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1 Geometria Euclidiana JUNHO DE 2015 Prof. Bruno Machado Leal 2 Introdução Existem indícios de que os primeiros conhecimentos de Geometria foram desenvolvidos por volta de 2000 a.C. pelos babilônios, e cerca de 1300 anos a.C. pelos egípcios, na tentativa de resolver problemas do cotidiano, como a demarcação de terras ou a construção de edifícios. No entanto,foram os gregos, por volta de 600 a.C., os primeiros a sistematizar e organizar tudo quese conhecia sobre o assunto até sua época. O principal trabalho dos gregos foi feito por Euclides, por volta de 300 a.C., que escreveu um tratado de Geometria, chamado Elementos. A preocupação central de Euclides em sua obra é a demonstração de propriedades geométricas com o auxílio da Lógica. Da mesma forma que Euclides, iniciamos este capítulo com os conceitos primitivos, definições, postulados e teoremas, que serão básicos para o desenvolvimento da Geometria, aqui chamada euclidiana Bons Estudos! 3 Objetivos: Conhecer os conceitos primitivos e as definições básicas da Geometria Euclidiana. Saber trabalhar com medidas de segmentos de reta e ângulos. Saber definir triângulo e reconhecê-los quanto aos lados e quanto aos ângulos. Saber utilizar as desigualdades dos triângulos. Saber aplicar os casos de congruência de triângulos. Reconhecer retas paralelas e retas concorrentes. Compreender o significado de reta transversal a retas paralelas. Saber definir quadrilátero. Saber definir polígono. Conhecer a denominação dos polígonos quanto ao número de lados. Conhecer as propriedades gerais dos polígonos tais como número de diagonais, soma dos ângulos internos, etc e saber aplicá-las na resolução de problemas. Saber definir circunferência e disco. Conhecer os pontos notáveis de um triângulo e suas propriedades. Conhecer as posições relativas entre uma reta e uma circunferência, e, entre duas circunferências. Saber definir ângulo central, ângulo inscrito, ângulo semi-inscrito e arco, e, conhecer suas propriedades. Compreender o conceito de área. Conhecer as fórmulas básicas que dão as áreas do triângulo e dos principais quadriláteros e saber aplicá-las. Compreender os casos de semelhança de triângulos e saber aplicá-los na resolução de problemas. 4 Sumário Unidade 1 1- Retas e Planos ...................................................................................................... 8 1.1- Noções Primitivas e Conceitos .................................................................. 8 1.2- Segmentos de reta – Conceitos ................................................................... 9 Exercícios propostos ......................................................................................... 9 2- Postulados da Geometria ................................................................................ 10 2.1- Postulado da Existência ........................................................................... 10 2.2- Postulado da Determinação ..................................................................... 10 2.3- Postulado da Inclusão .............................................................................. 11 2.4- Postulado da Separação ........................................................................... 11 3- Paralelismo e Perpendicularismo ................................................................... 12 3.1- Paralelismo .............................................................................................. 12 3.2- Perpendicularismo ................................................................................... 13 3.3- Teorema de Tales e Teoremas das Bissetrizes ......................................... 14 3.3.1 Teorema de Tales .............................................................................. 14 3.3.2 Teorema das Bissetrizes ..................................................................... 16 4- Retas e planos perpendiculares no espaço ..................................................... 20 4.1 Reta perpendicular a plano ....................................................................... 20 4.2 Teorema fundamental do perpendicularismo ........................................... 20 4.3 Teorema das três perpendiculares ............................................................. 23 4.4 Propriedades do perpendicularismo de reta com plano ........................... 23 4.5 Plano perpendicular a plano ...................................................................... 24 4.6 Propriedades do perpendicularismo de planos ......................................... 25 Exercício proposto .......................................................................................... 26 Exercício de fixação ........................................................................................ 28 5 Unidade 2 5- Ângulos ............................................................................................................. 32 5.1- Definições .................................................................................................... 32 5.2-Bissetriz de um ângulo .................................................................................. 32 5.3- Tipos de Ângulos ........................................................................................ 33 5. 3.1 Ângulos Consecutivos ........................................................................ 