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MATEMÁTICA II PRÉ-VESTIBULAR 115PROENEM.COM.BR GEOMETRIA ANALÍTICA: INTRODUÇÃO30 DISTÂNCIA ENTRE DOIS PONTOS Situação 1 C A 1 2 3 4 5 6 70 -1 -2 1 2 3 4 5 D B Você saberia responder qual é a distância entre os pontos A e B? E entre os pontos C e D? É possível observar que a distância de A e B são de 4 unidades, que seria o comprimento no segmento AB. Tal distância pode ser calculada como o módulo da diferença entre as abscissas de A e B, isto é, AB = | 6 - 2 | ou AB = | 2 - 6 |, ou simplesmente, a abscissa maior menos a menor, AB = 6 - 2 = 4. De maneiro análoga, a distância entre os pontos C e D, pode ser calculada da seguinte maneira: CD = | 4 - (- 2) | = 6 Para calcularmos a distância entre os pontos A e B basta calcular o módulo do vetor AB ou simplesmente ter a visão analítica e fazer a distância entre dois pontos. Situação 2 Para calcular tal distância entre A e B, podemos aplicar o teorema de Pitágoras. Veja abaixo: Assim, podemos dizer que a distância entre qualquer dois pontos A(xA, yA) e B(xB, yB) é dado por: 2 2 2 B A B A 2 2 B A B A d (x x ) (y y ) d (x x ) (y y ) = − + − = − + − 01. Determine a distância entre os pontos A(-1, 4) e B(3, 7). Resolução: Utilizando vetores podemos determinar o vetor e calcular o seu módulo. AB = B - A = [3 - (-1), 7 - 4 ] AB = (4,3) 2 2 2 2 AB a b AB 4 3 AB 25 AB 5 = + = + = = Logo, a distância entre os pontos A e B é igual a 5. Ou simplesmente podemos utilizar a relação: 2 2 B A B A 2 2 2 2 d (x x ) (y y ) d (3 ( 1)) (7 4) d (4) (3) d 25 5 = − + − = − − + − = + = = EXERCÍCIO RESOLVIDO DIVISÃO DE UM SEGMENTO EM UMA RAZÃO DADA Se um ponto C pertence a um segmento AB e C é distinto de A e de B, dizemos que C divide o segmento AB na razão AC CB . R Supondo que AB não é paralelo ao eixo Ox, sendo Xa, Xc e Xb as abscissas de A, C e B, respectivamente, e Ya, Yc, Yb as ordenadas de A, C e B, respectivamente, temos pela semelhança dos triângulos TAC e RCB que: a c a c c c c cb b x x y yx e y x x y y − − = = − − PRÉ-VESTIBULARPROENEM.COM.BR116 MATEMÁTICA II 30 GEOMETRIA ANALÍTICA: INTRODUÇÃO PONTO MÉDIO DE UM SEGMENTO AM MB= M A B M− = − 2M A B= + A BM 2 + = Assim, podemos dizer que para qualquer dois pontos A(xA, yA) e B(xB, yB), o ponto médio M(xM, yM) do segmento AB é dado por: A B A B M M x x y yx e y 2 2 + + = = 02. Achar as coordenadas do ponto médio do segmento AB , sendo A(2, 5) e B(4,-3). Resolução: ( ) ( ) ( ) ( ) 2, 5 4, 3 6, 2A BM M 2 2 2 M 3, 1 + −+ = → = = = BARICENTRO DE UM TRIÂNGULO Baricentro é o ponto de encontro das medianas de um triângulo. AG 2GN G A 2(N G) B CG A 2N 2G, onde N 2 3G A 2N 3G A B C A B CG 3 = − = − + − = − = = + = + + + + = Assim, podemos dizer que para qualquer três pontos A(xA, yA), B(xB, yB) e C(xC, yC) vértices de um triângulo, o baricentro G(xG, yG) desse triângulo é dado por: A B C A B C G G x x x y y yx e y 3 3 + + + + = = 03. Determine o baricentro do triângulo A (2, 5) , B (–1, 0) e C (5, –2). Resolução: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) A B CG 3 2, 5 1, 0 5, 2 G 3 6, 3 G 3 G 2, 1 + + = + − + − = = = EXERCÍCIO RESOLVIDO CONDIÇÃO DE ALINHAMENTO DE 3 PONTOS Os pontos A(xA,yA), B(xB,yB) e C(xC,yC) estarão alinhados se, e somente se: A A B B C C x y 1 x y 1 0 x y 1 = ÁREA DO TRIÂNGULO Caso três pontos não