MATEMATICA FINANCEIRA - DISCUSS AO DE RESULTADOS

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Universidade Federal do Espı́rito SantoCentro de Ciências ExatasCurso de Mestrado Profissional em MatemáticaSolano Martinazzi GarciaMATEMÁTICA FINANCEIRA - DISCUSSÃO DERESULTADOS E PROPOSTA PARA CAPACITAÇÃO DEPROFESSORESVitória2014

Solano Martinazzi GarciaMATEMÁTICA FINANCEIRA - DISCUSSÃO DERESULTADOS E PROPOSTA PARA CAPACITAÇÃO DEPROFESSORESDissertação apresentada ao Curso de Mestrado Profissional em Matemática da UFES, como requisitoparcial para a obtenção do tı́tulo de Mestre emMatemática.Orientador: Etereldes Gonçalves JúniorDoutor em Matemática - IMPA-RJVitória2014

Martinazzi Garcia, SolanoMATEMÁTICA FINANCEIRA - DISCUSSÃO DE RESULTADOS E PROPOSTA PARA CAPACITAÇÃO DE PROFESSORES/ Solano Martinazzi Garcia - 2014xx.p1.Matemática financeira. I.Tı́tulo.CDU xxx.xx

A minha esposa Denize e aos meus filhos Lı́viae Marlon.Aos colegas e amigos, pelo apoio e companheirismo.

ResumoEste trabalho se inicia a partir da análise de uma questão discursiva do Vestibular da UFES para ingressantes em 2013, que envolvia conhecimentos de MatemáticaFinanceira, na qual os candidatos apresentaram um baixo ı́ndice de acertos.Para determinar as possı́veis causas desse baixo rendimento foram realizadosprimeiramente análise de materiais didáticos, onde se verificou que as deficiências dosmesmos não eram motivos que poderiam acarretar tais resultados. Logo após foramrealizadas pesquisas e testes onde se constatou que os professores de Matemática, emsua maioria, não estavam capacitados para o ensino de Matemática Financeira no EnsinoMédio.A partir desta constatação, o foco deste trabalho passou a ser a elaboraçãode uma proposta de capacitação de professores para o ensino de Matemática Financeirano Ensino Médio e também sugestões de alterações nos livros didáticos, em relação àforma de ensino de determinados conteúdos (principalmente juros simples), inclusão dealguns tópicos que não estão sendo abordados e aprofundamento em outros, introduçãodo Método das Setas para a equivalência de valores no tempo, Sistemas de Amortizaçõesde Prestações e a utilização de programas de computadores.Este trabalho tem a finalidade de contribuir para a melhoria no ensino deMatemática Financeira além de ser um suporte para os professores que poderão utilizá-locomo material de apoio para suas aulas.Palavras-chaves: Matemática Financeira, GeoGebra, Planilhas Calc, Sistemas de Amortizações de Prestações.

AbstractThis work starts from the analysis of a discursive issue of UFES’s entranceexam for freshmen in 2013, involving Financial Mathematics knowledge, in which thecandidates had a low rate of right answers.To determine the possible causes for the low performance the teaching materials analysis was first, with that it was verified that the deficiencies were not of the samereasons that could cause such results to be achieved. After researching and testing it wasfound that mathematics teachers, were mostly not trained to teach Financial Mathematicsin High School.From this finding, the focus of this work became the development of a proposalfor the training the teachers in teaching Financial Mathematics at High School and alsosuggesting changes in textbooks, about teaching certain content (mainly simple interest ),including some topics that are not being addressed and deepening in others, introductionof the method of Arrows to the equivalence of values in time, Systems amortizationpayments and the use of computer programs.This work aims to contribute to the improvement in teaching Financial Mathematics besides being a support for teachers who will be able to use it as backgroundmaterial for their classes.Keywords: Financial Mathematics, GeoGebra, Calc spreadsheets, Amortization of Payments Systems.

