Autor: decioadams

30 de novembro de 20191 de março de 2020

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Matemática – Geometria – Razões trigonométricas.

Relações entre as razões trigonométricas.

Já vimos no post anterior as primeiras relações e iremos recordá-las agora, para depois complementar com mais algumas e resolver exercícios de aplicação.

Relação fundamental

$\color{green}{sen^{2}\beta + cos^2\beta = 1}$

tangente e cotangente

$\color{green}{tg\beta = {{sen\beta}\over{cos\beta}}}$

$\color{green}{ctg\beta = {{cos\beta}\over{sen\beta}}}$

cossecante e secante

$\color{green}{csc\beta = {1\over{sen\beta}}}$

$\color{green}{sec\beta = {1\over{cos\beta}}}$

Novas relações tiradas da fundamental

Dividindo a relação fundamental por $\color{red}{sen^2\beta}$ teremos:

${{sen^2\beta}\over{sen^2\beta}} + {{cos^2\beta}\over{sen^2\beta}} = {1\over{sen^2\beta}}$

Lembrando que $\color{navy}{{{cos\beta}\over{sen\beta}} = ctg\beta}$

$ {1 + ctg^2\beta = csc^2\beta}$$\Leftrightarrow$${\sqrt{csc^2\beta} = \sqrt{1 + ctg^2\beta}}$

$\color{maroon}{csc\beta = \sqrt{1 + ctg^2\beta}}$

Seguindo o mesmo raciocínio, agora dividindo a relação fundamental por $cos^2\beta$, e substituindo as razões equivalentes.

${{sen^2\beta}\over{cos^2\beta}} + {{cos^2\beta}\over {cos^2\beta}} = {1\over {cos^2\beta}}$$\Leftrightarrow$$ tg^2\beta + 1 = sec^2\beta$

${\sqrt{sec^2\beta} = \sqrt{1 + tg^2\beta}}$

$\color{maroon}{sec\beta = \sqrt{1 + tg^2\beta}}$

Em $tg\beta = {{sen\beta}\over{cos\beta}}$, isolando $sen\beta$ e substituindo na relação fundamental.

$\color{Brown}{sen\beta = {tg\beta}\cdot{cos\beta}}$

${tg^2\beta}\cdot{cos^2\beta} + cos^2\beta = 1$$\Leftrightarrow$$cos^2\beta\cdot{(tg^2\beta + 1)} = 1$

$cos^2\beta = {1\over{tg^2\beta + 1}}$$\Leftrightarrow$$\sqrt{cos^2\beta} = \sqrt{1\over{tg^2\beta + 1}}$

$cos\beta = \sqrt{1\over{tg\beta+1}}$

$\color{maroon}{cos\beta = \left({tg^2\beta + 1} \right) ^{-{1\over2}}}$

Procedendo da mesma forma com $ctg\beta = {{cos\beta}\over{sen\beta}}$

${ctg\beta}\cdot{sen\beta} = cos\beta $

$sen^2\beta + ({ctg\beta}\cdot{sen\beta})^2 = 1$

$sen^2\beta + {ctg^2\beta}\cdot{sen^2\beta} = 1$

$sen^2\beta\cdot({1 + ctg^2\beta}) = 1$$\Leftrightarrow$$ sen^2\beta = {1\over{1 + ctg^2\beta}}$

$\sqrt{sen^2\beta} = \sqrt{1\over{1 + ctg^2\beta}}$$\Leftrightarrow$$sen\beta = {1\over\sqrt{ctg^2\beta + 1}}$

$\color{maroon}{sen\beta = \left({ctg^2\beta + 1}\right)^{-{1\over 2}}}$

Lei dos senos.

O triângulo $\Delta{ABCA}$ é inscrito na circunferência, cujo diâmetro mede $d = 2r$. Um segmento de reta que passa pelo vértice $\hat{B}$, pelo centro e encontra a circunferência no ponto $\hat{D}$. Unimos esse ponto com o vértice $\hat{C}$, onde se forma um ângulo reto.

O triângulo $\Delta{BCDB}$ é retângulo no vértice $C$. O segmento $\overline{BC}$ é cateto oposto ao ângulo $\Delta$. Por isso:

$sen\Delta = {a\over \overline{BD}} = {a\over{2r}}$

$\color{Violet}{{a\over sen\Delta} = 2r}$

O vértice $\hat{A}$ é subtendido pelo mesmo arco $\hat{BC}$ assim como acontece com o ângulo $\Delta$. Donde se conclui que:

${{a\over sen\alpha} = 2r}$

Aplicando o mesmo raciocínio aos outros ângulos, teremos:

${{b\over sen\beta} = 2r}$

${{c\over sen\gamma} = 2r}$

Como consequência podemos estabelecer a lei dos cossenos, cujo enunciado fica assim:

Em qualquer triângulo o lado é diretamente proporcional ao seno do ângulo oposto e a razão constante é igual ao diâmetro da circunferência circunscrita.

$\color{maroon}{{a\over sen\alpha} = {b\over sen\beta} = {c\over sen\gamma} = 2r}$

Essa lei é especialmente útil na determinação dos demais elementos de um triângulo, conhecendo-se um ângulo e dois lados.

Leis dos cossenos

A altura relativa ao lado $b$, divide o triângulo em dois triângulos retângulos, onde podemos aplicar o Teorema de Pitágoras e cálcular do cosseno de um dos ângulos agudos do $\Delta{ABCA}$.

Vamos aplicar o Teorema de Pitágoras nos dois triângulos retângulos formados pela altura $h$ em relação ao lado $b$

$a^2 = h^2 + n^2$ (I)

${c^2 = h^2 + m^2}$$\Leftrightarrow$${h^2 = c^2 – m^2}$ (II)

${h^2 = c^2 – m²}$ (II)

Temos que ${b = m + n}$$\Leftrightarrow$${n = b – m}$

${n = b – m}$ (III)

${{m\over c} = cos\alpha}$$\Leftrightarrow$${m = c\cdot cos\alpha}$

${m = c\cdot cos\alpha}$ (IV)

Substituindo (II), (III) e (IV) em (I), teremos:

$a^2 = {c^2 – m^2} + {(b – m)^2}$$\Leftrightarrow$$a^2= {c^2 – \left({c\cdot cos\alpha}\right)^2} + {b^2 – 2bm + m^2}$

$a^2 = c^2 – c^2\cdot cos^2\alpha + b^2 -2b\left(c\cdot cos\alpha\right) +\left({c\cdot cos\alpha}\right)^2$

Cancelando os termos simétricos e ordenando a expressão:

$a^2 = b^2 + c^2 – c^2cos^2\alpha – 2bc\cdot cos\alpha + c^2\cdot cos^2 \alpha$

$\color{maroon}{a^2= b^2 + c^2-2bc\cdot cos\alpha}$

Aplicando o mesmo raciocínio em relação aos outros ângulos, teremos:

$\color{maroon}{b^2 = a^2 + c^2 – 2ac\cdot cos\beta}$

$\color{maroon}{{c^2 = a^2 + b^2 – 2ac\cdot cos\gamma}}$

O quadrado da medida de um lado de um triângulo qualquer é igual a soma dos quadrados dos outros lados, menos o duplo produto desses lados pelo cosseno do ângulo por eles formado.

Exercícios

01. A $csc\beta = {{3\sqrt{3}}\over5}$. Determine as demais razões trigonométricas desse mesmo ângulo.

Temos vários caminhos que nos levam aos resultados buscados. Vamos começar pela relação entre cossecante e cotangente.

$csc\beta = {\sqrt{1 + ctg^2\beta}}$

Substituindo e elevando ao quadrado teremos:

$\left({3\sqrt{3}\over5}\right)^2 = {\left({\sqrt{1 + ctg^2\beta}}\right)^2}$

$ {{9\cdot 3}\over{25}}= {1 + ctg^2\beta}$$\Leftrightarrow$${{27}\over{25}} – 1 = ctg^2\beta $

${{27 – 25}\over{25}} = ctg^2\beta$$\Leftrightarrow$$ctg^2\beta = {2\over{25}} $

$\sqrt {ctg^2\beta} = {\sqrt{2\over{25}}}$

$\color{maroon}{ctg\beta= {\sqrt{2}\over 5}}$

Temos que $tg\beta = {1\over ctg\beta}$, o que nos fornece:

$tg\beta =\left[ {1\over\left({\sqrt{2}\over5}\right)}\right]$$\Leftrightarrow$$tg\beta = \left({5\over\sqrt{2}}\right)$

Racionalizando: $ tg\beta =\left({{5\cdot\sqrt{2}}\over\sqrt{2}²}\right)$

$\color{maroon}{tg\beta= {5\sqrt{2}\over 2}}$

Se $\color{navy}{sec\beta = \sqrt{1 + tg^2\beta}}$

$sec\beta =\left[{\sqrt{1 +\left({5\sqrt{2}\over2}\right)^2}}\right]$$\Leftrightarrow$$sec\beta =\left[\sqrt{1 + {{{25}\cdot 2}\over4}}\right]$

$sec\beta = \left[\sqrt{1 + {{25}\over2}}\right]$$\Leftrightarrow$$sec\beta = \left[\sqrt{{2 + 25}\over 2}\right]$

$sec\beta =\left[\sqrt{{27}\over2}\right]$$\Leftrightarrow$$sec\beta= \left[\sqrt{{3^2\cdot 3}\over2}\right]$

$sec\beta = {3\cdot{\sqrt{3}}\over\sqrt{ 2}}$$\Leftrightarrow$$sec\beta = {{3\sqrt{6}}\over 2}$

$\color{maroon}{sec\beta = {{3\sqrt{6}}\over 2} }$

$sec\beta = {1\over cos\beta}$$\Leftrightarrow$$ cos\beta = {1\over sec\beta}$

$cos\beta = {1\over{{3\sqrt{6}}\over2}}$$\Leftrightarrow$$cos\beta = {2\over {3\sqrt{6}}}$

$cos\beta= {{{2\cdot\sqrt{6}}\over{3\cdot{\sqrt{6}}^2}}}$$\Leftrightarrow$$cos\beta = {{2\sqrt{6}}\over{3\cdot 6}}$

$\color{maroon}{cos\beta = {\sqrt{6}\over 9}}$

$csc\beta = {1\over sen\beta}$$\Leftrightarrow$$sen\beta = \left[{1\over\left({3\sqrt{3}\over5}\right)}\right]$

$sen\beta = {5\over{3\sqrt{3}}}$$\Leftrightarrow$$sen\beta = {{5\cdot\sqrt{3}}\over{3\sqrt{3}^2}}$

$\color{maroon}{sen\beta = {5\sqrt{3}\over9}}$

02. Um triângulo tem o lado $a = 8,0\, cm$, um ângulo adjacente a ele mede $\beta = 45^{0}$ e o triângulo está inscrito em uma circunferência de raio $r = 8,0\, cm$. Pede-se determinar as medidas dos outros dois lados e os ângulo $\alpha$ e $\gamma$.

Dados: $a = 8,0\, cm$; $\beta = 45^{0}$ e $r = 8,0\, cm$.

Lei dos senos: ${a\over sen\alpha} = {b\over sen\beta} = {c\over sen\gamma} = {2\cdot r}$

${a\over sen\alpha} = {2\cdot r}$$\Leftrightarrow$$sen\alpha = {a\over 2r}$

$sen\alpha = {8\over{2\cdot 8,0}}$$\Leftrightarrow$$sen\alpha ={1\over2}$

$sen\alpha = {1\over 2}$

$\color{maroon}{\alpha = 30^{0}}$

${b\over sen\beta} = {a\over sen\alpha}$$\Leftrightarrow$${b\over sen {45º}} = {8,0\over sen {30^{0}}}$

${b\over{\sqrt{2}\over 2}} = {8\over {1\over2}}$$\Leftrightarrow$$b = 8\cdot \frac{2\cdot\sqrt{2}}{2}$

$\color{maroon}{b = {8\cdot\sqrt{2}}cm}$

$\alpha + \beta + \gamma = 180^{0}$$\Leftrightarrow$$ 30^{0} + 45^{0} + \gamma = 180^{0}$

$\gamma = 180^{0} – 75^{0}$$\Leftrightarrow$$\gamma = 105^{0}$

$\color{maroon}{\gamma = 105^{0}$

${c\over sen\gamma} = 2\cdot r$

${c\over sen{(45^{0} + 60^{0})}} = 2\cdot 8 $

$\left[{c\over{(sen 45^{0}\cdot cos 60^{0} + sen 60^{0}\cdot cos 45^{0})}}\right] = 16$

$\left[{c\over{{(\sqrt{2}\over2}\cdot {1\over2}} +{{\sqrt{3}\over2}\cdot {\sqrt{2}\over2})}}\right] = 16$

$\left[{c\over{(\sqrt{2}\over 4} +{\sqrt{6}\over 4})}\right] = 16$$\Leftrightarrow$$\left[{c\over{{\sqrt{2} + \sqrt{6}}\over 4}}\right] = 16$

$c = 16\cdot{{\sqrt{2} + \sqrt{6}}\over 4}$

$\color{maroon}{c = 4\cdot\left[{\sqrt{2} + \sqrt{6}}\right] cm}$

Soma de ângulos, seno e cosseno

Imagine se deparar com uma expressão como essa: $y = sen{(\alpha + \beta)}$! ou então $y = cos{(\alpha + \beta)}$!

Simplesmente irá fazer a adição dos ângulos? Isso estará correto? No final do exercício dois acima foi usado esse recurso para obter um dos senos dos ângulos. E não foi assim. Há uma forma mais fácil de resolver essas situações.

Vejamos a demonstração de como fica essa questão. Essa demonstração normalmente não é cobrada do candidato ou aluno em provas, mas eu tenho uma aversão radical à simplesmente despejar uma fórmula e dizer apenas “é assim que se faz”. Sempre quero mostrar o “porquê?” Então me empenho em colocar tudo em pratos limpos.

Vamos inciar por desenhar um retângulo e um triângulo retângulo cuja hipotenusa é a diagonal, à qual iremos atribuir a medida de uma unidade de comprimento.

Temos a diagonal $\overline{AB}$, que é a hipotenusa do triângulo retângulo $\Delta{ABCA}$.

Vamos baixar uma perpendicular ao prolongamento da base do retângulo, a partir do vértice $C$ do triângulo.

Traçada a perpendicular $\overline{CD}$, temos agora três triângulos retângulos: $\Delta{ABEA}$; $\Delta{ABCA}$ e $\Delta{ACDA}$.

No triângulo $\Delta{ABEA}$, o ângulo do vértice $A$ é igual a soma dos ângulos agudos $\alpha + \beta$ dos outros dois triângulos e podemos escrever, pela definição das razões trigonométricas:

$sen{(\alpha + \beta)} = {{\overline{BE}}\over\overline{AB}}$ (I)

$cos{(\alpha + \beta)} = {{\overline{AE}}\over\overline{AB}}$ (II)

Vamos destacar o triângulo $\Delta{ACDA}$ e analisar as razões seno e cosseno.

O triângulo destacado está em azul claro.

Observando seus lados, temos:

$sen\alpha = {{\overline{CD}}\over\overline{AC}}$

$sen\alpha\cdot\overline{AC} = \overline{CD}$ (III)

$cos\alpha = {{\overline{AE}}\over\overline{AC}}$

$cos\alpha\cdot\overline{AC} = \overline{AE}$ (IV)

Agora vamos destacar o triângulo $\Delta{ABCA}$ e analisar as razões seno e cosseno.

No $\Delta{ABCA}$ surgem os indícios do que irá ocorrer no fechamento do raciocínio.

Neste triângulo, veremos:

$sen\beta = {{\overline{BC}}\over\overline{AB}}$

$sen\beta = {{\overline{BC}}\over 1}$$\Leftrightarrow$$sen\beta =\overline{BC}$ (V)

$cos\beta = {{\overline{AC}}\over 1}$$\Leftrightarrow$$cos\beta = \overline{AC}$ (VI)

Falta completar o quarto triângulo. Prolongamos a base superior do retângulo e o segmento $\overline{CD}$, formando $\Delta{CBFC}$, que é semelhante ao triângulo $\Delta{ACDA}$. São semelhantes pois ambos são retângulos e os lados são respectivamente perpendiculares. Por isso o ângulo com vértice no ponto $C$ é congruente ao ângulo $\alpha$.

Triângulos $\Delta{ACDA}$ e $\Delta{CBFC}$ são semelhantes. Tem lados perpendiculares e são retângulos.