estejam alinhados, com certeza estarão formando um triângulo cuja área pode ser calculada por: ÁLGEBRA LINEAR SEGMENTO ORIENTADO O segmento de reta orientado de origem em A e extremidade em B, será representado por AB e geometricamente representado por: Caracterizado pelo sentido do segmento. A distância de A até B (comprimento do segmento) é chamado de módulo do segmento orientado e representado por | AB |. A direção de AB é a direção da reta suporte do segmento, e o seu sentido é representado pela flecha ( AB , de A para B). SEGMENTOS ORIENTADOS EQUIPOLENTES Se dois ou mais segmentos orientados têm o mesmo módulo, a mesma direção e o mesmo sentido, serão ditos segmentos equipolentes. PRÉ-VESTIBULAR PROENEM.COM.BR 30 GEOMETRIA ANALÍTICA: INTRODUÇÃO 117 MATEMÁTICA II VETOR Vetor v determinado por um segmento orientado AB é o conjunto de todos os segmentos orientados do espaço que são equipolentes ao segmento AB . Logo, podemos afirmar que AB é o vetor v aplicado em A, CD é o vetor v aplicado em C etc. v AB CD= = = COMPONENTES DE UM VETOR NO PLANO (2) a ab bv AB B A (x x , y y )= = − = − − Exemplo: A(3,-1) e B(0,3), se v = AB , então: v = B – A = (0,3) - (3,–1) = (–3,4) v = (–3,4) REPRESENTAÇÃO DE UM VETOR NO PLANO v AB ( 3,1)= = − A projeção de qualquer dos segmentos orientados acima no eixo x é –3, e no eixo y é 1, logo todos os segmentos acima representam o vetor V = (-3,1). Porém, em geral, procuramos marcar um vetor no plano cartesiano aplicando-o na origem, pois assim marcamos apenas o ponto representado pelo par do vetor. PROEXPLICA Analogamente, tudo que foi visto acima vale para o 3. MÓDULO (NORMA) DE UM VETOR O módulo ou norma de um vetor, como vimos anteriormente, é o comprimento do segmento orientado que representa o vetor. Se u = (a, b) então | u | = 2 2a b+ 04. Determine o módulo do vetor = (3, 2). Resolução: 2 2 2 2 | u | a b | u | 3 2 | u | 13 = + = + = Logo, se 2 2| u | a b= + , podemos concluir que | u | u u= ⋅ EXERCÍCIO RESOLVIDO 05. Determine o módulo do vetor u = (3, 2, –4). (definição análoga para o IR3). Resolução: 2 2 2| u | 3 2 ( 4) | u | 29 = + + − = Propriedades: • | u | 0.≥ • | u u | | u | | v | (desigualdade triangular)+ ≤ + PRÉ-VESTIBULARPROENEM.COM.BR118 MATEMÁTICA II 30 GEOMETRIA ANALÍTICA: INTRODUÇÃO VETOR UNITÁRIO O vetor é dito unitário quando | u | = 1. Dado um vetor u , não nulo, o vetor u | u | é um vetor unitário de mesma direção e sentido de u . Esse vetor é denominado versor de u .t PROEXPLICA 06. Determine o versor do vetor u = (4, 3) Resolução: 2 2 u (4,3) 4 3u , 5 5| u | 4 3 = = = + EXERCÍCIO RESOLVIDO PROTREINO EXERCÍCIOS 01. Calcule a distância do ponto P(3, -4) até a origem do sistema cartesiano. 02. Calcule o perímetro do triângulo ABC, sendo dados A(3, 1), B(-1, 1) e C(-1, 4). 03. Calcule o comprimento da mediana AM do triângulo ABC cujos vértices são os pontos A(0, 0), B(3, 7) e C(5, -1). 04. Dados os pontos A(3, 5), B(-3, 8) e C(4, n). Determine o valor de n para que os pontos dados sejam colineares. 