Geometria Plana 01 Prof. Valdir 6. Bissetriz de um ângulo – a bissetriz de um ângulo é a semi-reta de origem no vértice do ângulo que o divide em dois ângulos de mesma medida (congruentes). I – ÂNGULOS 1. Definição - é a reunião de duas semi-retas de mesma origem. A α=β α bissetriz β O B Ângulo AÔB, onde AO e BO são os lados e O é o vértice. 7. Ângulos formados por duas retas paralelas e uma transversal. 2. Abertura do ângulo – os ângulos são medidos em graus ou radianos que são as unidades mais importantes. t α r θ Uma volta = 360° β λ r // s [1° = 60 minutos( ‘ ) e 1’ = 60 segundos (“ )] Uma volta = 2.π radianos. a s c b d 3. Classificação de ângulos quanto à medida (α α) Ângulos alternos internos: θ e b, λ e a. Ângulos alternos externos: α e d, β e c. Ângulos correspondentes: α e a, β e b, θ e c, λ e d. Ângulos colaterais internos: θ e a, λ e b. Ângulos colaterais externos: α e c, β e d. Agudo: 0° < α < 90° Reto: α = 90° Obtuso: 90° < α < 180° Obs.: ângulo raso = 180°. 4. Ângulos complementares e suplementares. β=θ=b=c α=λ=a=d β + α = θ + λ = 180° a + b = c + d = 180° θ + a = λ + b = 180° α + c = β + d = 180° Observações: Complementares – são dois ângulos cuja soma das medidas é 90°. Suplementares – são dois ângulos cuja soma das medidas é 180°. Obs.: Se a medida de um ângulo é α, então: 90°– α = complemento de α. 180° – α = suplemento de α. 8. Teorema angular de Tales 5. Ângulos adjacentes e opostos pelo vértice. θ α + β + θ = 180° Adjacentes – são dois ângulos que possuem apenas um lado em comum. (As regiões internas são disjuntas). Os ângulos AÔB e BÔC são adjacentes. B O β α A 9. Teorema do ângulo externo “Em um triângulo qualquer, a medida de um ângulo externo é igual à soma das medidas dos ângulos internos não adjacentes”. θ C ∅=α+θ Opostos pelo vértice (OPV) - são dois ângulos cujos lados de um deles são as respectivas semi-retas opostas aos lados do outro. β α C A AÔB e CÔD – OPV Obs.: Em um triângulo isósceles, os ângulos da base têm a mesma medida. O B x=y⇒α=β y x D Obs.: Dois ângulos OPV têm medidas iguais. ∅ β α base www.cursosimbios.com.br 1 II – DESIGULADADE TRIANGULAR Sejam a, b e c as medidas dos lados de um triângulo qualquer. Sendo assim, teremos: |a - b |< c < a + b |a - c |< b < a + c |b - c |< a < b + c Ou seja, a medida de cada lado é maior que o módulo da diferença e menor que a soma das medidas dos outros dois lados. Exercícios resolvidos: 01. Uma imobiliária, através de um corretor de imóveis, exibe a planta de um loteamento como mostra a figura a seguir. Os lotes A, B, C e D têm a forma de trapézios retângulos. Um comprador deseja saber as medidas y (fundo do lote B) e x cujos valores numéricos não são apresentados na planta. Sendo assim, o corretor, após alguns cálculos simples, chegou aos valores corretos de x e y. Calcule esses valores. x Exercícios resolvidos: y 20 m 59 m Exemplo: Os lados de um triângulo medem 3 cm, 4 cm e x. Sendo assim, determine o intervalo possível para os valores de x. B A 16 m Resolução: 4 – 3 < x < 3 + 4 ⇒ 1 < x < 7. C 14 m D 12 m 10 m Resolução: 20 m y III – TEOREMA DE TALES “Se duas retas são transversais de um feixe de retas paralelas, então dois segmentos quaisquer de uma delas são proporcionais a dois segmentos correspondentes da outra”. m n A B A 16 m C 14 m D 20 m 39 m x Conclusão: A medida x do lado é maior que 1 e menor que 7. 12 m 10 m 52 m Aplicando Pitágoras na figura anterior, teremos: E B F C 2 2 2 2 2 Aplicando o teorema de Tales, teremos: s y 65 = ⇒ y = 17,5 m 14 52 t G 2 x = 52 + 39 ⇒ x = (4.13) + (3.13) ⇒ 2 2 x = (5.13) ⇒ x = 65 m r Resposta: x = 65 m e y = 17,5 m. D H w IV – SEMELHANÇA DE TRIÂNGULOS Dois triângulos são semelhantes se, e somente se, possuem os três ângulos ordenadamente congruentes e os lados homólogos proporcionais. hipótese: r//s//t//w, m e n transversais. tese: AB EF = BC FG C’ θ C θ Obs.: O teorema de Tales pode aparecer “disfarçado” em várias situações aplicáveis na prática. Observe as figuras abaixo: C A α B β A C B Se MN // BC ⇒ www.cursosimbios.com.br ∇ ABC ∼ ∇ A’B’C’ ⇔ A N M M AM AN MN = = AB AC BC N α B A’ β B’ AC AB BC = = =k A'C' A'B' B'C' k é a constante de proporcionalidade ou razão de semelhança dos triângulos ABC e A’B’C’. Obs.: É fácil concluir que semelhança de triângulos é explicada pelo Teorema de Tales. 