Aqui temos: $sen\alpha = {{\overline{BF}}\over\overline{BC}}$ (VII)

$cos\alpha = {{\overline{CF}}\over\overline{BC}}$ (VIII)

Resumo:

$sen{(\alpha + \beta)} = {{\overline{BE}}\over\overline{AB}}$ (I)

$cos{(\alpha + \beta)} = {{\overline{AE}}\over\overline{AB}}$ (II)

$sen\alpha\cdot\overline{AC} = \overline{CD}$ (III)

$cos\alpha\cdot\overline{AC} = \overline{AE}$ (IV)

$sen\beta =\overline{BC}$ (V)

$cos\beta = \overline{AC}$ (VI)

Substituindo (V) em (VII) e (VIII):

$sen\alpha = {{\overline{BF}}\over sen\beta}$

${sen\alpha\cdot sen\beta} = \overline{BF}$ (IX)

$cos\alpha = {{\overline{CF}}\over sen\beta}$

${cos\alpha\cdot sen\beta} = \overline{CF}$ (X)

Substituindo (VI) em (III) e (IV), fica:

${sen\alpha\cdot\cos\beta} = \overline{CD}$ (XI)

${cos\alpha\cdot\ cos\beta} = \overline{AE}$ (XII)

Na figura principal, observamos que os segmentos:

$\overline{BE} = \overline{CD} + \overline{CF}$

$\overline{AE} = \overline{AD} – \overline{ED}$

Olhando as expressões (I) e (II), podemos deduzir que:

$\overline{BE} = sen{(\alpha + \beta)}$

$\overline{AE} = cos{(\alpha + \beta)}$

De onde podemos tirar que:

$sen{(\alpha + \beta)}= {sen\alpha\cdot cos\beta + sen\beta\cdot cos\alpha}$

$cos{(\alpha + \beta)} = {cos\alpha\cdot cos\beta – sen\alpha\cdot sen\beta}$

Se em lugar de $\alpha + \beta$, tivéssemos $\alpha – \beta$, bastaria trocar os sinais +/- nas expressões, ficando:

$sen{(\alpha \pm \beta)} = {sen\alpha\cdot cos\beta \pm sen\beta\cdot cos\alpha}$

$cos{(\alpha \pm \beta)} = {cos\alpha\cdot cos\beta \mp sen\alpha\cdot cos\beta}$

A partir dessas expressões podemos obter também a tangente e cotangente da soma de ângulos. Vejamos:

$tg{(\alpha + \beta)} = \left[{{sen{(\alpha +\beta)}}\over{cos{(\alpha + \beta)}}}\right]$

$tg{(\alpha + \beta)} = \left[{{sen\alpha\cdot cos\beta + sen\beta\cdot cos\alpha}\over{cos\alpha\cdot cos\beta – sen\alpha\cdot sen\beta}}\right]$

Dividindo todos os termos do segundo membro da equação por $sen\alpha\cdot cos\beta$, teremos:

$tg{(\alpha + \beta)} =\left[{{\left({{sen\alpha\cdot cos\beta}\over{sen\alpha\cdot cos\beta}}\right) + \left({{sen\beta\cdot cos\alpha}\over{sen\alpha\cdot cos\beta}}\right)}\over{\left({{cos\alpha\cdot cos\beta}\over{sen\alpha\cdot cos\beta}}\right) – \left({{sen\alpha\cdot sen\beta}\over{sen\alpha\cdot cos\beta}}\right)}}\right]$

$\color{maroon}{tg{(\alpha + \beta)} = {{1 + tg\beta\cdot ctg\alpha}\over{ctg\alpha – tg\beta}}}$

Sendo $ctg{(\alpha + \beta)} = {1\over tg{(\alpha + \beta)}}$, podemos escrever que:

$\color{maroon}{ctg{(\alpha + \beta)} = {{ctg\alpha – tg\beta}\over{1 + ctg\beta\cdot tg\alpha}}}$

Arco duplo – Seno, cosseno e …

As relações da soma e diferença de ângulos, são úteis na obtenção dos chamados “arcos duplos ou triplos”.

${sen(2\alpha)} = ?$

Lembrando que $2\alpha = \alpha + \alpha$

$sen(2\alpha) = sen\alpha\cdot cos\alpha + sen\alpha\cdot cos\alpha$

$\color{maroon}{sen(2\alpha) = 2\cdot sen\alpha\cdot cos\alpha}$

$cos(2\alpha) = cos\alpha\cdot cos\alpha – sen\alpha\cdot sen\alpha$

$\color{maroon}{cos(2\alpha) = cos^2\alpha – sen^2\alpha}$

$tg(2\alpha) = \left({{2sen\alpha\cdot cos\alpha}\over{cos^2\alpha – sen^2\alpha}}\right)$

$tg(2\alpha) =\left[{\left({{2sen\alpha\cdot cos\alpha}\over{sen\alpha\cdot cos\alpha}}\right)\over\left({{cos²\alpha – sen²\alpha}\over{sen\alpha\cdot cos\alpha}}\right)}\right]$$\Leftrightarrow$$tg(2\alpha) = \left[{2\over{{{cos^2\alpha}\over{sen\alpha\cdot cos\alpha}}} – {{sen^2\alpha}\over{sen\alpha\cdot cos\alpha}}}\right]$

$\color{Maroon}{tg(2\alpha) = {2\over{ctg\alpha – tg\alpha}}}$

Como $ctg(2\alpha) = {1\over{tg(2\alpha)}}$

temos que:

$\color{maroon}{ctg(2\alpha) = {{ctg\alpha – tg\alpha}\over 2}}$

$csc(2\alpha) = {1\over sen(2\alpha)}$

$csc(2\alpha) = {1\over{2sen\alpha\cdot cos\alpha}}$

$\color{maroon}{sec(2\alpha) = {1\over{cos^2\alpha – sen^2\alpha}}}$

Vamos deixar os exercícios para o próximo post, que será bem recheado deles. Se existir alguma dúvida sobre as demonstrações, por obséquio, pergunte para esclarecer. Não há necessidade de decorar esses procedimentos, mas entender de onde vem as expressões que depois serão utilizadas.

Curitiba, 30 de novembro de 2019

Décio Adams

23 de novembro de 201928 de fevereiro de 2020

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Matemática – Trigonometria.

Trigonometria

O nome desse assunto começa com uma palavra bem nossa conhecida trigo, o que pode nos sugerir algo bem diferente do que é na verdade. A origem da palavra trigonometria, vem da língua grega, aquela dos filósofos, matemáticos, geômetras e outras especialidades, que viveram nos tempos antigos, naquele país insular.

Nessa língua temos a palavra trígono, significando três ângulos ou seja triângulo. Na verdade já é uma palavra composta de duas partes: tri = três e gono = ângulo. Já estudamos algumas relações métricas nos triângulos, porém apenas relacionando os lados e as linhas como altura, mediana, bissetriz e mediatriz. Podemos também estabelecer relações entre os lados e os ângulos que eles formam. Esse é o assunto de que iremos falar agora e denomina-se trigonometria.

Trigonometria no triângulo retângulo.

É o estudo das relações existentes entre os ângulos de um triângulo retângulo e seus respectivos lados.

Vejamos como isso funciona.

Temos na figura um triângulo retângulo $\Delta{(ABCA)}$, junto com a sucessão de outros que lhe são semelhantes:

$\Delta{(AB_{1}C_{1}A)} \land\Delta{(AB_{2}C_{2}A)}\land \Delta{(AB_{3}C_{3}A)}$.

São semelhantes por terem todos um ângulo comum no vértice $\hat{A}$; todos têm um ângulo reto nos vértices $\hat{B}, \hat{B_{1}}, \hat{B_{2}}, \hat{B_{3}}$. Como consequência os outros ângulos agudos também são congruentes.

Quando estudamos triângulos semelhantes, vimos que eles têm os lados homólogos proporcionais. São os lados compreendidos entre dois ângulos congruentes nos dois triângulos.

Ao estudar as medidas desses lados, identificou-se a existência de uma razão constante entre os lados que são adjacentes ou opostos aos ângulos. Foi assim que surgiu a trigonometria. Poderíamos traçar uma infinidade de linhas paralelas à $\overline{BC}$, na figura acima e sempre teríamos a mesma proporção entre os respectivos lados.

Observando os triângulos da figura, vemos que os segmentos $\overline{AC}. \overline{AC_{1}}, \overline{AC_{2}}, \overline{AC_{3}}$ são as hipotenusas. Os segmentos $\overline{AB}, \overline{AB_{1}}, \overline{AB_{2}}, \overline{AB_{3}}$ são os catetos adjacentes ao ângulo $\hat{A} = \alpha$ e os segmentos $\overline{BC}, \overline{B_{1}C_{1}}, \overline{B_{2}C_{2}}, \overline{B_{3}C_{3}}$ são os catetos opostos ao mesmo ângulo agudo $\alpha$. As razões entre os lados de um triângulo retângulo, são o que denominamos razões trigonométricas, a saber:

Cosseno: é o quociente do cateto adjacente pela hipotenusa.

Esse valor é constante, para qualquer tamanho do triângulo.

$cos \alpha = \frac{cat. adj.}{hip} = \frac{\overline{AB}}{\overline{AC}} =\frac{\overline{AB_{1}}}{\overline{AC_{1}}} = \frac{\overline{AB_{2}}}{\overline{AC_{2}}} = \frac{\overline{AB_{3}}}{\overline{AC_{3}}}$

Seno é o quociente do cateto oposto ao ângulo pela hipotenusa.

$sen\alpha = \frac{cat. op.}{hip} =\frac{\overline{BC}}{\overline{AC}} = \frac{\overline{B_{1}C_{1}}}{\overline{AC_{1}}}= \frac{\overline{B_{2}C_{2}}}{\overline{AC_{2}}}=\frac{\overline{B_{3}C_{3}}}{\overline{AC_{3}}}$

Tangente é o quociente do cateto oposto ao ângulo, pelo cateto adjacente.

$tg\alpha = \frac{cat. op.}\over{cat. adj.} = \frac{\overline{BC}}{\overline{AB}} =\frac{\overline{B_{1}C_{1}}}{\overline{AB_{1}}} = \frac{\overline{B_{2}C_{2}}}{\overline{AB_{2}}} = \frac{\overline{B_{3}C_{3}}}{\overline{AB_{3}}}$

Co-tangente é o quociente do cateto adjacente pelo cateto oposto do ângulo.

$ctg\alpha = \frac{cat. adj.}{cat. op.} = \frac{\overline{AB}}{\overline{BC}} = \frac{\overline{AB_{1}}}{\overline{B_{1}C_{1}}}=\frac{\overline{AB_{2}}}{\overline{B_{2}C_{2}}} = \frac{\overline{AB_{3}}}{\overline{B_{3}C_{3}}}$

Se observarmos bem, notaremos que a Co-tangente é igual ao inverso da tangente, o que podemos exprimir assim:

$ctg\alpha = \frac{1}{tg\alpha}$

Mais uma relação entre as razões trigonométricas:

$cos\alpha = {\overline{AB}\over\overline{AC}}$$\Leftrightarrow$$\overline{AB} = {\overline{AC}\cdot {cos\alpha}}$

$sen\alpha =\frac{\overline{BC}}{\overline{AC}}$$\Leftrightarrow$$\overline{BC} = {\overline{AC}\cdot {sen\alpha}}$

$tg\alpha = \frac{\overline{BC}}{\overline{AB}}=\frac {{\overline{AC}\cdot sen\alpha}}{\overline{AC}\cdot {cos\alpha}}$

$tg\alpha = \frac{sen\alpha}{cos \alpha}$

Como vimos a tangente e a co-tangente são uma o inverso da outra. Isso nos permite concluir que:

$ctg\alpha = \frac{cos\alpha} {sen\alpha}$

Ainda existem duas outras razões trigonométricas. São elas a cossecante e a secante.

Cossecante é a denominação dada ao inverso do seno.

$csc\alpha =\frac {1}{sen\alpha}$

Equivale a $csc\alpha = \frac{hipotenusa}{cateto oposto}$

Secante é o inverso do cosseno de um ângulo.

$sec\alpha = \frac{1}{cos\alpha}$

Equivale a $sec\alpha = {{hipotenusa}\over{cateto adjacente}}$

Relação fundamental da trigonometria.

Para facilitar a escrita corrente de expressões que envolvem os lados de um polígono, é costume identificar os lados com a letra minúscula correspondente à letra maiúscula que identifica o vértice oposto.

Lembrando do estudo do triângulo retângulo, encontramos o Teorema de Pitágoras.

Vamos aplicar as definições das razões trigonométricas seno e cosseno ao triângulo acima.

$sen\alpha =\frac{c}{a}$$\Leftrightarrow$$ c = {a\cdot sen\alpha} $

$cos\alpha = \frac{b}{a}$$\Leftrightarrow$$b = {a\cdot cos\alpha}$

$a^2 = b^2 + c^2$$\Leftrightarrow$$a^2 ={(a\cdot cos\alpha)}^2 + {(a\cdot sen\alpha)}^2$

Distribuindo o expoente dos termos do segundo membro da igualdade, teremos:

$a^2 = {a^2\cdot cos^2\alpha} + {a^2\cdot sen^2\alpha}$

Cancelando o fator comum a todos os termos $a²$, chegaremos à relação fundamental.

$1 = sen^2\alpha + cos^2\alpha$

Essa relação fundamental é, de certa forma, o equivalente trigonométrico do Teorema de Pitágoras. É denominada fundamental pela importância de suas aplicações no desenvolvimento de múltiplos raciocínios dentro do assunto.

É escusado dizer que os valores das razões trigonométricas são em sua quase totalidade representadas por números decimais. Não se pode ter a pretensão de guardar de memória tal quantidade de informações. Para isso existem as tabelas trigonométricas e o mais fácil é fazer uso de calculadoras eletrônicas para obter esses valores. Em geral usamos arredondar com duas ou três casas decimais, obedecendo os critérios de arredondamento.

Os valores mais comuns são escritos na forma de razões, onde algumas contém um termo irracional (radical).

	$sen\alpha$	$cos\alpha$	$tg\alpha$	$ctg\alpha$	$csc\alpha$	$sec\alpha$
$0^{0}$	$0$	$1$	$0$	4$\infty$	$\infty$	$1$
$30^{04}$	$\frac{1}{2}$	$\frac{\sqrt{3}}{2}$	$\frac{\sqrt{3}}{3}$	$\sqrt{3}$	$2$	$\frac{2\sqrt{3}}{3}$
$45^{0}$	$\frac{\sqrt{2}}{2}$	$\frac{\sqrt{2}}{2}$	$1$	$1$	$\sqrt{2}$	$\sqrt{2}$
$60^{0}$	$\frac{\sqrt{3}}{2}$	$\frac{1}{2}$	$\sqrt{3}$	$\frac{\sqrt{3}}{3}$	$\frac{2\sqrt{3}}{3}$	$2$
$90^{0}$	$1$	$0$	$\infty$	$0$	$1$	$\infty$
$120^{0}$	$\frac{\sqrt{3}}{2}$	$-\frac{1}{2}$	$-\sqrt{3}$	$-\frac{\sqrt{3}}{3}$	$\frac{2\sqrt{3}}{3}$	$-2$
$135^{0}$	$\frac{\sqrt{2}}{2}$	$-\frac{\sqrt{2}}{2}$	$-1$	$-1$	$\sqrt{2}$	$-\sqrt{2}$
$150^{0}$	$\frac{1}{2}$	$-\frac{\sqrt{3}}{2}$	$- \frac{\sqrt{3}}{3}$	$-\sqrt{3}$	$2$	$-\frac{2\sqrt{3}}{3}$
$180^{0}$	$0$	$-1$	$0$	$-\infty$	$\infty$	$-1$

Atenção! Observe bem a tabela acima e verifique um detalhe importante. Definimos as razões entre os lados de um triângulo retângulo. Como foi visto na ocasião do estudo dos triângulos, a soma dos ângulos internos de um triângulo é sempre igual a $180^{0}$. Então, se um dos ângulos é reto, $\alpha = 90^{0}$, teremos que a soma dos outros dois ângulos, que são agudos obrigatoriamente, será igual a $\beta + \zeta = 90^{0}$. Fica fácil verificar que o seno de um dos ângulos agudos é igual ao cosseno do outro, que é seu complemento.

$sen(60º) = cos(90º – 60º) = cos(30º)$

Isso equivale a afirmar que “o seno de um ângulo é igual ao cosseno de seu complemento”

Há ainda outras igualdades que podemos inferir pela análise da tabela trigonométrica.

Exercícios

01. Um triângulo retângulo, tem a hipotenusa medindo $a = 15,0 cm$ e um de seus ângulos agudos mede $\zeta = 30^{0}$. Determine as medidas dos catetos oposto e adjacente, bem como a medida do outro ângulo agudo.

$sen\beta = {b\over a}$$\Leftrightarrow$$ sen(30^{0}) = {b\over{15,0}}$

$b = {{15,0}\cdot {1\over2}}$$\Leftrightarrow$$b = 7,5 cm$

$cos\beta = {c\over a}$$\Leftrightarrow$$ {\sqrt{3}\over2} = {c\over{15,0}}$

$c = {{15,0}\cdot{\sqrt{3}\over2}}$$\Leftrightarrow$$ c = (7,5)\cdot\sqrt{3}cm$

Se um ângulo agudo mede $\beta = 30^{0}$ o outro medirá:

$\zeta = {90^{0} – 30^{0}} = 60^{0}$

02. Um triângulo retângulo tem em um de seus ângulos agudos $cos\beta =\frac{ \sqrt{5}}{5}$. Determine o valor do seno desse mesmo ângulo. Depois obtenha os valores da tangente, cotangente, cossecante e secante.