05. Sabendo que A(5, -2) e B(4, -1) são vértices consecutivos de um quadrado, determine as coordenadas dos outros dois vértices. PROPOSTOS EXERCÍCIOS 01. (UDESC) Seja r uma reta passando por um ponto A e seja P um ponto não pertencente à reta, de tal forma que a distância entre os pontos P e A seja de 4 unidades de comprimento e o ângulo formado entre a reta r e o segmento AP seja de 30 graus, conforme a figura abaixo. Sabendo-se que a equação da reta r é y = 3 e que a reta que passa pelos pontos A e P corta o eixo Y no ponto (0, 2), então a soma dos quadrados das coordenadas do ponto P é igual a: a) 34 b) 12 c) 4 d) 52 e) 45 02. (EEAR) Considere os pontos A (2,8) e B (8,0) A distância entre eles é de a) 14 b) 3 2 c) 3 7 d) 10 03. (ENEM) Devido ao aumento do fluxo de passageiros, uma empresa de transporte coletivo urbano está fazendo estudos para a implantação de um novo ponto de parada em uma determinada rota. A figura mostra o percurso, indicado pelas setas, realizado por um ônibus nessa rota e a localização de dois de seus atuais pontos de parada, representados por P e Q. Os estudos indicam que o novo ponto T deverá ser instalado, nesse percurso, entre as paradas já existentes P e Q, de modo que as distânciaspercorridas pelo ônibus entre os pontos P E T e entre os pontos T e Q sejam iguais. De acordo com os dados, as coordenadas do novo ponto de parada são a) (290; 20) b) (410; 0) c) (410; 20) d) (440; 0) e) (440; 20) PRÉ-VESTIBULAR PROENEM.COM.BR 30 GEOMETRIA ANALÍTICA: INTRODUÇÃO 119 MATEMÁTICA II 04. (UFRGS) Considere os gráficos das funções f e g, definidas por f (x) = x² + x – 2 e g(x) = 6 – x, representadas no mesmo sistema de coordenadas cartesianas, e os pontos A e B, interseção dos gráficos das funções f e g, como na figura abaixo. A distância entre os pontos A e B é a) 2 2. b) 3 2. c) 4 2. d) 5 2. e) 6 2. 05. (UECE) Seja (r) a reta que passa pelos pontos P1 (-1, 0) e P2 (0, 3). Considere M (n, q) um ponto de (r). Se a distância do ponto O (0, 0) ao ponto M é 3 10 cm, então q - n é igual a: a) 4 5 b) 1 c) 6 5 d) 7 5 06. (ENEM) Um aplicativo de relacionamentos funciona da seguinte forma: o usuário cria um perfil com foto e informações pessoais, indica as características dos usuários com quem deseja estabelecer contato e determina um raio de abrangência a partir da sua localização. O aplicativo identifica as pessoas que se encaixam no perfil desejado e que estão a uma distância do usuário menor ou igual ao raio de abrangência. Caso dois usuários tenham perfis compatíveis e estejam numa região de abrangência comum a ambos, o aplicativo promove o contato entre os usuários, o que é chamado de match. O usuário P define um raio de abrangência com medida de 3 km e busca ampliar a possibilidade de obter um match se deslocando para a região central da cidade, que concentra um maior número de usuários. O gráfico ilustra alguns bares que o usuário P costuma frequentar para ativar o aplicativo, indicados por I, II, III, IV e V. Sabe- se que os usuários Q, R e S, cujas posições estão descritas pelo gráfico, são compatíveis com o usuário P, e que estes definiram raios de abrangência respectivamente iguais a 3 km, 2 km e 5 km. Com base no gráfico e nas afirmações anteriores, em qual bar o usuário P teria a possibilidade de um match com os usuários Q, R e S, simultaneamente? a) I b) II c) III d) IV e) V 07. (ENEM) Em uma cidade será construída uma galeria subterrânea que receberá uma rede de canos para o transporte de água de uma fonte (F) até o reservatório de um novo bairro (B). Após avaliações, foram apresentados dois projetos para o trajeto de