33 5. 3.2 Ângulos Adjacentes ............................................................................. 33 5. 3.3 Ângulos opostos pelo vértice (o.p.v) .............................................. 33 5.3.4- Ângulos Complementares ................................................................. 34 5.3.5- Ângulos Suplementares .................................................................... 34 5.3.6- Ângulos Replementares ...................................................................... 34 5.2.7- Ângulo reto ......................................................................................... 35 5.2.8- Ângulo agudo ..................................................................................... 35 Exercício de fixação ..................................................................................... 36 6-Triângulos .......................................................................................................... 38 6.1 – Conceitos, elementos e classificação ........................................................ 38 6.2 – Congruência de triângulos ........................................................................ 39 6.3-Desigualdade Triangular ............................................................................. 43 6.4 – Pontos notáveis dos triângulos ................................................................. 44 6.4.1 – Baricentro – (ponto de encontro das medianas) ............................... 44 6.4.2 – Incentro – (ponto de encontro das bissetrizes internas) ................... 44 6. 4.3 – Circuncentro (ponto de encontro das mediatrizes) ......................... 44 6. 4.4 – Ortocentro - (ponto de encontro das alturas) .................................... 44 6.5 – Semelhança de Triângulos ......................................................................... 45 6.6– Triângulos retângulos – Teorema de Pitágoras ......................................... 47 6.6.1 Diagonal do quadrado ......................................................................... 47 6.6.2Teorema de Pitágoras .......................................................................... 47 Exercício de fixação ...................................................................................... 48 7-Polígonos ........................................................................................................... 50 Exercícios propostos .......................................................................................... 52 7.1-Quadriláteros ............................................................................................... 53 7.1.1 Trapézio .............................................................................................. 53 7.1.2 Paralelogramo ...................................................................................... 54 7.1.3 Retângulo ............................................................................................ 55 7.1.4 Losango ............................................................................................... 55 7.1.5 Quadrado .............................................................................................. 56 Exercício proposto ........................................................................................ 57 6 Unidade 3 8- Área dos Polígonos ........................................................................................... 61 8.1 Área do Retângulo ...................................................................................... 62 8.2 Área do quadrado ......................................................................................... 62 8.3 Área do paralelogramo ............................................................................... 62 8.4 Área do triângulo ........................................................................................ 62 8.5 Área do losango ......................................................................................... 62 8.6 Área do trapézio ........................................................................................ 62 Exercício de fixaçao .......................................................................................... 64 9- Circunferência .................................................................................................. 68 9.1 Definições e elementos ................................................................................ 68 9.2 Posições relativas de reta e Circunferência ................................................. 70 9.3 Segmentos tangentes – Quadriláteros circunscritíveis ................................ 71 Exercício proposto ............................................................................................. 71 9.4 Ângulos da circunferência ........................................................................... 73 Exercício propostos ........................................................................................... 76 9.5 – Comprimento da circunferência ............................................................... 79 Exercícios propostos .......................................................................................... 80 10-Áreas do círculo e suas partes ........................................................................ 