AgradecimentosAo Professor Dr. Etereldes Gonçalves Júnior pelos ensinamentos, pela orientação e compreenção, sem os quais este trabalho não se realizaria.A todos os Professores do PROFMAT-UFES turma 2012, Etereldes GonçalvesJúnior (Dr. IMPA-RJ), Fabio Julio da Silva Valentim (Dr. IMPA-RJ), Moacir RosadoFilho (Dr. UFES), Valmecir Antonio dos Santo Bayer (Dr. IMPA-RJ), pelos seus ensinamentos, que durante esses dois anos, contribuı́ram para o nosso enriquecimento pessoal eprofissional.Ao Professor Florêncio Ferreira Guimarães Filho (Dr. IMPA-RJ) pela grandeapoio do qual recebi e pela sua grandiosa dedicação ao curso.A Professora e Coordenadora Dra . Enga . Mecânica Rivânia H. Paulino portoda a ajuda, compreenção, apoio e incentivo para realizar este Mestrado.A Diretora da FAACZ, Vera Lúcia Cuzzuol e a Presidente da Fundação SãoJoão Batista, Dra. Celi Cabral, pelo grande apoio e incentivo.

“Aprenda como se você fosse viver parasempre. Viva como se você fosse morreramanhã.”.Mahatma Gandhi

Sumário1 Introdução82 Análise de resultados na Questão 1 do Vest-UFES 2013103 Análise de livros didáticos123.1Análise do livro Matemática - Autoria de Dante . . . . . . . . . . . . . . . 143.2Análise do livro Matemática completa - Autores Giovanni e Bonjorno . . . 143.3Análise do livro Matemática ciências e aplicações, Autor: Iezzi, Gelson eoutros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153.4Análise do livro Conexões com a Matemática . . . . . . . . . . . . . . . . . 163.5Sugestões para melhoria do ensino de Matemática Financeira . . . . . . . . 174 Projeto Fundão - UFRJ195 Teste e pesquisa com alunos da turma PROFMAT-2014-UFES215.1Pesquisa sobre formação e ensino de Matemática Financeira . . . . . . . . 215.2Teste envolvendo deslocamento de valores no tempo . . . . . . . . . . . . . 246 Teste e pesquisa com alunos calouros de Engenharia Mecânica-FAACZ 287 Porcentagem348 Calculando aumento e desconto através de fatores369 Juros3810 Juros compostos4010.1 Equivalência de capitais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

10.2 Cálculo das prestações a juros compostos com a 1a prestação paga um mêsapós . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4610.3 Cálculo das prestações a juros compostos com a 1a prestação paga no atodo financiamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4710.4 Cálculo da taxa de juros quando conhecidas as prestações . . . . . . . . . . 4710.4.1 Usando uma planilha eletrônica para determinar taxas de juros. . 4810.4.2 Usando o CAS do GeoGebra para resolver uma equação e determinar taxas de juros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5010.4.3 Analisando raı́zes de equações geradas para o cálculo de taxas dejuros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5310.4.4 Calculando taxas de juros usando o método da bisseção . . . . . . . 5711 Juros Simples6112 Comparação entre Juros Simples e Compostos7013 Sistemas de Amortizações SAC, PRICE e SACRE7413.1 SAC - Sistema de Amortizações Constantes. . . . . . . . . . . . . . . . . 7413.2 PRICE - Sistema de Prestações Constantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7713.3 SACRE - Sistema de Amortizações Crescentes . . . . . . . . . . . . . . . . 7814 Conclusão80Referências Bibliográficas82