construção da galeria: um segmento de reta que atravessaria outros bairros ou uma semicircunferência que contornaria esses bairros, conforme ilustrado no sistema de coordenadas xOy da figura, em que a unidade de medida nos eixos é o quilômetro. Estudos de viabilidade técnica mostraram que, pelas características do solo, a construção de 1m de galeria via segmento de reta demora 1,0 h, enquanto que 1 m de construção de galeria via semicircunferência demora 0,6 h. Há urgência em disponibilizar água para esse bairro. Use 3 como aproximação para π e 1,4 como aproximação para 2. O menor tempo possível, em hora, para conclusão da construção da galeria, para atender às necessidades de água do bairro, é de a) 1.260. b) 2.520. c) 2.800. d) 3.600. e) 4.000. PRÉ-VESTIBULARPROENEM.COM.BR120 MATEMÁTICA II 30 GEOMETRIA ANALÍTICA: INTRODUÇÃO 08. (ENEM) Um bairro de uma cidade foi planejado em uma região plana, com ruas paralelas e perpendiculares, delimitando quadras de mesmo tamanho. No plano de coordenadas cartesianas seguinte, esse bairro localiza-se no segundo quadrante, e as distâncias nos eixos são dadas em quilômetros. A reta de equação y = x + 4 representa o planejamento do percurso da linha do metrô subterrâneo que atravessará o bairro e outras regiões da cidade. No ponto P = (- 5, 5), localiza-se um hospital público. A comunidade solicitou ao comitê de planejamento que fosse prevista uma estação do metrô de modo que sua distância ao hospital, medida em linha reta, não fosse maior que 5 km. Atendendo ao pedido da comunidade, o comitê argumentou corretamente que isso seja automaticamente satisfeito, pois já estava prevista a construção de uma estação no ponto a) (- 5, 0). b) (- 3, 1). c) (- 2, 1). d) (0, 4). e) (2, 6). 09. (EEAR) Seja ABC um triângulo tal que A(1, 1), B(3, - 1) e C (5, 3). O ponto _____ é o baricentro desse triângulo. a) (2, 1) b) (3, 3) c) (1, 3) d) (3, 1) 10. (ENEM (LIBRAS)) Foi utilizado o plano cartesiano para a representação de um pavimento de lojas. A loja A está localizada no ponto A (1: 2). No ponto médio entre a loja A e a loja B está o sanitário S, localizado no ponto S (5; 10). Determine as coordenadas do ponto de localização da loja B. a) (-3; -6) b) (-6; -3) c) (3; -6) d) (9; 18) e) (18; 9) 11. (ENEM PPL) Considere que os quarteirões de um bairro tenham sido desenhados no sistema cartesiano, sendo a origem o cruzamento das duas ruas mais movimentadas desse bairro. Nesse desenho, as ruas têm suas larguras desconsideradas e todos os quarteirões são quadrados de mesma área e a medida de seu lado é a unidade do sistema. A seguir há uma representação dessa situação, em que os pontos A, B, C e D representam estabelecimentos comerciais desse bairro. Suponha que uma rádio comunitária, de fraco sinal, garante área de cobertura para todo estabelecimento que se encontre num ponto cujas coordenadas satisfaçam à inequação: x² + y² - 2x – 4y – 31 ≤ 0. A fim de avaliar a qualidade do sinal, e proporcionar uma futura melhora, a assistência técnica da rádio realizou uma inspeção para saber quais estabelecimentos estavam dentro da área de cobertura, pois estes conseguem ouvir a rádio enquanto os outros não. Os estabelecimentos que conseguem ouvir a rádio são apenas a) A e C. b) B e C. c) B e D. d) A, B e C. e) B, C e D. 12. (ENEM PPL) Um construtor pretende murar um terreno e, para isso, precisa calcular o seu perímetro. O terreno está representado no plano cartesiano, conforme a figura, no qual foi usada a escala 1 : 500. Use 2,8 como aproximação para 8. De acordo com essas informações, o perímetro do terreno, em metros, é a) 110. b) 120. c) 124. d) 130. e) 144. 