Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 1 I.GEOMETRIA 1. PONTO, RETA E PLANO Podemos ilustrar com as seguintes idéias para entender alguns conceitos primitivos em Geometria: 1. Na figura acima, a reta t é transversal às retas m e n e estas três retas formam 8 ângulos, sendo que os ângulos 3, 4, 5 e 6 são ângulos internos e os ângulos 1, 2, 7 e 8 são ângulos externos. Cada par destes ângulos, recebe nomes de acordo com a localização em relação à reta transversal e às retas m e n. PONTO: uma estrela, um pingo de caneta, um furo de agulha, ... 3. PLANO: o quadro negro, a superfície de uma mesa, ... 2. RETA: fio esticado, lados de um quadro, ... 2. ÂNGULOS Tipos: Retas paralelas : não possuem qualquer ponto em comum. Retas concorrentes : possuem um único ponto em comum Retas perpendiculares : retas concorrentes que formam ângulos de 90 graus Retas transversais e ângulos especiais: é uma reta que tem interseção com as outras retas em pontos diferentes. 1. DEFINIÇÃO: região do plano limitada por duas semirretas de mesma origem. As semirretas recebem o nome de lados do ângulo e a origem delas, de vértice do ângulo. 2. UNIDADES: grau, símbolo º, submúltiplos = minuto „ e o segundo “. 1º (grau) = 60‟ (minutos) e 1‟ = 60”(segundos). Transferidor = objeto capaz de medir o valor de um ângulo. Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 2 5. 3. CLASSIFICAÇÃO DE ÂNGULOS RETAS PARALELAS CORTADAS POR UMA TRANSVERSAL Os ângulos são classificados de acordo com suas medidas: Agudo: ângulo com medida menor que 90º. Reto: ângulo com medida igual a 90º. Obtuso: ângulo com medida maior que 90º. Raso: ângulo com medida igual a 0º ou 180º. Ângulos correspondentes: a e e, d e h, b e f, c e g Ângulos colaterais externos: a e h, b e g Ângulos colaterais internos: e e d, c e f Ângulos alternos externos: a e g, b e h Ângulos alternos internos: d e f, c e e agudo 4. reto obtuso raso BISSETRIZ DE UM ÂNGULO semirreta que se origina no vértice do ângulo principal, dividindo-o em outros dois ângulos com medidas iguais. 6. Congruentes Suplementares Suplementares Congruentes Congruentes EXERCICOS DE ÂNGULOS 01 – encontre os ângulos: As retas f e g são paralelas (f // g). Determine a medida do ângulo â, nos seguintes casos: a) b) Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 3 Obtenha as medidas dos ângulos assinalados Resp.: 55º Resp: 74º d) As retas a e b são paralelas. Quanto mede o ângulo î? c Resposta: 160° - 3x = x + 100° 160° - 100° = x + 3x 60° = 4x x = 60°/4 x = 15° Então 15°+100° = 115° e 160°-3*15° = 115° Resp: 33º Resposta: 6x + 15° + 2x + 5º = 180° 6x + 2x = 180° -15° - 5° 8x = 160° x = 160°/8 x = 20° Então, 6*20°+15° =135° e 2*20°+5° = 45° Resposta: Imagine uma linha cortando o ângulo î, formando uma linha paralela às retas "a" e "b". Fica então decomposto nos ângulos ê e ô. Sendo assim, ê = 80° e ô = 50°, pois o ângulo ô é igual ao complemento de 130° na reta b. Logo, î = 80° + 50° = 130° Resposta: Sabemos que a figura tem 90°. Então x + (x + 10°) + (x + 20°) + (x + 20°) = 90° 4x + 50° = 90° 4x = 40° x = 40°/4 x = 10° Usando uma equação, determine a medida de cada ângulo do triângulo: d) Resposta: Sabemos que os ângulos laranja+verde formam 180°, pois são exatamente a metade de um círculo. Então, 138°+x = 180° x = 180° - 138° x = 42° Logo, o ângulo x mede 42°. Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 4 Sabemos que a soma dos ângulos do triângulo é 180°. Então, 6x + 4x + 2x = 180° 12x = 180° x = 180°/12 x = 15° Os ângulos são: 30°, 60° e 90°. 1. POLÍGONO: É uma figura plana formada por três ou mais segmentos de reta que se intersectam dois a dois. lados segmentos de reta vértices pontos de intersecção 3. GEOMETRIA PLANA: polígono região interior Introdução Os estudos iniciais sobre Geometria Plana estão relacionados à Grécia Antiga, também pode ser denominada Geometria Euclidiana em homenagem a Euclides de Alexandria (360 a.C. - 295 a.C.), grande matemático educado na cidade de Atenas e freqüentador da escola fundamentada nos princípios de Platão. Elementos de geometria plana Podemos relacionar à Geometria plana os seguintes conteúdos programáticos: Ponto, reta e plano Posições relativas entre retas Ângulos Triângulos Quadriláteros Polígonos Perímetro Áreas de regiões planas 4. TRIÂNGULOS OU TRILÁTERO 1. COCEITOS Definição: Triângulo é um polígono de três lados. É o polígono que possui o menor número de lados. Elementos: Vértices: A,B,C. Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 5 Lados: AB,BC e AC. Ângulos internos: a, b e c. Altura: BH é uma altura do triângulo. Triângulo Isósceles Dois lados têm a mesma medida. m(AB)=m(AC) Triângulo Escaleno Todos os três lados têm medidas diferentes. Mediana: É o segmento que une um vértice ao ponto médio do lado oposto. Classificação dos triângulos quanto às medidas dos ângulos BM é uma mediana. Bissetriz: É a semi-reta que divide um ângulo em duas partes iguais. O ângulo B está dividido ao meio e neste caso Ê = Ô. Ângulo Interno: É formado por dois lados do triângulo. Todo triângulo possui três ângulos internos. Ângulo Externo: É formado por um dos lados do triângulo e pelo prolongamento do lado adjacente(ao lado). 2. CLASSIFICAÇÃO Classificação dos triângulos quanto ao número de lados Triângulo Eqüilátero Os três lados têm medidas iguais. m(AB)=m(BC)=m(CA) 3. Triângulo Acutângulo Todos os ângulos internos são agudos, isto é, as medidas dos ângulos são menores do que 90º. Triângulo Obtusângulo Um ângulo interno é obtuso, isto é, possui um ângulo com medida maior do que 90º. Triângulo Retângulo Possui um ângulo interno reto (90 graus). MEDIDAS DOS ÂNGULOS DE UM TRIÂNGULO Ângulos Internos: Consideremos o triângulo ABC. Poderemos identificar com as letras a, b e c as medidas dos ângulos internos desse triângulo. Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 6 A soma dos ângulos internos de qualquer triângulo é sempre igual a 180 graus, isto é: a + b + c = 180º Exemplo: Considerando o triângulo abaixo, podemos escrever que: 70º+60º+x=180º e dessa forma, obtemos x=180º-70º-60º=50º. a: hipotenusa b e c: catetos h: altura relativa a hipotenusa m e n: projeções ortogonais dos catetos sobre a hipotenusa. Ângulos Externos: triângulo ABC. as letras maiúsculas representam os ângulos externos. Relações métricas - O quadrado de um cateto é igual ao produto da hipotenusa pela projeção desse cateto sobre a hipotenusa. b² = a.n Todo ângulo externo de um triângulo é igual à soma dos dois ângulos internos não adjacentes a esse ângulo externo. Assim: A = b+c, B = a+c, C = a+b Exemplo: No triângulo desenhado ao lado: x=50º+80º=130º. 4. TRIÂNGULO RETÂNGULO todo triângulo que tem um ângulo reto. c² = a.m - O produto dos catetos é igual ao produto da hipotenusa pela altura relativa a hipotenusa. b.c = a.h - O quadrado da altura é igual ao produto das projeções dos catetos sobre a hipotenusa. h² = m.n - O quadrado da hipotenusa é igual a soma dos quadrados dos catetos. a² = b² + c² Exemplo: Neste triângulo ABC, vamos calcular a, h, m e n: Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 7 a² = b² + c² → a² = 6² + 8² → a² = 100 → a = 10 b.c = a.h → 8.6 = 10.h → h = 48/10 →h = 4,8 c² = a.m → 6² = 10.m → m = 36/10→ m = 3,6 b² = a.n → 8² = 10.n → n = 64/10 → n = 6,4 5. TRIÂNGULO EQÜILÁTERO Dado o triângulo ABC de lado a e altura h. 5. EXERCICIOS Determine os valores literais indicados nas figuras: a) a² = b² + c² 13² = 12² + x² 169 = 144 + x² x² = 25 x=5 Para calcularmos a sua área precisamos do valor da base, que é a, e o valor da altura, que iremos calcular da seguinte forma: A altura de um triângulo eqüilátero divide-o em dois triângulos retângulos, assim, se pegarmos um desses triângulos e aplicarmos o Teorema de Pitágoras obteremos o valor da altura: altura (h): b.c = a.h 5.12 = 13.y y = 60/13 Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 8 b) a² = b² + c² c) c² = a.m Determine a altura de um triângulo eqüilátero de lado l. Determine x nas figuras. a) d) O triângulo ABC é eqüilátero. Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 9 b) O triângulo ABC é eqüilátero. Exercícios resolvidos: 2) Calcule a altura de um triângulo eqüilátero que tem 10 cm de lado. Solução: c) 3) A altura de um triângulo eqüilátero mede 4 cm. Calcule: a) A medida do lado do triângulo b) A área do triângulo Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 10 4) Calcule x indicado na figura Solução: Solução: Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 11 forma com essa parede um ângulo de 60°. Qual é o comprimento da escada em metros? 