81 IntroduçãoO baixo rendimento dos alunos na 1a questão da discursiva de Matemática doVest-UFES 2013 [1] foi o ponto de partida para este trabalho. No primeiro momento foiquestionado se os conteúdos dos livros didáticos estariam adequados para que os alunostivessem condições de resolver aquela questão. Depois de verificado que esta era umasituação improvável, um questionamento que poderia ser feito é se os professores realmenteensinam tais conteúdos, e, se não o fazem, qual é a justificativa para tal atitude. Comotodos os professores que foram questionados afirmaram terem explicado o conteúdo deMatemática Financeira, então os questionamentos passaram a ser em relação à formaçãoe preparação dos professores para o ensino deste tópico.No processo de pesquisa entrei em contato com os resultados do ProjetoFundão/UFRJ [2], um projeto que visava a capacitação de professores para o ensinode Matemática Financeira (este projeto será detalhado em um dos capı́tulos do trabalho)e concluiu-se que a formação e a capacitação de professores para o ensino de deste tópicodeveria ser o foco principal do trabalho.Foi realizada uma pesquisa nas Ementas das grades curricular do curso de Matemática da UFES na qual foi detectada que não existe nenhuma disciplina obrigatóriaque trata especificamente do ensino de Matemática Financeira. Nas grades curricularesanteriores a 2006, a ementa da disciplina MAT2010 Fundamentos da Matemática Elementar II tem como objetivo a Análise crı́tica dos principais conceitos estudados no 2o grau(denominação anterior do atual Ensino Médio), no qual estaria incluı́da a MatemáticaFinanceira com os conteúdos de porcentagem, juros simples e compostos.O aumento do poder aquisitivo da população brasileira nos últimos anos levoua um grande aumento nos volumes de compras e ofertas de créditos. Infelizmente, algo quedeveria ser motivo de comemorações, tem se tornado um sério problema devido ao grandeendividamento da população e dificuldades para honrarem seus compromissos, gerandoaltas taxas de inadimplência.Conhecimentos simples, tais como porcentagem e juros (simples e compostos),são fundamentais para que a população possa discernir sobre as vantagens ou desvantagens

1 Introdução9nas ofertas de pagamento de produtos e financiamentos.As decisões sobre compras à vista ou a prazo são difı́ceis de serem tomadaspela população em geral. Muitos brasileiros por não terem condições de efetuarem compraà vista optam pela compra a prazo e acabam pagando altas taxas de financiamento. Amaioria da população tem dificuldade de calcular quais são os juros reais que estão sendocobrados na compra a prazo.

102 Análise de resultados na Questão 1 doVest-UFES 2013A 1a questão discursiva de Matemática do Vest-UFES 2013 foi:Joana deseja comprar, em uma loja, uma lavadora de roupas e optou por um modelo cujopreço à vista é R 1.324,00. Como ela deseja parcelar o pagamento, a loja lhe ofereceualternativas de pagamento a prazo mediante a cobrança de juros sobre o saldo devedora uma taxa mensal de 10%. Joana escolheu um plano de pagamento em três prestaçõesmensais iguais.A) No caso de a primeira prestação ter vencimento no ato da compra, determine qualdeve ser o valor de cada prestação.B) No caso de a primeira prestação ter vencimento um mês após o ato da compra, determine qual deve ser o valor de cada prestação.C) Se o preço à vista da lavadora fosse R 1.389,00 e a primeira prestação fosse paga noato da compra, determine qual seria a taxa mensal de juros sobre o saldo devedor paraque o valor de cada uma das três prestações iguais fosse R 529,00.Analisando os resultados das questões discursivas da UFES para os ingressantesem 2013, esta primeira questão, que envolvia conhecimentos de Matemática Financeira,foi a questão em que os alunos apresentaram o pior desempenho, com 93,32% dos alunosobtendo nota zero.Foi feita uma análise mais criteriosa na tentativa de verificar se o problema eramaior em alunos oriundos de Escolas Públicas ou Particulares, cotistas ou não-cotistas.Nesta análise foi visto que dos alunos aprovados para o primeiro semestre letivo, o percentual de alunos que zeraram a primeira questão foi de 86,3%. Entre os cotistas o percentualfoi de 91,4% e, entre os não-cotistas, esse percentual ficou em 83%.Detalhando mais esses resultados, concluı́mos que os percentuais de alunoszerando a primeira questão foram: 68,2% dos não-cotistas que estudaram em Escolas deEnsino Médio Federal, 82,9% dos cotistas que estudaram em Escolas de Ensino MédioFederal, 93,9% dos não-cotistas que estudaram em Escolas de Ensino Médio Estadual,97,4% dos cotistas que estudaram em Escolas de Ensino Médio Estadual, 85,4% dos não-