13. (UECE) No plano, com o sistema de coordenadas cartesianas usual, os gráficos das funções reais de variável real f(x) = x² - 6x + 9 e g(x) = -x² + 6x - 1 são parábolas. Os pontos de interseção dessas parábolas juntamente com seus vértices são vértices de um quadrilátero convexo, cuja medida da área é igual a u.a. ≡ unidades de área a) 16 u.a. b) 20 u.a. c) 22 u.a. d) 18 u.a. 14. (UECE) No plano, com o sistema de coordenadas cartesianas usual, os pontos P e Q estão no primeiro quadrante, pertencem aos gráficos das funções g (x) = ex e f (x) = Ln(x) respectivamente e satisfazem a condição: se P = (u,v), então, Q = (v,u). Nessas condições, pode-se afirmar corretamente que a medida do comprimento do segmento PQ tem a forma Ln (x) ≡ logaritmo natural de x ex ≡ exponencial natural de x a) a(a e ) 2.+ b) a(a e ) 3.+ c) a(e a) 2.− d) a(e a) 3.− 15. (UECE) O volume do sólido gerado pela rotação, em torno do eixo dos X, da região do plano limitada pelo triângulo com vértices nos pontos (6, 0), (8, 0) e (8, 9) é igual a: u.v. ≡ unidade de volume a) 72 π u.v. b) 81 π u.v. c) 54 π u.v. d) 64 π u.v. PRÉ-VESTIBULAR PROENEM.COM.BR 30 GEOMETRIA ANALÍTICA: INTRODUÇÃO 121 MATEMÁTICA II 16. (ESPM) No plano cartesiano abaixo estão represen tados o gráfico da função y = x² e o triângu lo equilátero OAB. A área desse triângulo mede: a) 2 3 b) 3 c) 3 d) 2 e) 3 3 17. (EEAR) Sejam A (-3, 3), B(3, 1), C (5, -3) E D(-1, -2) vértices de um quadrilátero convexo. A medida de uma de suas diagonais é a) 15 b) 13 c) 12 d) 10 18. (EFOMM) Calcule a área S do triângulo de vértices A (5, 7); B (2, 3); C (9, 2). Considerando o plano cartesiano, temos: a) 7,8 b) 15 ,5 c) 19 d) 30 e) 60,5 19. (Unigranrio - Medicina) Considere asfunções x 0 x f(x) 1 x 2 2 1 1 = e x 11 4 g(x) 10 11 x . 1 2 0 − = Desta forma, pode-se afirmar que o ponto de interseção das funções f (x) e g (x), é: a) (6, 30) b) (9, -90) c) (9, 72) d) (6, -42) e) (6, 42) 20. (FGV) O comprimento do segmento determinado pelos pontos de intersecção das parábolas de equações y = x² - 8x + 3 e y = -4x² + 2x + 3 é: a) 2 37 b) 3 41 c) 7 43 2 d) 5 39 2 e) 4 45 05. APROFUNDAMENTO EXERCÍCIOS DE 01. (UERJ) No sistema de coordenadas cartesianas a seguir, está representado o triângulo ABC. Em relação a esse triângulo, a) demonstre que ele é retângulo; b) calcule a sua área. 02. (UNESP) Sejam A = (2, 0) e B = (5, 0) pontos do plano e r a reta de equação y = x/2. c) Represente geometricamente os pontos A e B e esboce o gráfico da reta r. d) Se C = (x, x/2), com x > 0, é um ponto da reta r, tal que o triângulo ABC tem área 6, determine o ponto C. 03. (UNESP) Dados dois pontos, A e B, com coordenadas cartesianas (-2, 1) e (1, -2), respectivamente, conforme a figura, a) calcule a distância entre A e B. b) Sabendo-se que as coordenadas cartesianas do baricentro do triângulo ABC são (xG, yG) = 2 , 1 3 , calcule as coordenadas (xC, yC) do vértice C do triângulo. 