8) Observe na figura os três quadrados identificados por 1,2 e 3. Se a área do quadrado 1 é 36cm² e a área do quadrado 2 é 100cm², qual é, em centímetros quadrados, a área do quadrado 3 ? Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 12 10) Sabe-se que, em qualquer triângulo retângulo, a medida da mediana relativa à hipotenusa é igual à metade da medida da hipotenusa. Se um triângulo retângulo tem catetos medindo 5cm e 2cm, calcule a representação decimal da medida da mediana relativa a hipotenusa nesse triângulo. A2 = A 1 + A3 100 = 36 + A2 A2 = 100 – 36 = 64cm² 9)As raízes da equação x² - 14x + 48 = 0 expressam em centímetros as medidas dos catetos de um triângulo retângulo. Determine a medida da hipotenusa e o perímetro desse triângulo. 11) Um quadrado e um triângulo eqüilátero têm o mesmo perímetro. Sendo h a medida da altura do triângulo e d a medida da diagonal do quadrado. Determine o valor da razão h/d. Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 13 As ampliações e as reduções fotográficas são figuras semelhantes. Para os triângulos: os três ângulos são respectivamente congruentes, isto é: A~R, B~S, C~T Casos de Semelhança de Triângulos Dois ângulos congruentes: Se dois triângulos tem dois ângulos correspondentes congruentes, então os triângulos são semelhantes. Se A~D e C~F então: ABC~DEF Dois lados congruentes: Se dois triângulos tem dois lados correspondentes proporcionais e os ângulos formados por esses lados também são congruentes, então os triângulos são semelhantes. 6. SEMELHANÇA DE TRIÂNGULOS Duas figuras são semelhantes quando têm a mesma forma, mas não necessariamente o mesmo tamanho. Se duas figuras R e S são semelhantes, denotamos: R~S. Exemplo: Como m(AB) / m(EF) = m(BC) / m(FG) = 2 então ABC ~ EFG Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 14 Exemplo: Na figura abaixo, observamos que um triângulo pode ser "rodado" sobre o outro para gerar dois triângulos semelhantes e o valor de x será igual a 8. a) x + 70o + 60o = 180º → x = 180o - 130o → x = 50o b) Realmente, x pode ser determinado a partir da semelhança de triângulos. Identificaremos os lados homólogos e com eles construiremos a proporção: 3 4 = 6 x Três lados proporcionais: Resolução: Devemos escolher um dos segmentos apontados na figura para prolongar, a fim de encontrarmos dois triângulos: Se dois triângulos têm os três lados correspondentes proporcionais, então os triângulos são semelhantes. A partir dos valores que já temos, vamos achar o valor de x: x + 20o = 180o → x = 160o 7. EXERCÍCIOS SOBRE TRIÂNGULOS 01 - As medidas dos ângulos de um triângulo são, respectivamente, x, 3x e 5x. Calcule o valor de x. 2) Calcule o valor de x nas figuras: Observa as figuras e determina o valor de x, em cada caso. Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 15 Indica o valor das letras para cada um dos casos, justificando a resposta: b) Sendo a,b e c as medidas dos comprimentos dos lados de um triângulo, indica, justificando, aqueles que são rectângulos: a) a = 6; b = 7 e c = 13; b) a = 6; b = 10 e c = 8. Resolução: "Se num triângulo as medidas dos seus lados verificarem o Teorema de Pitágoras então pode-se concluir que o triângulo é rectângulo". Então teremos que verificar para cada alínea se as medidas dos lados dos triângulos satisfazem ou não o Teorema de Pitágoras. a) Resolução: a) Aplicando o Teorema de Pitágoras temos: logo o triângulo não é rectângulo porque não satisfaz o Teorema de Pitágoras. b) b) Aplicando o Teorema de Pitágoras temos: logo o triângulo é rectângulo porque satisfaz o Teorema de Pitágoras. Calcula o valor de x em cada um dos triângulos rectângulos: a) Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 16 Calcula as áreas das seguintes figuras. a) b) b) Resolução: a) a) Qual era a altura do poste? Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 17 Resolução: Resposta: A distância percorrida pelo berlinde é de: 265 cm = 2,65 m. O Pedro e o João estão a «andar» de balancé, como indica a figura: Resolução: h=4+5=9 Resposta: A altura do poste era de 9 m. b) Qual é a distância percorrida pelo berlinde. A altura máxima a que pode subir cada um dos amigos é de 60 cm. Qual o comprimento do balancé? Resolução: Pode-se aplicar o Teorema de Pitágoras, pois a linha a tracejado forma um ângulo de 90 graus com a "linha" do chão. Então vem: 1,8 m = 180 cm Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 18 Resposta: O comprimento do balancé é de aproximadamente 190 cm, isto é, 1,9 m. A figura representa um barco à vela. 6.1.) Determina, de acordo com os dados da figura, os valores de x e y. Resolução: 6.1.) Aplicando o Teorema de Pitágoras, temos: Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 19 6. QUADRILÁTEROS E A SUA CLASSIFICAÇÃO Quadrilátero é um polígono com quatro lados e os principais quadriláteros são: quadrado, retângulo, losango, trapézio e trapezóide. No quadrilátero acima, observamos alguns elementos geométricos: 1. Os vértices são os pontos: A, B, C e D. 2. Os ângulos internos são A, B, C e D. 3. Os lados são os segmentos AB, BC, CD e DA. Observação: Ao unir os vértices opostos de um quadrilátero qualquer, obtemos sempre dois triângulos e como a soma das medidas dos ângulos internos de um triângulo é 180 graus, concluímos que a soma dos ângulos internos de um quadrilátero é igual a 360 graus. Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 20 Classificação dos Quadriláteros Exercício: Determinar a medida do ângulo x na gravura abaixo. Paralelogramo: É o quadrilátero que tem lados opostos paralelos. Num paralelogramo, os ângulos opostos são congruentes. Os paralelogramos mais importantes recebem nomes especiais: 1. Losango: 4 lados congruentes 2. Retângulo: 4 ângulos retos (90 graus) 3. Quadrado: 4 lados congruentes e 4 ângulos retos. Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 21 Alguns elementos gráficos de um trapézio (parecido com aquele de um circo). Trapézio: É o quadrilátero que tem apenas dois lados opostos paralelos. 1. 2. 3. 4. AB é paralelo a CD BC é não é paralelo a AD AB é a base maior DC é a base menor Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 22 Os trapézios recebem nomes de acordo com os triângulos que têm características semelhantes. Um trapézio pode ser: 1. Retângulo: dois ângulos retos 2. Isósceles: lados não paralelos congruentes 3. Escaleno: lados não paralelos diferentes Exercício: Prolongar as retas apoiadas nos lados opostos não paralelos dos trapézios da figura acima para obter, respectivamente, um triângulo retângulo, um isósceles e um escaleno. Observar mais acima nesta mesma página os nomes dos triângulos obtidos e os nomes destes trapézios! Triângulo e região triangular No desenho abaixo, o triângulo ABC é a reunião dos segmentos de reta AB, BC e AC. A reunião de todos os pontos localizados no triângulo e também dentro do triângulo é chamada uma região triangular. A região triangular ABC é limitada pelo Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 23 triângulo ABC. Os pontos dos lados do triângulo ABC bem como os pontos do interior do triângulo ABC são pontos da região triangular. Triângulo ABC Região triangular ABC O conceito de região poligonal Duas ou mais regiões triangulares não são sobrepostas, se a interseção é vazia, é um ponto ou é um segmento de reta. Cada uma das regiões planas abaixo é a reunião de três regiões triangulares não sobrepostas. Uma região poligonal é a reunião de um número finito de regiões triangulares nãosobrepostas e coplanares (estão no mesmo plano). Na gravura abaixo, apresentamos quatro regiões poligonais. Observe que uma região triangular é por si mesmo uma região poligonal e além disso uma região poligonal pode conter "buracos". Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 24 Duas ou mais regiões poligonais são nãosobrepostas quando a interseção de duas regiões quaisquer, é vazia, é um conjunto finito de pontos, é um segmento de reta ou é um conjunto finito de pontos e um segmento de reta. Uma região poligonal pode ser decomposta em várias regiões triangulares e isto pode ser feito de várias maneiras O estudo de área de regiões poligonais depende de alguns conceitos primitivos: 1. A cada região poligonal corresponde um único número real positivo chamado área. 2. Se dois triângulos são congruentes então as regiões limitadas por eles possuem a mesma área. 3. Se uma região poligonal é a reunião de n regiões poligonais não-sobrepostas Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 25 então sua área é a soma das áreas das n-regiões. decomposição da região poligonal em regiões triangulares. Observação: Para facilitar o estudo de regiões poligonais, adotaremos as seguintes práticas: a. Os desenhos de regiões poligonais serão sombreadas apenas quando houver possibilidade de confusão entre o polígono e a região. b. Usaremos expressões como a área do triângulo ABC e a área do retângulo RSTU no lugar de expressões como a área da região triangular ABC e a área da região limitada pelo retângulo RSTU. Exemplo: A área da figura poligonal ABCDEFX pode ser obtida pela Após isto, realizamos as somas dessas áreas triangulares. Área(ABCDEFX)=área(XAB)+área(XB C)+...+área(XEF) Unidade de área Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 26 Para a unidade de medida de área, traçamos um quadrado cujo lado tem uma unidade de comprimento. segmentos verticais, dividem o retângulo em seis quadrados tendo cada um 1 unidade de área. Esta unidade pode ser o metro, o centímetro, o quilômetro, etc. Área do Retângulo A figura ao lado mostra o retângulo ABCD, que mede 3 unidades de comprimento e 2 unidades de altura. O segmento horizontal que passa no meio do retângulo e os A área do retângulo ABCD é a soma das áreas destes seis quadrados. O número de unidades de área do retângulo coincide com o obtido pelo produto do número de unidades do comprimento da base AB pelo número de unidades da altura BC. Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 27 O lado do retângulo pode ser visto como a base e o lado adjacente como a altura, assim, a área A do retângulo é o produto da medida da base b pela medida da altura h. A=b×h A = x² Exemplo: Obter a área do retângulo cujo comprimento da base é 8 unidades e o comprimento da altura é 5 unidades. A = b×h Área do quadrado Um quadrado é um caso particular de retângulo cuja medida da base é igual à medida da altura. A área do quadrado pode ser obtida pelo produto da medida da base por si mesma. Esta é a razão pela qual a segunda potência do número x, indicada por x², tem o nome de quadrado de x e a área A do quadrado é obtida pelo quadrado da medida do lado x. A = (8u)x(5u) = 40u² No cálculo de áreas em situações reais, usamos medidas de comprimento em função de alguma certa unidade como: metro, centímetro, quilômetro, etc... Exemplo: Para calcular a área de um retângulo com 2 m de altura e 120 cm de Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 28 base, podemos expressar a área em metros quadrados ou qualquer outra unidade de área. 1. Transformando as medidas em metros Como h=2m e b=120cm=1,20m, a área será obtida através de: A = (1,20m)×(2m) = 2,40m² as medidas A = (120cm)×(200cm) = 24000cm² Área do Paralelogramo Combinando os processos para obtenção de áreas de triângulos congruentes com aqueles de áreas de retângulos podemos obter a área do paralelogramo. A = b×h 2. Transformando centímetros A = b×h em Como h=2m=200cm e b=120cm, a área do retângulo será dada por: Qualquer lado do paralelogramo pode ser tomado como sua base e a altura correspondente é o segmento perpendicular à reta que contém a base até o ponto onde esta reta intercepta o lado oposto do paralelogramo. Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 29 No paralelogramo ABCD abaixo à esquerda, os segmentos verticais tracejados são congruentes e qualquer um deles pode representar a altura do paralelogramo em relação à base AB. No paralelogramo RSTV acima à direita, os dois segmentos tracejados são congruentes e qualquer um deles pode representar a altura do paralelogramo em relação à base RV. A área A do paralelogramo é obtida pelo produto da medida da base b pela medida da altura h, isto é, A=b×h. Demonstração da fórmula Área do Triângulo A área de um triângulo é a metade do produto da medida da base pela medida da altura, isto é, A=b.h/2. Demonstração da fórmula Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 30 Exemplo: Mostraremos que a área do triângulo equilátero cujo lado mede s é dada por A=s²R[3]/2, onde R[z] denota a raiz quadrada de z>0. Realmente, com o Teorema de Pitágoras, escrevemos h²=s²(s/2)² para obter h²=(3/4)s² garantindo que h=R[3]s/2. Como a área de um triângulo é dada por A=b.h/2, então segue que: A = s × R[3] s/2 = ½ R[3] s² Observação: Triângulos com bases congruentes e alturas congruentes possuem a mesma área. Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 31 Comparação de áreas entre triângulos semelhantes Conhecendo-se a razão entre medidas correspondentes quaisquer de dois triângulos semelhantes, é possível obter a razão entre as áreas desses triângulos. Propriedade: A razão entre as áreas de dois triângulos semelhantes é igual ao quadrado Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 32 da razão entre os comprimentos de quaisquer dois lados correspondentes. Área de ABC a² = Área de RST b² = r² c² = s² t² A área do losango é o semi-produto das medidas das diagonais, isto é, A=(d1×d2)/2. Demonstração da fórmula Área do losango O losango é um paralelogramo e a sua área é também igual ao produto do comprimento da medida da base pela medida da altura. Área do trapézio Em um trapézio existe uma base menor de medida b1, uma base maior de medida b2 e uma altura com medida h. Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 33 A área A do trapézio é o produto da média aritmética entre as medidas das bases pela medida da altura, isto é, A=(b1+b2).h/2. Polígonos regulares Um polígono regular é aquele que possui todos os lados congruentes e todos os ângulos congruentes. Existem duas circunferências associadas a um polígono regular. Circunferência circunscrita: Em um polígono regular com n lados, podemos construir uma circunferência circunscrita (por fora), que é uma circunferência que passa em todos os vértices do polígono e que contém o polígono em seu interior. Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 34 Circunferência inscrita: Em um polígono regular com n lados, podemos colocar uma circunferência inscrita (por dentro), isto é, uma circunferência que passa tangenciando todos os lados do polígono e que está contida no polígono. 4. Ângulo central é o ângulo cujo vértice é o centro do polígono e cujos lados contém vértices consecutivos do polígono. Elementos de um polígono regular 1. Centro do polígono é o centro comum às circunferências inscrita e circunscrita. 2. Raio da circunferência circunscrita é a distância do centro do polígono até um dos vértices. 3. Raio da circunferência inscrita é o apótema do polígono, isto é, a distância do centro do polígono ao ponto médio de um dos lados. Apótema: OM, Raios: OA,OF Ângulo central: AOF Apótema: OX, Raios: OR,OT Ângulo central: ROT Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 35 5. Medida do ângulo central de um polígono com n lados é dada por 360/n graus. Por exemplo, o ângulo central de um hexágono regular mede 60 graus e o ângulo central de um pentágono regular mede 360/5=72 graus. Áreas de polígonos regulares Traçando segmentos de reta ligando o centro do polígono regular a cada um dos vértices desse polígono de n-lados, iremos decompor este polígono em n triângulos congruentes. Assim, a fórmula para o cálculo da área da região poligonal regular será dada pela metade do produto da medida do apótema a pelo perímetro P, isto é: A = a × Perímetro / 2 Demonstração da fórmula Comparando áreas entre polígonos semelhantes Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 36 Apresentamos abaixo dois pentágonos irregulares semelhantes. Dos vértices correspondentes A e L traçamos diagonais decompondo cada pentágono em três triângulos. Os pares de triângulos correspondentes ABC e LMN, parecem semelhantes, o que pode ser verificado diretamente através da medição de seus ângulos com um transferidor. Assumiremos que tal propriedade seja válida para polígonos semelhantes com n lados. Observação: Se dois polígonos são semelhantes, eles podem ser decompostos no mesmo número de triângulos e cada triângulo é semelhante ao triângulo que ocupa a posição correspondente no outro polígono. Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 37 da razão entre os comprimentos de quaisquer dois lados correspondentes. Área de ABCDE... s² = Área de A'B'C'D'E'... Este fato e o teorema sobre razão entre áreas de triângulos semelhantes são usados para demonstrar o seguinte teorema sobre áreas de polígonos semelhantes. Teorema: A razão entre áreas de dois polígonos semelhantes é igual ao quadrado t² = (s')² (t')² Círculo, Circunferência e Arcos A importância da circunferência A circunferência possui características não comumente encontradas em outras figuras planas, como o fato de ser a única figura plana que pode ser rodada em torno de um ponto sem modificar sua Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 38 posição aparente. É também a única figura que é simétrica em relação a um número infinito de eixos de simetria. A circunferência é importante em praticamente todas as áreas do conhecimento como nas Engenharias, Matemática, Física, Quimica, Biologia, Arquitetura, Astronomia, Artes e também é muito utilizado na indústria e bastante utilizada nas residências das pessoas. Circunferência e Círculo Circunferência: A circunferência é o lugar geométrico de todos os pontos de um plano que estão localizados a uma mesma distância r de um ponto fixo denominado o centro da circunferência. Esta talvez seja a curva mais importante no contexto das aplicações. Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 39 Círculo: (ou disco) é o conjunto de todos os pontos de um plano cuja distância a um ponto fixo O é menor ou igual que uma distância r dada. Quando a distância é nula, o círculo se reduz a um ponto. O círculo é a reunião da circunferência com o conjunto de pontos localizados dentro da mesma. No gráfico acima, a circunferência é a linha de cor verde-escuro que envolve a região verde, enquanto o círculo é toda a região pintada de verde reunida com a circunferência. Pontos interiores de um círculo e exteriores a um círculo Pontos interiores: Os pontos interiores de um círculo são os pontos do círculo que não estão na circunferência. Pontos exteriores: Os pontos exteriores a um círculo são os pontos localizados fora do círculo. Raio, corda e diâmetro Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 40 Raio: Raio de uma circunferência (ou de um círculo) é um segmento de reta com uma extremidade no centro da circunferência e a outra extremidade num ponto qualquer da circunferência. Na figura, os segmentos de reta OA, OB e OC são raios. Corda: Corda de uma circunferência é um segmento de reta cujas extremidades pertencem à circunferência. Na figura, os segmentos de reta AC e DE são cordas. Diâmetro: Diâmetro de uma circunferência (ou de um círculo) é uma corda que passa pelo centro da circunferência. Observamos que o diâmetro é a maior corda da circunferência. Na figura, o segmento de reta AC é um diâmetro. Posições relativas de uma reta e uma circunferência Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 41 Reta secante: Uma reta é secante a uma circunferência se essa reta intercepta a circunferência em dois pontos quaisquer, podemos dizer também que é a reta que contém uma corda. único ponto P. Este ponto é conhecido como ponto de tangência ou ponto de contato. Na figura ao lado, o ponto P é o ponto de tangência e a reta que passa pelos pontos E e F é uma reta tangente à circunferência. Observações: Reta tangente: Uma reta tangente a uma circunferência é uma reta que intercepta a circunferência em um 1. Raios e diâmetros são nomes de segmentos de retas mas às vezes são também usados como os comprimentos desses segmentos. Por exemplo, Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 42 podemos dizer que ON é o raio da circunferência, mas é usual dizer que o raio ON da circunferência mede 10cm ou que o raio ON tem 10cm. 2. Tangentes e secantes são nomes de retas, mas também são usados para denotar segmentos de retas ou semiretas. Por exemplo, "A tangente PQ" pode significar a reta tangente à circunferência que passa pelos pontos P e Q mas também pode ser o segmento de reta tangente à circunferência que liga os pontos P e Q. Do mesmo modo, a "secante AC" pode significar a reta que contém a corda BC e também pode ser o segmento de reta ligando o ponto A ao ponto C. Propriedades das secantes e tangentes Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 43 1. Se uma reta s, secante a uma circunferência de centro O, intercepta a circunferência em dois pontos distintos A e B e se M é o ponto médio da corda AB, então o segmento de reta OM é perpendicular à reta secante s. 2. Se uma reta s, secante a uma circunferência de centro O, intercepta a circunferência em dois pontos distintos A e B, a perpendicular à reta s que passa pelo centro O da circunferência, passa também pelo ponto médio da corda AB. 3. Seja OP um raio de uma circunferência, onde O é o Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 44 centro e P um ponto da circunferência. Toda reta perpendicular ao raio OP é tangente à circunferência no ponto de tangência P. Reta tangente comum: Uma reta que é tangente a duas circunferências ao mesmo tempo é denominada uma tangente comum. Há duas possíveis retas tangentes comuns: a interna e a externa. Tangente comum interna Tangente comum ext 4. Toda reta tangente a uma circunferência é perpendicular ao raio no ponto de tangência. Posições relativas de duas circunferências Ao traçar uma reta ligando os centros de duas circunferências no plano, esta reta separa o plano em Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 45 dois semi-planos. Se os pontos de tangência, um em cada circunferência, estão no mesmo semi-plano, temos uma reta tangente comum externa. Se os pontos de tangência, um em cada circunferência, estão em semi-planos diferentes, temos uma reta tangente comum interna. Circunferências internas: Uma circunferência C1 é interna a uma circunferência C2, se todos os pontos do círculo C1 estão contidos no círculo C2. Uma circunferência é externa à outra se todos os seus pontos são pontos externos à outra. Circunferências concêntricas: Duas ou mais circunferências com o mesmo centro mas com raios diferentes são circunferências concêntricas. Circunferências tangentes: Duas circunferências que estão no mesmo plano, são tangentes uma à outra, se elas são tangentes à mesma reta no mesmo ponto de tangência. Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 46 nf. tangentes externas Circunferências secantes: são Circunf. tangentes internas aquelas que possuem somente dois pontos distintos em comum. As circunferências são tangentes externas uma à outra se os seus centros estão em lados opostos da reta tangente comum e elas são tangentes internas uma à outra se os seus centros estão do mesmo lado da reta tangente comum. Segmentos tangentes: Se AP e BP são segmentos de reta tangentes à circunferência nos ponto A e B, então esses segmentos AP e BP são congruentes. Polígonos circunscritos Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 47 Polígono circunscrito a uma circunferência é o que possui seus lados tangentes à circunferência. Ao mesmo tempo, dizemos que esta circunferência está inscrita no polígono. adrilátero circunscrito circunscrito a uma circunferência, a soma de dois lados opostos é igual a soma dos outros dois lados. Arco de circunferência e ângulo central Seja a circunferência de Triângulo circunscrito centro O traçada ao lado. Pela definição de circunferência temos que OP=OQ=OR=... e isto indica que os raios de uma circunferência são segmentos congruentes. Propriedade dos quadriláteros circunscritos: Se um quadrilátero é Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 48 Circunferências congruentes: São circunferências que possuem raios congruentes. Aqui a palavra raio refere-se ao segmento de reta e não a um número. Ângulo central: Em uma circunferência, o ângulo central é aquele cujo vértice coincide com o centro da circunferência. Na figura, o ângulo a é um ângulo central. Se numa circunferência de centro O, um ângulo central determina um arco AB, dizemos que AB é o arco correspondente ao ângulo AÔB. Arco menor: É um arco que reúne dois pontos da circunferência que não são extremos de um diâmetro e todos os pontos da circunferência que estão dentro do ângulo central cujos lados contém os dois pontos. Na figura, a linha vermelha indica o arco menor AB ou arco menor ACB. Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 49 Arco maior: É um arco que liga dois pontos da circunferência que não são extremos de um diâmetro e todos os pontos da circunferência que estão fora do ângulo central cujos lados contém os dois pontos. Na figura a parte azul é o arco maior, o ponto D está no arco maior ADB enquanto o ponto C não está no arco maior mas está no arco menor AB, assim é frequentemente usado três letras para representar o arco maior. Semicircunferência: É um arco obtido pela reunião dos pontos extremos de um diâmetro com todos os pontos da circunferência que estão em um dos lados do diâmetro. O arco RTS é uma semicircunferência da circunferência de centro P e o arco RUS é outra. Observações: Em uma circunferência dada, temos que: Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 50 1. A medida do arco menor é a medida do ângulo central correspondente a m(AÔB) e a medida do arco maior é 360 graus menos a medida do arco menor m(AÔB). 2. 3. A medida da semicircunferência é 180 graus ou Pi radianos. 4. Em circunferências congruentes ou em uma simples circunferência, arcos que possuem medidas iguais são arcos congruentes. 5. Em uma circunferência, se um ponto E está entre os pontos D e F, que são extremidades de um arco menor, então: m(DE)+m(EF)=m(DF). 6. 7. Se o ponto E está entre os pontos D e F, extremidades de um arco maior: m(DE)+m(EF)=m(DEF). 8. Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 51 Apenas esta última relação faz sentido para as duas últimas figuras apresentadas. Propriedades de arcos e cordas Uma corda de uma circunferência é um segmento de reta que une dois pontos da circunferência. Se os extremos de uma corda não são extremos de um diâmetro eles são extremos de dois arcos de circunferência sendo um deles um arco menor e o outro um arco maior. Quando não for especificada, a expressão arco de uma corda se referirá ao arco menor e quanto ao arco maior sempre teremos que especificar. Observações 1. Se um ponto X está em um arco AB e o arco AX é congruente ao arco XB, o ponto X é o ponto médio do arco AB. Além disso, qualquer segmento Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 52 de reta que contém o ponto X é um segmento bissetor do arco AB. O ponto médio do arco não é o centro do arco, o centro do arco é o centro da circunferência que contém o arco. 2. Para obter a distância de um ponto O a uma reta r, traçamos uma reta perpendicular à reta dada passando pelo ponto O. O ponto T obtido pela interseção dessas duas retas é o ponto que determinará um extremo do segmento OT cuja medida representa a distância entre o ponto e a reta. 3. 4. Em uma mesma circunferência ou em circunferências congruentes, cordas congruentes possuem arcos congruentes e arcos congruentes possuem cordas congruentes. (Situação 1). 5. Um diâmetro que é perpendicular a uma corda é bissetor da corda e também de seus dois arcos. (Situação 2). 6. Em uma mesma circunferência ou em circunferências congruentes, cordas que Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 53 possuem a mesma distância do centro são congruentes. (Situação 3). uação 1 Situação 2 que a circunferência é circunscrita ao polígono. Situação 3 Polígonos inscritos na circunferência Um polígono é inscrito em uma circunferência se cada vértice do polígono é um ponto da circunferência e neste caso dizemos Propriedade dos quadriláteros inscritos: Se um quadrilátero está inscrito em uma circunferência então os ângulos opostos são suplementares, isto é a soma dos ângulos opostos é 180 graus e a soma de todos os quatro ângulos é 360 graus. Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 54  + Î = 180 graus Ê + Ô = 180 graus  + Ê + Î + Ô = 360 graus Ângulos inscritos Ângulo inscrito: relativo a uma circunferência é um ângulo com o vértice na circunferência e os lados secantes a ela. Na figura à esquerda abaixo, o ângulo AVB é inscrito e AB é o arco correspondente. Medida do ângulo inscrito: A medida de um ângulo inscrito em uma circunferência é igual à metade da respectiva medida do ângulo central, ou seja, a metade de seu arco correspondente, isto é: m = n/2 = (1/2) m(AB) Ângulo reto inscrito na circunferência: O arco Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 55 correspondente a um ângulo reto inscrito em uma circunferência é a semi-circunferência. Se um triângulo inscrito numa semi-circunferência tem um lado igual ao diâmetro, então ele é um triângulo retângulo e esse diâmetro é a hipotenusa do triângulo. ângulo determina um arco (menor) sobre a circunferência. No gráfico ao lado, a reta secante passa pelos pontos A e B e o arco correspondente ao ângulo semiinscrito BAC é o arco AXB onde X é um ponto sobre o arco. Ângulo semi-inscrito e arco capaz Ângulo semi-inscrito: Ângulo semiinscrito ou ângulo de segmento é um ângulo que possui um dos lados tangente à circunferência, o outro lado secante à circunferência e o vértice na circunferência. Este Observação: A medida do ângulo semi-inscrito é a metade da medida Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 56 do arco interceptado. Na figura, a medida do ângulo BÂC é igual a metade da medida do arco AXB. Arco capaz: Dado um segmento AB e um ângulo k, pergunta-se: Qual é o lugar geométrico de todos os pontos do plano que contém os vértices dos ângulos cujos lados passam pelos pontos A e B sendo todos os ângulos congruentes ao ângulo k? Este lugar geométrico é um arco de circunferência denominado arco capaz. Construção do arco capaz com régua e compasso: 1. Traçar um segmento de reta AB; 2. Pelo ponto A, trace uma reta t formando com o segmento AB um ângulo congruente a k (mesma medida que o ângulo k); Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 57 3. Traçar uma reta p perpendicular à reta t passando pelo ponto A; 4. Determinar o ponto médio M do segmento AB; 5. Traçar a reta mediatriz m ao segmento AB; 6. Obter o ponto O que é a interseção entre a reta p e a mediatriz m. 7. Com o compasso centrado no ponto O e abertura OA, traçar o arco de circunferência localizado acima do segmento AB. 8. O arco que aparece em vermelho no gráfico ao lado é o arco capaz. Observação: Todo ângulo inscrito no arco capaz AB, com lados passando pelos pontos A e B são congruentes e isto significa que, o segmento de reta AB é sempre visto sob o mesmo ângulo de visão se o vértice deste ângulo está localizado no arco capaz. Na figura abaixo à esquerda, os ângulos que passam por A e B e têm vértices em V1, V2, V3, ..., são todos congruentes (a mesma medida). Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 58 Na figura acima à direita, o arco capaz relativo ao ângulo semiinscrito m de vértice em A é o arco AVB. Se n é ângulo central então a medida de m é o dobro da medida de n, isto é: m(arco AB) = 2 medida(m) = medida(n) Outras propriedades com cordas e segmentos Agora apresentaremos alguns resultados que fazem a conexão entre segmentos e cordas, que não são evidentes à primeira vista. Se a reta AB é tangente à circunferência no ponto B então o segmento AB é o segmento tangente de A até a circunferência. Se a reta RT é uma reta secante que intercepta a circunferência em S e T e R é um ponto exterior a circunferência, então RT é um segmento secante e RS é a parte externa do segmento secante. Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 59 Na sequência, usaremos a notação (PZ) para representar a medida do segmento PZ, em função das dificuldades que a linguagem HTML proporciona para a apresentação de materiais de Matemática. Cordas interceptando dentro da circunferência: Se duas cordas de uma mesma circunferência interceptam em um ponto P dentro da circunferência, então o produto das medidas das duas partes de uma corda é igual ao produto das medidas das duas partes da outra corda. (AP).(PB) = (CP).(PD) se Potência de ponto (1): A partir de um ponto fixo P dentro de uma circunferência, tem-se que (PA).