Iremos começar pela aplicação da relação fundamental para determinar o valor do seno.

$sen^2\beta + cos^2\beta = 1$$\Leftrightarrow$$sen^2\beta + \left(\frac{\sqrt{5}}{5}\right)^2 = 1$

$sen^2\beta = 1 – \left(\frac{\sqrt{5}}{5}\right)^2$$\Leftrightarrow$$ sen^2\beta = 1 – \frac{5}{25}$

$sen^2\beta = \frac{ 5 – 1}{5} = \frac{4}{5}$

$sen\beta = \sqrt{\frac{4}{5}}$$\Leftrightarrow$$sen\beta = {2\over\sqrt{5}}$

$sen\beta= \frac{2\cdot\sqrt{5}}{5}$

$tg\beta = \frac{sen\beta}{cos\beta}$$\Leftrightarrow$$tg\beta = {\left(\frac{\frac{2\cdot\sqrt{5}}{5}}{\frac{\sqrt{5}}{5}}\right)}$

$tg\beta = \frac{2\cdot\sqrt{5}}{5}\cdot\frac{5}{\sqrt{5}}$$\Leftrightarrow$$tg\beta= 2$

$tg\beta= 2$

$ctg\beta = \frac{1}{tg\beta}$$\Leftrightarrow$$ctg\beta = \frac{1}{2}$

$ctg\beta =\frac {1}{2}$

$csc\beta = \frac{1}{sen\beta}$$\Leftrightarrow$$csc\beta =\frac {1}{\frac{2\sqrt{5}}{5}}} = \frac{5}{2\sqrt{5}} $

$csc\beta = \frac{5\cdot\sqrt{5}}{2\cdot\sqrt{5}^2} = \frac{5\cdot\sqrt{5}}{10} = \frac{\sqrt{5}}{2}$

$csc\beta = \frac{\sqrt{5}}{2}$

$sec\beta = \frac{1}{cos\beta}$$\Leftrightarrow$$sec\beta= {1}\cdot \frac{5}{\sqrt{5}}$

$sec\beta = \frac{{5}\cdot\sqrt{5}}{\sqrt{5}^2}$

$sec\beta = \frac{\not{5}}{\not{5}}\cdot\sqrt{5}$

$sec\beta = \sqrt{5}$

03. Os catetos de um triângulo retângulo medem respectivamente $b = 8,0 cm$ e $c = 6,0 cm$. Determine: a) a tangente e a cotangente do ângulo agudo $\gamma$ formado pela hipotenusa e o cateto b; b) o seno e o cosseno desse mesmo ângulo; c) a secante e a cossecante desse ângulo; d) a medida da hipotenusa.

a)Sendo sendo os catetos os segmentos $b$ e $c$, temos que a tangente será dada por:

$tg\gamma = \frac{c}{b}$$\Leftrightarrow$$tg\gamma = \frac{6,0}{8,0} =\frac {3}{4}$

$tg\gamma = \frac{3}{4}$

$ctg\gamma = \frac{b}{c}$$\Leftrightarrow$$ctg\gamma = \frac{8,0}{6,0} = \frac{4}{3}$

$ctg\gamma = \frac{4}{3}$

b)Temos que

$sen^2\gamma + cos^2\gamma = 1$

Podemos dividir a expressão toda por $cos^2\gamma$

$\frac{sen^2\gamma}{cos^2\gamma} +\frac{cos^2\gamma}{cos^2\gamma} = \frac{1}{cos^2\gamma}$

Daí tiramos que:

$tg^2\gamma + 1 =\frac {1}{cos^2\gamma}$$\Leftrightarrow$$cos^2\gamma = \frac{1}{tg^2\gamma +1}$

$cos^2\gamma =\left[\frac{1}{\left(\frac{3}{4}\right)^2 + 1}\right]$ =$\left[\frac{1}{\left(\frac{9}{16}\right)+1}\right]$

$ cos^2\gamma = \left[\frac{1}{\left(\frac{9 + 16}{16}\right)}\right]$

$cos^2\gamma = \left[\frac{1}{\left(\frac{25}{16}\right)}\right] = \frac{16}{25}$

$\sqrt{cos^2\gamma} = \sqrt{\left(\frac{16}{25}\right)} =\frac {4}{5}$

$cos\gamma = \frac{4}{5} = 0,8$

Com procedimento semelhante teremos:

$sen^2\gamma + cos^2\gamma = 1$$\Leftrightarrow$$\frac{sen^2\gamma}{sen^2\gamma} + \frac{cos^2\gamma}{sen^2\gamma} = \frac{1}{sen^2\gamma}$

$ 1 + ctg^2\gamma = \frac{1}{sen^2\gamma}$$\Leftrightarrow$$sen^2\gamma = \left[\frac{1}{ 1 + cotg^2\gamma}\right]$

$sen^2\gamma = \left[\frac{1}{1 + (\frac{4}{3})^2}\right]$$\Leftrightarrow$$sen^2\gamma = \left[\frac{1}{1 +\frac{16}{9}}\right]$

$sen^2\gamma = \left[\frac{1}{\frac{9 + 16} {9}}\right]$$\Leftrightarrow$$sen^2\gamma = \left[\frac{1}{\frac{25}{9}}\right]$

$\sqrt{sen^2\gamma} = \left[\sqrt{\frac{9}{25}}\right]$$\Leftrightarrow$$sen\gamma = \frac{3}{5} = 0,6$

$sen\gamma = \frac{3}{5} = 0,6$

c) a cossecante é $csc\gamma =\frac{1}{sen\gamma}$

$csc\gamma = \left[\frac{1}{\left(\frac{3}{5}\right)}\right]$

$csc\gamma =\frac{5}{3}$

A secante é $sec\gamma = \frac{1}{cos\gamma}$

$sec\gamma = \left[\frac{1}{\left(\frac{4}{5}\right)}\right]$

$sec\gamma = \frac{5}{4}$

d)a hipotenusa pode ser obtida de diversas formas. Vamos determiná-la a partir do seno do ângulo.

$sen\gamma =\frac {c}{a}$$\Leftrightarrow$$a = \frac{c}{sen\gamma}$

$a = \left[\frac{6,0}{\frac{3}{5}}\right]$$\Leftrightarrow$$a = \left[\frac{6,0\cdot 5}{3}\right]$

$a = \frac{30,0}{3}$

$a = 10,0 cm$

Exercícios para resolver.

01. Em um triângulo retângulo a hipotenusa mede 12,0 cm e um dos ângulos agudos adjacentes mede $\beta = 60^{0}$. Determine o seno do outro ângulo agudo, a tangente e a cotangente desse ângulo. Depois calcule as medidas dos dois catetos.

02. Em um triângulo retângulo sabe-se que a hipotenusa $a = 7\sqrt{2} cm$ e um dos catetos mede $b = 8,0 cm$. Determine o seno e cosseno do ângulo formado, a medida do outro cateto, as razões tangente, cotangente, secante e cossecante do ângulo.

03. Determine os valores de ${x}, {y}, {w}, {z}$ em cada caso:

04. Em um triângulo retângulo, determine as medidas dos ângulos agudos e da hipotenusa, sabendo que um dos catetos mede $b = 3,0 cm$ e o outro mede$\sqrt{3} cm$.

05. (Cesgranrio) Uma rampa plana, de 36 m de comprimento, faz ângulo de $30^{0}$ com o plano horizontal. Uma pessoa que sobe a rampa inteira eleva-se verticalmente de:

a) $6\sqrt{3}cm$

b) $12 m$

c) $13,6 m$

d) $9\sqrt{3} m$

e) $18 m$

06. (UFAM) Se um cateto e a hipotenusa de um triângulo retângulo medem 2a e 4a, respectivamente, então a tangente do ângulo oposto ao menor lado é:

a) $2\sqrt{3}$

b) ${\sqrt{3}\over3}$

c) ${\sqrt{3}\over6}$

d) ${\sqrt{20}\over{20}}$

e) $3\sqrt{3}$

07. Uma pessoa observa um edifício de 270 m de altura, sob um ângulo de $30^{0}$ em relação à horizontal. Admitindo que o olho desse observador encontra-se no nível do chão, qual é a distância entre o edifício e o observador?

08. Um poste de iluminação tem 10 m de altura e em dado instante projeta uma sombra de 12 m. Determine as razões trigonométricas do ângulo de incidência dos raios solares em relação ao solo.

09. Uma corda é amarrada no topo de uma árvore que está para ser removida, mas precisa ser puxada para cair na posição em que não irá causar danos. Se a altura em que a corda é amarrada é de 15 m, determine o comprimento da corda para que ela não atinja os trabalhadores encarregados ao cair. O tronco será cortado rente ao chão.

10. Uma escada é construída entre dois andares de uma edificação. A altura entre os dois andares é de 3,0 m e a distância horizontal entre o primeiro pé do primeiro degrau e a soleira do andar superior é de 3,5 m. Determine a medida da escada do ponto em que ela começa e onde termina. Qual é o ângulo de inclinação da escada em relação à vertical?

11. (Vunesp) O cosseno do menor ângulo interno de um triângulo retângulo é $\frac{\sqrt{3}}{2}$. Se a medida da hipotenusa desse triângulo é 4 unidades, então é verdade que um dos catetos desse triângulo mede, na mesma unidade,

a)$ 1$
b) $\sqrt{3}$
c) $2$
d) $3$
e) $\frac{\sqrt{3}}{3}$

11. (FGV) Na figura a seguir, o segmento BD é perpendicular ao segmento AC.

Se AB = 100m, um valor aproximado para o segmento DC é:

a) 76 m;
b) 62 m;
c) 68 m;
d) 82 m;
e) 90 m.

13. (FGV) A plateia de um teatro, vista de cima para baixo, ocupa o retângulo ABCD da figura a seguir, e o palco é adjacente ao lado BC. As medidas do retângulo são AB = 15m e BC = 20m.

Um fotógrafo que ficará no canto A da plateia deseja fotografar o palco inteiro e, para isso, deve conhecer o ângulo da figura para escolher a lente de abertura adequada.

O cosseno do ângulo da figura acima é:

a) 0,5
b) 0,6
c) 0,75
d) 0,8
e) 1,33

14. (Unoesc) Um homem de 1,80 m encontra-se a 2,5 m de distância de uma árvore, conforme ilustração a seguir. Sabendo-se que o ângulo α é de $42^{0}$, determine a altura dessa árvore.

Use:

$Seno 42^{0} = 0,669$
$Cosseno 42^{0} = 0,743$
$Tangente de 42^{0} = 0,90$

a) 2,50 m;
b) 3,47 m;
c) 3,65 m;
d) 4,05 m;

e) Nda.

15. (Enem-2013) As torres Puerta de Europa são duas torres inclinadas uma contra a outra, construídas numa avenida de Madri, na Espanha. A inclinação das torres é de 15° com a vertical e elas têm, cada uma, uma altura de 114 m (a altura é indicada na figura como o segmento AB). Estas torres são um bom exemplo de um prisma oblíquo de base quadrada e uma delas pode ser observada na imagem.

Disponível em: www.flickr.com. Acesso em: 27 mar. 2012.

Utilizando 0,26 como valor aproximado para a tangente de 15° e duas casas decimais nas operações, descobre-se que a área da base desse prédio ocupa na avenida um espaço:

a) $ A< 100 m^2$;
b) $ 100m^2<A<300m^2$;
c) $ 300m^2<A<500m^2$;.
d) $ 500 m^2<A<700 m^2;
e) $A > 700 m^2$.

Se existirem dúvidas sobre a solução dos exercícios ou sobre o conteúdo teórico, peça ajuda por um dos canais abaixo listados.

Curitiba, 23 de novembro de 2019

Décio Adams

15 de novembro de 201913 de fevereiro de 2020

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Matemática – Geometria. Geometria Plana. Polígonos

Hexágono regular

Recapitulando os polígonos regulares vistos até aqui, veremos que em todos eles existe um ponto central, onde ocorre a divisão da circunferência em triângulos congruentes.

No triângulo equilátero temos o baricentro.

As linhas que unem os vértices ao meio do lado oposto, se interceptam no centro geométrico. Cada lado subtende um ângulo central de 120º, o que perfaz uma volta completa de 360º.

O quadrado tem esse ponto determinado pelas duas diagonais, que são perpendiculares entre si, formando quatro ângulos de 90º.

É fácil perceber que as duas diagonais dividem o círculo, tanto inscrito, quanto o circunscrito em quatro partes iguais, cada uma subtendendo um ângulo central de 90º.

O pentágono regular também tem esse ponto. É o centro geométrico do polígono.

As linhas medianas, que unem os vértices ao meio dos lados opostos, formam cinco triângulos, que têm um vértice comum no ponto de intersecção dessas linhas. Cada um deles mede exatamente 72º.

Hexágono

Seguindo o mesmo critério, as linhas medianas irão dividir o hexágono em seis triângulos equiláteros. Cada um dos ângulos centrais mede então $60^{0}$. Os outros dois ângulos dos triângulos juntos medem $120^{0}$, sendo que são congruentes e portanto medem também $60^{0}$.

Sendo triângulos equiláteros, sabemos que a altura, neste caso vem a ser o apótema do hexágono; o raio R é congruente ao lado do hexágono. Então podemos determinar o apótema pela expressão:

$ l² = a² + {\left(l\over 2\right)}^{2}$$\Leftrightarrow$$a² = {{4\cdot l² – l²}\over4}$

$\sqrt {a²} = \sqrt{{3\cdot l²}\over4}$

$a = {{l\sqrt{3}}\over 2}$

Área do triângulo e do hexágono.

$S_{\Delta} = {{{{l\cdot l\sqrt{3}}}\over 2}\over 2}$

$S_{\Delta} = {{l²\sqrt{3}}\over4}$

A área do hexágono é a área de um triângulo multiplicado por 6.

$S_{hex} = 6\cdot{l²\sqrt{3}\over4} = 3\cdot{l²\sqrt{3}\over 2}$

Medida dos ângulos internos do hexágono regular.

Cada um dos seis vértices do hexágono é formado por dois ângulos adjacentes de 60^{0}. Isso faz com que cada ângulo interno seja igual a 120^{0}.

Desta forma a soma dos ângulos internos do hexágono regular é dada por:

$S_{i6} = 6\cdot 120º$

$S_{i6} = 720º$

Círculos inscrito e circunscrito ao hexágono

O lado do hexágono é a medida do raio da circunferência circunscrita e o apótema é a medida do raio da circunferência inscrita. Veja a figura.

Os dois círculos devidamente traçados, dentro e fora do hexágono.

Exercício 1. Um hexágono tem lado medindo ${l = 2,0 m}$. Determinar: a) o raio da circunferência circunscrita; b) o raio da circunferência inscrita; c) a área de um dos triângulos equiláteros internos; d) a área total do hexágono.

a) o raio da circunferência circunscrita é congruente ao lado do hexágono

${R = 2,0 m}$

b)o raio da circunferência inscrita é o apótema do hexágono.

$a = {{l\sqrt{3}}\over2}$$\Leftrightarrow$$a = {{2\sqrt{3}}\over 2}$

$a = \sqrt{3} m$

c)Temos acima a fórmula da área do triângulo.

$S_{\Delta} = {{l²\sqrt{3}}\over 4}$$\Leftrightarrow$$S_{\Delta}={{2,0}^2\sqrt{3}\over 4}$

$S_{\Delta} = \sqrt{3} m²$

d) a área toda é seis vezes a área do triângulo.

$S_{hex}= {6\cdot{l²\sqrt{3}}\over 4}$

$S_{hex} = {6\cdot\sqrt{3} m²}$

Exercício 2. Um hexágono regular está inscrito em uma circunferência de raio $R = 80,0 cm$. Determinar: a) o lado do hexágono; b) o apótema do hexágono; c) a área de um dos triângulos que formam o hexágono; d) a área total do hexágono;

a)as diagonais que unem os vértices dos ângulos internos opostos, determinam o centro da figura e dividem o hexágono em seis triângulos equiláteros. Assim ficamos com o lado igual ao raio da circunferência.

$l = R$$\Leftrightarrow$$ l = 80,0 cm$

b)o apótema coincide com a altura do triângulo equilátero.

$a = {{l\cdot\sqrt{3}}\over 2}$

$a = {{{80,0}\cdot\sqrt{3}}\over2} = 40,0\sqrt{3}cm$

c)$S_{\Delta} = {{l²\sqrt{3}}\over4}$

$S_{\Delta} = {{{80,0}^{2}\sqrt{3}}\over 4}$$\Leftrightarrow$$ S_{\Delta} = {{{6400,0}\sqrt{3}}\over4} = 1600,0\sqrt{3} cm^2$

d)o hexágono é formado por seis triângulos.