2 02. Uma escada AC de comprimento desconhecido está apoiada em uma parede vertical AB e no piso horizontal BC, como mostra a figura a seguir. Sabe-se que a escada está encostada no ponto E do bloco de face quadrada BDEF de lado 3 m. Se a distância DC é de 4 m, calcule a distância entre o ponto A e o ponto B. V – TRIÂNGULO RETÂNGULO Consideremos o triângulo retângulo ABC , sendo: BC – hipotenusa. AB e AC – catetos. AH – altura relativa à hipotenusa BH – projeção ortogonal de AB sobre BC. CH – projeção ortogonal de AC sobre BC. A A E F β α b c B h D C Resolução: A β B m α n H C ah = bc a b c = = ⇒ 2 c h m c = a.m (1) 1º) ∇ ABC ∼ ∇ BHA ⇒ E F a {b 2º) ∇ ABC ∼ ∇ BHC ⇒ a b c = = ⇒ b n h 3º) ∇ ABH ∼ ∇ BHC ⇒ c h m = = ⇒ { h² = m.n b n h 2 = a.n (2) 3m B ∆DEC ∼ ∆ABC ⇒ ⇒ 3m D C 4m AB BC = ED DC AB 7 = ⇒ AB = 21/4 3 4 Resposta: 5,25 m Teorema de Pitágoras Das equações (1) e (2), teremos que: b² + c² = a.m + a.n = a(m + n) = a.a = a² ⇒ a² = b² + c² 03. Na figura a seguir, ABC é um triângulo escaleno cuja base ÀC mede 12 cm e a altura relativa à base mede 6 cm. O retângulo DEFG tem a base DE igual ao triplo da altura EF. Determine a medida da base DE do retângulo DEFG B Ou seja: “O quadrado da medida da hipotenusa é igual à soma dos quadrados das medidas dos catetos” (Teorema de Pitágoras). F G Exercícios resolvidos 01. Uma escada AB de 10 m de comprimento está encostada em uma parede no ponto A e no piso em B como mostra a figura a seguir. Para que a escada não escorregue, uma corda esticada foi fixada no ponto C (encontro da parede com o piso) e no ponto P da escada que está a 6 m do ponto A. Sabendo-se que a distância do pé da escada (B) até o encontro do piso com a parede (C) mede 6 m, calcule a distância x do ponto P a piso. Resolução: parede A D C E Resolução: B A 6-x G 6 3x F 6 x P A 4 x Aplicando Pitágoras no ∆ABC, teremos: 2 piso Q 6 2 E 12 B C C D 2 (AC) = 10 – 6 ⇒ AC = 8 cm Como ∆PQB ∼ ∆ABC, vem que: PQ PB x 4 = ⇒ = ⇒ x = 3,2 m AC AB 8 10 3x 6 − x = 12 6 3x 6 − x ⇒ = ⇒ x = 2,4 cm 2 1 ⇒ Base DE = 3.x = 7,2 cm ∆BFG ∼ ∆ABC ⇒ Resposta: 7,2 cm. Resposta: x = 3,2 m www.cursosimbios.com.br 3 04. Na figura a seguir, ABCD é um retângulo e AED é um triângulo retângulo em E. Sabendo-se que BE = 6 cm e EC = 9 cm, calcule a medida do lado AB do retângulo ABCD. E B C O – centro O A D Resolução: E B 5. ÂNGULO DE SEGMENTO É todo ângulo cujo vértice pertence à circunferência, sendo que um de seus lados é uma secante e o outro tangente à circunferência num dos pontos onde a secante corta a circunferência. C B 6 cm A 9 cm α D F Como EF é a altura do ∆AED, teremos: 2 α= AB med 2 O 2 (EF) = AF.FD ⇒ (EF) = 6.9 ⇒ EF = 3 6 cm. A Resposta: 3 6 cm 3. ÂNGULO ENTRE DUAS CORDAS (vértice interno) D A VI – ÂNGULOS DE UMA CIRCUNFERÊNCIA 1. ÂNGULO CENTRAL É todo ângulo cujo vértice coincide com o centro da circunferência. A medida de um ângulo central é igual à medida do arco que seus lados delimitam na circunferência cujo centro coincide com o seu vértice. V α= α B + CD AB 2 C 4. ÂNGULO ENTRE DUAS SECANTES (vértice externo) A A O α = med AB α D V α α= - CD AB 2 C B B 2. ÂNGULO INSCRITO É todo ângulo cujo vértice pertence à uma circunferência e os seus lados são retas secantes desta. A medida de um ângulo inscrito é igual à metade da medida do arco que seus lados delimitam na circunferência. Teorema do quadrilátero inscritível “Se um quadrilátero é inscrito em um círculo, então seus ângulos opostos são suplementares”. A D A C AB med α= 2 α B α β B C Demonstração: ABC ADC α= e β= 2 2 Como ABC + ADC = 360º, então: α + β = 180º Obs.: Todo ângulo inscrito numa semicircunferência é reto. Ou seja, se um triângulo é inscrito numa semicircunferência, então ele é retângulo. www.cursosimbios.com.br 4 Observação: “Em todo quadrilátero inscritível, o produto das diagonais é igual à soma dos produtos dos lados opostos”. (Teorema de Hiparco). Demonstração: Consideremos as diagonais AC e BD e um segmento de reta AE, com extremidade E na diagonalABD, tal que α = β. Sabemos que α = α= - CD AB 2 - CD AB . Então, teremos: 2 ⇒ α= 100° - 60° 2 ⇒ α = 20° Resposta: 20° β α Resolução: θ B E D 03. Na figura a seguir, os pontos A, B, C, D e E pertencem à circunferência de centro O. Assim, calcule a medida do ângulo x assinalado. C B θ A C F 40º AC BC = ⇒ AC.ED = AD.BC (I) AD ED Da mesma forma, teremos ∆ABE ∼ ∆ADC. Daí, teremos: AC CD = ⇒ AC.BE = AB.CD (II) AB BE Adicionando, membro a membro, as igualdades (I) e (II), vem: AC.