Resumos Matematik Triângulos e suas medidas Trigonometria Não é um manual escolar. Não dispensa a consulta de um manual escolar. Recomendamos a presença nas aulas e o aconselhamento com um professor. Setembro 2015 Todos os direitos reservados Triângulos e suas medidas - Trigonometria Resumos Matematik Triângulos e suas medidas - Trigonometria Triângulos………………............................................................................................................. Pág. 3 Classificação de Triângulos …………….……..…………………............……………...……. 3 Resolução de equações trigonométricas……………………............…………..…...…… Quanto aos ângulos …..………………………………..……………………..……………….. Quanto aos lados………………………………… ………………..…..…………………….. 3 3 4 O Triângulo Rectângulo ………………..………..………………………………………………………. 4 O Teorema de Pitágoras …………………………………..…………………………………………….. 7 As medidas do Triângulo – Trigonometria……………………………………………….. As razões trigonométricas…………………………………………………………..... Valores das razões trigonométricas de ângulos fundamentais………… Relações entre as razões trigonométricas…………………………………….... 9 9 14 14 Apêndice…………………………………………...…………………………………………………… Formulário………………………………………………………………………………...... 16 16 www.matematik.pt Pág 2 de 16 Triângulos e suas medidas - Trigonometria Triângulos Há várias definições de triângulos. O triângulo, tal como o seu nome indica, é uma figura geométrica com três ângulos. Há quem defina triângulo como uma figura geométrica com três lados, mas não é por acaso que o nome não é trilátero, mas sim triângulo. Isto não é um triângulo Isto é um triângulo! O estudo dos triângulos ocupou muitos sábios durante muitos anos. Existem escritos sobre triângulos com mais de 2300 anos! Muito provavelmente este interesse pelos triângulos resultou da necessidade de medir perímetros e áreas de propriedades agrícolas. Pode não parecer, mas ainda hoje estas disputas fazem muita gente perder a cabeça… Mas vamos ao que interessa. Classificação de Triângulos Há duas classificações de triângulos: 1. Quanto aos ângulos Triângulo acutângulo Triângulo rectângulo Triângulo obtusângulo Todos os ângulos são agudos, isto é, têm mais de 0˚ e menos de 90˚ Tem um ângulo recto, isto é, tem um ângulo com 90˚ Tem um ângulo obtuso, isto é, tem um ângulo com mais de 90˚ e menos de 180˚ www.matematik.pt α=90˚ 90˚<α<180˚ Pág 3 de 16 Triângulos e suas medidas - Trigonometria 2. Quanto aos lados Triângulo equilátero Triângulo isósceles Triângulo escaleno Todos os lados iguais Dois lados iguais