6. Geometria Euclidiana Esse campo da matemática pode ter começado a ser inventado no Egito, nas margens do Rio Nilo, por causa das subidas do rio que desmontavam as demarcações de terras de quem morava ali. Daí, o nome Geometria (Geo – terra; metria – medição, medida). Depois de Euclides, se tornou um bom instrumento para aprender a argumentar e aprender lógica dedutiva. 6.1. Conceitos primitivos Em geometria temos ponto, linha e plano. São noções ou conceitos que aceitamos sem demonstração e que sabemos o que significa, mas não conseguimos explicar o que são. 6.1.1. Ponto Escrito com letras maiúsculas do nosso alfabeto. Menor unidade que temos, não tem medidas de comprimento, profundidade, largura ou massa. Pode ser representado por um simples toque de lápis (caneta) ou pela intersecção de dois traços. É preciso cuidar para não representarmos pontos com pequenos círculos. 6.1.2. Linha É a trajetória definida por um ponto em movimento no espaço. Também podemos considerá-la como um conjunto de pontos sucessivos muito próximos um do outro. 6.1.3. Plano São infinitos e podem ser representados de várias maneiras. São identificados por letras minúsculas do alfabeto grego:, , etc. Falaremos mais de planos no principio de Geometria Espacial. 6.2. Linhas 6.2.1. Classificação de linhas quanto à sua forma, isto é, quanto ao formato que possui Mista ou mistilínea: Formada por mais de um dos tipos vistos acima. Curva ou curvilínea: Está sempre em mudança de direção, feita de forma harmoniosa. Quebrada ou poligonal: As mudanças de direção são feitas bruscamente. Reta ou retilínea: Possui uma única direção sendo ilimitada nos dois sentidos de crescimento. Como a reta é ilimitada, podemos prolongar ela o quanto quisermos. É sempre identificada com letras minúsculas do nosso alfabeto: a, b etc. Pode ser representada de várias maneiras: Usaremos apenas a última representação: um traço e a letra de identificação, que deve ser colocada na lateral da reta. 6.3. Relações 6.3.1. Entre ponto e reta Os pontos C e D pertencem à reta r (C ∈ r e D ∈ r) e o ponto E não pertence à reta r (E ∉ r) porque um ponto só pertence a uma reta se estiver representado sobre ela (contido nela). 6.3.2. Entre pontos Podemos notar que os pontos A, B e C pertencem à r, por isso são denominados colineares, isto é, existe uma reta que passa pelos três pontos. Já os pontos A, B, C, D, E e F (juntos) são não colineares. Pontos coincidentes ocupam o mesmo lugar no espaço. Pontos distintos tem lugares diferentes. 6.4. Definições Determinar, em geometria, significa que algo existe e é único. Se pensarmos um pouco, vemos que as coisas podem existir ou não. E que se existem podem ser únicas ou várias. Por isso consideramos bastante o caso de existir e ser único. Axiomas ou postulados: Ideias geométricas que aceitamos como verdadeiras sem a necessidade de demonstrar. Postulado 1: Por um ponto passam infinitas retas. Um ponto é comum a duas retas quando pertence simultaneamente a essas duas retas. (Imaginem um ouriço). Postulado 2: Dois pontos distintos determinam uma reta a qual eles pertencem. Dois pontos são sempre colineares, pois, para quaisquer dois pontos A e B, existe uma reta r, tal que 𝐴 ∈ 𝑟 𝑒 𝐵 ∈ 𝑟. Postulado 3: Em uma reta, bem como fora dela, existem infinitos pontos. Postulado 4: Qualquer ponto de uma reta divide-a em duas partes. Cada uma dessas partes, juntamente