(BE + ED) = AB.CD + AD.BC O x Resolução: Dessa forma, teremos ∆ABC ∼ ∆ADE. Logo, podemos afirmar que: 25º E Da figura temos: D = 2.25° ⇒ BE = 50° ⇒ EDB ˆ = 25º BE ˆ é ângulo externo do triângulo ABD, temos: Como CBD ˆ ˆ CBD = 40° + 25° ⇒ CBD = 65° Como x é medida de um ângulo externo do triângulo BCF, temos: x = 65° + 25° ⇒ x = 90° Resposta: x = 90° 02. Na figura a seguir o quadrilátero ACDE é inscrito na circunferência. Se os ângulos CÂE e CBD medem, respectivamente, 60° e 20°, calcule as medidas dos ângulos α e θ. B 20° Como BE + ED = BD, obtemos: C AC.BD = AB.CD + AD.BC A 60° α Exercícios resolvidos: 01. Na figura a seguir, os arcos AB e CD medem respectivamente, 60° e 90°. Determine a medida do ângulo α entre as cordas AC e BD. D A V 60° B Resolução: θ P O quadrilátero ACDE é inscrito no círculo. Assim, pelo teorema do quadrilátero inscritível, teremos: 90° α λ E D α + 60° = 180° ⇒ α = 120° No triângulo ABE, teremos: C λ = 60° + 20° ⇒ λ = 80° Resolução: Sabemos que α = + CD AB α= 2 Resposta: 75° + CD AB . Então, teremos: 2 ⇒ 90° + 60° α= 2 No triângulo DEP, teremos: α = θ + λ ⇒ θ = α – λ ⇒ θ = 120° - 80° ⇒ θ = 40° ⇒ α = 75° Resposta: α = 120° e θ = 40° 02. Na figura a seguir, os arcos AB e CD medem, respectivamente, 100° e 60°. Determine a medida α do ângulo entre as secantes VA e VB. A D V α 100° 60° C B www.cursosimbios.com.br 5 VII – POTÊNCIA DE UM PONTO AB + CD = (AS + BQ) + (CQ + DS) AB + CD = (AS + DS) + (BQ + CQ) = AD + BC 1. DUAS SECANTES COM O PONTO INTERIOR Assim, fica provado que: AB + CD = BC + AD. D A PA.PC = PB.PD P B Exercícios resolvidos: 01. Na figura a seguir, os segmentos de reta PA, PB e PC, medem, respectivamente 6 cm, 3 cm e 4 cm. Determine a medida do segmento de reta PD. C Dica: O triângulo APB é semelhante ao triângulo PCD D A 6 cm 2. DUAS SECANTES COM O PONTO EXTERIOR P A 4 cm 3 cm D B Resolução: P C PA.PD = PB.PC O Aplicando pontência do ponto P em relação à circunferência, teremos: C PA.PC = PB.PD ⇒ 6 . 4 = 3 . PD ⇒ PD = 8 cm. B Dica: O triângulo PAC é semelhante ao triângulo PBD. Resposta: PD = 8 cm 3. UMA SECANTE E UMA TANGENTE A reta que passa por A e P é tangente à circunferência no ponto A. Observe que AO ⊥ PA, sendo AO o raio da circunferência. 02. Na figura a seguir, os segmentos de reta PA e PB medem, respectivamente, 6 cm e 4 cm. Determine a medida do segmento de reta BC, sabendo-se que a reta PA é tangente à circunferência no ponto A. A P 6 cm A O B P 4 cm 2 (PA) = PB.PC O B C C Dica: Como no caso 2, temos PA.PA = PB.PC. 4. DUAS RETAS TANGENTES A Resolução: Aplicando pontência do ponto P em relação à circunferência, teremos: 2 2 (PA) = PB.PC ⇒ 6 = 4.(4 + BC) ⇒ 36 = 16 + 4.BC ⇒ BC = 5 cm P O 2 (PA) = (PB) 2 Resposta: 5 cm 03. (ITA) Seja E um ponto externo a uma circunferência. Os segmentos EA e ED interceptam essa circunferência nos pontos B e A, e, C e D, respectivamente. A corda AF da circunferência intercepta o segmento ED no ponto G. Se EB = 5, BA = 7, EC = 4, GD = 3 e AG = 6, calcule o comprimento do segmento GF. B Obs.: Nesse caso PA = PB. Teorema do quadrilátero circunscritível. “Se um quadrilátero ABCD é circunscritível em um círculo, então AB + CD = BC + AD”. A 7 B 5 E 6 4 D R C C G 3 D Q S F Resolução: Fazendo GC = x, da potência do ponto E, temos: Demonstração: A P B Sejam P, Q, R e S os pontos de tangência aos lados AB, BC, CD e DA, respectivamente. Assim, teremos: AB + CD = (AP + BP) + (CR + DR) 4.(7 + x) = 5.12 ⇒ 7 + x = 15 ⇒ x = 8 cm Fazendo GF = y, da potência do ponto G, temos: y.6 = 3.8 ⇒ y = 4 cm Resposta: GF = 4 cm Como: AP = AS, BP = BQ, CQ = CR e DR = DS, temos: www.cursosimbios.com.br 6 04. Na figura a seguir, a reta r é tangente à circunferência no ponto B, a reta s é secante nos pontos C e E e intercepta a reta r no ponto A. A corda BD intercepta a reta s no ponto P. Sabendo que AB = 6 cm, AC = 4 cm, PD = 2 cm e PE = 4 cm, calcule os comprimento dos segmentos de reta PC e PB. A C De MN // AB, então ∇ MNG ∼ ∇ABG. Assim: AG = 2.GM BG = 2.GN CG = 2.GP b) Uma mediana divide o triângulo em dois triângulos de mesma área; A D P B E r s C A Resolução: M 4 C D 2 B H 6 Veja: Os triângulos AMC e AMB têm bases iguais (CM = BM) e AH como altura. Assim, eles têm áreas iguais. B c) As três medianas dividem o triângulo em seis triângulos de A mesma área. x y P 4 E r s A5 Da figura acima, aplicando potência dos pontos A e P, teremos: A4 A6 2 AB.AB = AC.AE ⇒ 6 = 4.(8 + x) ⇒ x = 1 cm. PC.PE = PB.PD ⇒ 1.4 = 2.y ⇒ y = 2 cm A3 G A1 B A2 C Resposta: PC = 1 cm e PB = 2 cm. Como consequência da propriedade a), temos que: A1 = A2 = A3 = A4 = A5 = A6. VIII. PONTOS NOTÁVEIS DE UM TRIÂNGULO 1. BARICENTRO É o ponto de equilíbrio ou centro de gravidade do triângulo. O baricentro coincide com o ponto de intersecção das medianas do triângulo (na figura a seguir = G). Mediana – é o segmento de reta que une um vértice ao ponto médio A do lado oposto. 