81 10.1 Área do círculo ......................................................................................... 81 10.2 Área do setor circular ................................................................................ 81 10.3 Área da coroa circular ............................................................................... 82 Exercícios propostos ........................................................................................... 84 11-História da geometria ..................................................................................... 86 7 UNIDADE 1 Retas e Planos Postulados da Geometria Paralelismo e Perpendicularismo Retas e planos perpendiculares no espaço 8 1.1- Noções Primitivas e Conceitos Ponto: Um lugar concebido sem extensão no espaço chama-se Ponto. A marca de uma ponta de lápis no papel dá a idéia do que é um ponto. Reta: Dois pontos distintos determinam uma única reta que passa por eles. Pontos colineares:São pontos que pertencem a uma mesma reta. Plano: Três pontos não colineares determinam um único plano que passa por eles. Pontos coplanares: São pontos que pertencem ao um mesmo plano. Os pontos A,B e C são coplanares pois todos pertencem ao mesmo plano α. 1) Classifique como verdadeiras(V) ou falsas(F) as sentenças abaixo: a)Por um ponto passam infinitas retas b)Por dois pontos distintos passa uma reta c)Uma reta contém dois pontos distintos d)Dois pontos distintos determinam uma só reta e)Por três pontos dados passa uma só reta Solução: V/V/V/V/F 1- Retas e Planos 9 1.2- Segmentos de reta – Conceitos Definição: Dados dois pontos distintos, a reunião desses dois pontos com o conjunto dos pontos que estão entre eles é um segmento de reta. Sendo assim, o segmento de reta é limitado por dois pontos da reta. Segmentos Consecutivos: Dois segmentos de reta são consecutivos se a extremidade de um deles é também extremidade do outro. Segmentos Colineares: Dois segmentos de reta são colineares se estão numa mesma reta Segmentos Adjacentes: Dois segmentos consecutivos e colineares são adjacentes se possuem em comum apenas uma extremidade, ou seja, não possuem pontos internos comuns. AD e DB são consecutivos, colineares e adjacentes. Segmentos Congruentes: são aqueles que têm as mesmas medidas. Obs: “~” é o símbolo de congruência ( AB~CD) Ponto médio de um segmento: Um ponto M é o ponto médio do segmento AB somente se M está entre A e B e AM=MB. Semirreta: A semirreta possui origem, mas é ilimitada no outro sentido, isso é, possui início, mas não tem fim. 1) Determine AB sendo M o ponto médio. 2) Determine PQ, sendo AB=31 10 2- Postulados da Geometria Postulado da existência; Postulado da determinação; Postulado da inclusão; Postulado da separação. 2.1 Postulado da Existência Existem pontos, retas e planos; Em cada reta, bem como fora dela, existem infinitos pontos; Em cada plano, bem como fora dele, existem infinitas retas, e conseqüentemente, infinitos pontos. 2.2- Postulado da Determinação Dois pontos distintos determinam uma única reta; Três pontos não colineares determinam um único plano. 11 2.3- Postulado da Inclusão Se dois pontos distintos de uma reta pertencem a um plano, então a reta está contida nesse plano. 2.4- Postulado da Separação Uma reta r contida num plano α divide esse plano em duas regiões chamadas semi-planos Um plano α divide o espaço em duas regiões chamadas semi-espaços. 12 3.1- Paralelismo Duas retas distintas r e s serão ditas paralelas (r//s) quando estiverem no mesmo plano (coplanares) e não possuíremponto de interseção, de maneira que, se colocarmos uma em cima da outra, irão se tornar uma única reta (coincidentes). Veja, a seguir: 3- Paralelismo e Perpendicularismo 1)Se a reta r é paralela a s e a reta r é paralela a w, diga se as seguintes afirmações são verdadeiras ou falsas: a)r e s se cortam b) r e w se cortam c ) s e w se cortam d)s é paralela a w c)As três são paralelas entre si Resposta: F, F, F, V, V 13 3.2- Perpendicularismo Duas retas distintas r e s são ditas perpendiculares quando elas são concorrentes, ou seja, cruzam-se e o ângulo de interseção é um ângulo reto (90º). Veja, a seguir: : 2) Se a reta r é perpendicular a s e a reta r é paralela a w, diga se as seguintes afirmações são verdadeiras ou falsas: a) s e w são paralelas b) r e s se cortam e o ângulo de interseção é 90º c) s e w se cortam e o ângulo de interseção é 60º d) r e w não se cortam e) As três retas se cortam Resposta: V, V, F, V, F 14 3.3- Teorema de Tales e Teoremas das Bissetrizes 3.3.1 Teorema de Tales O Teorema de Tales afirma que quando duas retas transversais cortam um feixe de retas " paralelas, as medidas dos segmentos delimitados nas transversais são proporcionais. Veja, a seguir: De acordo com o teorema, teremos a seguinte proporção: o segmento AD está para o segmento AB, assim como AE está para AC. De maneira que, 15 3) De acordo com a figura abaixo, calcule o valor de x: De acordo com o teorema, teremos: . 4)Na figura, as retas r, s e t são paralelas, de acordo com Teorema de Tales determine p valor de x De acordo com o teorema, teremos: 16 . 