2 Análise de resultados na Questão 1 do Vest-UFES 201311cotistas que estudaram em Escolas de Ensino Médio Particular. Estes resultados estão natabela abaixo:Figura 2.1: Análise de resultados dos ingressantes aprovados para o 1o semestre letivo de2013 na UFES que fizeram discursiva de MatemáticaAo analisar os resultados entre dos alunos aprovados para o segundo semestre,ou dos suplentes, ou ainda dos reprovados, observa-se que os mesmos são muito piores.Independente dos alunos serem cotistas ou não, de terem estudados em EscolasParticulares ou Públicas, os resultados foram insatisfatórios, por isso, tal fato mereceuum estudo mais detalhado, para determinar os motivos que estão acarretando estes resultados.

123 Análise de livros didáticosAntes do Plano Real (1994) a Matemática Financeira não era abordada pelamaioria dos livros didáticos. Os autores de livros didáticos passaram a incluir este tópicoem seus livros somente após este plano econômico e da implantação dos PCN (ParâmetrosCurriculares Nacionais). Análises deste tópico em livros didáticos já foram tema de outros TCCs, mas não será feito neste trabalho um estudo aprofundado de todos os livrosdidáticos disponı́veis, visto que após o ano 2000 tais conteúdos passaram a ter uma certaobrigatoriedade devido a implantação pelo MEC das Diretrizes Curriculares para o Ensino Médio [3]. Nos Parâmetros Curriculares Nacionais do Ensino Médio [4], página 40,segundo parágrafo, temos o seguinte texto:“Ao se estabelecer um primeiro conjunto de parâmetros para a organização do ensino de Matemática no Ensino Médio, pretende-se contemplar a necessidade da sua adequação para o desenvolvimento e promoçãode alunos, com diferentes motivações, interesses e capacidades, criandocondições para a sua inserção num mundo em mudança e contribuindopara desenvolver as capacidades que deles serão exigidas em sua vida social e profissional. Em um mundo onde as necessidades sociais, culturaise profissionais ganham novos contornos, todas as áreas requerem algumacompetência em Matemática e a possibilidade de compreender conceitose procedimentos matemáticos é necessária tanto para tirar conclusõese fazer argumentações, quanto para o cidadão agir como consumidorprudente ou tomar decisões em sua vida pessoal e profissional.”No documento da Secretaria de Educação do Espı́rito Santo, obtido no endereço: http : //www.educacao.es.gov.br/download/SEDU Curriculo Basico Escola Estadual.pdf ,obtêm-se entre as páginas 762 (107) e 780 (125), os conteúdos de Matemática Financeirae as habilidades relativas que os alunos deverão desenvolver:

3 Análise de livros didáticos13Figura 3.1: Conteúdos de Matemática Financeira e habilidades a serem desenvolvidas SEDU-ESPara este trabalho, foram feitas análises de quatro livros didáticos. Nestaordem, os livros analisados foram: Matemática, Autor: Dante, Luiz Roberto, Volume único, Editora Ática, 1a edição(2005), 6a Impressão (2011) [5]. Matemática Completa, Autores: Giovanni, José Ruy e Bonjorno, José Roberto,Volume 1, Editora FTD, 2a edição Renovada (2005) [6]. Matemática ciências e aplicações, Autor: Iezzi, Gelson e outros, Volume 1, EditoraSaraiva, 6a edição, 2010 [7]. Conexões com a Matemática, Barroso, J. M. (Editora responsável), Volume 3, Editora Moderna, 1a edição, 2010 [8].