$S_{hex} = 3\cdot{{l^2\sqrt{3}}\over 2}$

$S_{hex} = 3\cdot{{{80,0}^{2}\sqrt{3}}\over2} = {9600,0}\sqrt{3} cm^2$

Heptágono regular

É sem dúvida um dos polígonos com poucos lados que é mais difícil de construir. Isso pelo fato de a divisão dos $360^{0}$ por sete ser um número decimal não exato. Isso torna as medidas dos lados sempre aproximados, bem como os ângulos.

Vejamos

${360 \div 7 = 51,428571…^{0}}$ ou ${51^{0}25’42,857…”}$

Nem mesmo fazendo a divisão em graus, minutos e segundos o resultado é exato, mas difere muito pouco disso.

Sabendo que a soma dos ângulos internos de qualquer triângulo é de $180^{0}$, teremos que os dois ângulos restantes de cada triângulo será:

$ {\hat{r} + \hat{s} + \hat{t} = 180^{0}}$

${{(51º25’42,857…”)} + \hat{s} + \hat{t} = 180^{0}}$

Como os dois ângulos são congruentes $\hat{s} = \hat{t}$

${2\cdot\hat{s} = 180º – 51,428571º}$$\Leftrightarrow$${2\cdot\hat{s} = 128,57143º}$

${\hat{s} = 64,28572º}$

Temos aí a dificuldade de construir esse polígono, mesmo usando instrumentos de desenho.

O processo de construção do heptágono regular requer o uso de instrumentos de desenho, como régua, esquadro e principalmente compasso. Usei a ideia aplicando as opções do paint e consegui fazer algo que se aproxima da figura correta.

As imprecisões devem-se ao fato de não ser possível manter a exatidão das formas que o programa oferece. Precisamos usar muito de nossa acuidade visual.

O heptágono, traçando-se um segmento que une os vértices ao meio dos lados opostos, fica dividido em sete triângulos isósceles, cujo ângulo central é o determinado acima $51,428571…º$ o que resulta em ângulos de $64,28572…º$ adjacentes aos lados do heptágono. O apótema dividirá esses ângulos internos em dois triângulos retângulos congruentes.

O triângulo ao lado simboliza um dos sete triângulos em que fica dividido o heptágono. Vamos estabelecer a relação entre o lado do polígono e o raio da circunferência, bem como o apótema.

Cada um dos dois triângulos retângulos que obtemos com o traçado do apótema têm como lados o raio R, l/2 e o apótema. R é a hipotenusa. Logo:

${R² = a² +{\left(l\over2\right)}²}$ (I)

${{l\over2} = {R\cdot{cos(64,28572º)}}}$$\Leftrightarrow$${l = 2\cdot{R}\cdot{cos(64,28572º)}}$

${l\simeq {0,868}\cdot{R}}$ (II)

O lado do hexágono é aproximadamente igual a 0,868 R.

Substituindo (II) em (I):

${R^2 = a^2 + \left({{0,868\cdot{R}}\over 2}\right)^{2}}$$\Leftrightarrow$${a^2 = R^2 – {{R^2\cdot{(0,753)}}\over 4}}$

${\sqrt{a^2} = \sqrt{{{4R^2 – 0,753R^2}\over 4}}}$$\Leftrightarrow$$a = \sqrt{{R^2\cdot{(4 – 0,753)}\over 4}}$

$a = R\cdot\sqrt{(3,247)}\over 2 $$\Leftrightarrow$$a = R\cdot{(1,8019)}\over 2$

${a\simeq 0,9R}$

O apótema de um heptágono regular é aproximadamente igual a nove décimos do raio da circunferência circunscrita.

Área de um Heptágono regular

Primeiro vamos estabelecer a área de cada um dos triângulos isósceles que formam um heptágono regular.

A base é o lado: $ l\simeq 0,868 R$

A altura é o apótema: $a\simeq 0,9R$

$S_{\Delta} = {{(0,868)\cdot R}\cdot {(0,9)\cdot R}\over 2}$ $\Leftrightarrow$$S_{\Delta} = {{{0,78}\cdot{R}}\over 2}$

$S_{\Delta} = 0,39R$

Sendo sete triângulos, basta multiplicar o resultado por esse número.

$S_{hep} = 7\cdot{(0,39R)}$$\Leftrightarrow$$S_{hep} \simeq{2,73R}$

Exercício 1. Um heptágono é inscrito num círculo de raio $R = 1,2 m$. Determine: a) o lado do heptágono; b) o apótema do heptágono; c) a área de cada triângulo isósceles que formam o heptágono; d) a área do heptágono.

$R = 1,2 m$

a) $l \simeq 0,868 R$

$l\simeq {0,868}\cdot {1,2}\simeq{1,042} m$

b)$a \simeq {0,9}\cdot {R} $

$a\simeq{0,9}\cdot {1,2}\simeq 1,080 m$

c)$S_{\Delta_{7}}\simeq {0,39}\cdot {R}$

$S_{\Delta_{7}}\simeq {0,39}\cdot{1,2} \simeq{0,468} m²$

d)$S_{hep}\simeq{2,73}\cdot{R}$

$S_{hep}\simeq{2,73}\cdot{1,2}\simeq {3,276} m^2$

Exercício 2. O apótema de um heptágono é igual a $a = 0,50 m$. Determine: a) o lado do apótema; b) a área de um dos triângulos internos; c) o raio do círculo circunscrito ao heptágono; d) a área do heptágono.

$a = {0,50}m$

$a\simeq{0,9}R$$\Leftrightarrow$$ R = {a\over{0,9}}$

a)$l\simeq{0,868}R$$\Leftrightarrow$$l\simeq{0,868}\cdot{{0,50}\over{0,9}}$

$l\simeq {{0,434}\over{0,9}}\simeq{0,482}\, m$

b)$S_{\Delta_{7}} = {0,39}\cdot {a\over{0,9}}$

$S_{\Delta_{7}}= {0,39}\cdot{0,50\over{0,9}}\simeq{0,216} m^2$

c) $a\simeq{0,9}R$

$R \simeq{\left(a\over{0,9}\right)}\simeq\left({0,50}\over{0,9}\right)\simeq{0,556} m$

d)$S_{hep}= {{2,73}\cdot{R}}$$\Leftrightarrow$$S_{hep}\simeq{2,73}\cdot{0,556}$

$S_{hep}\simeq 1,518 m^2$

Diagonais de um polígono

Quantas diagonais podemos traçar em um polígono de n lados?

Vimos que uma diagonal une dois vértices não consecutivos. Assim, tomando um vértice, os dois que lhe ficam consecutivos são excluídos, tal como o próprio vértice. Isso nos permite traçar, a partir de um vértice, tantas diagonais quantos forem os vértices, menos 3:

${D_{v} = n_{v} – 3}$ $\Rightarrow$ diagonais de um vértice.

Cada diagonal une dois vértices, o que nos leva a ter que dividir o número total aparente por dois.

${D_{p} = {{{(n – 3)}\cdot n}\over 2}}$$\Leftrightarrow$$ {D_{p} ={{n² -3n}\over2}}$

Este é o número de diagonais de um polígono. Vamos exercitar!

Exemplo 1. Quantas diagonais tem um pentágono?

${n_{v} = 5}$

${D_{pen} = {{n² – 3\cdot n}\over 2}}$$\Leftrightarrow$${D_{pen}= {{5² -3\cdot5}\over 2}}$

${D_{pen}= {{25 – 15}\over 2}}$$\Leftrightarrow$${D_{pen}= {10\over2} = 5}$

O pentágono tem cinco diagonais.

Exemplo 2. Quantas diagonais tem um quadrado?

${n_{v} = 4}$

${D_{qua}= {{4² – 3\cdot 4}\over 2}}$$\Leftrightarrow$$ {D_{qua}= {{16 – 12}\over 2}}$

${D_{qua} = {4\over 2} = 2}$$\Rightarrow$ quadrado tem duas diagonais.

Exemplo 3. Calcule o número de diagonais de um hexágono.

$ n_{v} = 6 $

${D_{hex}= {{6² – 3\cdot{6}}\over 2}}$$\Leftrightarrow$${D_{hex} = {{36 – 18}\over 2}}$

${D_{hex}= {18\over 2} = 9}$$\Rightarrow$ o hexágono tem 9(nove) diagonais.

Exemplo 4. Quantas diagonais tem um dodecágono?

${n_{v} = {12}}$

${D_{12} = {{(12)^2 – 3\cdot {12}}\over2}}$$\Leftrightarrow$${D_{12}={{144 – 36}\over 2}}$

${D_{12} = {{144 – 36}\over 2}$$\Leftrightarrow$${D_{12} = {{108}\over 2} = 54}$ – O dodecágono tem 54 diagonais.

Exemplo 5. Quantas diagonais possui um polígono de 20 lados?

$n_{v} = 20$

$D_{20}= {{20}^2 – 3\cdot{20}}\over 2}$$\Leftrightarrow$$D_{20} = {{400 – 60}\over 2}$

$D_{20}={{340}\over 2} = 170$

O polígono de 20 lados admite 170 diagonais.

Soma dos ângulos internos de um polígono.

Vimos que as diagonais dividem o polígono em triângulos isósceles, que se inscrevem em um círculo com o qual coincidem os vértices. Dessa forma os ângulos centrais, que tem vértice no centro do círculo, tem a medida obtida pela divisão da volta completa pelo número de lados.

$\hat{a}_{c} = {360\over n}$

Prolongando um lado além do vértice, temos um ângulo externo, que têm a mesma medida do ângulo central dos triângulos. Cada ângulo interno é suplementar do ângulo central dos triângulos.

$\hat{a}_{i} = {180º – \hat{a}_{c}}$$\Leftrightarrow$$\hat{a}_{i} = 180^{0} – {360^{0}\over n}$

$\hat{a}_{i} = {{{180^{0}\cdot n} -360^{0}}\over n}$

A soma dos ângulos internos é igual a medida de um ângulo interno multiplicada pelo número de vértices, que é igual ao número de lados.

$S_{a_{i}} = n\cdot{180^{0} – {360^{0}\over n}}$

$S_{a_{i}}= {180^{0}\cdot n – 360^{0}}$

Exemplo 1. Qual é a soma dos ângulos internos de um polígono de nove lados?

$S_{a_{9}} = {180^{0}\cdot n – 360^{0}}$

$S_{a_{9}} = 180^{0}\cdot 9 – 360^{0}$

$S_{a_{9}}= 1620^{0} – 360^{0} = 1240^{0}$

Exemplo 2. Determine a soma dos ângulos internos de um polígono de 12 lados.

$S_{a_{12}} = 180º\cdot 12 – 360 $

$S_{a_{12}} = 2160º – 360º = 1800º$

Exercícios para resolver.

01. Os hexágonos são polígonos que apresentam seis lados, seis ângulos internos e seis vértices. A respeito dos hexágonos regulares inscritos em uma circunferência, assinale a alternativa correta.

a) Um hexágono é chamado regular quando ele possui ângulos iguais, lados congruentes e não existe a necessidade de que seja convexo para isso.

b) Um hexágono regular inscrito tem a medida do apótema igual à medida do raio do círculo que o circunscreve.

c) Um hexágono regular inscrito tem a medida do lado igual à medida do raio do círculo que o circunscreve.

d) Um hexágono regular é chamado inscrito quando todos os seus lados são tangentes a uma circunferência.

e) Um hexágono regular inscrito possui apótema e lado iguais.

02. Qual é a medida do lado $l$ de um hexágono regular cujo apótema mede$a = 3,0 cm$?

a) $2\sqrt{3} cm$

b) $2 cm$

c) $\sqrt{3} cm$

d) $3\sqrt{3} cm$

e) $6\sqrt{3} cm$

03. Determine a medida do apótema de um hexágono regular, sabendo que a medida de seu lado é igual a $l =2\sqrt{3} cm.

a) $2\sqrt{3} cm$

b)$1 cm$

c) $2 cm$

d) $3 cm$

e) $\sqrt{3} cm$

04. Determine a medida do apótema de um hexágono regular inscrito em uma circunferência de diâmetro igual a $D= 12 cm$.

a) $2\sqrt{3} cm$

b) $3\sqrt{2} cm$

c) $3\sqrt{3} cm$

d) $6\sqrt{2} cm$

e) $6\sqrt{3} cm$

05. (FUVEST-2014). Uma das piscinas do Centro de Práticas Esportivas da USP tem o formato de três hexágonos regulares congruentes, justapostos, de modo que cada par de hexágonos tem um lado em comum, conforme representado na figura abaixo. A distância entre lados paralelos de cada hexágono é de 25 metros.

Modelo de piscina (Foto: Reprodução/Fuvest)

Assinale a alternativa que mais se aproxima da área da piscina.

a) $S\simeq1600 m²$;

b)$S\simeq1800 m²$;

c)$S\simeq2000 m²$;

d)$S\simeq2200 m²$

e)$S\simeq2400 m²$

06. Determine o apótema de um hexágono regular cujo lado mede $l = 200\sqrt{3}cm$. Depois calcule a área do hexágono.

07. Determine a área de um hexágono regular cujo lado mede $l = 4,0 cm$. Determine o perímetro desse polígono.

Havendo dúvidas, pergunte. Os canais estão à disposição para quando você precisar.

Curitiba, 15 de novembro de 2019

Décio Adams

6 de novembro de 201912 de fevereiro de 2020

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Matemática – Geometria plana – Polígonos diversos

Trapézio

É um quadrilátero que tem pelo menos dois lados paralelos, sendo os outros inclinados em relação a eles.

O perímetro é a soma dos quatro lados. Os lados paralelos são geralmente denominados bases, sendo um a base maior e o outro a base menor.

Há também os trapézios escalenos, onde os lados não paralelos não são congruentes e todos os seus ângulos são diferentes entre si.

Diagonais dos trapézios, como nos outros polígonos, unem dois vértices não consecutivos. No caso dos trapézios isósceles elas são congruentes.

Os ângulos adjacentes às bases são congruentes para cada uma das duas bases.

Área do trapézio

É sempre possível determinar uma base média, entre as bases maior e menor. Isso permite formar um retângulo cujo comprimento é a média das bases e o outro lado é a altura do trapézio. Assim:

$S_{t}= {{{B + b}\over2} \cdot h}$

A área do trapézio é igual à média das bases multiplicada pela altura.

Um trapézio isósceles tem os lados paralelos medindo $B= 8,0 cm$ e o outro $b= 4,0 cm$. A altura do polígono é de $h=3,0 cm$. Determine a área deste trapézio.

$S_{t}= {{{B + b}\over2} \cdot h}$

$S_{t}={{{{8,0}+{4,0}}\over{2}}\cdot {3,0}}$

$S_{t}= {6,0}\cdot{3,0} = 18,0 cm²$

2. Um trapézio isósceles, mede em sua base maior $B = 30,0 cm$. Se os ângulos que os lados oblíquos formam com a base são de $\theta = 45º$, quanto medem os ângulos obtusos que eles formam com a base menor? Se a altura é $h=10,0 cm$, quanto medem os lados não paralelos e qual é a área do trapézio?

Os lados não paralelos são duas transversais que interceptam duas retas paralelas. Formam de cada lado um par de ângulos alternos internos. Estes são, como vimos no estudo desse assunto, ângulos suplementares. Portanto: Um trapézio isósceles, mede em sua base maior $B = 30,0 cm$. Se os ângulos que os lados oblíquos formam com a base são de $\theta = 45º$, quanto medem os ângulos obtusos que eles formam com a base menor. Se a altura é $h=10,0 cm$, quanto medem os lados não paralelos e qual é a área do trapézio?

$â + 45º = 180º$ $\Leftrightarrow$$â = 180º – 45º$

$â = 135º$

$\overline{MP} = c$

A base da altura do trapézio determina um cateto do triângulo retângulo. Como a altura é o outro cateto, temos que os dois tem a mesma medida.

$c² = h² + b²$$\Leftrightarrow$$ c² = {10,0}² + {10,0}²$

$c² = 100,0 + 100,0$$\Leftrightarrow$$c = \sqrt{200}$

$c = 10\sqrt{2}cm$

Área: $S= {{30,0 + 10,0}\over2}\cdot 10$

$S = {40,0\over2}\cdot 10$$\Leftrightarrow$$ S = 200,0 cm²$

3. Dada a figura poligonal a seguir:

A figura é composta de dois trapézios retângulos e um triângulo, cuja área é fornecida. Observe e determine o que pede o exercício.

Sendo a área do triângulo $\Delta{(AEDA)}$ igual a $S=800,0cm²$ e é de $3\over 5$ a razão entre as áreas dos triângulos $\Delta{(AMEA)}$ e $\Delta{((DMED)}$ determine:

a)primeiramente a altura $\overline{ME}$ do triângulo;

$S_{\Delta} = {{b\cdot h}\over2}$$\Leftrightarrow$$800,0 = {{80\cdot h}\over2}$

${{{800,0}\cdot{2}}\over{80,0}} = h$$\Leftrightarrow$$ h = 20,0 cm$

b)conhecendo o segmento $\overline{ME}$, podemos determinar o segmento $\overline{EN}$;

$\overline{MN} – \overline{ME} = \overline{EN}$$\Leftrightarrow$$50,0 – 20,0 = \overline{EN}$

$\overline{EN} = 30,0 cm$

c)determine a área do retângulo $S_{ret}{(ABCDA)}$ e depois subtraia dessa área a do triângulo.