3.3.2 Teorema das Bissetrizes O Teorema das Bissetrizes é dividido em dois, o das internas e o das externas. O primeiro diz que, em qualquer triângulo, a bissetriz de um triângulo interno estabelece no seu lado oposto dois segmentos proporcionais aos lados desse mesmo ângulo. De acordo com o Teorema da Bissetriz Interna, teremos que o segmento AB está para BE, assim como AC está para CE, de maneira que: 1) Seja AG a bissetriz do ângulo CÂB, calcule AB: De acordo com o teorema, teremos: 𝑨𝑪 𝑪𝑬 𝑨𝑩 𝑩𝑬 17 2) Determine o valor de x no triângulo abaixo sabendo que AP é bissetriz do ângulo BÂC. De acordo com o teorema, teremos: 3) Dado o triangulo ABC, descubra se AD é bissetriz: Para AD ser bissetriz, é preciso que: Logo, AD não é bissetriz. 18 O Teorema da Bissetriz Externa diz que sempre que a bissetriz de um ângulo externo de certo triângulo cortar a reta que possui o lado oposto, ficará estabelecido nesta mesma reta dois segmentos proporcionais aos lados desse triângulo. De acordo com o Teorema da Bissetriz Externa, teremos que o segmento AB está para BE, assim como AC está para CE, de maneira que: 4) Seja AE uma bissetriz externa, calcule o valor de BE: De acordo com o teorema, teremos que: 19 Logo, 5) De acordo com o Teorema das Bissetrizes Externas, determine se o segmento AD é uma bissetriz externa ou não. Para que AD seja bissetriz externa, temos que: 5/10 = 3/6 -> 30 = 30 Logo, AD é bissetriz externa. 20 . 4.Retas e planos perpendiculares no espaço 4.1 Reta perpendicular a plano Dizemos que uma reta é perpendicular a um plano se, e somente se, ela é perpendicular a todas as retas do plano que passam pelo ponto onde ela intercepta o plano. O ponto onde ela intercepta o plano é chamado “pé da perpendicular." 4.2 Teorema fundamental do perpendicularismo A condição necessária e suficiente para que uma reta seja perpendicular a um plano é que forme ângulo reto com duas concorrentes do plano. Para as condições deste teorema temos três casos possíveis: a) A reta t é perpendicular às duas retas concorrentes do plano. 21 Simbolicamente: b) A reta t é perpendicular a uma das retas concorrentes e ortogonal à outra. Simbolicamente: c) A reta t é ortogonal às duas retas concorrentes. 22 Simbolicamente: Se uma rete é perpendicular a um plano então ela forma ângulo reto com todas as retas do plano. 23 4.3 Teorema das três perpendiculares Seja r perpendicular a α no ponto P, s contida em α passando por P, t contida em α não passando por P e perpendicular a s em Q. . Se R é um ponto qualquer de r, então a reta é perpendicular a t. 4.4 Propriedades do perpendicularismo de reta com plano a) Duas retas perpendiculares a um mesmo plano são paralelas. Simbolicamente: 24 b) Dois planos perpendiculares a uma mesma reta são paralelos. Simbolicamente: 4.5 Plano perpendicular a plano Dizemos que dois planos são perpendiculares se, e somente se, um deles contém uma reta perpendicular ao outro. Simbolicamente: 25 4.6 Propriedades do perpendicularismo de planos a) Se uma reta é perpendicular a um plano, qualquer plano que a contenha é perpendicular ao primeiro. Simbolicamente: b) Se dois planos secantes são perpendiculares a um terceiro plano, a sua intersecção tambémserá perpendicular a este terceiro plano. Simbolicamente: 26 c) Se dois planos são perpendiculares, toda reta de um, perpendicular à intersecção, é perpendicular ao outro. Simbolicamente: 1) Sobre a posição relativa de planos no espaço, é correto afirmar: A) Se os planos α e β são perpendiculares a um plano λ, então α é paralelo a β. B) Se dois planos, α e β, são paralelos entre si, então a interseção de qualquer outro plano λ com estes é um par de retas paralelas. C) Por uma reta r perpendicular a um plano passam apenas dois planos, β e λ, perpendiculares ao plano α. D) Por um ponto P não pertencente a um plano α passam infinitos planos paralelos ao plano α. E) Dois planos, α e β, paralelos a uma mesma reta r são paralelos entre si. 27 2) Sejam 𝛼 e β dois planos paralelos e seja r uma reta de . Assinale a sentença verdadeira: a) Toda reta de é paralela a r. b) Toda reta perpendicular a é perpendicular a r. c) Não existe em uma reta paralela a r. d) Se s é uma reta de , não paralela a r, existem em uma reta concorrente com s e paralela a r. e) Se s é uma reta de , não paralela a r, existe em uma reta paralela a s, que é paralela a r. 3) Sobre retas e planos no espaço, verifica-se: 1- Se uma reta r é paralela a um plano a, qualquer plano que contém r é paralelo a a. 2- Dois planos paralelos a uma reta r podem ser paralelos entre si. 4- Duas retas no espaço são sempre concorrentes ou paralelas ou coincidentes. 8- Uma reta ortogonal a duas retas de um plano é perpendicular a esse plano. 16- Por uma reta perpendicular a um plano a passa uma infinidade de planos perpendiculares a a. 32- Três pontos não alinhados determinam um plano. A soma das assertivas verdadeiras é: ________ 4) Leia as afirmativas abaixo e escolha a alternativa correta: I. Dados um plano 𝛼 e dois pontos A e B fora dele é sempre possível passar por A e B um plano perpendicular a 𝛼 . II. Dadas 2 retas reversas a e b não existe nenhum plano eqüidistante das duas retas. III. Se a intersecção de duas retas é o conjunto vazio, elas são paralelas ou reversas. IV. Quatro pontos distintos e não-coplanares determinam exatamente 5 planos. V. Se dois planos forem perpendiculares, todo plano perpendicular a um deles será perpendicular ao outro. São verdadeiras: A) apenas uma afirmação. B) apenas duas afirmações. C) apenas três afirmações. D) apenas quatro afirmações. E) todas são falsas. 