.
  2. Passe ao par divisor e resto. Agora são 462 e 147: 462 = 3 × 147 + 21.
  3. Repita com o novo par. São 147 e 21: 147 = 7 × 21 + 0. O resto é 0, então a cadeia termina.
  4. Tome o último divisor. O MDC é 21.
  5. Divida numerador e denominador por 21. 462 ÷ 21 = 22 e 1071 ÷ 21 = 51.

Resultado: 462/1071 = 22/51.

Verificação: por multiplicação cruzada, 462 × 51 = 23.562 e 1071 × 22 = 23.562, então as duas frações valem o mesmo. Além disso, 22 = 2 × 11 e 51 = 3 × 17 não têm fatores em comum.

Segundo exemplo, com cinco divisões

Para 3600/4284, comece pelo número maior, 4284. A cadeia é:

O MDC é 36, e 3600 ÷ 36 = 100 com 4284 ÷ 36 = 119, então a fração fica em 100/119. Começando pelo menor, a primeira divisão dá quociente 0 e apenas troca o par; o resultado é o mesmo, com um passo a mais.

Euclides ou fatores primos

Para um MDC há dois caminhos, e cada um vence num terreno diferente.

Duas formas de achar o MDC de 4284 e 3600
MétodoO que se fazResultadoQuando convém
EuclidesDivide-se com resto até chegar a 05 divisões, MDC 36Números grandes, ou quando só o MDC interessa
Fatores primosFatora-se e tomam-se os comuns com o menor expoente2² × 3² = 36Números pequenos, ou quando o MMC também é necessário

Com 4284 = 2² × 3² × 7 × 17 e 3600 = 2⁴ × 3² × 5², a fatoração exige encontrar todos os primos, e um fator grande alonga a busca. Euclides nunca os procura. Se além do MDC o MMC também é necessário, a decomposição em fatores primos dá-o diretamente, e o guia sobre a diferença entre MDC e MMC explica quando usar cada um. Os critérios de divisibilidade poupam passos quando o divisor comum é evidente.

Um erro que parece um resultado certo

O deslize mais comum é levar adiante o quociente no lugar do resto, e ele produz um MDC que parece razoável.

Outro deslize parecido é parar num resto pequeno sem esperar o 0: o MDC é o último divisor, não o primeiro resto que parece fácil de manejar. E, para simplificar, é preciso dividir os dois termos pelo MDC, não só um, ou o valor muda.

Quando usar e para onde ir depois

Euclides trabalha com dois inteiros de cada vez e devolve apenas o MDC. Para frações pequenas, como 6/8, reconhecer o 2 a olho é mais rápido. Para praticar com qualquer fração, a ferramenta para simplificar frações aplica o MDC e dá a forma irredutível. Para outras formas de escrever uma fração, o guia de frações contínuas e egípcias usa estas mesmas divisões: os quocientes da cadeia são os termos da fração contínua.

Perguntas frequentes

Como calcular o MDC de três números com Euclides?

Encadeia-se: primeiro o MDC de dois deles e depois o MDC desse resultado com o terceiro. Com 84, 126 e 210: MDC(126, 84) = 42 e MDC(210, 42) = 42, porque 210 = 5 × 42. A ordem escolhida não muda o resultado.

O que acontece no algoritmo se um dos números for zero?

MDC(a, 0) = a, porque todo inteiro divide zero. Por isso 0/7 se simplifica em 0/1, que vale zero. Já 7/0 não é uma fração: a divisão por zero não está definida e nenhuma simplificação a transforma em um número.

Quantas divisões são necessárias, no máximo?

Nunca mais que cinco vezes o número de algarismos do menor, segundo o teorema de Lamé. Os casos mais lentos são os números de Fibonacci consecutivos, porque quase todos os quocientes valem 1. Com 89 e 55 são necessárias 9 divisões e o MDC é 1.

Posso usar com números negativos ou decimais?

Sim, com um passo prévio. Com negativos, calcula-se o MDC dos valores absolutos e o sinal entra no fim: −48/36 tem MDC 12 e fica −4/3. Com decimais, multiplicam-se numerador e denominador por uma potência de 10 até obter inteiros: 0,36/0,48 = 36/48 = 3/4.

Próximo passo

Guias de frações Ache o guia que resolve sua dúvida: o que é uma fração, por que 1/2 + 1/3 = 5/6, MDC ou MMC, dízimas periódicas ou divisões.
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