$S_{ret} = l\cdot c$$\Leftrightarrow$$S_{ret}= {50,0}\cdot{80,0}$

$S_{ret}= 4000,0 cm^2$

$S = S_{ret} – S_{\Delta}$$\Leftrightarrow$$ S = 4000,0 – 800,0$

$S = 3200,0 cm^2

d)determine os segmentos $\overline{AM} = m$ e $\overline{MD} = n$ que são as alturas dos trapézios ${(ABNEA)}$ e ${(BCNEB)}$.

$S_{\Delta_{1}} = {{m\cdot 20}\over 2}$

$S_{\Delta_{2}} = {{n\cdot20}\over 2}$

${ S_{\Delta_{1}}\over S_{\Delta_{2}}} = {{{{m\cdot 20}\over 2}}\over{{n\cdot20}\over 2}} = {3\over5}$

${ S_{\Delta_{1}}\over S_{\Delta_{2}}} = {{{{m\cdot 20}\over 2}} \cdot{{2\over{n\cdot20}}}} = {3\over 5}$

Simplificando os fatores comuns

${ S_{\Delta_{1}}\over S_{\Delta_{2}}} = {m\over n} = {3\over 5}$

$m = {{3\cdot n}\over5}$ (I)

$m + n = 80$$\Leftrightarrow$$m = 80 – n$ (II)

Substituindo (I) em (II);

$80 – n = {3n\over5}$$\Leftrightarrow$$ 5\cdot{(80 – n)} = 3n$

$400 – 5n = 3n$$\Leftrightarrow$$800 = 3n + 5n$

$8n = 400$$\Leftrightarrow$$n = {400\over8} = 50,0cm$ (III)

Substituindo (III) em (II)

$m = 80 – 50 = 30,0\,cm$

Área do trapézio $S = {{B + b}\over2}\cdot h$

$S_{1} = {{50,0 + 30,0}\over2}\cdot 30$$\Leftrightarrow$$S = 1200,0\, cm^2$

$S_{2}= {{50 + 30}\over 2}\cdot 50$$\Leftrightarrow$$S_{2}= 2000,0\, cm^2$

$S_{1} + S_{2} = 2000,0 + 1200,0 = 3200,0\, cm^2$

Exercícios para resolver

01. Calcule a área de um trapézio de altura 5 cm e bases de 8 cm e 3 cm.

02. Determine a medida da base menor de um trapézio de 100 cm² de área, 10 cm de altura e base maior de 15 cm.

03. Qual a altura de um trapézio com área de 50 cm², base maior de 6 cm e menor de 4 cm?

04. Calcule a área de um trapézio de bases medindo 10 cm e 5 cm e altura 6 cm.

05. Determine a medida da base maior de um trapézio com 150 cm² de área, 10 cm de altura e base menor medindo 12 cm.

06. Num trapézio de 8,0 cm de altura, a base maior é o dobro da base menor. Determine a medida dessas bases sabendo que a área desse trapézio é 180 cm^2.

07. Determine a altura de um trapézio de $45,0\, cm^2$ de área, base maior medindo 11.0 cm e base menor com 7,0 cm de comprimento.

08. Calcule a área colorida em azul da figura abaixo, usando as áreas do retângulo e do trapézio.

A figura é um retângulo do qual foi recortado um trapézio. Basta usar as duas fórmulas de cálculo das áreas e calcular a diferença.

09. Analise a figura poligonal e divida-a em partes das quais seja possível calcular a área e obter o total da área da figura.

É possível dividir a figura de várias formas em polígonos cujas áreas temos capacidade de calcular. A soma dessas áreas será a área da figura.

10. A figura é composta por dois polígonos. Determine as suas áreas e a área total da figura.

Havendo dúvidas, recorra por meio de um dos canais abaixo para esclarecer. Não tenha acanhamento.

Curitiba, 06 de novembro de 2019.

Décio Adams

30 de outubro de 201911 de fevereiro de 2020

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Matemática – Geometria – Geometria Plana.

Estudo detalhado do triângulo equilátero.

Depois de termos visto o Teorema de Pitágoras, podemos aplicar esse conhecimento na determinação de elementos notáveis dos triângulos equiláteros.

Como foi visto acima, é o único triângulo classificado como figura geométrica regular. Isso implica em que o traçado de suas alturas, bissetrizes dos ângulos, medianas e mediatrizes sejam coincidentes, interceptando-se em um mesmo ponto que é o centro geométrico do triângulo ou seja é o baricentro, ortocentro, incentro e circuncentro. Iremos estabelecer modos de determinação das medidas da altura, do apótema e do raio da circunferência circunscrita.

Esses três segmentos traçados a partir dos vértices, representam todas as linhas mencionadas acima. Altura, bissetriz, mediana e mediatriz de cada lado e vértice. Interceptam-se no CG da figura.

O ponto $M$, divide o lado $\overline{BC}$ em dois segmentos congruentes, equivalentes à metade do lado do triângulo. Portanto $\overline{MC} = {{l}\over{2}}$, determinando assim um triângulo retângulo $\Delta{(AMCA)}$, onde podemos aplicar o Teorema de Pitágoras.

$\overline{AC} = l $ $\Rightarrow$ hipotenusa.

$\overline{AM} = h $ $\Rightarrow$ altura do triângulo e é um dos catetos.

$\overline{MC} = {{l}\over{2}}$ $\Rightarrow$ cateto.

${l}² = h² + ({{l}\over {2}})²$ $\Leftrightarrow$ $h² = l² – {{l²}\over{4}}$

$\sqrt{h²} = {{{{4}\cdot{l²}} – l²}\over{4}}$

$h = {{{3}\cdot{l²}}\over{4}}$ $\Leftrightarrow$ $h = \sqrt {{{3}\cdot{l²}}\over{4}} $

$h = {{{l}\cdot\sqrt{3}}\over{2}}$

O apótema equivale ao segmento que representa o raio da circunferência inscrita no interior do retângulo equilátero.

O apótema é um dos catetos do $\Delta{BMOB}$, o raio da circunferência circunscrita é a hipotenusa e $\overline{BM} = {{l}\over{2}}$ é o outro cateto.

No triângulo destacado, temos:

$\overline{BO}$ $\Rightarrow$ raio da circunferência circunscrita (hipotenusa). Equivale à diferença entre a altura e o apótema.

$R = h – a $

$\overline{BM} ={{l}\over{2}}$ $\Rightarrow$ cateto.

$a$ $\Rightarrow$ apótema que é igual ao raio da circunferência inscrita.

$R² = a² + ({{l}\over{2}})²$ $\Leftrightarrow$ ${h – a}² = a² + {{l²}\over{4}}$

${h² – 2ah + a²} = a² + {{l²}\over{4}}$ $\Leftrightarrow$ $h² – 2ah =a² – a² +{{l²}\over{4}}$

$h² – {{l²}\over{4}} = 2ah$ $\Leftrightarrow$ $a = {{h^2 – {{l^2}\over{4}}}\over{2h}}$

$a = {{\left({{l}\sqrt{3}\over{2}}\right)^2 -{l²}}\over{{2{l}\sqrt{3}}\over{2}}}$$\Leftrightarrow$$a = {{{3{l}² – {l}²}\over{4}}\over{l\sqrt{3}}}$

$a = {{2{l}²\over{4}}\over{l\sqrt{3}}}$ $\Leftrightarrow$ $a = {{l²}\over{2}}\cdot{{1}\over{l\sqrt{3}}}\cdot{\sqrt{3}\over\sqrt{3}}$

$a = {{l\sqrt{3}}\over{6}}$

Estabelecemos acima que ${R = h – a}$ de onde podemos deduzir a expressão de $R$ em função do lado do triângulo.

$R = {{l}\sqrt{3}\over{2}} – {{l}\sqrt{3}\over{6}}$

$R = {{{3\cdot{{l}\sqrt{3}}} – {{l}\sqrt{3}}}\over{6}}$

$R = {{2{l}\sqrt{3}}\over{6}}$

$R = {{l}\sqrt{3}\over{3}}$

Comparando esses três elementos, podemos estabelecer que:

${{{h}\over{a}} = {{{l}\sqrt{3}\over{2}}\over{{l}{\sqrt{3}}\over{6}}}}$ $\Leftrightarrow$ ${{{h}\over{a}} = {{{l}\sqrt{3}\over{2}}\cdot {{6}\over{{l}\sqrt{3}}}}}$

${h\over {a}} = {\not{6}\over\not{2}}$ $\Leftrightarrow$ $ a = {1\over3}\cdot h $

${{{h}\over{R}} = {{{{l}\sqrt{3}}\over{2}}\over{{{l}\sqrt{3}}\over{3}}}}$$\Leftrightarrow$${{{h}\over{R}} = {{{{l}\sqrt{3}}\over{2}}\cdot{{3}\over{l}\sqrt{3}}}}$

${{h}\over{R}} = {3\over2}$

$R = {2\over3}\cdot h$

${{a}\over{R}} = {{{{l}\sqrt{3}}\over{6}}\over{{{l}\sqrt{3}}\over{3}}}$$\Leftrightarrow$$ {{a}\over{R}} = {{{{l}\sqrt{3}}\over{6}}\cdot{{3}\over{{l}\sqrt{3}}}}$

$a = {1\over2}\cdot R$

Vejamos as circunferências inscrita e circunscrita num triângulo equilátero.

Temos aí uma circunferência inscrita num triângulo equilátero. Note que o raio da mesma é o apótema do triângulo. Este equivale à ${1\over3}$ da altura do triângulo.

Aqui, além da inscrita, temos também a circunferência circunscrita, cujo raio é exatamente igual ao dobro do apótema, ou seja ${2\over3}$ da altura do triângulo.

Perímetro

Denominamos perímetro a soma das medidas de todos os lados de um polígono. Se imaginarmos fazer uma cerca ao redor do polígono usando arame, qual seria o comprimento de um fio desse produto para dar uma volta completa? Com certeza todos dirão que é só somar os lados. Pronta a resposta. Por isso dizemos que:

Perímetro de um triângulo equilátero é a soma de seus três lados.

$ p = l + l + l$ $\Leftrightarrow$$ p = 3\cdot l$

Vamos exercitar um bocado.

Um triângulo equilátero tem uma circunferência inscrita, cujo raio mede $7,0 cm$. Pede-se determinar o raio da circunferência circunscrita, a altura do triângulo e a medida do lado. Calcule também a área do triângulo.

$ r = a = {1\over2}\cdot{R}$ $\Leftrightarrow$$ 7 = {R\over2}$

$R = {7,0}\cdot{2} = 14,0 cm$

$h = a + R$

$h = 7,0 + 14,0 = 21,0 cm$

$h = {{{l}\sqrt{3}}\over{2}}$

$21,0 = {{{l}\sqrt{3}}\over{2}}$$\Leftrightarrow$${(21,0)}\cdot{2} = {l}\sqrt{3}$

${{(42,0)}\over\sqrt{3}} = l $ $\Leftrightarrow$${{{(42,0)}\cdot\sqrt{3}}\over\sqrt{3}} = l$

$l = {{{(42,0)}\cdot\sqrt{3}}\over{3}} = {{(14,0)}\cdot\sqrt{3}} cm$

$S_{3} = {{b\cdot h}\over2}$

$b = l = {(14,0)\cdot\sqrt{3}}$

$h = 21.0 cm$

$S_{3}= {{{(14,0)\cdot\sqrt{3}}\cdot{(21,0)}}\over2}$

$S_{3} = {(147,0)}\sqrt{3} cm$

2. Uma circunferência de raio $R = 30,0 cm$ é circunscrita a um triângulo equilátero. Pede-se determinar o raio da circunferência inscrita, a altura e o lado do triângulo, além de sua área.

$R = 30,0 cm$

$a = {R\over2}$

$a ={{(30,0)}\over{2}} = 15,0 cm$

$r = a = 15,0 cm$

$h = R + a$ $\Leftrightarrow$ $ h = 30,0 + 15,0 = 45,0 cm$

$h = {{{l}\cdot\sqrt{3}}\over{2}}$

$(45,0) = {{{l}\sqrt{3}}\over{2}}$$\Leftrightarrow$${{{(45,0)}\cdot{2}}\over\sqrt{3}} = l$

${{{(90,0)}\sqrt{3}}\over\sqrt{3}} = i$$\Leftrightarrow$$ l = {{(90,0)\sqrt{3}}\over{3}}$$\Leftrightarrow$$l = (30,0)\sqrt{3} cm$

$S_{3}= {{b\cdot h}\over2}$

$S_{3}= {{(30,0)\sqrt{3}\cdot (45,0)}\over2}$

$S_{3}= {(15,0)\cdot(45,0)\sqrt{3}}$$\Leftrightarrow$ $S_{3}= (675,0)\sqrt{3} cm²$

3. Um triângulo equilátero tem o lado medindo $ l = 27,0 m$. Pede-se determinar o raio da circunferência circunscrita, o raio da circunferência inscrita, a altura e a área da figura.

$R = {{l\sqrt{3}}\over 3}$

Sendo $ l = 27,0 m$, ficamos com:

$R = {{(27,0)\sqrt{3}}\over{3}}$$\Leftrightarrow$$R = (9,0)\sqrt{3} m$

$r = a = {{l\sqrt{3}}\over6}$

$r = {{(27,0)\sqrt{3}}\over 6}$$\Leftrightarrow$$ r = {{(9,0)\sqrt{3}}\over 2} m$

$h = {{l\sqrt{3}}\over 2}$

$h = {{(27,0)\sqrt{3}}\over 2}$$\Leftrightarrow$$ h = (13,5)\sqrt{3} m$

$S_{3}= {{b\cdot h}\over2}$

$S_{3} = {{(27,0)\cdot(13,5)\sqrt{3}}\over 2}$

$S_{3} = 182,25\sqrt{3} m²$

4. Um proprietário de terras, deseja cercar uma área em forma de triângulo equilátero, com 5(cinco) fios de arame liso. Se um dos lados da área mede $l = 200,0 m$, quantos metros de fio ele irá gastar para completar a cerca?

Se $p = 3\cdot l$$\Leftrightarrow$$ p = 3\cdot{200,0} = 600,0 m$

Cada fio de arame consumirá $600,0 m$ do material. Se ele quer colocar 5(cinco) fios, irá gastar:

$P = 5\cdot p$ $\Leftrightarrow$$ P = 5\cdot{600,0} = 3000,0 m$

Chegou a sua vez. Mostre do que é capaz.

Se um círculo de raio $r = 12,0 cm$ está inscrito em um triângulo equilátero, determine: a) o raio do círculo circunscrito; b) a altura do triângulo; c) o lado do triângulo; d) a área do triângulo.
Um triângulo equilátero está inscrito em uma circunferência de raio $R = 25,0 cm$. Calcule o raio do círculo inscrito nesse triângulo, a altura do triângulo e o seu lado.
Um triângulo equilátero tem altura de $h = 18,0 cm$. Quer-se saber quanto mede o raio da circunferência inscrita, o lado do triângulo e a sua área. É possível circunscrever um círculo perfeito a esse triângulo? Se for, qual é seu raio.
O perímetro de um triângulo equilátero (soma dos lados) é $p = 54,0 cm$. Determine sua altura, o apótema, o raio da circunferência circunscrita e a área do triângulo.
Um triângulo equilátero, justapõe-se a outro igual a ele, formando um losango. Sendo as diagonais desse losango de medidas $d = 12,0 cm$ e $D ={(8,0)\sqrt{3}}cm$, determine sua área, a medida dos lados, o raio da circunferência inscrita e o raio da circunferência circunscrita aos vértices mais distantes.
Um homem possui no terreno de sua casa uma sobra onde pretende colocar cerca murada. A forma é de um triângulo equilátero e vai precisar de 24 unidades de tijolos de 25,0cm, para cada fileira de um lado. Se quer fazer o muro com 8 (oito) fileiras de tijolos, quantos tijolos irá precisar para completar a obra?
Dois irmãos são sócios em 50% para cada um de um terreno em forma de triângulo equilátero. Eles querem construir suas casas e para isso precisam demarcar as parcelas que cabem a cada um. Visando proteger o terreno de intrusos, quando ali forem colocar o material para a construção, querem construir muros de todos os lados e também na divisória. Se o lado do terreno mede $l = 50,0 m$, quantos metros de muros terão que construir? Se o código de edificações em área residencial da prefeitura permite ocupar 40% da área, qual é a área máxima que cada um deles poderá ocupar com a sua moradia?
A diagonal menor de um losango, divide a figura em dois triângulos equiláteros. Se $d = 15,0 m$, determine a área de cada triângulo e a área do losango. Determine a diagonal maior da figura resultante. Determine o raio da circunferência que poderá ser inscrita na figura completa.