Todos os lados diferentes As duas classificações são independentes. Por exemplo, podemos ter um triângulo rectângulo isósceles, e também podemos ter um triângulo rectângulo escaleno (como nesta última figura). O Triângulo Rectângulo Este é o mais famoso de todos os triângulos. E porquê? Porque qualquer triângulo pode sempre ser dividido em, pelo menos, dois triângulos rectângulos. Assim, se soubermos como calcular o perímetro de triângulos rectângulos, sabemos certamente como resolver o mesmo género de problemas com quaisquer outros triângulos. Um triângulo acutângulo Dividido em dois Dois triângulos rectângulos Um triângulo obtusângulo Dividido em dois Dois triângulos rectângulos www.matematik.pt Pág 4 de 16 Triângulos e suas medidas - Trigonometria Além de ser possível dividir qualquer triângulo em, pelo menos, dois triângulos rectângulos, também é possível decompor em triângulos rectângulos a generalidade das figuras geométricas cujos lados são segmentos de recta. Alguns exemplos: Um hexágono (seis lados) Dividido em seis triângulos Cada um deles dividido em dois triângulos rectângulos Um trapézio isósceles Dividido em três partes Dois triângulos rectângulos (e um quadrilátero) O triângulo rectângulo é tão famoso que os seus lados têm nomes próprios. Convém saber! hipotenusa cateto cateto Os catetos são os lados do ângulo de 90˚. O outro lado do triângulo é a hipotenusa. A hipotenusa é sempre o maior dos três lados. Os nomes dos catetos dependem do ângulo agudo que estamos a considerar. www.matematik.pt Pág 5 de 16 Triângulos e suas medidas - Trigonometria Relativamente ao ângulo β, temos: cateto oposto a hipotenusa cateto adjacente a Relativamente ao ângulo θ, temos: cateto adjacente a hipotenusa cateto oposto a Como em todos os triângulos, a soma das amplitudes dos três ângulos internos é sempre igual a 180˚. α + β + θ = 180˚ Uma vez que existe sempre um ângulo recto, a soma das amplitudes dos dois ângulos agudos é sempre igual a 90˚. 90˚ + β + θ = 180˚ ⟺ β + θ = 180˚ - 90˚ ⟺ β + θ = 90˚ O prolongamento de qualquer lado gera sempre dois ângulos suplementares (ângulos suplementares são aqueles cuja soma das amplitudes do ângulo interno com o respectivo ângulo externo é igual a 180˚). Isto dá um jeitão na resolução de exercícios, pois muitas vezes só temos um ângulo externo! www.matematik.pt Pág 6 de 16 Triângulos e suas medidas - Trigonometria θ + φ = 180˚ β + ω = 180˚ Basta saber um dos ângulos externos e ficamos a saber os ângulos internos