(PB) Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 60 é constante qualquer que seja a corda AB passando por este ponto P. Este produto (PA).(PB) é denominado a potência do ponto P em relação a esta circunferência. Secantes interceptando fora da circunferência: Consideremos duas retas secantes a uma mesma circunferência que se interceptam em um ponto P localizado fora da circunferência. Se uma das retas passa pelos pontos A e B e a outra reta passa pelos pontos C e D da circunferência, então o produto da medida do segmento secante PA pela medida da sua parte exterior PB é igual ao produto da medida do segmento secante PC pela medida da sua parte exterior PD. (PA).(PB)=(PC).(PD) Potência de ponto (2): Se P é um ponto fixo fora da circunferência, o Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 61 produto (PA).(PB) é constante qualquer que seja a reta secante à circunferência passando por P. Este produto (PA).(PB) é também denominado a potência do ponto P em relação à circunferência. Secante e tangente interceptando fora da circunferência: Se uma reta secante e uma reta tangente a uma mesma circunferência se interceptam em um ponto P fora da circunferência, a reta secante passando pelos pontos A e B e a reta tangente passando pelo ponto T de tangência à circunferência, então o quadrado da medida do segmento tangente PT é igual ao produto da medida do segmento secante PA pela medida da sua parte exterior PB. (PT)2 = (PA).(PB) Exemplo: Consideremos a figura ao lado com as cordas AB e CD Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 62 tendo interseção no ponto P, com (AP) = 5cm, (PB) = 8cm, (CD) = 14cm. Iremos obter a medida do segmento PD. Tomaremos (PD)=x, para podermos escrever que (CP) = 14-x e somente utilizaremos a unidade de medida no final. Desse modo, (PD).(PC)=(PA).(PB) e podemos escrever que x(14-x)=5×8, de onde segue que x²-14x+40=0. Resolvendo esta equação do segundo grau, obtemos: x=4 ou x=10, o que significa que se uma das partes do segmento medir 4cm, a outra medirá 10cm. Pela figura anexada, observamos que o segmento PD é maior que o segmento PC e concluímos que (PD)=10cm e (PC)=4cm. Áreas de regiões poligonais Triângulo e região triangular No desenho abaixo, o triângulo ABC é a reunião dos segmentos de reta AB, BC e AC. A reunião de todos os pontos localizados no triângulo e também dentro do triângulo é chamada uma região triangular. A região triangular ABC é limitada pelo triângulo ABC. Os pontos dos lados do triângulo ABC bem como os pontos do interior do triângulo ABC são pontos da região triangular. Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 63 Triângulo ABC Região triangular ABC O conceito de região poligonal Duas ou mais regiões triangulares não são sobrepostas, se a interseção é vazia, é um ponto ou é um segmento de reta. Cada uma das regiões planas abaixo é a reunião de três regiões triangulares não sobrepostas. Uma região poligonal é a reunião de um número finito de regiões triangulares nãosobrepostas e coplanares (estão no mesmo plano). Na gravura abaixo, apresentamos quatro regiões poligonais. Observe que uma região triangular é por si mesmo uma região poligonal e além disso uma região poligonal pode conter "buracos". Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 64 Duas ou mais regiões poligonais são nãosobrepostas quando a interseção de duas regiões quaisquer, é vazia, é um conjunto finito de pontos, é um segmento de reta ou é um conjunto finito de pontos e um segmento de reta. Uma região poligonal pode ser decomposta em várias regiões triangulares e isto pode ser feito de várias maneiras O estudo de área de regiões poligonais depende de alguns conceitos primitivos: 1. A cada região poligonal corresponde um único número real positivo chamado área. 2. Se dois triângulos são congruentes então as regiões limitadas por eles possuem a mesma área. 3. Se uma região poligonal é a reunião de n regiões poligonais não-sobrepostas Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 65 então sua área é a soma das áreas das n-regiões. decomposição da região poligonal em regiões triangulares. Observação: Para facilitar o estudo de regiões poligonais, adotaremos as seguintes práticas: a. Os desenhos de regiões poligonais serão sombreadas apenas quando houver possibilidade de confusão entre o polígono e a região. b. Usaremos expressões como a área do triângulo ABC e a área do retângulo RSTU no lugar de expressões como a área da região triangular ABC e a área da região limitada pelo retângulo RSTU. Exemplo: A área da figura poligonal ABCDEFX pode ser obtida pela Após isto, realizamos as somas dessas áreas triangulares. Área(ABCDEFX)=área(XAB)+área(XB C)+...+área(XEF) Unidade de área Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 66 Para a unidade de medida de área, traçamos um quadrado cujo lado tem uma unidade de comprimento. segmentos verticais, dividem o retângulo em seis quadrados tendo cada um 1 unidade de área. Esta unidade pode ser o metro, o centímetro, o quilômetro, etc. Área do Retângulo A figura ao lado mostra o retângulo ABCD, que mede 3 unidades de comprimento e 2 unidades de altura. O segmento horizontal que passa no meio do retângulo e os A área do retângulo ABCD é a soma das áreas destes seis quadrados. O número de unidades de área do retângulo coincide com o obtido pelo produto do número de unidades do comprimento da base AB pelo número de unidades da altura BC. Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 67 O lado do retângulo pode ser visto como a base e o lado adjacente como a altura, assim, a área A do retângulo é o produto da medida da base b pela medida da altura h. A=b×h A = x² Exemplo: Obter a área do retângulo cujo comprimento da base é 8 unidades e o comprimento da altura é 5 unidades. A = b×h Área do quadrado Um quadrado é um caso particular de retângulo cuja medida da base é igual à medida da altura. A área do quadrado pode ser obtida pelo produto da medida da base por si mesma. Esta é a razão pela qual a segunda potência do número x, indicada por x², tem o nome de quadrado de x e a área A do quadrado é obtida pelo quadrado da medida do lado x. A = (8u)x(5u) = 40u² No cálculo de áreas em situações reais, usamos medidas de comprimento em função de alguma certa unidade como: metro, centímetro, quilômetro, etc... Exemplo: Para calcular a área de um retângulo com 2 m de altura e 120 cm de Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 68 base, podemos expressar a área em metros quadrados ou qualquer outra unidade de área. 1. Transformando as medidas em metros Como h=2m e b=120cm=1,20m, a área será obtida através de: A = (1,20m)×(2m) = 2,40m² as medidas A = (120cm)×(200cm) = 24000cm² Área do Paralelogramo Combinando os processos para obtenção de áreas de triângulos congruentes com aqueles de áreas de retângulos podemos obter a área do paralelogramo. A = b×h 2. Transformando centímetros A = b×h em Como h=2m=200cm e b=120cm, a área do retângulo será dada por: Qualquer lado do paralelogramo pode ser tomado como sua base e a altura correspondente é o segmento perpendicular à reta que contém a base até o ponto onde esta reta intercepta o lado oposto do paralelogramo. Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 69 No paralelogramo ABCD abaixo à esquerda, os segmentos verticais tracejados são congruentes e qualquer um deles pode representar a altura do paralelogramo em relação à base AB. No paralelogramo RSTV acima à direita, os dois segmentos tracejados são congruentes e qualquer um deles pode representar a altura do paralelogramo em relação à base RV. A área A do paralelogramo é obtida pelo produto da medida da base b pela medida da altura h, isto é, A=b×h. Demonstração da fórmula Área do Triângulo A área de um triângulo é a metade do produto da medida da base pela medida da altura, isto é, A=b.h/2. Demonstração da fórmula Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 70 Exemplo: Mostraremos que a área do triângulo equilátero cujo lado mede s é dada por A=s²R[3]/2, onde R[z] denota a raiz quadrada de z>0. Realmente, com o Teorema de Pitágoras, escrevemos h²=s²(s/2)² para obter h²=(3/4)s² garantindo que h=R[3]s/2. Como a área de um triângulo é dada por A=b.h/2, então segue que: A = s × R[3] s/2 = ½ R[3] s² Observação: Triângulos com bases congruentes e alturas congruentes possuem a mesma área. Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 71 Comparação de áreas entre triângulos semelhantes Conhecendo-se a razão entre medidas correspondentes quaisquer de dois triângulos semelhantes, é possível obter a razão entre as áreas desses triângulos. Propriedade: A razão entre as áreas de dois triângulos semelhantes é igual ao quadrado Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 72 da razão entre os comprimentos de quaisquer dois lados correspondentes. Área de ABC a² = Área de RST b² = r² c² = s² t² A área do losango é o semi-produto das medidas das diagonais, isto é, A=(d1×d2)/2. Demonstração da fórmula Área do losango O losango é um paralelogramo e a sua área é também igual ao produto do comprimento da medida da base pela medida da altura. Área do trapézio Em um trapézio existe uma base menor de medida b1, uma base maior de medida b2 e uma altura com medida h. Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 73 A área A do trapézio é o produto da média aritmética entre as medidas das bases pela medida da altura, isto é, A=(b1+b2).h/2. Polígonos regulares Um polígono regular é aquele que possui todos os lados congruentes e todos os ângulos congruentes. Existem duas circunferências associadas a um polígono regular. Circunferência circunscrita: Em um polígono regular com n lados, podemos construir uma circunferência circunscrita (por fora), que é uma circunferência que passa em todos os vértices do polígono e que contém o polígono em seu interior. Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 74 Circunferência inscrita: Em um polígono regular com n lados, podemos colocar uma circunferência inscrita (por dentro), isto é, uma circunferência que passa tangenciando todos os lados do polígono e que está contida no polígono. 4. Ângulo central é o ângulo cujo vértice é o centro do polígono e cujos lados contém vértices consecutivos do polígono. Elementos de um polígono regular 1. Centro do polígono é o centro comum às circunferências inscrita e circunscrita. 2. Raio da circunferência circunscrita é a distância do centro do polígono até um dos vértices. 3. Raio da circunferência inscrita é o apótema do polígono, isto é, a distância do centro do polígono ao ponto médio de um dos lados. Apótema: OM, Raios: OA,OF Ângulo central: AOF Apótema: OX, Raios: OR,OT Ângulo central: ROT Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 75 5. Medida do ângulo central de um polígono com n lados é dada por 360/n graus. Por exemplo, o ângulo central de um hexágono regular mede 60 graus e o ângulo central de um pentágono regular mede 360/5=72 graus. Áreas de polígonos regulares Traçando segmentos de reta ligando o centro do polígono regular a cada um dos vértices desse polígono de n-lados, iremos decompor este polígono em n triângulos congruentes. Assim, a fórmula para o cálculo da área da região poligonal regular será dada pela metade do produto da medida do apótema a pelo perímetro P, isto é: A = a × Perímetro / 2 Demonstração da fórmula Comparando áreas entre polígonos semelhantes Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 76 Apresentamos abaixo dois pentágonos irregulares semelhantes. Dos vértices correspondentes A e L traçamos diagonais decompondo cada pentágono em três triângulos. Os pares de triângulos correspondentes ABC e LMN, parecem semelhantes, o que pode ser verificado diretamente através da medição de seus ângulos com um transferidor. Assumiremos que tal propriedade seja válida para polígonos semelhantes com n lados. Observação: Se dois polígonos são semelhantes, eles podem ser decompostos no mesmo número de triângulos e cada triângulo é semelhante ao triângulo que ocupa a posição correspondente no outro polígono. Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 77 da razão entre os comprimentos de quaisquer dois lados correspondentes. Área de ABCDE... s² = Área de A'B'C'D'E'... Este fato e o teorema sobre razão entre áreas de triângulos semelhantes são usados para demonstrar o seguinte teorema sobre áreas de polígonos semelhantes. Teorema: A razão entre áreas de dois polígonos semelhantes é igual ao quadrado t² = (s')² (t')² Áreas de regiões circulares O círculo como o limite de regiões poligonais regulares Nas figuras abaixo, temos três regiões poligonais regulares inscritas em círculos congruentes. Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 78 não podemos construir uma expressão matemática para o cálculo do perímetro ou da área de uma região poligonal regular inscrita num círculo. Quando aumenta o número de lados do polígono inscrito observamos que també aumenta: 1. O apótema, aproximando-se do raio do cículo como um limite. 2. O perímetro, aproximando-se da circunferência do círculo como um limite. 3. A área, aproximando-se da área do círculo como um limite. Neste trabalho não é possível apresentar uma definição precisa de limite e sem ela A idéia de limite nos permite aproximar o perímetro da circunferência pelo perímetro do polígono regular inscrito nessa circunferência, à medida que o número de lados do polígono aumenta. O mesmo ocorre com o cálculo da área do círculo, pois à medida que o número de lados da região poligonal inscrita aumenta, as áreas dessas regiões se aproximam da área do círculo. Este também é um processo através de limites. Perímetro do círculo e da circunferência Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 79 Perímetro da circunferência de um círculo é o valor limite da sequência dos perímetros dos polígonos regulares inscritos de n lados na circunferência à medida que o número n de lados aumenta indefinidamente. Área do círculo é o valor limite da sequência das áreas das regiões poligonais regulares inscritas no círculo quando o número n de lados das poligonais aumenta arbitrariamente. Relações associadas ao perímetro 1. Com base nestas duas definições temos um importante resultado sobre a relação existente entre o perímetro e o diâmetro da circunferência: A razão entre o perímetro e o diâmetro de uma circunferência é uma constante 2. Sejam duas circunferências de diâmetros D1 e D2, com perímetros P1 e P2, respectivamente. A razão entre os perímetros P1 e P2 é igual à razão entre os diâmetros D1 e D2. Como o diâmetro é o dobro do raio, então, o mesmo ocorre para a razão entre os raios r1 e r2. A1 = D1 = r1 Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 80 A2 D2 r2 inscritas no mesmo. Nesse caso, o diâmetro D=2r. As fórmulas para a área do círculo são: 3. Para todo círculo (e também circunferência), a razão entre o perímetro e o diâmetro é uma constante, denominada Pi, denotada pela letra grega que é um número irracional (não pode ser escrito como a divisão de dois números inteiros). Uma aproximação para Pi com 10 dígitos decimais é: Área = D² Proporção com áreas: Sejam dois círculos de raios, respectivamente, iguais a r1 e r2, áreas A1 e A2 e diâmetros D1 e D2. A razão entre as áreas desses dois círculos é a mesma que a razão entre os quadrados de seus raios ou os quadrados de seus diâmetros. = 3,1415926536.... A1 (D1)² = Área do círculo Área de um círculo de raio r é o limite das áreas das regiões poligonais regulares r² = ¼ A2 Arcos (r1)² = (D2)² (r2)² Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 81 O comprimento de um arco genérico AB pode ser descrito em termos de um limite. Imaginemos o arco AB contendo vários pontos A=Po, P1, P2, P3, ..., Pn-1, Pn=B, formando n pequenos arcos e também n pequenos segmentos de reta de medidas respectivas iguais a: AP1, P1P2, ..., Pn-1B. pequeno e as medidas dos arcos sejam aproximadamente iguais às medidas dos segmentos. O comprimento de um arco AB de uma circunferência de raio r é o valor limite da soma dos comprimentos destas n cordas quando n cresce indefinidamente. Um arco completo de circunferência corresponde a um ângulo que mede 360 graus=2 radianos. Se o raio da circunferência for r, o perímetro da circunferência coincidirá com o comprimento do arco da mesma e é dado por: Perímetro da circunferência = 2 r A idéia aqui é tomar um número n bastante grande para que cada segmento seja Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 82 Comprimento do arco: Seja um arco AB em uma circunferência de raio r e m a medida do ângulo correspondente, sendo m tomado em graus ou em radianos. O comprimento do arco pode ser obtido (em radianos) por: 360 graus ……… 2 Pi r m AB graus ……… Comprimento de logo comprimento do arco AB = m r Comprimento do arco AB = =rm r m/180 Tais fórmulas podem ser justificadas pelas seguintes regras de três simples e diretas. Se o ângulo relativo ao arco AB mede m graus, obtemos: / 180 Se o ângulo relativo ao arco AB mede m radianos, obtemos: 2 Pi rad ……… 2 Pi r m AB assim rad ……… comprimento de Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 83 Comprimento do arco AB = r m radianos Setor circular Setor circular é uma região limitada por dois raios e um arco do círculo. 