2. INCENTRO É o centro da circunferência inscrita no triângulo. O incentro coincide com o ponto de intersecção das bissetrizes dos ângulos internos de um triângulo. Bissetriz interna – é o segmento de reta que une um vértice com o lado oposto formando dois ângulos de mesma medida. P AM – bissetriz do ângulo  BN – bissetriz do ângulo B CP – bissetriz do ângulo C N G A B M ⇒ I é o incentro do ∇ABC C AM – mediana relativa ao lado BC BN – mediana relativa ao lado AC CP – mediana relativa ao lado AB N P I Propriedades: B M a) O baricentro divide cada mediana em dois segmentos na razão de 2 para 1. C Teoremas: Justificativa: Considerando a figura anterior, como M é médio de AB e N é médio de AC, teremos: 1) Teorema das bissetrizes internas: MN // AB e AB = 2.MN www.cursosimbios.com.br 7 “A bissetriz do ângulo interno de um triângulo determina sobre o lado oposto dois segmentos de reta de medidas proporcionais aos dois lados que formam o referido ângulo.” A CP AC = (1) sen(180° - α ) senθ BP AB No triângulo ABM : = (2) senα senθ No triângulo ACM: Como sen(180°-α) = senα, dividindo (1) por (2), teremos: C B M CP AC CP AC sen(180° - α) senθ = ⇒ (Provado) = BP AB BP AB senα senθ Se AM é a bissetriz do ângulo Â, então, pode-se afirmar que: CM BM = AC AB Demonstração: Aplicando a lei dos senos nos triângulos ACM e ABM da figura a seguir, teremos: A α θ C 3. CIRCUNCENTRO É o centro da circunferência circunscrita no triângulo. O circuncentro coincide com o ponto de intersecção das mediatrizes dos lados do triângulo. Mediatriz de um segmento de reta – é o lugar geométrico do plano cujos pontos são equidistantes dos extremos do segmento. α β r – é a mediatriz do lado BC s – é a mediatriz do lado AB O = r ∩ s – Circuncentro do triângulo ABC B M CM AC = (1) senα senθ BM AB No triângulo ABM : = (2) senα senβ Como β + θ = 180, temos que senθ = senβ. Assim, dividindo (1) por (2), vem que: CM AC senα = senθ ⇒ CM = AC (Provado) BM AB BM AB senα senβ No triângulo ACM: Então, AO, BO e CO são segmentos de reta que têm a mesma medida do raio da circunferência que passa por A, B e C. r C O B A 2) Teorema da bissetriz externa “Se a bissetriz de um ângulo externo de um triângulo intercepta a reta que contém o lado oposto, então ela divide este lado oposto externamente em segmentos proporcionais aos lados adjacentes”. : A CP BP = AC AB α α s Observações: a) Num triângulo retângulo, o circuncentro é o ponto médio da hipotenusa e a mediana relativa à hipotenusa tem o comprimento do raio da circunferência circunscrita. (AO = BO = CO = raio, onde BO é a mediana relativa à hipotenusa). A O M C B C B Demonstração: Aplicando a lei dos senos nos triângulos ACP e ABP da figura a seguir, teremos: b) O circuncentro (O) de um triângulo obtusângulo é um ponto exterior ao triângulo. (0° < α < 180°) B A α α α O θ C C A 180° - α P B www.cursosimbios.com.br 8 4. ORTOCENTRO É o ponto de intersecção das alturas de um triângulo. Resolução: A A 10 cm 8 cm C N P S B M O 12 – CS 12 cm B Pelo texto, AS é bissetriz do ângulo A. Assim, pelo teorema das bissetrizes internas, vem que: C M AM – é a altura relativa ao lado BC. BN – é a altura relativa ao lado AC. CP − é a altura relativa ao lado AB. O – é o ortocentro do triângulo ABC. CS BS CS 12 - CS 16 = ⇒ = ⇒ CS = ⇒ 8 10 4 5 3 Como AM é mediana, temos que: CM = 6 cm. Assim, teremos: 16 2 SM = CM – CS = 6 – ⇒ SM = cm 3 3 Resposta: SM = 2/3 cm Observações: I. No triângulo retângulo, o ortocentro é o vértice do ângulo reto e, no triângulo obtusângulo, é um ponto exterior ao triângulo. II. O triângulo cujos vértices são os pontos M, N, P é chamado de triângulo órtico. O ortocentro (O) do triângulo ABC é o incentro do triângulo órtico. Ou seja, a circunferência inscrita no triângulo MNP tem centro no ponto O. III. Os pontos A, P, M e C pertencem à circunferência de diâmetro AC. Assim como os pontos A, N, M e B pertencem à circunferência de diâmetro AB e os pontos B, P, N e C pertencem à circunferência de diâmetro BC. 02. Seja o triângulo ABC de lados AB, BC e AC respectivamente iguais a 9 cm, 8 cm e 10 cm. Sejam CM e CN as bissetrizes interna e externa do triângulo no vértice C com M e N pontos da reta que contém o lado AB. Assim, calcule o comprimento do segmento de reta MN. Resolução: C θ α α θ 10 8 A A M B N 9 P Usando os teoremas das bissetrizes, teremos: N O B C M MB 9 - MB = ⇒ MB = 4 cm 8 10 NB 9 + NB = ⇒ NB = 36 cm 8 10 Assim, teremos: MN = MB + NB = 40 