todos! Exemplo: Qual a amplitude dos ângulos internos do triângulo? Resposta: θ + 120˚ = 180˚ (ângulos suplementares) θ = 180˚-120˚ θ = 60˚ Sabendo θ, calculamos β. θ + β = 90˚ 60˚ + β = 90˚ β = 90˚ - 60˚ β = 30˚ O Teorema de Pitágoras Em qualquer triângulo rectângulo, o quadrado da hipotenusa é sempre igual à soma do quadrado dos catetos. h²= b²+ c² www.matematik.pt Pág 7 de 16 Triângulos e suas medidas - Trigonometria Outra maneira de ver o Teorema de Pitágoras: Se fizermos as contas, a área do rectângulo verde é igual à soma das áreas dos quadrados azul e laranja. E como se calcula a área de cada quadrado? É fácil, é só fazer a medida do lado, ao quadrado! Então, o que escrevemos na primeira frase é, em linguagem matemática, h²= b²+ c². Mas isto é o Teorema de Pitágoras! Pois é! Para que serve o Teorema de Pitágoras? Em primeiro lugar, serve para sermos civilizados. Os macacos não sabem o Teorema de Pitágoras… Em segundo lugar, serve para calcular o tamanho de qualquer um dos lados do triângulo rectângulo, quando temos os outros dois. Para fazer esse cálculo recorremos a uma equação, sendo que o lado em falta é a nossa incógnita. Exemplos: Quanto mede a hipotenusa do triângulo? O triângulo é rectângulo? Então aplicamos o Teorema de Pitágoras! h² = 3² +4² ⟺ h² = 9 +16 ⟺ h = ± √𝟐𝟓 ⟺ 𝒉 = ±𝟓 Atendendo que ℎ > 0, pois é um comprimento, tem-se que ℎ = 5 A hipotenusa mede 5. www.matematik.pt Pág 8 de 16 Triângulos e suas medidas - Trigonometria Quanto mede o cateto do triângulo? O triângulo é rectângulo? Então aplicamos o Teorema de Pitágoras! 5² = c² +4² ⟺ 25 - 16 = c² ⟺ c = ± √𝟗 ⟺ 𝒄 = ±𝟑 Atendendo que 𝑐 > 0, pois é um comprimento, tem-se que 𝑐 = 3 O cateto mede 3. Quanto mede o cateto do triângulo? O triângulo é rectângulo? Então aplicamos o Teorema de Pitágoras! 5² = 3² +c² ⟺ 25 - 9 = c² ⟺ c = ± √𝟏𝟔 ⟺ 𝒄 = ±𝟒 Atendendo que 𝑐 > 0, pois é um comprimento, tem-se que 𝑐 = 4 O cateto mede 4. As medidas do Triângulo - Trigonometria A trigonometria nasceu com o triângulo rectângulo. Hoje aplica-se a variadíssimas áreas do conhecimento, tanto nas matemáticas puras quanto nas matemáticas aplicadas. A trigonometria relaciona o comprimento dos lados de um triângulo rectângulo com qualquer um dos seus ângulos agudos. A trigonometria permite identificar a amplitude de ângulos partindo do comprimento dos lados, ou identificar o comprimento dos lados partindo da amplitude de qualquer um dos ângulos agudos, tudo isto no triângulo rectângulo. As razões trigonométricas São seis as