3. 4. 5. 6. r é o raio de cada um dos setores ACB é o arco do setor OACB ADB é o arco do setor OADB. Tomando m como a medida do arco ACB (em graus ou radianos), a área do setor circular OACB será dada por: Área do setor circular OACB = m/360 = ½ m r² r² Basta usar regras de três simples e diretas. Se o ângulo relativo ao arco AB mede m graus, obtemos: Usando a figura acima, podemos extrair algumas informações: 1. OACB é um setor circular 2. OADB é um setor circular 360 graus ……… Área do círculo m graus ……… Área do setor OACB Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 84 logo abaixo, existem dois segmentos circulares: o segmento ACB e o segmento ADB. Área(setor OACB) = Pi r² m / 360 Se o ângulo relativo ao arco AB mede m radianos, obtemos: 2 Pi rad ……… Área do círculo m rad ……… Área setor OACB assim Área(setor OACB) = ½ m r² radianos Segmento circular Segmento circular é uma região limitada por uma corda e um arco do círculo. Na figura A área do segmento ACB pode ser obtida subtraindo a área do triângulo AOB da área do setor OACB. Área(segmento) = Área(setor OACB) Área(triângulo AOB) A área do segmento ADB pode ser obtida subtraindo a área do segmento ACB da área Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 85 do círculo ou somando a área do triângulo AOB à área do setor OADB. 3. e media dez côvados duma borda à outra, cinco 4. côvados de altura e trinta de circunferência." Curiosidades sobre o número Pi 1. Na Bíblia Sagrada, no primeiro livro de Reis 7:23, existe a passagem: 2. "Fez também o mar de fundição; era redondo sugerindo que os construtores da casa de Salomão usavam o valor 3 para a razão entre o diâmetro e o comprimento da circunferência. 5. Arquimedes (287-212 a.C.) mostrou que o valor da razão entre o diâmetro e o comprimento da circunferência estava entre 3+1/7 e 3+10/71. 6. O símbolo usado para a razão entre o diâmetro e o comprimento da Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 86 circunferência somente foi introduzido no século XVIII. 7. O valor de correto com 10 dígitos decimais foi usado no cálculo do comprimento da linha do Equador terrestre. 8. Uma vez conhecida uma unidade de comprimento, é impossível construir um segmento de comprimento Pi através de régua e compasso. 9. O número exerce um papel muito importante na Matemática e nas ciências, predominantemente quando determinamos perímetros, áreas, centros de gravidade, informações sobre segmentos e setores circulares e elípticos, inclusive em cálculos de navegação, etc. 10. Com o uso de computadores, já foi realizado o cálculo do valor exato de com mais de cem mil dígitos decimais. Detalhes sobre o cálculo de Pi: De modo análogo ao resultado obtido através do limite de polígonos regulares inscritos também podemos aproximar o perímetro e a área do círculo de raio r, pelo valor limite de polígonos regulares circunscritos no círculo quando o número de lados desse cresce arbitrariamente. Perímetro polígono inscrito 2r < < Perímetro polígono circunscrito 2r Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 87 Tais relações estão na tabela com dados sobre o polígono regular dado: Número de lados do polígono 6 12 24 48 96 192 Perímetro do polígono inscrito dividido por 2r 3,00000 3,10582 3,13262 3,13935 3,14103 3,14145 256 512 1024 3,14151 3,14157 3,14159 3,14175 3,14163 3,14160 Perímetro do polígono circunscrito dividido por 2r Observe na tabela que quanto maior o número de lados de cada polígono mais dígitos decimais coincidem para obter o valor do número Pi, tanto para os polígonos inscritos como para os circunscritos. Com um polígono de 1024 lados, praticamente temos 4 algarismos exatos. 3,46411 3,21540 3,15967 3,14609 3,14272 3,14188 Outra forma (lenta) para obter o número Pi, é: Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 88 A forma mais rápida que conhecemos para obter Pi, é: obtida em The miraculous Bailey-BorweinPlouffe Pi Algorithm. Elementos de Geometria Espacial Introdução A Geometria espacial (euclidiana) funciona como uma ampliação da Geometria plana (euclidiana) e trata dos métodos apropriados para o estudo de objetos espaciais assim como a relação entre esses elementos. Os objetos primitivos do ponto de vista espacial, são: pontos, retas, segmentos de retas, planos, curvas, ângulos e superfícies. Os principais tipos de cálculos que podemos realizar são: comprimentos de curvas, áreas de superfícies e volumes de regiões sólidas. Tomaremos ponto, reta e plano como conceitos primitivos, os quais serão aceitos sem definição. Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 89 Planos e retas Um plano é um subconjunto do espaço R3 de tal modo que quaisquer dois pontos desse conjunto, podem ser ligados por um segmento de reta inteiramente contido no conjunto. Duas retas (segmentos de reta) no espaço R3 podem ser: paralelas, concorrentes ou reversas. Retas paralelas: Duas retas são paralelas se elas não possuem interseção e estão em um mesmo plano. Retas concorrentes: Duas retas são concorrentes se elas têm um ponto em comum. As retas perpendiculares são retas concorrentes que formam entre si um ângulo reto. Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 90 Retas reversas: Duas retas são ditas reversas quando uma não tem interseção com a outra e elas não são paralelas. Isto significa que elas estão em planos diferentes. Pode-se pensar de uma reta r desenhada no chão de uma casa e uma reta s, não paralela a r, desenhada no teto dessa mesma casa. Posições de pontos, retas e planos Um plano no espaço R3 pode ser determinado por qualquer uma das situações: 1. Três pontos não colineares (não pertencentes à mesma reta). 2. Um ponto e uma reta ou um segmento de reta que não contém o ponto. 3. Um ponto e um segmento de reta que não contém o ponto. 4. Duas retas paralelas que não se sobrepõe. 5. Dois segmentos de reta paralelos que não se sobrepõe. 6. Duas retas concorrentes. Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 91 7. Dois segmentos concorrentes. de reta Posições de retas e planos Há duas relações importantes, relacionando uma reta e um plano no espaço R3. Reta paralela a um plano: Uma reta r é paralela a um plano no espaço R3, se existe uma reta s inteiramente contida no plano que é paralela à reta dada. Reta perpendicular a um plano: Uma reta é perpendicular a um plano no espaço R3, se ela intersecta o plano em um ponto P e todo segmento de reta contido no plano que tem P como uma de suas extremidades é perpendicular à reta. Distância de um ponto a um plano Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 92 Seja P um ponto localizado fora de um plano. A distância do ponto ao plano é a medida do segmento de reta perpendicular ao plano em que uma extremidade é o ponto P e a outra extremidade é o ponto que é a interseção entre o plano e o segmento. Se o ponto P estiver no plano, a distância é nula. Posições entre planos 1. Planos concorrentes no espaço R3 são planos cuja interseção é uma reta. 2. Planos paralelos no espaço R3 são planos que não tem interseção. 3. Diedro: Quando dois planos são concorrentes, dizemos que tais planos formam um diedro. Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 93 5. Planos normais são aqueles cujo ângulo diedral é um ângulo reto (90 graus). 4. Ângulo diedral: É ângulo formado por dois planos concorrentes. Para obter o ângulo diedral, basta tomar o ângulo formado por quaisquer duas retas perpendiculares aos planos concorrentes. Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 94 Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 95 Autor: Carlos Disciplina/matéria: Matematica/Supletivo Assunto: Introdução – 1º período Página : 96