No caso de haver dificuldades, não hesite. Peça ajuda por meio de qualquer um dos canais abaixo.

Curitiba, 30 de outubro de 2019

Décio Adams

30 de outubro de 20191 de dezembro de 2020

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Matemática – Geometria – Geometria Plana.

Mais um pouco de Polígonos

Já temos uma noção inicial de triângulos. Podemos dar mais um passo em frente. Vamos estudar os quadriláteros. Os quadriláteros, como diz o nome, são formados por quatro lados. O quadrilátero regular é o quadrado, ou seja, é formado por quatro lados congruentes e tem quatro ângulos internos que medem ${90}^0$ cada. Os lados são paralelos dois a dois.

São os quatro tipos de paralelogramos convexos possíveis de ser traçados.

Existe uma denominação genérica para os polígonos de quatro lados paralelos. São os paralelogramos. O quadrado é um exemplo de paralelogramo, mas existem vários outros.

Paralelogramo: – figura geométrica de quatro lados, paralelos dois a dois.

Quadrado: – é um paralelogramo que tem os quatro lados congruentes, formando ângulos retos, isto é, iguais a ${90}^0$.

Losango: – é um paralelo gramo que tem os quatro lados congruentes e paralelos dois a dois, porém apenas os ângulos opostos são necessariamente congruentes.

Retângulo: – é o paralelogramo que tem os lados congruentes e paralelos dois a dois, formando ângulos retos (${90}^{0}$).

O que é uma diagonal?

Diagonal é o segmento de reta que une dois vértices não consecutivos de um polígono.

Dessa forma, os paralelogramos possuem apenas um par de diagonais que se interceptam no centro da figura. As diagonais dividem o paralelogramo em quatro triângulos. Nos quadrados e losangos os triângulos são congruentes, pois as diagonais formam entre si ângulos retos. Nos retângulos e demais paralelogramos as diagonais formam ângulos suplementares e os triângulos são congruentes dois a dois.

A figura nos mostra o que foi descrito acima. Os triângulos têm um vértice comum que é o centro da figura geométrica.

Em todas essas situações é possível aplicar o Teorema de Pitágoras para solucionar questões relativas aos lados e ângulos dos paralelogramos.

Aplicando o que foi visto em relação aos ângulos formados por paralelas e uma transversal conseguiremos mostrar que a soma dos ângulos internos de qualquer paralelogramo é igual a ${360}^{0}$.

Área de um quadrado

Para constatar que a área de um quadrado é igual à medida de seu lado, elevada ao quadrado, basta construir um quadrado e dividir com linhas horizontais e verticais. Notamos que o número de linhas de quadrinhos é igual ao de colunas, ou seja, basta multiplicar o lado por ele mesmo.

$S = {l}\cdot{l} = {l^2}$

O quadrado da figura foi divido em cinco linhas por cinco colunas, isto é, tem 25 unidades de área. Já o retângulo foi dividido em 5 linhas e 12 colunas. Multiplicando ${{5}\cdot{12}} = 60$. Isso nos dá 60 unidades de área.

Área do retângulo

Também aqui fazemos a divisão em linhas e colunas, multiplicando os resultados. Isso nos dá que:

$S = {b}\cdot {h}$

Retângulo áureo

Um retângulo que tem comprimento $a$ e largura $b$ de modo que $\frac{a}{b} = \frac{b}{a-b} = \Phi$ é denominado retângulo áureo.

Isso permite construir um segundo retângulo, de modo que a razão entre suas áreas seja igual à razão áurea.

$\frac{a\times b}{b\times b} = \frac{b\times b}{b\times(a – b)} = \Phi$

$\Phi = \frac{b^{2} + b(a – b)}{b^{2}}$$\Leftrightarrow$$\Phi = \frac{b^{2}}{b^{2}} + \frac{b(a-b)}{b^{2}}$

Simplificando os fatores comuns ficamos com:

$\Phi = 1 + \frac{a – b}{b}$$\Leftrightarrow$$\Phi = 1 + \frac{1}{\Phi}$

${\Phi}^{2} = \Phi + 1$$\Leftrightarrow$${\Phi}^{2} – \Phi – 1 = 0$

Assim provamos ser um retângulo áureo. A solução dessa equação do segundo grau é:

$\Phi = \frac{1 +\sqrt{5}}{2} = 1,618$

Área do losango

Na figura podemos observar que se completamos um retângulo, usando as medidas das diagonais do losango, a área do mesmo será igual ao dobro do losango. Isto permite que façamos o cálculo da área, multiplicando as diagonais e dividindo o resultado por $2$

$ S = {{{d}\cdot{D}}\over{2}}$

À esquerda temos um losango, onde traçamos dois segmentos paralelos à cada diagonal, formando um retângulo. Desse retângulo percebemos que somente a metade faz parte do **losango**. Dividindo a área do retângulo por dois temos a área do losango. No **paralelogramo**, recortamos um triângulo em uma extremidade e o transferimos para a outra. Assim formamos um retângulo cuja área já sabemos calcular.

$S = {b}\cdot{h}$

Área de um triângulo

Deixei essa área para esse momento, pois fica mais fácil entender a fórmula a partir da área dos paralelogramos. Vejamos a figura.

Do lado esquerdo completou-se um retângulo, traçando um segmento $\overline{CD}$ paralelo ao lado $\overline{AB}$ e outro segmento $\overline{BD}$ paralelo ao segmento $\overline{AC}$. O lado $\overline{BC}$ divide o retângulo em dois triângulos iguais. Isso nos permite fazer o cálculo da área, dividindo a área do retângulo por dois. Na direita, também completamos um retângulo e fica fácil perceber que só a metade do retângulo faz parte do triângulo, levando ao mesmo modo de cálculo da área.

A área do triângulo, seja ele qual for, é calculada pelo produto da base pela altura, dividido por dois.

$S = {{{b}\cdot {h}}\over{2}}$

Apótema do quadrado.

No quadrado fica muito mais fácil determinar o apótema. Ele é um segmento que une o centro geométrico, intersecção das diagonais, ao meio de qualquer um dos lados. Isto nos leva a concluir que:

$a = {l\over 2}$

Raio da circunferência circunscrita

O raio da circunferência circunscrita, é o segmento que une o centro geométrico a qualquer um dos vértices ou seja, tem a medida da metade da diagonal.

$d² = l² + l²$$\Leftrightarrow$ $d = \sqrt{2\cdot{l²}}$

$d = l\sqrt{2}$

Sendo $R = {d\over2}$ $\Leftrightarrow$$R = {{l\sqrt{2}}\over{2}}$

Pentágono

O nome dessa figura geométrica vem do grego penta = cinco. Portanto um polígono de cinco lados é um pentágono. Para ser um pentágono regular, é necessário que seus lados e seus ângulos internos sejam congruentes.

Cinco lados congruentes, formando ângulos internos também congruentes.

As alturas em relação a um vértice e o lado oposto, as medianas dos lados, as mediatrizes dos lados e as bissetrizes dos ângulos internos se interceptam todas no mesmo ponto, que denominaremos **centro** do pentágono.

O pentágono tem ao todo 5(cinco) diagonais. De cada vértice partem duas, mas a mesma diagonal une sempre dois vértices. É notável observar que as diagonais se interceptam entre si, formando no interior uma miniatura do pentágono, apenas em posição invertida (de cabeça para baixo).

Os segmentos de reta que unem os vértices ao centro, determinam cinco triângulos isósceles. O ângulo do vértice central é obtido dividindo-se a circunferência ${360}^{0}$, em cinco partes iguais. Fazendo centro do compasso no ponto O, abertura até os vértices, podemos circunscrever uma circunferência ao pentágono.

O ângulo central $\alpha$, é obtido pela divisão da volta completa em 5(cinco) partes iguais.

$\alpha = {{{360}^{0}}\over{4}} = {72}^{0}$

O segmento $\overline{OP} = a$ é denominado apótema do pentágono e é o raio da circunferência inscrita na figura.

O triângulo $\Delta{(OCDO)}$ é um triângulo isósceles. Isso nos leva a concluir que os dois ângulos formados pelo lado $\overline{CD}$; os lados $\overline{OC}$ e $\overline{OD}$, são congruentes $\beta_{1} = \beta_{2} = \beta$. Como os ângulos internos do triângulo somam ${180}^0$, podemos concluir que:

$\beta_{1} + \beta_{2} + {72}^0 = {180}^{0}$

$\beta_{1} + \beta_{2} = {180}^{0} – {72}^{0}$

$2{\beta} = {108}^{0}$$\Leftrightarrow$$\beta = {{{108}^{0}}\over{2}} = {54}^{0}$

Apótema – é o segmento $\overline{OP} = a$ e que corresponde à altura do triângulo $\Delta{(OCDO)}$. Este segmento divide o lado $\overline{CD}$ em dois, permitindo aplicar o Teorema de Pitágoras no $\Delta{(OMDO)}$, onde o segmento $\overline{OD} = R$ é a hipotenusa, o apótema $a$ e a metade do lado $\overline{CD} = m$ são os catetos. Temos então:

${R}^2 = a^2 + m^2$ $\Leftrightarrow$ $ a^2 = R^2 – m^2$

$\sqrt{a^2} = \sqrt{{R^2 – {[R\cdot{cos (54)^0]}}^2}}$

$a = \sqrt{{R² – {[R\cdot{cos(54)^0}]}²}}$

Com centro do compasso no centro do pentágono, abertura igual ao apótema, pode-se inscrever uma circunferência que tangencia o meio de todos os lados.

Medida do ângulo interno

Cada ângulo interno é formado por dois ângulos dos triângulos em que dividimos o pentágono. Vimos que cada ângulo mede $54^0$. Logo, o ângulo interno do pentágono mede

$\hat{i} = 2\cdot{54^0} = 108^{0}$

Sendo cinco ângulos internos $S_{5} = 5\cdot {108^0} = 540^0$

Exercitar é preciso!

Se um lote de esquina tem as medidas indicadas na figura a seguir, determine a área das duas partes que formam o L e a sua soma.

Podemos dividir o lote em dois retângulos. Um deles mede $(60,0)m X (25,0) m$ e o outro mede $(30,0)m X (25,0)m$.

Basta aplicarmos a forma de cálculo da área de um retângulo e teremos as duas áreas. Fazemos a soma e obtemos a área total do lote.

a) parte 1 $(60,0) m X (25,0)m $

$S_{1} = {b}\cdot {l}$ $\Leftrightarrow$ $ S_{1} = {(60,0)}\cdot{(25,0)} = 1500,0 m²$

b) parte 2 $(25,0) m X (30,0) m$

$S_{2} = {c}\cdot{h}$ $\Leftrightarrow$ $S_{2} = {(25,0)}\cdot{(30,0)} = 750,0 m²$

c) total $ S_{1} + S_{2} = S$

$S = 1500,0 + 750,0 = 2250,0 m²$

O total do lote é de 2250,0 m².

2. Numa quadra onde uma das ruas não é perpendicular à outra, o primeiro terreno ficou assim configurado.

Podemos dividir o lote em duas partes. Uma é um triângulo e a outra um retângulo.

Podemos identificar o triângulo $\Delta{(ABEA)}$ e o retângulo ${(BCDEB)}$.

Área do triângulo

$b = \overline{BE} = 35,0 m$

$h = \overline{AE} = {45,0 – 30,0}m$

$S_{1} = {{b\cdot h}\over 2}$$\Leftrightarrow$ $S_{1} ={{{35,0}\cdot{15,0}}\over{2}}$

$S_{1} = {{525,0}\over2} = 262,5 m²$

Área do retângulo

$b =\overline{BC} = 30,0 m$

$h = \overline{CD} = 35,0 m$

$S_{2} = b\cdot h$ $\Leftrightarrow$ $S_{2} = {30,0}\cdot{35,0} = 1050,0 m²$

Soma das áreas

$ S = S_{1} + S_{2}$ $\Leftrightarrow$$ S = 262,5 + 1050,0 = 1312,5 m²$

3. Um triângulo retângulo tem área $S = 30,0 cm²$ e sua hipotenusa mede $a = 13,0 cm$. Determine as medidas de seus catetos.

$S = {b\cdot c}\over{2} = 30,0 cm²$$\Leftrightarrow$ $b = {{60,0}\over{c}}$ (I)

$a² = b² + c² $ $\Leftrightarrow$ ${(13,0)}^2 = {\left({60,0}\over{c}\right)^2} + c^2 $

$169,0 = {{3600,0}\over{c²}}+ c²$$\Leftrightarrow$${169,0\cdot c²} = 3600 + c^4$

Fazendo $c² = x$, teremos $c^4 = x²$

$169,0 x = 3600,0 + x²$$\Leftrightarrow$ $x² – 169,0 x + 3600,0 = 0$

Usando a fórmula $ x = {{-b \pm\sqrt{b² – 4\cdot a\cdot c}}\over{2\cdot a}}$

$x = {{-(-169,0)\pm\sqrt{{169,0}^2 – 4\cdot 1\cdot 3600}}\over{2\cdot 1}}$

$ x = {{169,0\pm\sqrt{28561 – 14400}}\over{2}}$

$x = {{169,0\pm\sqrt{14161}}\over{2}}$$\Leftrightarrow$$x={{169,0\pm{119}}\over{2}}$

$x_{1} = {{169,0 + 119,0}\over{2}} = {288,0\over 2} = 144,0$

$S_{2} = {{169,0 – 119,0}\over{2}} = {{50.0}\over {2}} = 25,0$

Substituindo em $c² = x$

$c² = 144,0$$\Leftrightarrow$$\sqrt{c²} = \sqrt{144.0}$

$c = 12,0 cm$

$c² = 25$$\Leftrightarrow$$c =\sqrt{25,0} = 5,0 cm$

Os catetos do triângulo medem respectivamente $5,0 cm$ e $12,0 cm$

Agora é sua vez.

Um poste de iluminação, projeta uma sombra de 8,0 m, quando o sol está em determinada inclinação. Se a altura do poste é de 6,0 m, determine a distância entre a extremidade superior do poste e a extremidade da sombra projetada.
Um losango tem a diagonal menor medindo $d = 16,0 cm$. Se sua área é de ${S = 240,0 cm²$ qual é a medida de sua diagonal menor?
Um retângulo tem a diagonal medindo $ d = 20,0 cm$ e sua largura é de $l = 12,0 cm$. Determine a medida do comprimento e a área do retângulo.
Um triângulo retângulo tem hipotenusa igual a $a = 25,0 m$ e um de seus catetos mede $b = 20,0 m$. Determine a medida do outro cateto e também a área do triângulo.
Um quadrado está inscrito em uma circunferência de raio ${R = 5,0 m$. Determine o raio da circunferência que se inscreve exatamente no interior desse quadrado, a medida do lado desse quadrado e a área do mesmo.
Um retângulo mede $ b = 6,0 cm$ e $h = 10,0 cm$. Determine a medida de sua diagonal, o raio da circunferência que se inscreve totalmente no interior do mesmo, a área desse retângulo.
Um paralelo gramo tem comprimento de $c = 25,0 cm$. Sua área é de $S = 300,0 cm²$. Calcule sua largura e a medida dos lados menores.
O apótema de um quadrado mede $a = 6,0 m$. Determine a medida de seu lado, a medida das diagonais e sua área.
Um losango tem as diagonais medindo $d=12,0 cm$ e $D=16,0 cm$. Determine a área desse losango, a medida de seu lado e depois calcule o raio da circunferência que se pode inscrever no seu interior. (Desafio)

Se tiver dúvidas, venha depressa pedir auxilio por um dos canais abaixo.

Curitiba, 30 de outubro de 2019

Décio Adams

26 de outubro de 20193 de dezembro de 2020

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Matemática – Geometria – Geometria Plana.

Triângulo retângulo

Como mencionei no final do post anterior, vamos dedicar esse especialmente ao estudo do triângulo retângulo.

Triângulo retângulo pitagórico

Já no tempo a.C., o matemático e filósofo grego Pitágoras, estabeleceu uma relação importante entre os lados de um triângulo retângulo. Analisando detidamente os lados desse polígono, descobriu que, se construirmos um quadrado com as medidas dos respectivos lados do triângulo, os dois quadrados correspondentes aos catetos, somados tem a mesma área do quadrado que corresponde à hipotenusa.

O quadrado correspondente ao cateto b tem 9(nove) unidades de área; o quadrado correspondente ao cateto c tem 16(dezesseis) unidades de área e o quadrado correspondente à hipotenusa, tem 25(vinte e cinco) unidades de área. Os quadrados dos catetos, têm a mesma área do quadrado da hipotenusa.

Essa conclusão é denominada de Teorema de Pitágoras. Seu enunciado ficou assim estabelecido:

“O quadrado da hipotenusa é igual à soma dos quadrados dos catetos”.