28 1) Seja a reta r perpendicular a s e também perpendicular a w, diga quais as afirmações são verdadeiras e falsas: a) r e s não se cortam b) r e w não se cortam c) w e s se cortam d) O ângulo de interseção entre r e w é 90º e) O ângulo de interseção entre s e w é 90º 2) Três terrenos têm frente para a rua "A" e para a rua "B", como na figura. As divisas laterais são perpendiculares à rua "A". Qual a medida de frente para a rua "B" de cada lote, sabendo que a frente total para essa rua é 180 m? 3) Determine x e y, sendo r, s, t e u retas paralelas: 29 4) A figura ao lado indica três lotes de terreno com frente para a rua A e para rua B. as divisas dos lotes são perpendiculares à rua A. As frentes dos lotes 1, 2 e 3 para a rua A, medem, respectivamente, 15 m, 20 m e 25 m. A frente do lote 2 para a rua B mede 28 m. Qual é a medida da frente para a rua B dos lotes 1 e 3? 5) No triângulo ABC da figura, sabe – se que DE // BC . Calcule as medidas dos lados AB e AC do triângulo. 6) Usando os Teoremas da Bissetriz Interna e Externa, determine o valor de x: 30 7) Num triângulo ABC, as medidas de AB e BC são, respectivamente, 20cm e 12cm. A bissetriz BP do ângulo B divide o lado AC em dois segmentos, sendo um deles igual a 15cm. Qual a medida do outro segmento do lado AC? 8) Na figura abaixo, AQ e AP são, respectivamente, bissetrizes interna e externa do triangulo ABC. Se BQ = 8m e QC = 6m, então a medida QP, em metro é: 31 Unidade 2 ÂNGULOS TRIÂNGULOS POLÍGONOS 32 5-Ângulos 5.1- Definições Definição: Denomina-se ângulo a figura geométrica constituída por duas semi- retas de mesma origem. Indica-se: AÔB = α ou Ô = α . A unidade de medida de um ângulo corresponde a razão de um grau(1º). 5.2-Bissetriz de um ângulo Uma semi-reta OB interna a um ângulo AÔC é bissetriz do ângulo AÔC se, e somente se: AÔB=BÔC Se OP é bissetriz de AÔB, determine x: Solução 3x-5=2x+10 3x-2x=10+5 x=15° 33 5.3- Tipos de Ângulos 5. 3.1 Ângulos Consecutivos Dois ângulos que tem um lado comum entre outros dois lados. 5. 3.2 Ângulos Adjacentes Dois ângulos que tem um único lado em comum e os lados não comuns são semi retas opostas. Dois ângulos consecutivos são adjacentes se, e somente se, não têm pontos internos comuns. . 5. 3.3 Ângulos opostos pelo vértice (o.p.v) Dois ângulos são opostos pelo vértice se, e somente se, os lados de um dele são as respectivas semi-retas opostas aos lados do outro. Note que duas retas concorrentes determinam dois pares de ângulos opostos pelo vértice. Observação: Dois ângulos opostos pelo vértice são congruentes. AÔB e AÔC são consecutivos. OA é o lado comum. AÔC e BÔC são consecutivos. OC é o lado comum. AÔB e BÔC são consecutivos. OB é o lado comum. AÔB e BÔC são ângulos adjacentes 34 5.3.4- Ângulos Complementares Dois Ângulos cujas medidas somam 90°. 5.3.5- Ângulos Suplementares Dois Ângulos cujas medidas somam 180°. 5.3.6- Ângulos Replementares Dois Ângulos cujas medidas somam 360°. Observação Ao resolver um problema em que se pedia a medida do complemento de um certo ângulo, um aluno calculou a medida do suplemento, encontrado, assim, um valor sete vezes maior que o solicitado. Se indicarmos a medida do ângulo por x, então x é igual a: 180°-x=7(90°-x) 180-x=630-7x 6x=450° x=75° Se indicarmos a medida de um ângulo por x, então: 90°-x é a medida do seu complemento 180°-x é a medida do seu suplemento 360°-x é a medida do seu replemento 35 5.3.7- Ângulo reto : Ângulo cuja a medida é 90° . 5.3.8- Ângulo agudo : Ângulo cuja a medida é < 90° . Calcule o valor de x sabendo que o ângulo SÔR é reto.Solução4x+3x+2x=90° 9x=90° x=10° 36 1)Classifique em V ou F: a)Três pontos distintos são sempre colineares b)Três pontos distintos são sempre coplanares c)Quatro pontos todos distintos determinam duas retas d)Por quatro pontos todos distintos pode passar uma só reta e)Três pontos pertencentes a um plano são sempre colineares 2)O ângulo igual a 5/4 do seu suplemento mede: a)100° b)144° c)36° d)80° 3)Qual é o ângulo que excede o seu suplemento em 66° ? 4)Determine o valor de α: 5)Determine o valor de x: 37 6) Determine o valor de X: Respostas 1) a)F b)V c)F d)V e)F 2) A 3) 123° 4) 60° 5) 55° 6) 30º 38 6-Triângulos 6.1 – Conceitos, elementos e classificação Conceito No plano, triângulo é a figura geométrica que ocupa o espaço interno limitado por três linhas retas que concorrem, duas a duas, em três pontos diferentes formando três lados e três ângulos internos que somam 180°. Dados três pontos A, B e C não colineares, a reunião dos segmentos AB, AC e BC chama-se triângulo ABC. Também representado por: Triângulo ABC = Δ ABC, C = 𝐴𝐵 U 𝐴𝐶 U 𝐵𝐶 Elementos Vértices: os pontos A, B e C são os vértices do ΔABC. Lados: os segmentos AB (de medida c), AC (de medida b) e BC (de medida a) são os lados do triângulo. Ângulos: os ângulos BÂC ou Â, A�̂�C ou �̂� e A�̂�B ou �̂� são os ângulos do ΔABC (ou ângulos internos do ΔABC). Diz-se que os lados BC, AC e AB e os ângulos Â, e são, respectivamente, opostos. Classificação a) Quanto aos lados ΔABC Equilátero ΔRST Isósceles ΔMNP Escaleno Equilátero ( 3 lados iguais) Isósceles (2 lados iguais) Escaleno (3 lados diferentes) 39 b) Quanto aos ângulos ΔABC Retângulo em A ΔDEF Acutângulo ΔMNP Obtusângulo em S 1 ângulo reto (=90°) 3 ângulos agudos(>0°;<90°) 1 ângulo obtuso (>90°;<180°) 6.2 – Congruência de triângulos Um triângulo é congruente a outro se, e somente se, é possível estabelecer uma correspondência entre seus vértices de modo que: Seus lados são ordenadamente congruentes aos lados do outro; Seus ângulos são ordenadamente congruentes aos ângulos do outro. 