cm Resposta: MN = 40 cm (Letra E) Exercícios resolvidos: 01. Dado o triângulo ABC cujos lados medem AB = 10 cm, AC = 8 cm e BC = 12. Seja AS o segmento de reta que passa pelo centro da circunferência inscrita no triângulo ABC e AM a mediana relativa ao lado BC. Determine o comprimento do segmento de reta SM. A 03. Na figura a seguir, ABC é um triângulo retângulo no vértice C, AE é bissetriz do ângulo BÂC e CD é mediana relativa ao lado AB. Sabendo-se que o ângulo AÊD mede α e o ângulo C D̂ E mede β, então calcule α + β. A D C S M B β F α C www.cursosimbios.com.br 20° B E 9 Resolução: O triângulo ABC é retângulo em C. Assim, o ponto D, médio de AB, é o circuncentro do triângulo ABC. O que se pode concluir que CD = BD = AD. Como o triângulo BCD é isósceles, o ângulo DCE mede 20° e o ângulo FCA mede 70°(complemento). Sendo AE uma bissetriz, o ângulo CAE mede 35°. Pelo teorema do ângulo externo, nos triângulos CAF e FED, temos que: α + β = 70° + 35° b2 = m2 + x 2 + 2.x.m.cos β 2 2 2 c = n + x - 2x.n.cos β Multiplicando a 1ª equação por n e a 2ª por m, teremos: b2n = m2n + x 2n + 2.x.m.n.cos β 2 2 2 c m = n m + x m - 2x.n.mcos β Adicionando as duas equações, teremos: Resposta: α + β = 105°. 2 04. Na figura a seguir, ABC é um triângulo retângulo em B sendo AB = 3 cm e BC = 4cm. O segmento BN é uma bissetriz e BM uma mediana. Sendo assim, calcule a medida do segmento de reta MN. A 2 2 2 2 2 b n+c m=m n+n m+x m+x n⇒ 2 2 2 b n + c m = mn(m+n) + x (m + n) ⇒ 2 2 2 n.b + m.c = (m + n).(m.n + x ) ⇒ Como m + n = a, vem que: 2 2 2 n.b + m.c = a(m.n + x ) (Relação de Stewart) N M 3 cm B Exercícios resolvidos: 01. Seja o triângulo ABC cujos lados AB, BC e AC medem, respectivamente 8 cm, 9 cm, 10 cm. Determine o comprimento da mediana BM relativa ao lado AC. C 4 cm Resolução: Considerando MN = x, e aplicando o teorema das bissetrizes internas no ∆ABC, teremos: AN NC 2, 5 - x 2, 5 + x = ⇒ = 3 4 3 4 7x = 2,5 ⇒ x = 5/14 B Resolução: ⇒ 7,5 + 3x = 10 – 4x ⇒ 8 9 x Resposta: 5/14 cm A C M 5 Relação de Stewart Seja um triângulo ABC e a ceviana CD relativa ao lado BC, sendo D um ponto do lado AB, como mostra a figura a seguir. C b 10 Aplicando a relação de Stewart, teremos: 2 2 2 2 2 2 n.b + m.c = a.(m.n + x ) ⇒ 5.8 + 5.9 = 10.(5.5 + x ) ⇒ 2 2 320 + 405 = 250 + 10.x ⇒ x = 47,5 ⇒ Resposta: x ≅ 6,9 cm. c x β α A B D m 5 n 02. Seja o triângulo ABC cujos lados AB, BC e AC medem, respectivamente 8 cm, 10 cm, 9 cm. Determine o comprimento da bissetriz BS relativa ao vértice B. B a Resolução: α α Sendo: x: comprimento da ceviana CD a, b, c: medidas dos lados do triângulo ABC m, n: medidas dos segmentos AD e BD, partes do lado AB 10 8 x A A relação de Stewart será: C S m 2 2 n 2 n.b + m.c = a(m.n + x ) 9 Calculando m e n pelo teorema das bissetrizes internas. Demonstração: Aplicando a lei dos cossenos nos triângulo ACD e BCD, teremos: b2 = m2 + x 2 - 2.x.m.cosα 2 2 2 c = n + x - 2x.n.cosβ m n = 8 10 m 10 - m = 8 10 m = 4 cm ⇒ n = 5 cm Assim, aplicando a relação de Stewart, teremos: 2 Como cosα = – cosβ, teremos: ⇒ 2 2 2 2 2 n.b + m.c = a.(m.n + x ) ⇒ 5.8 + 4.10 = 9.(4.5 + x ) ⇒ 2 2 320 + 400 = 405 + 9.x ⇒ x = 35 ⇒ x ≅ 5,9 cm Resposta: x ≅ 5,9 cm www.cursosimbios.com.br 10 Obs.: Num polígono regular, lados e ângulos são congruentes. Logo, teremos: IX. POLÍGONOS CONVEXOS e2 B C i3 i2 i1 = i2 = i3 = ... = i ⇒ i = Si / n e3 e1 = e2 = e3 = ... = e ⇒ e1 A e = Se / n i4 D i1 e4 4. NÚMERO DE DIAGONAIS DO POLÍGONO O número de diagonais (D) de um polígono convexo de n lados é dado por: D= ... Observando o polígono ABCD ... da figura anterior, teremos: 1. ELEMENTOS ⇒ A, B, C, D, ... – vértices do polígono. ⇒ AB, BC, CD, … – lados do polígono. ⇒ AC, AD, BD, ... – diagonais do polígono. ⇒ i1, i2, i3, ... – medidas dos ângulos internos. ⇒ e1, e2, e3, ... – medidas dos ângulos externos. 2. SOMA DOS ÂNGULOS EXTERNOS (Se) Considerando um polígono convexo de n lados, a soma dos seus ângulo externo será dada por: Se = 360° Demonstração: Observa-se que e1, e2, e3, ... en, são os desvios angulares, em cada, vértice quando consideramos uma trajetória que coincide com o polígono. Assim, para efetuar uma volta completa em, cominhando pelos lados do polígono, o desvio angular é de 360°. Dessa forma, n.(n - 3) 2 Demonstração: Diagonal é um segmento de reta que liga dois vértices não consecutivos de um polígono convexo. Portanto, (n – 3) é o número de diagonais que saem de cada vértice. Ou seja, de um vértice não sai diagonal para ele mesmo e nem para os dois vértices consecutivos a ele. Conclui-se, então, que o número total de diagonais de um n.