razões trigonométricas: 1. Seno 2. Co-seno 3. Tangente www.matematik.pt 4. Co-tangente 5. Secante 6. Co-secante Pág 9 de 16 Triângulos e suas medidas - Trigonometria Todas estas razões trigonométricas são relativas a um determinado ângulo agudo, que devemos identificar. No exemplo seguinte vamos indicar como se calculam as razões trigonométricas referentes ao ângulo β (nota: no cálculo das razões trigonométricas usamos os comprimentos dos lados do triângulo. No exemplo apenas nos referimos aos lados, por mera simplificação de linguagem). hipotenusa cateto oposto a cateto adjacente a Seno β 𝑠𝑒𝑛 𝛽 = Co-seno β 𝒄𝒂𝒕 . 𝒐𝒑𝒐𝒔𝒕𝒐 𝒉𝒊𝒑𝒐𝒕𝒆𝒏𝒖𝒔𝒂 𝑐𝑜𝑠 𝛽 = 𝒄𝒂𝒕. 𝒂𝒅𝒋𝒂𝒄 . 𝒉𝒊𝒑𝒐𝒕𝒆𝒏𝒖𝒔𝒂 Tangente β 𝑡𝑔 𝛽 = Co-tangente β 𝒄𝒂𝒕. 𝒐𝒑𝒐𝒔𝒕𝒐 𝑐𝑜𝑡𝑔 𝛽 = 𝒄𝒂𝒕. 𝒂𝒅𝒋𝒂𝒄 . 𝒄𝒂𝒕. 𝒂𝒅𝒋𝒂𝒄 . 𝒄𝒂𝒕. 𝒐𝒑𝒐𝒔𝒕𝒐 Secante β 𝑠𝑒𝑐 𝛽 = Co-secante β 𝒉𝒊𝒑𝒐𝒕𝒆𝒏𝒖𝒔𝒂 𝒄𝒂𝒕. 𝒂𝒅𝒋𝒂𝒄 . 𝑐𝑜𝑠𝑒𝑐 𝛽 = O actual programa do 11º ano de escolaridade, aprovado pelo Ministério da Educação português, apenas refere como razões trigonométricas a estudar o seno, o co -seno e a tangente. Assim sendo, eis o que tem que ficar sabido: Seno β 𝒄𝒂𝒕𝒆𝒕𝒐 𝒐𝒑𝒐𝒔𝒕𝒐 𝑠𝑒𝑛 𝛽 = 𝒉𝒊𝒑𝒐𝒕𝒆𝒏𝒖𝒔𝒂 Co-seno β 𝑐𝑜𝑠 𝛽 = 𝒄𝒂𝒕𝒆𝒕𝒐 𝒂𝒅𝒋𝒂𝒄𝒆𝒏𝒕𝒆 𝒉𝒊𝒑𝒐𝒕𝒆𝒏𝒖𝒔𝒂 Tangente β 𝑡𝑔 𝛽 = 𝒄𝒂𝒕𝒆𝒕𝒐 𝒐𝒑𝒐𝒔𝒕𝒐 𝒄𝒂𝒕𝒆𝒕𝒐 𝒂𝒅𝒋𝒂𝒄𝒆𝒏𝒕𝒆 Ao contrário do tamanho dos lados de triângulos semelhantes (que variam consoante o tamanho dos ditos triângulos), a amplitude dos ângulos mantém-se. E para as mesmas amplitudes de ângulos temos sempre o mesmo valor das correspondentes razões trigonométricas. Exemplos: www.matematik.pt Pág 10 de 16 𝒉𝒊𝒑𝒐𝒕𝒆𝒏𝒖𝒔𝒂 𝒄𝒂𝒕. 𝒐𝒑𝒐𝒔𝒕𝒐 Triângulos e suas medidas - Trigonometria Em triângulos semelhantes o tamanho dos lados varia de acordo com a respectiva razão de semelhança… … mas a amplitude dos ângulos mantém-se inalterada. 𝜶= 𝜷 Se a amplitude dos ângulos se mantém inalterada, então também as razões trigonométricas se mantêm inalteradas! 𝒕𝒈 𝜶 = 𝟑 𝒕𝒈 𝜷 = 𝟒 𝟔 𝟖 ⟺ 𝒕𝒈 𝜷 = 𝟑 𝟒 𝜶= 𝜷 Para que servem as razões trigonométricas? www.matematik.pt Pág 11 de 16 Triângulos e suas medidas - Trigonometria Com as razões trigonométricas passamos a poder relacionar o tamanho dos lados do triângulo rectângulo com a amplitude dos seus ângulos. Passamos a conseguir calcular o comprimento dos lados partindo do conhecimento da amplitude dos ângulos, ou a calcular a amplitude dos ângulos partindo do conhecimento do comprimento dos lados. Exemplos: Sabendo que 𝜶 = 𝟑𝟔, 𝟖𝟕°, calcule o comprimento do cateto c. Temos a amplitude de um ângulo (𝜶), o comprimento do cateto oposto (c) e o comprimento do cateto adjacente (4). Qual a razão