${{a^2} = {b^2} + {c^2}}$

Nem todos os triângulos retângulos têm os lados na exata medida para resultarem em três números inteiros. Na verdade a imensa maioria deles resulta em lados com aproximação decimal. Aqueles que têm os lados na exata medida, são denominados Triângulos Pitagóricos.

Vamos tomar dois exemplos e mostrar como funciona.

Determinar a hipotenusa de um triângulo retângulo cujos catetos medem respectivamente 6,0 cm e 8,0 cm.

${b = 6,0 cm}$ e ${c = 8,0 cm}$

${{a^2} = {b^2} + {c^2}}$ $\Leftrightarrow$ $a^2 = {(6,0)}² + {(8,0)}² $

$a² = 36,0 + 64,0$ $\Leftrightarrow$ $ a = \sqrt{100,0} = 10,0 cm$

Esse é mais um exemplo de triângulo pitagórico.

2. Determinar o outro cateto do triângulo, que tem por hipotenusa um segmento de 8,0 cm e um dos catetos mede 5,0 cm.

$a = 8,0 cm$

$b = 5,0 cm$

$a² = b² +c²$ $\Leftrightarrow$ $(8,0)² = (5,0)² + c²$

$64,0 = 25,0 + c²$ $\Leftrightarrow$ $c² = 64,0 – 25,0$

$\sqrt{c²} = \sqrt{39,0}$ $\Leftrightarrow$ $c \simeq 6,245$

Este já não é triângulo pitagórico, embora o teorema se aplique também nele.

3. Vamos determinar a altura do triângulo da figura, em relação ao lado maior $a = 7,0 m$, sendo os dois outros lados respectivamente $b = 5,0 m$ e $c =3,0m$.

Temos um triângulo escaleno obtusângulo.

Vamos traçar pelo vértice $\hat{A}$, a altura em relação ao lado $a$.

A altura h dividiu o triângulo $\Delta{ABCA}$ em dois triângulos retângulos.

Temos agora os triângulos retângulos $\Delta{ABMA}$ e $\Delta{ACMA}$.

No primeiro:

$c $ $\Rightarrow$ hipotenusa

$m ; h$ $\Rightarrow$ catetos

$c² = h² + m² $ $\Leftrightarrow$ $h² = c² – m²$ (I)

No segundo

$b$ $\Rightarrow$ hipotenusa

$n; h$$\Rightarrow$ catetos

$b² = h² + n²$ $\Leftrightarrow$ $h² = b² – n²$ (II)

Igualando as expressões (I) e (II), teremos:

$ c² – m² = b² – n²$ (III)

Na figura temos que: $m + n = a$ $\Leftrightarrow$$m = a – n$ (IV)

Substituindo (IV) em (III): $c² – {(a – n)}² = b² – n²$

$c² -(a² – 2an + n²) = b² – n²$ $\Leftrightarrow$ $c² – b² = a² – 2an + n² – n²$

$(3,0)² – (5,0)² = (7,0)² – 2\cdot{7,0}\cdot{n}$

$9,0 – 25,0 = 49,0 – 14,0 n$ $\Leftrightarrow$ $14,0n = 40,0 + 25,0$

$n = {{65,0}\over{14}}$$\Leftrightarrow$ $ n = 4,64 m$

$h²= b² – n²$ $\Leftrightarrow$ $ h² = (5,0)² – (4,64)²$

$h² = 25,0 – 21,53$ $\Leftrightarrow$ $ h = \sqrt{3,47} \simeq 1,86 m$

4. Determine a altura de um triângulo equilátero cujos lados medem 5,0 m cada.

No triângulo equilátero, a altura divide o triângulo em dois triângulos retângulos congruentes.

Sabemos que os lados medem $ 5,0 m$. A altura divide o lado oposto ao vértice $\hat{A}$ em duas metades, de modo que os dois triângulos resultantes são congruentes.

$a = 5,0 m$; $b = 5,0 m$ e $c = 5,0 m$

Aplicando o Teorema de Pitágoras a um dos triângulos retângulos, teremos:

$b² = h² + {\left(a\over 2\right)}²$ $\Leftrightarrow$ $(5,0)² = h² + {\left(5\over 2\right)}²$ $\Leftrightarrow$ $h² = 25,0 – {{25}\over{4}}$

$\sqrt{h²} = \sqrt{(25,0 – 6,25)}$ $\Leftrightarrow$ $ h = \sqrt{18,75} = 4,33 m$

Demonstramos que a medida aproximada da altura do triângulo equilátero é $h\simeq 4,33 m$.

Hora de se virar sozinho

Um triângulo isósceles têm os lados congruentes medindo 8,0 cm e o lado oposto ao ângulo formado pelos primeiros, mede 6,0 cm. Determine a altura desse triângulo em relação ao lado menor.
Um triângulo retângulo tem a hipotenusa medindo 13,0 cm e um dos catetos mede 5,0 cm. Determine a medida do outro cateto e também a altura em relação à hipotenusa.
Um triângulo equilátero obtuso, mede 10,0 cm na sua base e a altura até seu vértice é de 5,0 cm. Determine a medida dos dois lados congruentes.
Um triângulo escaleno tem os lados com as medidas $a = 7,0 cm$, $b = 9,0 cm$ e $c= 12,0 cm$. Determine a altura em relação ao lado maior e as medidas dos segmentos que ela determina sobre este lado $c$.
Se a altura de um triângulo retângulo, em relação à hipotenusa mede $h = 9,0 cm$ e um dos catetos mede $b = 12,0 cm$, determine o outro cateto $c$, a hipotenusa e os dois segmentos em que a hipotenusa fica dividida.
Sendo a base de um triângulo isósceles $a = 18,0 cm$, e a altura medindo $h = 24,0cm$, pede-se determinar os dois lados congruentes.

Havendo dificuldades, faça contato comigo por meio de um dos canais abaixo listados, podendo inclusive apresentar exercícios ou dificuldades sobre o assunto, provenientes de outras fontes como cursos presenciais, EAD ou livros e apostilas.

Curitiba, 26 de outubro de 2019

Décio Adams

26 de outubro de 20191 de dezembro de 2020

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Matemática – Geometria – Geometria Plana.

Linhas Poligonais

Linhas poligonais abertas são as linhas em que as extremidades não se tocam. Podem ser curvas, segmentos de reta, um tendo extremidade comum com o seguinte.

A linha não fecha, isto é, não forma uma área delimitada em seu interior.

As linhas poligonais fechadas formam o que denominamos geralmente de figuras geométricas ou polígonos. Esse nome vem do grego: poli = mais de dois e gono = ângulo. Então a figura fechada com mais de dois ângulos é um polígono.

O polígono com menor número de lados é o triângulo, depois vêm os quadriláteros, os pentágonos, hexágonos e assim sucessivamente. O polígono com um número infinito de lados é uma circunferência ou pode ser uma elipse também.

Polígonos regulares e irregulares

Regulares são os polígonos formados por lados iguais. Os lados são os segmentos de reta compreendidos entre dois ângulos consecutivos.

Irregulares são os polígonos formados por lados cujas medidas não são iguais.

Triângulos

Triângulo equilátero, que é também equiângulo é todo triângulo formado por três lados congruentes e em consequência os ângulos internos também são congruentes. Esses ângulos são todos agudos, isto é, medem menos de $90^{0}$.

É o único triângulo que podemos classificar como um polígono regular. Seus lados são congruentes e seus ângulos internos também.

Triângulo isósceles: – é o triângulo que tem dois lados congruentes. A altura, traçada em relação ao lado oposto, divide o triângulo em dois triângulos retângulos congruentes.

O ângulo formado pelos lados congruentes pode ser agudo, reto ou obtuso.

Triângulo escaleno: – é o triângulo que tem os três lados com medidas diferentes. Pode ser retângulo, acutângulo ou obtusângulo.

Triângulo retângulo: – tem necessariamente um ângulo reto, podendo os outros dois ser congruentes ou diferentes, mas sempre menores que$90^{0}$

Os lados do ângulo reto são denominados **catetos** e o terceiro lado, maior, que é oposto ao ângulo reto, denomina-se **hipotenusa.**

Triângulo obtusângulo: – tem um ângulo obtuso, sendo os outros dois agudos.

Os triângulos obtusângulos podem ser escalenos ou isósceles. É essencial que um dos três ângulos internos seja maior que $90^{0}$.

Soma dos ângulos internos do triângulo.

Vejamos a figura .

Prolongando dois lados e no vértice traçando uma paralela ao outro lado, formamos dois ângulos correspondentes aos ângulos da base e um que é oposto pelo vértice ao terceiro. Pela figura vemos que esses três ângulos somados totalizam $180^{0}$. Essa soma é sempre a mesma, para qualquer triângulo.

Como podemos observar na figura, os ângulos formados pelos prolongamentos dos dois lados e a paralela ao outro lado, passando pelo vértice oposto a ela, são respectivamente opostos pelo vértice e os outros dois são ângulos correspondentes, formados por uma transversal a retas paralelas. Os três ângulos completam exatamente um ângulo raso, ou seja $180^{0}$. Isso irá ocorrer com qualquer triângulo, não importando as medidas de seus ângulos internos. A soma dos mesmos será sempre a mesma. Dará $180^{0}$.

Podemos estabelecer que:

$\alpha \lt(\beta + \gamma)$

$\beta \lt (\alpha + \gamma)$

$\gamma \lt (\beta + \alpha)$

Também podemos estabelecer que cada ângulo é maior do que o módulo da diferença dos outros dois.

$\alpha \gt |\beta – \gamma|$

$\gamma \gt |\alpha – \beta|$

$\beta \gt |\alpha – \gamma|$

Segmentos notáveis num triângulo

Altura: – é o segmento que une um vértice ao lado oposto formando com ele um ângulo reto. Como mostram as várias figuras, esse segmento pode estar localizado no interior do triângulo, como também pode estar fora, como acontece nos ângulos obtusângulos, quando é traçada em relação a um dos lados menores. Nos triângulos retângulos, as alturas em relação aos catetos, são os próprios. As alturas traçadas em relação aos três lados, se interceptam em um ponto, que pode estar localizado fora da figura. Este ponto é o chamado ortocentro do triângulo

Habitualmente a altura é simbolizada pela letra h, o que não é regra, apenas uma sugestão. A intersecção das alturas é denominada de **ortocentro** do triângulo.

Bissetriz: – denominamos bissetriz a reta ou segmento de reta que divide um ângulo ao meio. Todo triângulo possui três bissetrizes, que se interceptam em um ponto, no interior do polígono. A intersecção das bissetrizes denomina-se incentro, isto é, centro do compasso nesse ponto e abertura até qualquer um dos lados, pode-se traçar uma circunferência inscrita no interior do triângulo. Ela será tangente aos três lados do triângulo.

As bissetrizes inscrevem uma circunferência no interior do triângulo. Esta circunferência toca os três lados do triângulo.

Obs.: O triângulo equilátero e equiângulo, é o único triângulo que pode ser denominado como figura geométrica regular. Por isso dedicaremos especial atenção a alguns detalhes. (Final.)

Medianas de um triângulo: – denominamos medianas as retas ou segmentos de reta que contém um vértice e o ponto médio do lado oposto a esse vértice, em qualquer triângulo. A intersecção das medianas determina o ponto denominado baricentro. Em outras palavras significa que uma lâmina triangular de material e espessura uniforme fica em equilíbrio se suspensa por esse ponto.

A intersecção das medianas determina o **centro de massa** de uma lâmina em forma de triângulo, sendo feita de material uniforme e espessura constante.

Mediatrizes de um triângulo: – são segmentos de reta levantados perpendicularmente ($90^{0}$) ao ponto médio de cada um dos lados do triângulo. A intersecção desses segmentos determina o ponto denominado circuncentro. Centrando o compasso nesse ponto e com abertura aos vértices, pode-se traçar uma circunferência circunscrita ao triângulo.

As mediatrizes permitem circunscrever uma circunferência ao triângulo, contendo os três vértices.

Triângulos semelhantes

Dois ou mais triângulos são semelhantes se eles tiverem ao menos dois ângulos congruentes. Como a soma dos ângulos internos de qualquer triângulo é sempre igual a $180^{0}$, a congruência entre dois ângulos, implica necessariamente que o terceiro ângulo também seja congruente.

Os triângulos semelhantes têm uma característica importante. A congruência entre seus ângulos faz com que os lados que formam os respectivos ângulos sejam proporcionais.

Aqui temos dois triângulos equiláteros e portanto são semelhantes. Não são congruentes pois seus lados têm medidas diferentes, porém eles são proporcionais.

Observando os lados correspondentes podemos escrever a proporção:

$ {a\over a’} = {b\over b’} = {c\over c’}$

Agora temos dois triângulos retângulos, onde os ângulos congruentes determinam a proporcionalidade entre os lados correspondentes.

${m\over m’} = {n\over n’} = {p\over p’}$

Temos aqui um triângulo retângulo, onde a altura $h$ divide o ${\Delta}{(ABCA)}$ em dois triângulos semelhantes entre si e ao original.

No triângulo retângulo, temos o angulo reto $\widehat{(BAC)}$, e os ângulos agudos $\widehat{(ABC)}$ e $\widehat{(ACB)}$. Ao traçar a altura $h$ passamos a ter dois triângulos retângulos com os ângulos retos adjacentes $\widehat{(AMB)}$ e $\widehat{(AMC)}$. Tanto o $\Delta{(AMBA)}$ quanto o $\Delta{(AMCA)}$ têm um ângulo comum com o $\Delta{(ABCA)}$. Sendo assim ambos são semelhantes ao triângulo maior e consequentemente são semelhantes entre si. Isso nos permite escrever a proporção:

${m\over h} = {h\over n}$$\Leftrightarrow$$ h² = m\cdot n$

Entre estas expressões a que mais usamos em aplicações variadas é a última, que costuma ser enunciada como:

“Num triângulo retângulo a altura relativamente à hipotenusa é média proporcional entre as projeções dos catetos sobre ela”.

Como demonstramos acima.

Triângulo áureo

O triângulo áureo básico é aquele que tem por hipotenusa um segmento cuja medida é igual à razão áurea $a = \Phi$. Os catetos são $b = \sqrt{\Phi}$ e $c = 1$. Todos os triângulos semelhantes a esse, quer sejam maiores ou menores são triângulos áureos. Seus lados serão respectivamente proporcionais.

Podemos determinar os ângulos internos de qualquer triângulo áureo.

Por definição o ângulo entre os lados menores é reto. Mede $90^{0}$.

Os ângulos agudos são opostos aos catetos. Vejamos:

$sen^{-1}\gamma = \frac{\sqrt{\Phi}}{\Phi} = \frac{\sqrt{1,618}}{1,618}$

$\color{Navy}{sen^{-1}\gamma\simeq 51,828^{0}}$

$sen^{-1}\alpha = \frac{1}{\Phi} = \frac{1}{1,618}$

$\color{Navy}{sen^{-1}\alpha\simeq 38,172}$

Soma dos lados de um triângulo

Perímetro: – é a soma dos três lados do triângulo.

$p_{\Delta} = a + b + c$

Soma de dois lados: – em qualquer triângulo a soma de dois lados será sempre maior do que o terceiro lado.

$a \lt b + c$

$b \lt a + c$

$c \lt a + b$

Diferença entre dois lados: – o módulo da diferença entre dois lados de um triângulo é sempre menor do que o outro lado.

$|a – b| \lt c$

$|a – c| \lt b$

$|b – c| \lt a$

O triângulo retângulo tem uma característica importante, que veremos no próximo post. É uma figura geométrica de grande importância, com inúmeras situações em que se aplicam os conhecimentos a seu respeito.

Algumas perguntas para pensar?

Um triângulo retângulo pode ser equilátero?

( ) sim; ( ) não; Porquê?…………………………………

2. Um triângulo escaleno pode ser retângulo?

( ) sim; ( ) não; Porquê?………………………………

3. Um triângulo equilátero pode ser obtusângulo?

( ) sim; ( ) não; Porquê? ……………………………………

4. Um triângulo isósceles pode ser retângulo?

( ) sim; ( ) nâo; Porquê? …………………………………

5. Um triângulo isósceles pode ser obtusângulo?

( ) sim; ( ) não; Porquê?…………………………………..

06. Um triangulo equilátero e um obtusângulo podem ser semelhantes? ( ) sim; ( )não; Porquê? ……………………………………………………………………………..

07. Se um triângulo deve ser construído com os lados medindo 3,0 cm, 5,0 m e 10,0 cm, é possível essa construção? ( )sim; ( )não; Porquê? Pense bem antes de responder. ………………………………………………………………………………………………..

08. Se a hipotenusa de um triângulo áureo mede $a = 5,0\,cm$, quais são as medidas de seus catetos?

09. O cateto menor de um triângulo áureo mede $c = 3,2\,cm$. Determine a medida do outro cateto e da hipotenusa.

10. A soma dos catetos de um triângulo áureo mede $b + c = 6,0\,cm$. Determine as medidas dos catetos e também da hipotenusa.