04. (FGV) Um funcionário do setor de planejamento de uma distribuidora de materiais escolares verifica que as lojas dos seus três clientes mais importantes estão localizadas nos pontos A (0, 0), B(6, 0) e C(3, 4). Todas as unidades são dadas em quilômetros. O setor de planejamento decidiu instalar um depósito no ponto P (x, y), de modo que as distâncias entre o depósito e as três lojas sejam iguais: PA = PB = PC. PRÉ-VESTIBULARPROENEM.COM.BR122 MATEMÁTICA II 30 GEOMETRIA ANALÍTICA: INTRODUÇÃO Uma pesquisa feita na Loja A estima que a quantidade de certo tipo de lapiseiras vendidas varia linearmente, de acordo com o preço de cada uma. O mesmo ocorre com o preço unitário de determinado tipo de agenda escolar e a quantidade vendida. Preço de uma lapiseira Quantidade Preço de uma agenda Quantidade R$ 10,00 100 R$ 24,00 200 R$ 15,00 80 R$ 13,50 270 R$ 20,00 60 R$ 30,00 160 A Loja B monta dois tipos de estojos de madeira fechados. Um tipo, com 24 lápis de cor em cada estojo, é uma caixa que tem a forma de um paralelepípedo retângulo de base quadrada, de 16 cm de lado e volume igual a 576 cm³. O outro tipo, com 18 lápis de cor em cada estojo, tem a forma de um cubo, e o seu custo de fabricação é 3/4 do custo de fabricação do primeiro estojo. Para o lojista, o custo de fabricação de cada estojo, independente de sua forma, é R$0,10 o centímetro quadrado. A Loja C, a menor de todas, trabalha somente com três funcionários: Alberto, Beatriz e Carla. A soma dos salários mensais dos três, em dezembro de 2011, era de R$5.000,00. Determine a quantos quilômetros da Loja A deverá ser instalado o depósito da distribuidora de materiais escolares. Aproxime a resposta para um número inteiro de quilômetros. 05. (UNESP) Chegou às mãos do Capitão Jack Sparrow, do Pérola Negra, o mapa da localização de um grande tesouro enterrado em uma ilha do Caribe. Ao aportar na ilha, Jack, examinando o mapa, descobriu que P1 e P2 se referem a duas pedras distantes 10 m em linha reta uma da outra, que o ponto A se refere a uma árvore já não mais existente no local e que a) ele deve determinar um ponto M1 girando o segmento P1A em um ângulo de 90° no sentido anti-horário, a partir de P1; b) ele deve determinar um ponto M2 girando o segmento P2A em um ângulo de 90° no sentido horário, a partir de P2; c) o tesouro está enterrado no ponto médio do segmento M1M2. Jack, como excelente navegador, conhecia alguns conceitos matemáticos. Pensou por alguns instantes e introduziu um sistema de coordenadas retangulares com origem em P1 e com o eixo das abscissas passando por P2. Fez algumas marcações e encontrou o tesouro. A partir do plano cartesiano definido por Jack Sparrow, determine as coordenadas do ponto de localização do tesouro e marque no sistema de eixos inserido no campo de Resolução e Resposta o ponto P2 e o ponto do local do tesouro. GABARITO EXERCÍCIOS PROPOSTOS 01.D 02.D 03.E 04.E 05.C 06.A 07.B 08.B 09.D 10.D 11.D 12.C 13.A 14.C 15.D 16.E 17.D 18.B 19.D 20.A EXERCÍCIOS DE APROFUNDAMENTO 01. a) Observe a demonstração a seguir: 2 2 2 AB (6, 2) | AB | 40 AC (2,2) | AC | 8 BC (4,4) |BC | 32 Logo :| AB | | AC | |BC | = − = = = = = = + b) 8 u.a. 02. a) Observe o gráfico a seguir: b) C = (8,4). 03. a) AB = 3 2 b) C (3; 4) 04. P,Ad 3km= 05. O ponto médio do segmento de extremos M1 e M2 é M(5,5). ANOTAÇÕES
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