(n - 3) polígono convexo de n vértices é dado por (Provado) 2 Obs1.: Se o polígono for regular de n lados, teremos: a) Se n for par, n/2 diagonais passam pelo seu centro e assim, teremos n.(n – 4)/2 diagonais que não passam pelo seu centro. b) Se n for ímpar, então nenhuma diagonal passa pelo centro do polígono. Obs. 2.: Todo polígono regular é inscritível e circunscritível em uma circunferência. e1 + e2 + e3 + ... + en = 360° ⇒ Se = 360° (Provado) 3. SOMA DOS ÂNGULOS INTERNOS (Si) Considerando um polígono convexo de n lados, a soma dos ângulos internos do polígono será dada por: Si = (n – 2).180° Demonstração: Observa-se que, em cada vértice do polígono, a soma das medidas dos ângulos interno e externo é 180°. Então: e1 + i1 = 180° e2 + i2 = 180° e3 + i3 = 180° ⋮ ⋮ ⋮ en + in = 180° Exercícios resolvidos: 01. Um polígono convexo de 15 lados tem as medidas de seus ângulos internos em progressão aritmética de razão igual a 2°. Determine o maior ângulo interno desse polígono. Resolução: Se os ângulos internos formam uma PA crescente de razão 2º, então, o termo central (i8) é a média aritmética das medidas dos ângulos internos. Assim, Adicionando as n parcelas, teremos: i8 = e1 + e2 + e3 + ... + en + i1 + i2 + i3 + ... in = n.180° ⇒ 360° + Si = 180°.n ⇒ Si = 180°.n – 360° ⇒ Si = (n – 2).180° (Provado) Sn S15 (15 - 2).180o = = = 156° n 15 15 A medida do maior ângulo interno será: i15 = i8 + 7.r ⇒ i15 = 156° + 7.2° =170° Resposta: 170° www.cursosimbios.com.br 11 02. Um polígono convexo tem dois ângulos de 150º e os outros medem 155º. Determine o número de diagonais desse polígono. Resolução: Se i1 = 150º ⇒ e1 = 30º e i2 = 155º ⇒ e2 = 25º. Assim, como a soma dos ângulos externos é 360°, teremos: 30° + 30° + 25° + 25° + 25° + L = 360° ⇒ 60° + (n – 2).25° = 360º ⇒ (n – 2).25° = 300° ⇒ n – 2 = 12 ⇒ n = 14 Calculando o número de diagonais, teremos: n.(n - 3) 14.(14 - 3) ⇒D= ⇒ D = 77 D= 2 2 Resposta: 77 diagonais. 02. Cerâmicas pentagonais regulares foram usadas para compor o piso de uma sala, como mostra a figura a seguir. Observa-se que, ao compor o piso, entre as peças justapostas aparece um espaço vazio na forma de um estrela de cinco pontas chamada pentagrama. Considerando a figura e as informações do texto, determine: a) A medida do ângulo θ de cada ponta da estrela. b) A distância entre duas pontas consecutivas da estrela sabendo-se que a medida do lado da cerâmica pentagonal é 10 cm e cos 108° = - 0,3. θ Resolução: 03. No polígono regular ABCDEF... o número de diagonais é o triplo do número de lados. Sendo assim, determine a medida do ângulo formado pelas diagonais AC e AE desse polígono. (Lembrete: todo polígono regular é inscritível). C 10 m e i Resolução: A 10 m B Sendo n o número de lados, teremos: a) Da soma dos ângulos externos do pentágono regular, teremos: 5.e = 360° ⇒ e = 72° ⇒ i = 108° n.(n - 3) 2 = 3.n ⇒ n – 9n = 0 ⇒ n = 9 (eneágono) 2 Inscrevendo o eneágono em um círculo, teremos: Assim, no piso, teremos: θ + i + i + i = 360° ⇒ θ + 3. 108° = 360° ⇒ θ = 36° Resposta: θ = 36° B A C D α E G b) A distância entre duas pontas consecutivas da estrela é igual à medida da diagonal AC do pentágono regular. Assim, aplicando a lei dos cossenos no triângulço ABC, teremos: 2 2 2 2 AC = 10 + 10 – 2.10.10.cos 108° ⇒ AC = 200 – 200.(-0,3) AC = 260 ⇒ AC = 2 65 m Resposta: AC = 2 65 m F X. QUADRILÁTEROS NOTÁVEIS Como o polígono tem 9 lados, vem que: o = 360 = 40o ⇒ CE = 80° CD 9 Como α é um ângulo inscrito, teremos: CE α= ⇒ α = 40° 2 1. Definição É o polígono que possui quatro lados. Para o nosso estudo, vamos considerar apenas os quadriláteros convexos. A e1 i1 i4 D e4 e2 i 2 B Resposta: 40° i3 e3 C Sendo: • A, B, C, D – vértices do quadrilátero; • i1, i2, i3, i4 – ângulos internos; • e1, e2, e3, e4 – ângulos externos; • AB, BC, CD, DE – lados do quadrilátero; • AC, BD – diagonais do quadrilátero. www.cursosimbios.com.br 12 2. Tipos de quadriláteros 2.2.1. Tipos de trapézios: 2.1. Paralelogramo É o quadrilátero cujos lados opostos são paralelos. Escaleno B A AB // CD e AD ≠ BC B A M D D C Isósceles C Propriedades: • Os lados opostos de um paralelogramo são congruentes; • Os ângulos opostos de um paralelogramo são congruentes; • As diagonais de um paralelogramo cortam-se no ponto médio ⇒ AM = MC e BM = MD. • Os triângulos AMB e CMD são congruentes assim como os triângulos AMD e BMC. A B AB // CD e AD = BC C D Retângulo B A AB // CD e AD ⊥ CD 2.1.1. Retângulo É o paralelogramo que tem