com o ponto, é chamada semirreta. Para representarmos semirretas podemos fazê-lo com as letras do ponto de origem e da ⃗⃗⃗⃗ que se lê: semirreta r de origem A), com a letra de origem e reta, com uma seta sobre elas (𝐴𝑟 uma seta sobre ela (𝐴 que se lê: semirreta de origem A), com as letras do ponto de origem e de ⃗⃗⃗⃗⃗ que se lê: semirreta de origem outro ponto pertencente à semirreta, com uma seta sobre elas (𝐴𝐵 A passando por B). Sempre a 1ª letra é a da origem e a seta deve indicar para a direita. Planos e retas contém infinitos pontos. Mas, retas tem menos pontos que planos, sendo que essas são subconjuntos dos planos. 6.5. Ângulos É a figura formada por duas semirretas distintas de mesma origem. 6.5.1. Elementos de um ângulo Vértice: Ponto de origem das semirretas que formam o ângulo. É também seu ponto de intersecção. Lados: Semirretas que definem o ângulo. Abertura: Afastamento entre os lados, a partir do vértice. Seu símbolo é ∢. Quando traçamos duas semirretas distintas e de mesma origem, estamos representando dois ângulos. Isso porque as semirretas dividiram o plano em duas regiões. Por isso devemos identificar o ângulo que queremos colocando um arco com setas nas extremidades na região interna do ângulo ou colocando a letra V de vértice na região externa ao ângulo. ; ; ; . Identificamos os ângulos usando letras minúsculas do alfabeto grego com acento circunflexo sobre ela (𝛼 ̂ ), usando uma letra do nosso alfabeto colocando um circunflexo sobre ela (Â ou â), usando as letras que identificam as retas que se interceptaram formando os ângulos ̂ ) ou, se o ângulo for formado por segmentos de colocando um acento circunflexo sobre elas (𝑎𝑏 reta, usamos as três letras que identificam os pontos de extremidades desses segmentos colocando um circunflexo na letra que representa o vértice (𝐴𝐵̂𝐶 𝑜𝑢 𝑅𝑆̂𝑇). 6.5.2. Tipos de ângulo Quanto maior for a abertura de um ângulo, maior será sua medida. Existem duas medidas de ângulos que iremos estudar: o grau e o radiano. Duas retas que se interceptam formam quatro ângulos. Se os quatro são de mesma medida, cada um deles recebe o nome de ângulo reto e dizemos que as retas que se interceptam são perpendiculares. O símbolo desse ângulo é ⊥. Ângulo agudo: Qualquer medida menor que a do ângulo reto. Ângulo raso ou de meia volta: É formado pela existência de uma única reta. Ângulo obtuso: Qualquer ângulo com medida maior que a do ângulo reto e menor que a do ângulo raso. Os ângulos reto, agudo e obtuso são chamados de ângulos convexos por serem menores do que o ângulo raso. Ângulo de volta inteira ou nulo: É formado pela existência de uma semirreta. Ângulo côncavo: Qualquer ângulo maior que o raso e menor que a volta inteira. Ângulos congruentes: Dois ângulos são congruentes quando possuem a mesma medida, ou seja, se forem sobrepostos, todos os seus pontos coincidirão. 6.5.3. Posição relativas entre ângulos Ângulos consecutivos Quando possuem em comum o vértice e um dos lados. 𝑉 é 𝑣é𝑟𝑡𝑖𝑐𝑒 𝑑𝑒 𝛼̂ 𝑒 𝑑𝑒 𝛽̂ ⃗⃗⃗⃗⃗ 𝑉𝐴 é 𝑙𝑎𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝛽̂ ⃗⃗⃗⃗⃗ é 𝑙𝑎𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝛼̂ 𝑉𝐵 ⃗⃗⃗⃗⃗ 𝑉𝐶 é 𝑙𝑎𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝛼̂ 𝑒 𝑑𝑒 𝛽̂ {𝛼̂ ∧ 𝛽̂ 𝑡ê𝑚 𝑝𝑜𝑛𝑡𝑜𝑠 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑛𝑜𝑠 𝑐𝑜𝑚𝑢𝑛𝑠 Portanto, 𝛼̂ ∧ 𝛽̂ são ângulos consecutivos. Ângulos consecutivos adjacentes são ângulos que não têm pontos internos comuns. 