11. Um triângulo tem os lados $a = 8,0\, cm$ e $b= 6,0\,cm$. O terceiro lado mede tem sua medida em qual intervalo?

12. Em um triângulo um dos lados mede $15,0\,cm$. Quais os possíveis valores das medidas dos outros dois lados?

13. Se um dos ângulos de um triângulo mede $75^{0}$, quais são os possíveis valores das medidas dos outros dois ângulos?

14. Se um triângulo retângulo tem um ângulo agudo de $52^{0}$, quantos graus mede o outro ângulo agudo?

15. Se dois ângulos em um triângulo medem respectivamente $48^{0}$ e $62^{0}$, qual é a medida do terceiro ângulo?

16. Um triângulo tem dois lados medindo $a = 25,0\,cm$ e $b = 32,0\,cm$. Pergunta-se qual é o valor máximo que o perímetro desse triângulo pode ter?

Se ficaram dúvidas, faça a gentileza de entrar em contato por meio de um dos canais listados abaixo e vamos esclarecer o que não ficou entendido. OK?

Curitiba, 26 de outubro de 2019

Décio Adams

24 de outubro de 201930 de novembro de 2020

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Matemática – Geometria

Figuras geométricas.

Ângulos

A intersecção de duas retas ou o encontro de dois segmentos de reta, formam o que chamamos de ângulo. Vejamos a figura ilustrativa abaixo.

Vértice: – é o ponto de encontro dos segmentos ou das retas que formam o ângulo.

Unidades de ângulos:

a) a unidade mais empregada para medir ângulos é o “grau”. Uma circunferência é dividida em $360^{0}$. Isso equivale a dizer que a divisão da circunferência em quatro partes iguais resulta num ângulo reto que mede $90^{0}$.

b) a partir da expressão do comprimento da circunferência, obtemos outra unidade. Estamos falando do radiano e resulta da divisão do comprimento pelo raio. Disso resulta:

$\frac{2\cdot\pi\cdot R}{R} = 2\pi\,rad$

c)existe uma terceira unidade denominada “grado” e uma circunferência é dividida em 400 gr. Essa unidade é pouco empregada.

Equivalências entre as unidades de ângulos.

Vimos que uma circunferência mede:

$360^{0} = 400 gr = 2\pi\, rad$

Ao dividir a circunferência em quatro partes ficamos com:

$90^{0} = 100 gr = \frac{2\pi}{4} = \frac{\pi}{2}\,rad$

Ao dividir a mesma em duas partes (metades), temos:

$180^{0} = 200 gr = \frac{2\pi}{2} = \pi\,rad$

Classificação de ângulos

Os ângulos são classificados em função das suas medidas nas várias unidades.

a) Ângulo agudo: – é a denominação dos ângulos menores que $90^{0}$. ( ${0^{0}\lt\alpha\lt{90^{0}}}$)

b)Ângulo reto: – é o ângulo que mede 90^{0} ou o equivalente em radianos ou grados. (${\alpha = 90^{0} = {\pi\over{2} }rad = 100 gr}$)

c)Ângulo obtuso: – é todo ângulo que mede mais do que $90^{0}$. (${90^{0}\lt\alpha\lt 180^{0} = {\pi rad} = 200 gr}$)

d)Ângulo raso: – equivale a meia volta. Seriam duas semi-retas colineares ou segmentos colineares.($\alpha = 180^{0} = {\pi rad} = 200 gr$)

e)Ângulos congruentes ou côngruos: – são ângulos que apresentam a mesma medida (abertura). Podem ser sobrepostos, como se fossem um.

Ângulos em função da posição.

Ângulos adjacentes: – São ângulos que têm um lado comum e o mesmo vértice.

Ângulos opostos pelo vértice: – são ângulos formados por dois pares de segmentos consecutivos ou por duas retas concorrentes. O vértice comum é o ponto de intersecção dos segmentos ou das retas.

Os ângulos $\widehat{ABC}$ e $\widehat{CBD}$ são adjacentes. Seu lado comum é o segmento $\overline{BC}$. Os segmentos $\overline{MQ}$ e $\overline{PN}$, formam dois pares de ângulos. Os ângulos $\widehat{MON}$ e $\widehat{POQ}$, os ângulos $\widehat{MOP}$ e $\widehat{NOQ}$. Da mesma forma as retas que se interceptam em $\hat{X}$, formam os ângulos $\widehat{RXS}$, $\widehat{RXT}$, $\widehat{TXU}$ e $\widehat{UXS}$. O vértice sempre é a letra associada ao ponto comum entre os lados dos ângulos.

Ângulos complementares: – são ângulos que somados completam um ângulo reto, ou seja $90^{0}$.

Ângulos suplementares: – são ângulos que somados totalizam um ângulo raso, isto é, totalizam $180^{0}$.

Ângulos replementares: – são ângulos cuja soma perfaz um ângulo de $270^{0}$. Isso equivale à $\frac{3}{4}$ da circunferência.

Ângulos implementares: – os ângulos que somados completam uma volta, isto é uma circunferência, recebem essa denominação.

Retas paralelas cortadas por uma transversal.

Observamos que estão presentes os ângulos opostos pelo vértice e ângulos adjacentes.

Observando atentamente essa figura, podemos encontrar mais algumas conclusões importantes.

a) Ângulos alternos externos: – são os ângulos externos às retas paralelas e ficam em lados opostos da reta transversal. Assim $\alpha_{1}$ é alterno externo de $\alpha_{4}$; $\gamma_{1}$ é alterno externo de $\gamma_{4}$. Esses ângulos são congruentes entre si.

b)Ângulos alternos internos: – são os ângulos internos às retas paralelas e situados em lados opostos à reta transversal. São alternos externos os ângulos $\alpha_{3}$ e $\alpha_{2}$; $\gamma_{3}$ e $\gamma_{2}$. Também estes são congruentes entre si.

c)Ângulos colaterais externos: – são os ângulos externos às retas paralelas e situados do mesmo lado da reta transversal. Isso nos permite dizer que $\alpha_{1}$ é colateral externo de $\gamma_{4}$ e que $\gamma_{1}$ é colateral externo de $\alpha_{4}$. São ângulos suplementares.

d)Ângulos colaterais internos: – são os ângulos internos às retas paralelas e situados do mesmo lado da reta transversal. Então temos que $\gamma_{3}$ e $\alpha_{2}$, assim como $\alpha_{3}$ e $\gamma_{2}$ são colaterais internos.

Obs.: Facilmente se percebe que os ângulos colaterais, tanto os internos quanto os externos são respectivamente suplementares, isto é, somadas suas medidas resultam 180º.

e)Ângulos correspondentes: – são ângulos que se situam do mesmo lado da reta transversal e estão voltados para o mesmo lado. Se deslizássemos uma das paralelas sobre a outra eles iriam coincidir ou se sobrepor. Em outras palavras, eles são congruentes. Sempre serão um interno e o outro externo.

Feixe de paralelas cortadas por transversais.

Aqui podemos também identificar todos os ângulos vistos no item anterior. Agora, porém, daremos um passo em frente. Vamos analisar os segmentos de reta determinados pelas paralelas sobre as transversais. Se as transversais também fossem paralelas, haveria a determinação de segmentos congruentes entre as mesmas paralelas. Como não é esse o caso, iremos constatar que existe uma proporcionalidade entre esses segmentos. Quanto mais o ângulo entre as transversais e as paralelas se aproxima de 90º, menor se torna o segmento determinado. Por isso podemos dizer que para ângulos quaisquer, esses mesmos segmentos são proporcionais. Assim:

$\frac{\overline{AB}}{\overline{BC}} = \frac{\overline{DE}}{\overline{EF}}$

Aplicando as propriedades das proporções podemos mudar a ordem dos segmentos e escrever de outra forma.

$\frac{\overline{AB}}{\overline{DE}} = \frac{\overline{BC}}{\overline{EF}}$

Mantendo o mesmo raciocínio também é válido dizer que:

${{\overline{AB}\over\overline{AC}} = {\overline{DE}\over\overline{EF}}}$

Divisão áurea ou extrema razão.

Se um segmento de reta $\overline{AC}$ for dividido em dois segmentos por um ponto $B$, de modo que se tenha:

$\frac{\overline{AC}}{\overline{AB}} = \frac{\overline{AB}}{\overline{BC}}$

Vejamos a figura:

Fazendo: $\Phi = \frac{\overline{AC}}{\overline{AB}} = \frac{\overline{AB}}{\overline{BC}}$

$\Phi = \frac{\overline{BC} + \overline{AB}}{\overline{BC}}$

$\Phi = \frac{\overline{BC}}{\overline{BC}} + \frac{\overline{AB}}{\overline{BC}}$

$\Phi = 1 + \frac{\overline{BC}}{\overline{AB}}$$\Leftrightarrow$$\Phi = 1 + \frac{1}{\Phi}$

${\Phi}^{2} = \Phi + 1$$\Leftrightarrow$${\Phi}^{2} – \Phi – 1 = 0$

Resolvendo a equação do segundo grau:

$\Delta = (-1)^{2} – 4\times 1\times {(-1)} = 5$

$\Phi = \frac{-(-1)\pm\sqrt{5}}{2\times 1}$

$\Phi_{1} = \frac{1 + \sqrt{5}}{2}$

$\Phi_{2} = \frac{1 – \sqrt{5}}{2}$

Desprezamos a raiz que terá valor negativo e ficamos com um valor

$\Phi = \frac{1 + \sqrt{5}}{2}$$\Leftrightarrow$$\color{Navy}{\Phi = 1,618033989…}$

Via de regra usamos até a terceira casa decimal: $\color{Maroon}{1,618}$

Este é o valor da razão áurea ou média e extrema razão.

Que tal um pouco de exercícios!

Exprimir um ângulo de $135^{0}$ nas unidades radiano e grado.

Sabemos que ; $180^{0} = \pi\,rad$,

Isso nos permite escrever: $\frac{180^{0}}{135^{0}} = \frac{\pi}{x}$$\Leftrightarrow$$x = \frac{135^{0}}{180^{0}}\cdot\pi$

$x = \frac{3}{4}\cdot\pi\, rad$

Se ${360^{0} = 400 gr}$$\Leftrightarrow$$\frac{360^{0}}{135^{0}} = \frac{400}{x}$

$ x = 400\cdot\frac{135^{0}}{360^{0}}$$\Leftrightarrow$

$x = 150\,gr$

Resposta: $135^{0} = 150\,gr = \frac{3}{4}\cdot\pi\,rad$

2. Determinar o complemento, o suplemento, o replemento e o implemento de um ângulo de ${\pi\over{3}}rad$.

a) complemento

$x + \frac{\pi}{3} = \frac{\pi}{2}$

$x = \frac{\pi}{2} – \frac{\pi}{3}$$\Leftrightarrow$$x = \frac{3\pi – 2\pi}{6}$

$x =\frac{\pi}{6}\,rad$

b) suplemento

$ x + \frac{\pi}{3} = \pi$$\Leftrightarrow$$x = \pi – \frac{\pi}{3}$

$x =\frac{3\cdot\pi -\pi}{3}$$\Leftrightarrow$$x = \frac{2\pi}{3}\,rad$

c) replemento

$x + \frac{\pi}{3} = \frac{3\pi}{2}$

$x = \frac{3\pi}{2} – \frac{\pi}{3}$

mmc(3 e 2) = 6

$x =\frac{3\cdot{3\pi} – 2\cdot\pi}{6}$$\Leftrightarrow$$x = \frac{9\pi – 2\pi}{6} = \frac{7\pi}{6}\,rad$

d)implemento

$x +\frac{\pi}{3} = 2\pi$$\Leftrightarrow$$x = 2\pi – \frac{\pi}{3}$

$x = \frac{3\cdot{2\pi} – \pi}{3}$$\Leftrightarrow$$x = \frac{6\pi – \pi}{3}$ $\Leftrightarrow$$x = \frac{5\pi}{3}\,rad$

3. Um ângulo $\alpha = \frac{\pi}{4}\,rad$, é formado por duas retas concorrentes no ponto ${P}$. Pede-se determinar a medida do seu ângulo oposto pelo vértice e as medidas dos dois ângulos adjacentes formados pelas mesmas retas.

O ângulo oposto pelo vértice, como vimos, é congruente ao ângulo dado. Portanto: $\alpha_{1} = \frac{\pi}{4}\,rad$.

Os ângulos adjacentes são os suplementos do ângulo dado e são congruentes entre si, pois também são opostos pelo vértice por sua vez. Então:

$\beta + \frac{\pi}{4} = \pi $$\Leftrightarrow$$\beta = \pi – \frac{\pi}{4}$

$\beta = \frac{4\pi – \pi}{4}$$\Leftrightarrow$$\beta = \frac{3\pi}{4}\,rad$

Os dois ângulos adjacentes são congruentes e portanto têm a mesma medida.

4. Um feixe de três retas paralelas (r//s//p), é cortado por duas retas transversais $t_{1}$ e $t_{2}$, determinando sobre $t_{1}$, os segmentos $\overline{AB} = 5,0\,cm$ e $\overline{AC} =12,0\,cm$. Na reta $t_{2}$ fica determinado o segmento $\overline{DF} = 15,0 \,cm$. Pede-se determinar os segmentos $\overline{BC}$, $\overline{DE}$ e $\overline{EF}$.

Pela lógica do exercício, pode-se escrever:

$\overline{AB} + \overline{BC} = \overline{AC}$

$\overline{BC} = \overline{AC} – \overline{AB}$

A proporção fica:

$\frac{\overline{AB}}{\overline{AC}} = \frac{\overline{DE}}{\overline{DF}}$

$\frac{5,0}{12,0} = \frac{\overline{DE}}{15,0}$

$\frac{{5,0}\cdot{15,0}}{12,0} = \overline{DE}$

$\overline{DE} = 6,25\,cm$

Para o segmento $\overline{EF}$

$\overline{DE} + \overline{EF} = \overline{DF}$

$\overline{EF} = \overline{DF} – \overline{DE}$

$\overline{EF} = 15,0 – 6,25 = 8,75\,cm$

5. Determine o segmento que divide o segmento $\overline{AC} = 10\,cm$ em dois segmentos segundo a divisão áurea.

$\Phi = \frac{\overline{AC}}{\overline{AB}}$

$\overline{AB} =\frac{\overline{AC}}{\Phi}$$\Leftrightarrow$$\overline{AB} = \frac{10}{1,618}$

$\overline{AB}\simeq 6,180\,cm$

$\overline{BC} = \overline{AC} – \overline{AB}$$\Leftrightarrow$$\overline{BC} = 10 – 6,180$

$\overline{BC}\simeq 3,82\,cm$

6. Determine a medida dos segmentos que formam os segmentos que estão entre si na razão áurea, maiores que $c = 7,0\,cm$.

$\Phi = \frac{b}{c}$$\Leftrightarrow$$1,618 = \frac{b}{7,0}$

$b = \Phi\times 7$$\Leftrightarrow$$b = 1,618\times 7,0$

$\color{Sepia}{b = 11,326\,cm}$

$\Phi = \frac{a}{11,326}$$\Leftrightarrow$$a = 1,618\times 11,326$

$\color{Sepia}{a = 18,326\,cm}$

Agora é a sua vez.

Determine os suplementos dos ângulos ${\alpha = 30^{0}}$, ${\beta = 75^{0}}$, ${\theta = 120^{0}}$. Exprima os valores também em radianos.
Determine os replementos dos ângulos ${\epsilon ={ 2\pi\over{3}}}$, ${\gamma = {3\pi\over{4}}}$, ${\omega = {\pi\over{6}}}$. Exprima os resultados também em graus.
Determine o implemento dos ângulos ${\alpha = 150^{0}}$, ${\gamma = 225^{0}}$ e ${\beta = 45^{0}}$. dê os resultados também em radianos e grados.
Dois ângulos adjacentes formam juntos um ângulo raso. Se a medida de um deles é igual a $\frac{1}{3}$ desse ângulo, quanto mede o outro? Exprima os valores em graus, grados e radianos.
Uma reta transversal intercepta duas paralelas, formando um ângulo obtuso de ${135^{0}}$. Quanto mede o ângulo colateral agudo desse ângulo? Exprima os resultados nas outras unidades.
Duas retas transversais interceptam um feixe de paralelas, determinando sobre a primeira transversal os segmentos ${\overline{MN} = 7,0cm}$, ${\overline{NO} = 9,0 cm}$ e na outra transversal o segmento ${\overline{PQ} = 6,0 cm}$. Determine os segmentos ${\overline{MO}}$, ${\overline{PR}}$ e ${\overline{QR}}$.
Um segmento de $15\,cm$ é dividido em dois segmentos que formam com ele uma razão áurea. Determine as medidas desses segmentos.
Em um conjunto de três segmentos em uma razão áurea o segmento de medida entre o maior e o menor tem $b = 8,0\,cm$. Determine as medidas dos outros dois segmentos.

Havendo dificuldades faça contato comigo para esclarecimentos. Os canais são estes relacionados abaixo.

Curitiba, 24 de outubro de 2019

Décio Adams