𝐴𝐵̅̅ ̅̅ ≈  ≈  𝐴𝐶̅̅ ̅̅ ≈ ≈ ΔABC ≈ ΔA B C 𝐵𝐶̅̅ ̅̅ ≈ ≈ �̂�’ 40 1º Caso: L.A.L. (Lado - Ângulo - Lado) “Se dois triângulos têm ordenadamente congruentes dois lados e o ângulo compreendido, então eles são congruentes.” Exemplo: 𝐴𝐵̅̅ ̅̅ ≈ // ≈ ΔABC ≈ ΔA B C // ≈ 2º Caso: A.L.A. (Ângulo – Lado - Ângulo) “Se dois triângulos têm ordenadamente congruentes um lado e os dois ângulos a eles adjacentes, então esses são congruentes.” Exemplo: ≈ ≈ 𝐵𝐶 ̅̅ ̅̅ ̅ ≈ ΔABC ≈ ΔA B C 3º Caso: L.L.L. (Lado - Lado – Lado) “Se dois triângulos têm ordenadamente congruentes os três lados, então esses são triângulos são congruentes.” 𝐴𝐵̅̅ ̅̅ ≈ // ≈ // ≈ ΔABC ≈ ΔA B C 41 4º Caso: L.A.Ao. (Lado – Ângulo – Ângulo Oposto) Se dois triângulos têm ordenadamente congruentes um lado, um ângulo adjacente e o ângulo oposto a esse lado, então esses triângulos são congruentes. Exemplo: 𝐵𝐶 ̅̅ ̅̅ ̅≈ // ≈ ΔABC ≈ ΔA B C //  ≈  5º Caso: Caso especial de congruência no triângulo retângulo. Se dois triângulos retângulos têm ordenadamente congruentes um cateto e a hipotenusa, então esses triângulos são congruentes. Exemplo: 42 1) Se o ΔABC é isósceles de base , determine x. AB = 2x – 7 // AC= x + 5 Resposta: Como o triângulo é isósceles e, pela definição possui os lados AB e AC iguais, podemos fazer: 2x – 7 = x + 5 2x – x = 7 + 5 x = 13 u.c 2) Se o ΔABC é isósceles de base , determine x. = 2x -10° // = 30º Respostas: Sabendo que o triângulo isósceles possui os ângulos da base com valor semelhante, temos: 2x – 10° = 30° 2x = 30° + 10° 2x = 40° x =20° 3) Se o perímetro de um triângulo eqüilátero é de 75 cm, quanto mede cada lado? Respostas: Como o triângulo equilátero possui os 3 lados iguais, fazemos: 3x = 75 x = 25 cm 4) Os pares de triângulos abaixo são congruentes. Indique o caso de congruência. a) b) c) d) 43 6.3-Desigualdade Triangular a) Ao maior lado opõe-se o maior ângulo Se dois lados de um triângulo não são congruentes, então os ângulos opostos a eles não são congruentes e o maior deles está oposto ao maior lado. b) Ao maior ângulo opõe-se o maior lado Se dois ângulos de um triângulo não são congruentes, então os lados opostos a eles não são congruentes e o maior deles está oposto ao maior lado. c) A desigualdade triangular Em todo triângulo, cada lado é menor que a soma dos outros dois 44 6.4 – Pontos notáveis dos triângulos 6.4.1 – Baricentro – (ponto de encontro das medianas) As três medianas de um triângulo interceptam-se num ponto que divide cada mediana em duas partes tais que a parte que contém o vértice é o dobro da outra. 6. 4.2 – Incentro – (ponto de encontro das bissetrizes internas) As três bissetrizes internas de um triângulo concorrem para um mesmo igual distância dos lados do triângulo. Observação: O incentro é o centro da circunferência inscrita no ΔABC. 6. 4.3 – Circuncentro (ponto de encontro das mediatrizes) As mediatrizes de um triângulo concorrem para um mesmo ponto que está a igual distância dos vértices do triângulo. 6. 4.4 – Ortocentro - (ponto de encontro das alturas) As três alturas de um triângulo concorrem para um mesmo ponto. 45 6.5 – Semelhança de Triângulos Definição Exemplo: 46Observações: 1) Se dois triângulos possuem dois ângulos ordenadamente congruentes, então eles são semelhantes” 2) Se dois lados de um triângulo são proporcionais aos homólogos de outro triângulo e os ângulo compreendidos são congruentes, então os triângulos são semelhantes" 3) “Se dois triângulo têm os lados homólogos proporcionais, então eles são semelhantes” 47 6.6– Triângulos retângulos – Teorema de Pitágoras 6.6.1 Diagonal do quadrado Dado um quadrado de lado a, calcular sua diagonal d. Sendo ABCD o quadrado de lado a, aplicando o teorema de Pitágoras no ΔABC, temos? d² = a² + a² => d² = 2 a² 6.6.2 Teorema de Pitágoras O teorema de Pitágoras é uma relação matemática, mostrada abaixo, entre os três lados de qualquer triângulo retângulo. a² = b² + c² Calcular o valor de x em cada um dos triângulos retângulos: a) b) Resolução: a) Aplicando o Teorema de Pitágoras temos: x² = 12² + 5² x² = 144 + 25 x² = 169 x=√169 x = 13 b) Aplicando o Teorema de Pitágoras temos: 7,5² = 4,5² + x² 56,25 = 20,25 + x² x² = 56,25 – 20,25 x² = 36 x = √36 x = 6 48 1) Determine x e y, sabendo que o triângulo ABS é eqüilátero. 2) Se o perímetro de um triangulo isósceles é de 100m e a base mede 40m, quanto mede cada um dos outros lados? 3) Determine o valor de x nos casos: 4) Determine o valor de x nos casos: 49 5) Determine os valores de x e y nos casos: 6) Considerando congruentes os segmentos com “ marcas iguais”, determine os valores das incógnitas nos casos: 50 7-Polígonos A partir da definição de polígonos pode-se compreendê-los e identificá-los com mais facilidade. Um polígono é uma figura geométrica plana limitada por uma linha poligonal fechada, onde os segmentos de retas são consecutivos e não- colineares. Dessa forma são exemplos de polígonos as figuras abaixo: E não são exemplo de polígonos, para n = 5, os dois casos abaixo: Os polígonos são classificados de acordo com o número n de lados, recebendo a seguinte denominação: Número de lados Denominação Número de lados Denominação n = 3 Triângulo ou trilátero n = 9 Eneágono n = 4 Quadrâgulo ou quadrilátero n = 10 Decágono n= 5 Pentágono n = 