𝑉 é 𝑣é𝑟𝑡𝑖𝑐𝑒 𝑑𝑒 𝛼̂ 𝑒 𝑑𝑒 𝛽̂ ⃗⃗⃗⃗⃗ 𝑉𝐴 é 𝑙𝑎𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝛽̂ ⃗⃗⃗⃗⃗ é 𝑙𝑎𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝛼̂ 𝑉𝐶 ⃗⃗⃗⃗⃗ 𝑉𝐵 é 𝑙𝑎𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝛼̂ 𝑒 𝑑𝑒 𝛽̂ {𝛼̂ ∧ 𝛽̂ 𝑛ã𝑜 𝑡ê𝑚 𝑝𝑜𝑛𝑡𝑜𝑠 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑛𝑜𝑠 𝑐𝑜𝑚𝑢𝑛𝑠 Portanto, 𝛼̂ ∧ 𝛽̂ são ângulos adjacentes. Ângulos adjacentes complementares Quando os lados não comuns são perpendiculares entre si, ou seja, quando a junção desses ângulos equivale a um ângulo reto. 𝛼̂ + 𝛽̂ = â𝑛𝑔𝑢𝑙𝑜 𝑟𝑒𝑡𝑜 Complemento de um ângulo é o ângulo que falta para formar um ângulo reto. Ângulos adjacentes suplementares Dois ângulos adjacentes são suplementares quando os lados não-comuns têm a mesma reta suporte, ou seja, são semirretas de sentidos opostos. Portanto, dois ângulos são suplementares quando sua junção equivale a um ângulo raso. Suplemento de um ângulo é o ângulo que falta para formar um ângulo raso. Ângulos Replementares Dois ângulos são replementares quando o vértice e os dois lados desses ângulos são coincidentes, ou seja, quando sua junção equivale a uma volta inteira. Replemento de um ângulo é o ângulo que falta para formar uma volta inteira. Ângulos opostos pelo vértice Quando duas retas se interceptam, formam quatro ângulos opostos pelo vértice, dois a dois. Ângulos opostos pelo vértice são sempre congruentes. 6.5.4. Bissetriz É a semirreta de origem no vértice do ângulo que o divide em duas partes exatamente iguais. ⃗⃗⃗⃗⃗ 𝑉𝐵 é a bissetriz do ângulo 𝛽̂. Abrevia-se btz. 6.5.5. Operações com ângulos Transporte de ângulos Construção: Com uma abertura qualquer, centramos o compasso em A e traçamos um arco, determinando os pontos B e C nos lados de 𝛼̂. Traçamos a semirreta de origem V, na qual será representado o transporte do ângulo, o ângulo 𝛽̂. Com uma abertura igual a anterior, centramos o compasso em V e traçamos um arco determinando o ponto D. Com o compasso “pegamos” a distância de B a C em 𝛼̂ e a transportamos para o outro arco a partir de D. Obtemos, então, o ponto E. Traçamos a semirreta que tem origem em V e passa pelo ponto E, obtendo o ângulo transportado 𝛽̂. Adição Efetue a soma gráfica entre os ângulos 𝛼̂ e 𝛽̂. Construção: Traçamos a semirreta onde será representado o resultado da operação. Com uma abertura qualquer no compasso, traçamos um arco em cada um dos três vértices, obtendo os pontos C, D, E, F e G. ̂ para o arco de resposta, obtendo H. A partir de H, Transportamos a distância 𝐶𝐷 ̂ , obtendo os pontos I e J. O ângulo definido por G, V e J é a resposta. transportamos a distância 𝐸𝐹 Subtração Efetue a subtração gráfica entre os ângulos 𝛼̂ e 𝛽̂. ̂ é transportada internamente a Construção: É análoga à adição, porém a distância 𝐸𝐹 ̂. distância 𝐶𝐷 Multiplicação Dado o ângulo 𝛼̂, efetue graficamente 3 ∙ 𝛼̂. ̂ sucessivamente, tantas vezes quantas forem pedidas. Construção: Basta transportar a distância 𝐶𝐷 6.6. Posição relativa entre retas Vimos que são absolutas as posições que a reta ocupa sozinha no plano. São três as posições possíveis: horizontal, vertical ou inclinada. Posições relativas entre retas são posições que duas ou mais retas ocupam no plano, uma em relação à outra. De acordo com essas posições as retas são chamadas de paralelas, concorrentes ou coincidentes. 