os quatro ângulos retos. Conseqüentemente suas diagonais têm a mesma medida. A B C AC = BD D 2.2.2. Base média É o segmento de reta que liga os pontos médios dos lados não paralelos. B A C D M 2.1.2. Losango É o paralelogramo que tem os quatro lados congruentes entre si. Conseqüentemente as diagonais são perpendiculares entre si e são bissetrizes dos ângulos internos. B A C AB = BC = CD = DA MN = N AB + CD 2 C D MN – base média do trapézio; M e N – pontos médios dos lados AB e BC. 2.2.3. Base de euler (mediana de Euler) É o segmento de reta que liga os pontos médios das diagonais do trapézio. A B CD - AB EF = 2 N M E F D D 2.1.3. Quadrado É o paralelogramo que tem os quatro lados e os quatro ângulos congruentes entre si. Então o quadrado é um losango e um retângulo ao mesmo tempo. A D C Exercícios resolvidos: 01. Na figura ABCD é um trapézio, MN é a base média, AB = 12 cm, CD = 20 cm, BD e AC interceptam MN nos pontos E e F. Determine MN e EF. A B AB = BC = CD = DA N M E AC = BD F D C AC ⊥ BD B C 2.2. Trapézio É o quadrilátero que tem dois lados paralelos entre si. Vamos considerar os trapézios que tem apenas dois lados paralelos entre si, os quais são denominados de bases. www.cursosimbios.com.br Resolução: AB + CD 12 + 20 MN = ⇒ MN = ⇒ MN = 16 cm 2 2 CD - AB 20 - 12 EF = ⇒ EF = ⇒ EF = 4 cm 2 2 Resposta: MN = 16 cm e EF = 4 cm 13 02. No trapézio escaleno da figura a diagonal AC mede 9m. Calcule as medidas dos segmentos partes desta diagonal, determinados pelo ponto de intersecção com a outra diagonal. 8m D XI. ÁREA DE FIGURAS PLANAS 1. Paralelogramo C A = b.h h A B 10 m b Resolução: 8m D C 2. Retângulo x E 9-x A 10 m h B Como AB // CD, teremos que ∆ABE ∼ ∆DCE. Assim, A = b.h b x 8 = ⇒ x = 4 cm 9 - x 10 3. Quadrado Resposta: EC = 4 cm; AE = 5 cm 03. ABCD é um quadrilátero plano qualquer e M, N, P e Q são pontos médios dos lados AB, BC, CD e DA, respectivamente. Mostre que o quadrilátero MNPQ é um paralelogramo cujo perímetro é igual a soma dos comprimentos das diagonais do quadrilátero ABCD. Resolução: Seja o quadrilátero ABCD, da figura a seguir. B A=a a 2 a N C 4. Losango M P d A= A Q Dxd D D Como M e N são pontos médios de AB e BC, respectivamente, então MN // AC. Assim, os triângulo ABC e MNB são semelhantes de razão 2. Ou seja: BC = 2.BN , AB = 2.BM, então AC = 2. MN. 5. Trapézio Como P e Q são pontos médios de CD e AD, então QP // AC e AC = 2.PQ. Assim, QP // MN e QP = MN. b Analogamente, NP // BD // MQ e BD = 2.MQ, BD = 2. NP. Assim, PN // MQ e NP = MQ. A= h Dessa forma, como MN // PQ e NP//MQ, teremos que o quadrilátero MNPQ é um paralelogramo. Quanto ao perímetro, teremos: (MQ + NP) + (PQ + MN) = BD + AC. D×d 2 (a + b).h 2 a 6. Área de um quadrilátero qualquer. B C α A= A AC . BD . sen α 2 D www.cursosimbios.com.br 14 2 B C h1 E 2 2 2 2 2 2 2 a2 - b2 + c2 a2 - b2 + c2 + h2 ⇒ h2 = c2 - c2 = ⇒ 2a 2a α A 2 b – c = (a – n) – n ⇒ b – c = a – 2an ⇒ a2 - b2 + c2 2 2 2 2an = a – b + c ⇒ n = (3) 2a Substituindo (3) em (1), teremos: Demonstração: h2 2 a2 - b2 + c2 (a2 - b2 + c2 ) ⇒ h = c2 h = c - ⇒ 2a 4a2 2 2 D Fazendo h1 e h2 as alturas dos triângulos ABC e ACD, respectivamente, então a área A do quadrilátero ABCD será: AC.h1 AC.h2 A = Área(ACB) + Área(ACD) ⇒ A = + 2 2 Como h1 = BE.senα e h2 = DE.senα, vem que: AC.BE.senα AC.DE.senα (BE + DE).AC.senα A= + ⇒ A= ⇒ 2 2 2 BD.AC.senα A= (Provado) 2 2 4a2c2 - (a2 - b2 + c2 ) h= 4a2 Assim, a área A do triângulo será: 2 a. A= b×h 2 16 ⇒ A= ((a2 + 2ac + c2 ) - b2 ).(b2 - (a2 - 2ac + c2 )) ⇒ 16 A= ((a + c )2 - b2 ).(b2 - (a - c )2 ) ⇒ 16 A= (a + c + b)(a + c - b).((b + a - c).(b - a + c) ⇒ 16 A= (a + c + b)(a + c + b - 2b).((b + a + c - 2c).(b + a + c - 2a) ⇒ 16 A= a + c + b a + c + b 2b b + a + c 2c b + a + c 2a - . - . - . 2 2 2 2 2 2 2 Dxd b 2 4a2c2 - (a2 - b2 + c2 ) (2ac + a2 - b2 + c2 ).(2ac - a2 + b2 - c2 ) ⇒ 16 7.1. Dados a base e a altura A= 2 2 2 2 2 1 4a c - (a - b + c ) a 4 ⇒ A= 2 A= 7. Triângulo h 2 2 2 2 2 2 1 4a c - (a - b + c ) ⇒h = a 4 7.2. Dados os três lados (Fórmula de Heron) A = p.(p - a).(p - b).(p - c) a a+b+c = p (semiperímetro), teremos: 2 Fazendo b Sendo: p = a+b+c 2 c Demonstração: Consideremos a figura: A = p.(p - a).(p - b).