trigonométrica que relaciona estas três grandezas? Essa razão trigonométrica é a tangente! Então, 𝒕𝒈 𝟑𝟔, 𝟖𝟕° = 𝒄 𝒄 ⟺ 𝟎, 𝟕𝟓 = ⟺ 𝟒 × 𝟎, 𝟕𝟓 = 𝒄 ⟺ 𝒄 = 𝟑 𝟒 𝟒 (o valor de 𝑡𝑔 36,87° foi aproximado às centésimas). O cateto c mede 3. Sabendo que 𝜶 = 𝟑𝟔, 𝟖𝟕°, calcule o comprimento da hipotenusa. Temos a amplitude de um ângulo (𝜶), o comprimento do cateto adjacente (4) e o comprimento da hipotenusa. Qual a razão trigonométrica que relaciona estas três grandezas? Essa razão trigonométrica é o co-seno. Então, 𝐜𝐨𝐬 𝟑𝟔, 𝟖𝟕° = 𝟒 𝟒 𝟒 ⟺ 𝟎, 𝟖𝟎 = ⟺ 𝒉 × 𝟎, 𝟖𝟎 = 𝟒 ⟺ 𝒉 = 𝒉 𝒉 𝟎, 𝟖𝟎 ⟺𝒉=𝟓 (o valor de cos 36,87° foi aproximado às centésimas). A hipotenusa mede 5. www.matematik.pt Pág 12 de 16 Triângulos e suas medidas - Trigonometria Calcule a amplitude do ângulo 𝜶. Temos a amplitude de um ângulo (𝜶), o comprimento do cateto oposto (√3) e o comprimento do cateto adjacente (3). Qual a razão trigonométrica que relaciona estas três grandezas? Essa razão trigonométrica é a tangente! Então, 𝒕𝒈 𝜶 = √𝟑 𝟑 Atendendo que 𝜶 é a amplitude de um ângulo agudo, tem-se que: √𝟑 𝜶 = 𝒕𝒈−𝟏 ( ) ⟺ 𝜶 = 𝟑𝟎° 𝟑 Portanto, 𝜶 = 𝟑𝟎°. NOTA: 𝑡𝑔−1 representa a função inversa da tangente, também chamada arco de tangente. Podemos escrever 𝑡𝑔 −1 ou arc tg. Usa a máquina de calcular para fazeres estas contas. Cuidado com o sistema de medição de ângulos que está programado na tua máquina de calcular! Calcule a amplitude do ângulo 𝜷. Temos a amplitude de um ângulo (𝜷), o comprimento do cateto oposto (√3) e o comprimento da hipotenusa (2). Qual a razão trigonométrica que relaciona estas três grandezas? Essa razão trigonométrica é o seno! Então, 𝐬𝐞𝐧 𝜷 = √𝟑 𝟐 Atendendo que 𝜷 é a amplitude de um ângulo agudo, tem-se que: √𝟑 𝜷 = 𝐬𝐞𝐧−𝟏 ( ) ⟺ 𝜷 = 𝟔𝟎° 𝟐 Portanto, 𝜷 = 𝟔𝟎°. NOTA: 𝑠𝑒𝑛 −1 representa a função inversa do seno, também chamada arco de seno. Podemos escrever 𝑠𝑒𝑛 −1 ou arc sen. Usa a máquina de calcular para fazeres estas contas. Cuidado com o sistema de medição de ângulos que está programado na tua máquina de calcular! www.matematik.pt Pág 13 de 16 Triângulos e suas medidas - Trigonometria Valores das razões trigonométricas de ângulos fundamentais Sistema sexagesimal – unidade: grau 0˚ 30˚ 45˚ 60˚ 90˚ Sistema circular – unidade: radiano 0 𝝅 𝝅 𝝅 𝝅 𝟔 𝟒 𝟑 𝟐 seno 0 𝟏 𝟐 √𝟐 𝟐 √𝟑 𝟐 1 co-seno 1 √𝟑 𝟐 √𝟐 𝟐 𝟏 tangente 0 √𝟑 𝟑 1 √𝟑 0 𝟐 -- Relações entre as razões trigonométricas Qualquer que seja o ângulo, 𝒔𝒆𝒏𝟐 𝜶 + 𝒄𝒐𝒔𝟐 𝜶 = 𝟏 Esta é a fórmula fundamental da trigonometria. Para que serve a fórmula fundamental da trigonometria? Para calcular um co-seno quando temos um seno, ou para calcular um seno quando temos um co-seno. Exemplo: Calcule o valor do 𝐜𝐨𝐬 𝜶 sabendo que 𝐬𝐞𝐧 𝜶 = √𝟑 𝟐 Conhecemos o valor do seno e queremos saber o valor do co-seno. Como resolver? Aplicamos a fórmula fundamental da trigonometria! 