6.6.1. Retas Paralelas São aquelas que não possuem nenhum ponto em comum, pois não se interceptam; conservam sempre a mesma distância uma da outra. Símbolo: ∥. 6.6.2. Retas coincidentes Possuem todos os pontos em comum. Símbolo: ≡. 6.6.3. Retas concorrentes Possuem apenas um ponto em comum: seu ponto de intersecção. Podem ser perpendiculares ou obliquas. 6.6.3.1. Retas concorrentes perpendiculares Se interceptam formando quatro ângulos retos. a ⊥ b. Símbolo: ⊥. 6.6.3.2. Retas concorrentes oblíquas São retas que se interceptam formando quatro ângulos e nenhum reto. 𝑎 ∠ 𝑏. Símbolo: ∠. 6.6.4. Mediana e mediatriz São as retas que passam pelo ponto médio de um segmento de reta. Mediana: Qualquer reta que passa pelo ponto médio de um segmento formando ângulos diferentes do ângulo reto. Abrevia-se mdn. 𝑚𝑑𝑛 ̅̅̅̅ 𝐴𝐵 Mediatriz: Reta que passa perpendicularmente pelo ponto médio de um segmento dividindo-o em duas partes congruentes. Abrevia-se mtz. 6.7. Segmentos Uma parte de uma reta limitada por dois pontos distintos, que são suas extremidades, é conhecida como segmento de reta. Para representarmos segmentos podemos fazê-lo com as ̅̅̅̅ ). Todo segmento tem uma reta letras de suas extremidades com um traço sobre elas (𝐴𝐵 suporte (uma reta que contém o segmento). A partir do segmento de reta, passamos a trabalhar com formas finitas. 6.7.1. Segmentos congruentes São os segmentos que têm a mesma medida, ou seja, aqueles que, quando sobrepostos, apresentam todos os pontos coincidentes. Ponto médio é o ponto pertencente ao segmento e que está à mesma distância das extremidades (equidistante as extremidades), dividindo o segmento em duas partes congruentes. 6.7.2. Posições relativas entre segmentos de reta Paralelos: Não têm ponto em comum. Coincidentes: Têm todos os pontos em comum. Concorrentes: Têm apenas um ponto em comum. Podem ser perpendiculares ou oblíquos. Colineares: Têm o mesmo alinhamento, ou seja, estão contidos na mesma reta suporte. Consecutivos: Estão em sequencia, unidos pelas extremidades. Assim, temos segmentos: Colineares consecutivos: Contidos na mesma reta suporte, unidos pelas extremidades. Colineares não consecutivos: Contido na mesma reta suporte, mas não unidos entre si. Consecutivos não colineares: Unidos pelas extremidades, mas não contidos na mesma reta suporte. Não consecutivos não colineares: Não unidos entre si nem contidos na mesma reta suporte. 6.7.3. Operações com segmentos de retas Transporte de segmentos: Quando mudamos um segmento de reta, na verdade estamos transportando a sua medida. ̅̅̅̅ ∧ 𝑟, tranporte 𝐴𝐵 ̅̅̅̅ para a reta r. Exm.: Dados 𝐴𝐵 Construção: Marcamos o ponto A em r: ̅̅̅̅, ou seja, afastamos as extremidades Agora, “pegamos” com o compasso o segmento 𝐴𝐵 do compasso para obter uma abertura que corresponda à medida do segmento. Conservando a mesma abertura, marcamos o ponto B em r: Adição Efetue a soma gráfica dos segmentos ̅̅̅̅ 𝐴𝐵 ∧ ̅̅̅̅ 𝐶𝐷. Construção: Traçamos uma reta auxiliar: Transportamos ̅̅̅̅ 𝐴𝐵 para a reta r: Transportamos ̅̅̅̅ 𝐶𝐷 para a reta r, marcando-o a partir ̅̅̅̅ 𝐴𝐵 + ̅̅̅̅ 𝐶𝐷 = ̅̅̅̅ 𝐴𝐷 de B. Subtração Efetue a subtração gráfica entre os segmentos ̅̅̅̅ 𝐴𝐵 ∧ ̅̅̅̅ 𝐶𝐷. Construção: Traçamos uma reta auxiliar: ̅̅̅̅ para a reta r: Transportamos 𝐴𝐵 ̅̅̅̅ para a reta r, marcando a partir de B indo para trás ( Ou transportamos 𝐶𝐷 ̅̅̅̅ − 𝐶𝐷 ̅̅̅̅ = 𝐴𝐷 ̅̅̅̅ ) ou o marcamos a , 𝐴𝐵 , ̅̅̅̅ 𝐴𝐵 − ̅̅̅̅ 𝐶𝐷 = ̅̅̅̅ 𝐷𝐵). partir de A, indo para frente ( Multiplicação ̅̅̅̅, efetue a multiplicação gráfica desse segmento conforme pedido na indicação. Dado 𝐴𝐵 ̅̅̅̅ 3 ⋅ 𝐴𝐵 Construção: Traçamos uma reta auxiliar: Transportamos ̅̅̅̅ 𝐴𝐵 para a reta tantas vezes quantas forem pedidas. ̅̅̅̅̅̅̅ 3 ⋅ ̅̅̅̅ 𝐴𝐵 = 𝐴 1 𝐵3 Divisão ̅̅̅̅, divida este segmento em 9 partes iguais. Dado 𝐴𝐵 Construção: Traçamos a reta r passando pelo ponto A, com comprimento indefinido e que ñ contenha o segmento ̅̅̅̅ 𝐴𝐵. Melhor que o ângulo seja agudo, pois ficam mais fáceis os traçados. Com o compasso, descrevemos arcos de circunferências com raio qualquer. Posicionando o compasso sobre o ponto A descrevemos um arco interceptando a reta r, marcando o ponto P1; Posicionando o compasso sobre P1 e com mesmo raio, descrevemos um arco interceptando a reta r, marcando o ponto P2; Repetindo este processo o no de vezes em que se deseja dividir o segmento ̅̅̅̅ 𝐴𝐵 . Tracemos um segmento que passa pelo ponto B e P9. Agora, tracemos paralelas a este segmento de tal modo que passem pelos pontos P1, P2,... ,Pn. As ̅̅̅̅, geram os pontos Qn dividindo-o em 9 partes iguais. intersecções dessas retas com o segmento 𝐴𝐵 6.8. Distâncias Qual a distância entre dois pontos? Depende do caminho percorrido. Veja: A menor distância entre dois pontos é a medida do segmento de reta que os une. A partir de agora, quando dissermos distância, estamos falando da menor distância. A distância entre um ponto e uma reta é a medida do segmento de reta perpendicular que une o ponto à reta. A distância entre duas retas paralelas é a medida do segmento de reta perpendicular que une uma paralela à outra. Equidistância (distância equivalente) significa à mesma distância. Por isso, o termo equidistante é usado para indicar pontos que estão à mesma distancia de outros. Exemplos de equidistância: O ponto médio é equidistante das extremidades de um segmento: Qualquer ponto da bissetriz é equidistante dos lados de um ângulo: 𝑑𝐴𝑃 = 𝑑𝑃𝐵 ; P é equidistante de 𝐴 ∧ 𝐵. O centro (O) de uma circunferência é equidistante de qualquer ponto da circunferência. ; 𝑑𝐴𝑀 = 𝑑𝑀𝐵 ; M é equidistante de 𝐴 ∧ 𝐵. 6.9. Linhas curvas Linhas são os riscos que fazemos. Curvas são linhas que tem mudanças de direção de maneira suave ou reta. Uma curva fechada simples não tem extremidades e não se cruzam. Elas dividem o plano em duas regiões, uma interna e outra externa a ela. A região interna pode ser convexa ou côncava (não convexa). Região convexa, algum segmento de reta que una dois pontos internos quaisquer não intercepta a curva, isto é, o segmento é sempre interno a ela. Uma região plana é convexa se qualquer reta f desse plano intersecta seu contorno em, no máximo, dois pontos. Região côncava, algum segmento de reta que una dois pontos internos quaisquer intercepta a curva, isto é, o segmento é externo a ela em algum ponto. 6.10. Não-convexa Circunferência e circulo Convexa Circunferência: linha curva, plana, fechada, definida pelos pontos equidistantes de um ponto fixo chamado centro (qualquer ponto da circunferência tem a mesma distância do centro). O símbolo da circunferência é ⊙. Por ser fechada, a circunferência divide o plano em duas regiões, uma interna e outra externa a ela. A parte do plano interna à circunferência e por ela limitada (região interna) recebe o nome de círculo. O símbolo do círculo é . 