3.1 Análise do livro Matemática - Autoria de Dante3.114Análise do livro Matemática - Autoria de DanteOs conteúdos de juros compostos apresentados neste livro conseguem dar su-porte suficiente para que os alunos consigam resolver questões equivalentes à cobradana discursiva da UFES/2013. Mesmo assim, algumas sugestões serão feitas para alertaros professores de Matemática que mesmo tendo um livro texto, ele não deve se prendertotalmente a ele, devendo procurar outras fontes complementares.A sequência didática deste livro, na unidade Noções de Matemática Financeiraé: Números proporcionais, Porcentagem, Juros simples, Juros compostos e Juros e funções.Uma crı́tica é que o autor trata juros simples da forma clássica, sem mostrarsuas verdadeiras aplicações.Ele relaciona graficamente os juros simples (função linear) e juros compostos(função exponencial), mas não faz um comparativo que mostre quando um sistema é maisvantajoso que o outro.Ele não faz um comparativo de PA para a soma das parcelas de juros simplese PG para a soma das parcelas de juros compostos, não chegando assim às fórmulaspara calcularmos as prestações se aplicadas no sistema de juros compostos, seja com umaprestação como entrada ou não. Esse tipo de cálculo é fundamental nos dias atuais, poisconvivemos com muitas ofertas de compras à prazo e nossos alunos precisam aprender aidentificar se os cálculos das prestações estão corretos.Outro tipo de situação problema que o autor não aborda no livro é o cálculo dataxa de juros cobrada em um financiamento quando fornecidos os valores e quantidadesde parcelas. Em financiamentos de duas parcelas sem entrada, ou três em que a primeiraparcela é a entrada, tal problema recai em calcular a raiz de um polinômio de grau dois,o que deveria ser relativamente fácil para os alunos de Ensino Médio.3.2Análise do livro Matemática completa - AutoresGiovanni e BonjornoOs conteúdos de juros compostos apresentados neste livro também conseguemdar suporte suficiente para que os alunos consigam resolver questões equivalentes à cobrada

3.3 Análise do livro Matemática ciências e aplicações, Autor: Iezzi, Gelson e outros 15na discursiva da UFES/2013.A sequência didática deste livro, na unidade Noções de Matemática Financeiraé: Porcentagem, Problemas envolvendo porcentagem, Lucro e prejuı́zo, Acréscimos edescontos sucessivos, Juros simples, Juros compostos, Fórmula do montante, Usandologaritmo no cálculo de juro composto e valor atual e valor futuro.Uma crı́tica, aos autores, é que assim como no livro do Dante, a forma deabordagem dos juros simples é feita da forma clássica, sem mostrar suas verdadeirasaplicações.No livro não há um relacionamento gráfico entre os juros simples (função linear)e os juros compostos (função exponencial).Também não obteve fórmulas para cálculo de prestações, o que poderia tersido feito usando a fórmula da soma de termos de uma PG.3.3Análise do livro Matemática ciências e aplicações,Autor: Iezzi, Gelson e outrosNo inı́cio do capı́tulo que trata sobre Matemática Financeira, são apresentadosos conceitos de taxas percentuais e aplicações, bem como taxas de aumentos e descontos.A introdução e os exemplos dados para juros simples são os tradicionais, ouseja, exemplo de aplicações financeiras ireais usando juros simples, mas nos exercı́ciosapresenta um exemplo real de aplicação para juros simples, que é exercı́cio 37 da página231:37. Uma conta de gás, no valor de R 48,00, com vencimento para 13/04, trazia a seguinteinformação: “Se a conta for paga após o vencimento, incidirão sobre o seu valor multade 2% e juros de 0,033% ao dia, que serão incluı́dos na conta futura”.Qual será o acréscimo a ser pago sobre o valor da próxima conta por um consumidorque quitou o débito em 17/04? E se ele tivesse atrasado o dobro de dias para efetuar opagamento?Os autores fazem uma associação dos sistemas de juros simples e compostoscom PA e PG, respectivamente e através das fórmulas obtidas, associam estes sistemasàs funções afim e exponencial em um mesmo gráfico, faltando somente uma comparação

3.4 Análise do livro Conexões com a Matemática16que determinasse quando seria mais vantajoso, para uma instituição financeira, o uso decada um dos sistemas de juros.Na seção que trata sobre juros compostos, além da fórmula de tradicional, éapresentado um exemplo em que é feito o cálculo de valor atual que po

de uma proposta de capacita c ao de professores para o ensino de Matem atica Financeira no Ensino M edio e tamb em sugest oes de altera c oes nos livros did aticos, em rela c ao a forma de ensino de determinados conteudos (pri

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