2 3 3 √3 ( ) + 𝑐𝑜𝑠 2 𝛼 = 1 ⟺ + 𝑐𝑜𝑠 2 𝛼 = 1 ⟺ 𝑐𝑜𝑠 2 𝛼 = 1 − ⟺ 2 4 4 ⟺ 𝑐𝑜𝑠 2 𝛼 = Portanto, 𝒄𝒐𝒔 𝜶 = www.matematik.pt 𝟏 𝟐 1 1 1 ⟺ cos 𝛼 = ±√ ⟺ cos 𝛼 = ± 4 4 2 ou 𝒄𝒐𝒔 𝜶 = − 𝟏 𝟐 Pág 14 de 16 Triângulos e suas medidas - Trigonometria Qualquer que seja o ângulo, 𝒕𝒈 𝜶 = 𝐬𝐞𝐧 𝜶 𝐜𝐨𝐬 𝜶 Com esta fórmula e a fórmula fundamental da trigonometria conseguimos, sabendo uma razão trigonométrica, calcular qualquer outra. Exemplo: Calcule o valor do 𝐬𝐞𝐧 𝜶 sabendo que 𝒕𝒈 𝜶 = √𝟑 𝟑 Conhecemos o valor da tangente e queremos saber o valor do seno. Como resolver? Aplicamos a fórmula da tangente, em associação com a fórmula fundamental da trigonometria! 𝑠𝑒𝑛 𝛼 Sabemos que 𝑡𝑔 𝛼 = , e que 𝑠𝑒𝑛2 𝛼 + 𝑐𝑜𝑠 2 𝛼 = 1. Então, para “fazer aparecer” uma cos 𝛼 tangente na fórmula fundamental da trigonometria, vamos dividir tudo por 𝑐𝑜𝑠 2 𝛼! 𝑠𝑒𝑛 2 𝛼 𝑐𝑜𝑠 2 𝛼 + 𝑐𝑜𝑠 2 𝛼 𝑐𝑜𝑠 2 𝛼 = 1 𝑐𝑜𝑠 2 𝛼 ⟺ 𝒕𝒈𝟐 𝜶 + 𝟏 = 𝟏 𝒄𝒐𝒔𝟐 𝜶 A partir daqui, e com o valor da tangente, vamos calcular o valor do co-seno. Calculado o valor do co-seno, voltamos à fórmula fundamental da trigonometria e calculamos o valor do seno. Está feito! 2 1 1 1 3 √3 ( ) +1 = ⟺ +1= ⟺ 𝑐𝑜𝑠 2 𝛼 = 2 2 3 𝑐𝑜𝑠 𝛼 3 𝑐𝑜𝑠 𝛼 4 Agora voltamos à fórmula fundamental da trigonometria para calcular o sen 𝛼 ! 𝑠𝑒𝑛2 𝛼 + 3 4 = 1 ⟺ 𝑠𝑒𝑛 2 𝛼 = 1 − 3 4 ⟺ 𝑠𝑒𝑛2 𝛼 = 1 4 ⟺ 1 1 ⟺ 𝑠𝑒𝑛 𝛼 = ± √ ⟺ 𝑠𝑒𝑛 𝛼 = ± 4 2 Portanto, 𝒔𝒆𝒏 𝜶 = www.matematik.pt 𝟏 𝟐 ou 𝒔𝒆𝒏 𝜶 = − 𝟏 𝟐 Pág 15 de 16 Triângulos e suas medidas - Trigonometria Apêndice Formulário hipotenusa cateto oposto a cateto adjacente a Equação sen β 𝒔𝒆𝒏 𝜷 = 𝒄𝒐𝒎𝒑𝒓𝒊𝒎𝒆𝒏𝒕𝒐 𝒅𝒐 𝒄𝒂𝒕𝒆𝒕𝒐 𝒐𝒑𝒐𝒔𝒕𝒐 𝒄𝒐𝒎𝒑𝒓𝒊𝒎𝒆𝒏𝒕𝒐 𝒅𝒂 𝒉𝒊𝒑𝒐𝒕𝒆𝒏𝒖𝒔𝒂 cos β 𝒄𝒐𝒔 𝜷 = 𝒄𝒐𝒎𝒑𝒓𝒊𝒎𝒆𝒏𝒕𝒐 𝒅𝒐 𝒄𝒂𝒕𝒆𝒕𝒐 𝒂𝒅𝒋𝒂𝒄𝒆𝒏𝒕𝒆 𝒄𝒐𝒎𝒑𝒓𝒊𝒎𝒆𝒏𝒕𝒐 𝒅𝒂 𝒉𝒊𝒑𝒐𝒕𝒆𝒏𝒖𝒔𝒂 tg β 𝒕𝒈 𝜷 = 𝒄𝒐𝒎𝒑𝒓𝒊𝒎𝒆𝒏𝒕𝒐 𝒅𝒐 𝒄𝒂𝒕𝒆𝒕𝒐 𝒐𝒑𝒐𝒔𝒕𝒐 𝒄𝒐𝒎𝒑𝒓𝒊𝒎𝒆𝒏𝒕𝒐 𝒅𝒐 𝒄𝒂𝒕𝒆𝒕𝒐 𝒂𝒅𝒋𝒂𝒄𝒆𝒏𝒕𝒆 Fórmula fundamental da trigonometria 𝒔𝒆𝒏𝟐 𝜶 + 𝒄𝒐𝒔𝟐 𝜶 = 𝟏 Variante da fórmula fundamental da trigonometria 𝐬𝐞𝐧 𝜶 𝐜𝐨𝐬 𝜶 𝟏 𝒕𝒈𝟐 𝜶 + 𝟏 = 𝒄𝒐𝒔𝟐 𝜶 𝒕𝒈 𝜶 = Outras fórmulas úteis (não são do programa): Para qualquer triângulo 𝒔𝒆𝒏 𝜶 𝒔𝒆𝒏 𝜷 𝒔𝒆𝒏 𝜽 = = 𝑨 𝑩 𝑪 𝑨𝟐 = 𝑩𝟐 − 𝟐 × 𝑩 × 𝑪 × 𝐜𝐨𝐬 𝜶 + 𝑪𝟐 Lei dos senos Lei dos co-senos 𝑩𝟐 = 𝑨𝟐 − 𝟐 × 𝑨 × 𝑪 × 𝒄𝒐𝒔 𝜷 + 𝑪𝟐 (nota: o Teorema de Pitágoras é um caso particular da Lei dos co-senos, pois nesse caso 𝜶 = 𝟗𝟎° e 𝐜𝐨𝐬 𝟗𝟎° = 𝟎). 𝑪𝟐 = 𝑨𝟐 − 𝟐 × 𝑨 × 𝑩 × 𝒄𝒐𝒔𝜽 + 𝑩𝟐 Fim www.matematik.pt Pág 16 de 16