6.10.1. Elementos de uma circunferência Centro: ponto equidistante de qualquer ponto da circunferência. O centro de uma circunferência pode ser identificado por qualquer letra latina maiúscula, porém tornou-se hábito identificá-lo pela letra O. Raio: distância do centro à circunferência. O raio é a abertura do compasso para traçar a circunferência. Corda: qualquer segmento de reta que tenha as extremidades na circunferência. Diâmetro: maior corda de uma circunferência, a que passa por seu centro. O diâmetro mede exatamente o dobro do raio da circunferência. Arco: parte da circunferência limitada por dois pontos. O arco que mede exatamente metade da circunferência é chamado de semicircunferência. 6.10.2. Posições relativas entre uma reta e uma circunferência Exteriores: não tem nada em comum. Tangentes: têm um ponto em comum que é chamado de ponto de tangencia. Secantes: a reta e a circunferência têm dois pontos em comum. A parte da reta secante interna à circunferência é uma corda. 6.10.3. Posições relativas entre duas circunferências Exteriores: não possuem nada em comum e uma está fora da outra. Tangentes externas: possuem um ponto em comum, mas uma está fora da outra. Tangentes internas: possuem um ponto em comum e uma está dentro da outra. Secantes: dois pontos em comum. Excêntricas: uma está dentro da outra, mas não se tocam e têm centros diferentes. Concêntricas: uma está dentro da outra, mas ñ se tocam e têm centros iguais (coincidentes). 6.11. Divisão de ângulos Dividir um ângulo em 3 partes iguais Trace um ângulo qualquer AÔB. Com centro em O trace uma circunferência de qualquer raio que corte os dois lados do ângulo em C, F, D, e E. Trace a bissetriz do ângulo AÔB que cortará a circunferência em G. ̅̅̅̅ A partir de G marque na bissetriz a medida 𝑂𝐺 = raio, encontrando assim o ponto H. Ligue H a E e D encontrando as divisões I e J na circunferência. Os pontos I e J determinarão os três ângulos procurados AÔJ, JÔI e IÔB. Dividir um ângulo qualquer em "n" partes iguais Trace uma circunferência com centro em O e com qualquer valor de raio, mas que corte os Seja AÔB um ângulo qualquer. dois lados do ângulo. Em seguida, marque o ponto C. Com centro em C e raio igual ao ̅̅̅̅ trace um arco de diâmetro 𝐶𝐴 circunferência. Repita o procedimento, mas agora com centro em B e mesmo valor de raio. Em seguida, marque o ponto F na intersecção dos dois arcos. Ligue ̅̅̅̅ 𝐵𝐹 encontrando o ponto D em ̅̅̅̅ 𝑂𝐴. ̅̅̅̅ em n partes Divida o segmento 𝐷𝐴 iguais, neste caso tome n igual a 4. Utilizando o método de divisão de segmentos ̅̅̅̅. marque os pontos das divisões em 𝐷𝐴 Ligue F a cada uma das divisões de ̅̅̅̅, encontrando assim, as divisões no 𝐷𝐴 ̂. arco 𝐴𝐵 ̂, Ligue O a cada uma das divisões de 𝐴𝐵 ̂. encontrando assim, as divisões do ângulo 𝐴𝐵 Traçar a bissetriz de um ângulo qualquer cujo vértice não é conhecido Processo I Marque M sobre a semirreta A e N sobre a Seja AÔB qualquer, com O desconhecido. semirreta B. Em seguida, trace a semirreta ⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 𝑀𝑁. Trace as bissetrizes dos ângulos, sendo os pontos S e T a intersecção das bissetrizes. ⃗⃗⃗⃗ que será a bissetriz do Trace a semirreta 𝑆𝑇 ângulo AÔB. Processo II Seja AÔB um ângulo qualquer cujo vértice O é desconhecido. Trace a bissetriz do ângulo formado pelas paralelas obtendo assim, a bissetriz do ângulo AÔB. Trace duas retas paralelas a dois lados do ângulo, mas que estejam situadas a uma igual distancia dos mesmos.