11 Undecágono n = 6 Hexágono n = 12 Dodecágono n = 7 Heptágono n = 15 Pentadecágono n = 8 Octógono n = 20 Icoságono 51 DIAGONAL É o segmento de reta que liga dois vértices não consecutivos de um polígono. No exemplo abaixo ABCD é um quadrilátero e AB e CD são suas diagonais. Para a compreensão de cálculo das diagonais, ângulos externos e internos, é necessário entender as expressões abaixo, onde n é o número de lados do polígono: Sendo d o número de diagonais de um polígono convexo, temos que: Sendo Si a soma dos ângulos internos de um polígono convexo, temos que: Sendo Se a soma dos ângulos externos de um polígono convexo, tem-se: Sendo Ai o ângulo interno de um polígono regular, temos que: Cada ângulo externo de um polígono regular pode ser calculado através de: Podemos dizer, então que: Ai + Ae = 180 52 Quantas diagonais podem ser traçadas em um polígono convexo de 15 lados? Aplicando a fórmula acima tem-se E portanto, d = 90 diagonais. 1) Determine o ângulo interno e externo de um triângulo equilátero. 2) Determine o ângulo interno e externo de um quadrado. 3) Determine o ângulo interno e externo de um pentágono regular. 4) Determine o ângulo interno e externo de um hexágono regular. 5) Calcule a soma dos ângulos internos de um icoságono. 6) Calcule o número de diagonais de um decágono. 7) Calcule o número de diagonais de um icoságono. 8) Determine o polígono cujo número de diagonais é o triplo do número de lados. 9) Determine o polígono cujo número de diagonais é o quádruplo do número de lados. GABARITO: 1) 60º e 120º 2) 90º e 90º 3) 108º e 72º 4) 120º e 60º 5) 3240º 6) 35 7) 170 8) Eneágono 9Undecágono 53 7.1-QUADRILÁTEROS Os quadriláteros são todos os polígonos que possuem 4 lados. Sejam A, B, C e D quatro pontos de um mesmo plano, todos distintos e três não colineares. Se os segmentos AB, BC, CD e DA interceptam-se apenas nas extremidades, a reunião desses quatro segmentos é um quadrilátero. Observe as figuras abaixo: Um quadrilátero possui duas diagonais (d = 2), a soma dos ângulos internos igual a 360° e a soma dos ângulos externos também igual a 360°. Os quadriláteros notáveis são os triângulos, paralelogramos, retângulo, losango e quadrado. 7.1.1 TRAPÉZIO É todo quadrilátero que possui dois lados paralelos. ABCD é trapézio, sendo AB//CD ou AD//BC. Os lados paralelos são as bases do trapézio. Os trapézios são classificados em: - Trapézio isósceles: é aquele que possui dois lados congruentes. - Trapézio escaleno: é aquele que possui todos os lados com medidas diferentes. - Trapézio retângulo: é aquele que possui dois ângulos retos. 54 Em qualquer trapézio ABCD de bases AB e CD, temos:  + = + = 180° E para os trapézios isósceles os ângulos de cada base são congruentes e as diagonais também são congruentes. - AB e CD são as bases do trapézio isósceles, logo ≡ e  ≡ - ABCD é trapézio de bases AB e CD e AD ≡ BC. Logo as diagonais são congruentes AC ≡ BD. 7.1.2 PARALELOGRAMO: É todo quadrilátero que possui os lados opostos paralelos. ABCD é paralelogramo e AB // CD e DA // BC. Em todo paralelogramo dois ângulos opostos quaisquer são congruentes. Assim, todo retângulo é paralelogramo. Na figura, percebe-se que ≡  e ≡ . 55 Em todo paralelogramos dois lados opostos quaisquer são congruentes. Logo, todo losango é paralelogramo. Observe na figura abaixo, AD ≡ CB e AB ≡ CD.Em todo paralelogramo as diagonais interceptam-se nos respectivos pontos médios. Observe na figura que AM ≡ CM e BM ≡ DM. 7.1..3 RETÂNGULO: Um quadrilátero plano convexo é um retângulo se, e somente se, possui os quatro ângulos congruentes. ABCD é um retângulo, logo  ≡ ≡ Em todo retângulo as diagonais são congruentes. ABCD é um retângulo AC ≡ DA. 7.1.4 LOSANGO: Um quadrilátero plano convexo é um losango se, e somente se, possui os quatro lados congruentes. ABCD é um losango, portanto AB ≡ BC≡ CD ≡ DA. 56 Todo losango tem diagonais perpendiculares. ABCD é um losango, então AC┴ BD. 7.1.5 QUADRADO: Um quadrilátero plano convexo é um quadrado se, e somente se, possui os quatro lados congruentes e os quatro ângulos congruentes. ABCD é um quadrado, assim AB ≡ BC≡ CD ≡ DA e  ≡ ≡ . Todo quadrado é também retângulo e losango. ABCD é quadrado, logo AC ≡ DA e AC┴ BD. 57 Classifique em verdadeiro (V) ou falso (F): a) Todo retângulo é um paralelogramo. b) Todo paralelogramo é retângulo. c) Todo quadrado é retângulo d) Todo retângulo é quadrado. e) Todo paralelogramo é losango. f) Todo quadrado é losango. Solução: a) V b) F c) V d) F e) F f) V 1) Determine o valor de x: 2) Determine o valor de x: 3) Determine o valor de x: 58 4) Se ABCD é trapézio de bases AB e CD, determine x e y. 5) Se o trapézio ABCD é isósceles de base AB e CD, determine Â. 6) Se ABCD é um paralelogramo e  = 2x e = x + 70º, determine . 7) Classifique em (V) verdadeiro ou falso (F): a) Todo retângulo que tem dois lados congruentes é quadrado. b) Todo paralelogramo que tem dois lados adjacentes é losango. c) Se um paralelogramo tem dois ângulos consecutivos congruentes, então ele é um retângulo. d) Se dois ângulos opostos de um quadrilátero são congruentes, então ele é um paralelogramo. 8) Classifique em (V) verdadeiro ou falso (F): a) Se dois lados de um quadrilátero são congruentes, então ele é paralelogramo. b) Se dois lados opostos de um quadrilátero são congruentes, então ele é um paralelogramo. c) Se dois lados opostos de um quadrilátero são congruentes e paralelos, então ele é um paralelogramo. são bissetrizes dos seus ângulos. 