(p - c) (Fórmula de Heron) 7.3. Dados dois lados a e b e o ângulo α formado por eles B a A= h b c α h a.b.sen α 2 b a-n n A C D a Como a área é dada por A = a.h , vamos determinar a altura h em 2 função de a, b e c. Aplicando Pitágora nos triângulo ABD e BCD, teremos: Obs.: b.senα = h ⇒ altura 7.4. Triângulo eqüilátero de lado L L L h ∆ABD: c = n + h (1) 2 2 2 ∆CBD: b = (a - n) + h (2) 2 2 A= L2 3 4 2 De (1) e (2), vem que: www.cursosimbios.com.br L Obs.: altura ⇒ h = L 3 2 15 7.4. Dados o semiperímetro e o raio do círculo inscrito A = p.r r Pela lei dos senos, temos que, em qualquer triângulo inscrito em um círculo, vale a relação: a a = 2R ⇒ = senθ senθ 2R A área do triângulo ABC será: a b.c. b.c.senθ a.b.c 2R A= ⇒ A= ⇒ A= (provado) 2 2 4.R p: semiperímetro do triângulo Demonstração: Ligando o centro O do círculo ao vértices A, B e C, o triângulo ABC fica dividido em três triângulos AOB, BOC e COA de bases AB, BC e CA, respectivamente, e alturas iguais ao raio do círculo, como mostra a figura a seguir: 8. Círculo A = π.R C 2 R r r O 8.1. Setor circular r A Em graus: B Assim, a área do triângulo ABC será: AB.r BC.r AC.r (AB + BC + AC) A= + + ⇒ A= ⋅r 2 2 2 2 (AB + BC + AC) Fazendo = p (semiperímetro), teremos: 2 α.π.R2 360° A= R α R Em radianos: A= α.R2 2 A = p.r 8.2. Segmento circular A 7.5. Dados os três lados e o raio do círculo circunscrito. R α O a b A= a.b.c 4.R R c Asegm. = A setor – A ∆ ABO B R Obs.: Substituindo a área do setor OAB e e a área do triângulo ABO, podemos ter também: α.R2 R.R.senα R2 .(α - senα) A segm. = ⇒ A segm. = 2 2 2 Sendo α em radianos. Demonstração: 8.3. Coroa Circular C a b A A= R θ c www.cursosimbios.com.br a.b.c 4.R r A = π(R – r ) 2 2 R B 16 Exercicios resolvidos: ATRIANGULO = p.r ⇒ 12. 5 = 12.r ⇒ r = 01. (FMTM) A figura mostra uma circunferência de centro O e raio igual a 2 e um pentágono regular ABCDO, cujos vértices A e D pertencem à circunferência. Calcule a área da região hachurada. C c) Raio da circunferência circunscrita (R). ATRIÂNGULO = D B R= α A 5 cm 21 5 a.b.c 7.8.9 ⇒ 12. 5 = ⇒ 4.R 4.R 21. 5 cm 5 ⇒R= O 04. (UFG-adaptado) Considere uma semicircunferência de diâmetro AB = 6 cm e um triângulo APB, conforme a figura a seguir: Resolução: A soma dos ângulos internos do pentágono regular é dada por: P S = (5 – 2).360° = 540° Então, a medida do ângulo do setor (α) é igual à medida do ângulo interno do pentágono. Assim: 540° α= ⇒ α = 108° 5 A área do setor será: α.π.R2 108°.π.22 6.π 2 A= ⇒ A= ⇒ A= cm 360° 360° 5 6.π 2 Resposta: A = cm 5 02. Na figura, ABCDEF é um hexágono regular de lado 1cm. Calcule a A área do triângulo BCE. B α A B a) Expresse a área do triângulo em função do ângulo α apenas. b) Determine o valor de α para que a área do triângulo seja máxima. Resolução: P α A C B a) Sendo O o centro do semicírculo, ponto médio de AB, o segmento PO é mediana relativa a hipotenusa AB do triângulo ABP. Sendo assim, PO divide o triângulo APB em dois triângulos de mesma área. Assim, teremos: AABC = 2.AOBC ⇒ AABC = F 2α O 6.6.sen2α ⇒ A = 18.sen2α 2 b) Para que a área do triângulo ABC seja máxima, temos: sen2α = 1 ⇒ 2α = 90º ⇒ α = 45° E D Resolução: A diagonal BE passa pelo centro do hexágono e tem comprimento igual ao dobro da medida de seu lado. Como o triângulo EBC é retângulo em C, teremos: 2 2 2 2 2 2 (EC) = (EB) – (BC) ⇒ (EC) = 2 – 1 ⇒ EC = 05. Na figura a seguir, as retas que contem os segmentos de reta PA e PB são tangentes à circunferência de centro O e raio 6 cm. Sabe-se que o ângulo APB mede 30°. Determine a área do segmento circular determinado pela corda AB 3 cm A Assim, a área do triângulo EBC será: A= EC.BC = 2 O 3.1 3 2 ⇒A= cm 2 2 P 3 2 cm 2 03. Um triângulo possui lados cujas medidas são 7 cm, 8 cm e 9 cm. Calcule: a) a área do triângulo. b) a medida do raio da circunferência inscrita no triângulo. c) a medida do raio da circunferência circunscrita no triângulo. B Resposta: A = Resolução: a) Aplicando a fórmula de Heron, teremos: A= p.(p - a).(p - b).(p - c) ⇒ A= 12.(12 - 7).(12 - 8).(12 - 9) ⇒ A = A = 12. 5 cm 2 b) Raio da circunferência inscrita (r). www.cursosimbios.com.br Resolução: A 6 cm α S O P 30º B Da figura, temos que: α + 30° + 90° + 90° = 360° ⇒ α = 150° 12.5.4.3 ⇒ Assim, a área do segmento circular destacado será: A= π.62.150o 6.6.sen150º 360o 2 17 A = 15π − 9 = 3(5π – 3) cm2 Resposta: 3.(5π π – 3) cm . 2 06. Na figura a seguir tem-se um quadrado inscrito em outro quadrado. Pode-se calcular a área do quadrado interno, subtraindose da área do quadrado externo as áreas dos 4 triângulos. Feito isso, verifica-se se que A é uma função da medida x. Nessas condições, Calcule o valor mínimo de A. x x 8–x x x Resolução: Calculando a área do quadrado interno, teremos: 2 A = 8.8 – 4x.(8 – x) /2⇒ A = 64 – 16x + 2x ∆ = 16 – 4.2.64 = 256 – 512 = -256 2 Amáx = -Δ 256 = = 32 4a 8 Resposta: 32 www.cursosimbios.com.br 18