59 9) Classifique em (V) verdadeiro ou falso (F): a) As diagonais de um losango são congruentes. b) As diagonais de um retângulo são perpendiculares. c) As diagonais de um retângulo são bissetrizes dos seus ângulos. 10) Calcule os lados de um retângulo cujo perímetro mede 40 cm, sabendo que a base excede a altura em 4 cm. GABARITO: 1) 120º 2) 75º 3) 70º 4) 80º e 105º 5) 115º 6) 40º 7) a) F b) V c) V d) V 8) a) F b) F c) V 9) a) F b) F c) F 10) 12 cm e 8 cm 60 Unidade 3 Área dos Polígonos Circunferência Área do círculo e suas partes História da Geometria 61 Desde os egípcios, que procuravam medir e demarcar suas terras, até hoje quando topógrafos, geólogos e arquitetos fazem os seus mapeamentos e plantas, o cálculo de área tem sido uma preocupação constante na historia da Matemática. Agora você aprenderá como resolver problemas envolvendo áreas . 8.1 Área do Retângulo A área de um retângulo é igual ao produto da medida da base pela altura . 8.2 Área do quadrado: A área de um quadrado é igual ao quadrado da medida do lado. A = lado x lado A = l x l = l2 8 Área dos Polígonos 62 8.3 Área do paralelogramo A área do paralelogramo é igual ao produto da medida de sua base pela sua altura . 8.4 Área do triângulo A área do triângulo é igual a metade do produto da medida da base pela a medida da altura. 8.5 Área do losango A área do losango é a metade do produto das medidas das diagonais. 8.6 Área do trapézio A área do trapézio é igual à metade do produto da soma das bases pela altura . 63 1) Calcular a área da figura abaixo, supondo as medidas em centimetros. 64 1) Calcule a área das figuras, supondo as medidas em cm: 2) Calcule a área da figura, supondo as medidas em cm: 3) Calcule a área dos polígonos, supondo as medidas em cm: 65 66 8) Calcule a área da figura sombreada, sabendo que o lado do quadrado maior mede 8m e do quadrado menor 5 m. 9) Calcule a área da figura, supondo as medidas em cm: 67 10) Calcule a área dos polígonos,supondo as medidas em cm: 68 9.1 Definições e elementos Circunferência é o conjunto de pontos cuja distância até certo ponto O é a mesma para todos eles. Essa distância é indicada na figura ao lado como r. Pontos externos à circunferência (lambda) são aqueles cuja distância até o centro O é maior que r. Analogamente, pontos internos são aqueles cuja distancia até o centro O é menor que r. Os pontos indicados ao lado são: I (interno) e E (externo). Abaixo, a figura mostra as regiões externa e interna à circunferência. Devem-se definir alguns elementos da circunferência: Corda é um segmento interno cujas extremidades pertencem à circunferência. A reta AB indicada na figura abaixo é uma corda. Diâmetro é uma corda que passa pelo centro. Ele mede sempre o dobro do raio r. A reta CD indicada na figura é um diâmetro. Raio é um seguimento que tem como extremidades o centro O e um ponto pertencente à circunferência. A reta OP indicada na figura é um raio. 9- Circunferência 69 Arco de circunferência ou semicircunferência: O arco AB representa a reunião do conjunto de pontos que estão no exterior do ângulo AÔB. Podem ser traçados dois arcos a partir dos pontos A e B da circunferência: o arco maior AB e o arco menor AB. Círculo (ou disco) é o conjunto de pontos cuja distancia até o centro é menor que a distancia r. A diferença entre círculo e circunferência é que a circunferência é uma “linha”, já o círculo é uma “área”, um conjunto de pontos. Na figura ao lado, são mostrados dois pontos que pertencem ao circulo. Setor circular é a região delimitada de um círculo por dois raios. Na figura ao lado, os raios que delimitam os setores indicados são AO e OB. Assim como nos arcos, podem-se delimitar dois setores com os raios AO e OB: um setor com maior área e um com menor área. A diferença em relação a um arco e um setor é semelhante à diferença entre circunferencia e circulo: os primeiros representam linhas, já setores e círculos representam áreas. 70 9.2 Posições relativas de reta e Circunferência Secantes: Uma reta secante a uma circunferência é aquela que intercepta a circunferência em dois pontos distintos. Diz-se que a reta e a circunferência são secantes. Ao lado, um exemplo de reta secante AB à circunferência (lambda). Propriedade da secante: Se a secante intercepta a circunferência sem passar pelo ponto O, e o ponto M é ponto médio da reta AB, então o segmento OM é perpendicular à reta AB, ou à secante s. Além disso, AM = MB. Tangentes: Uma reta tangente a uma circunferência é aquela que intercepta a circunferência em apenas um ponto, o ponto de tangencia. Na figura, este ponto é indicado como T. Ele é comum à circunferência e à reta tangente t. Diz-se que a circunferência (lambda) e a reta t são tangentes. Exteriores: Uma reta exterior a uma circunferência é aquela que não intercepta a circunferência em nenhum ponto. Não há interseções de pontos entre a reta e a tangente. Diz-se que a reta e indicada na figura é exterior à circunferência (lambda). 71 9.3 Segmentos tangentes – Quadriláteros circunscritíveis Se de um ponto P traçarmos duas retas tangentes à circunferência (lambda), então os dois segmentos pertencentes a essa retas (PA e PB) são iguais. PA = PB. Quando um quadrilátero convexo é circunscrito a uma circunferência, isso indica que todos os lados desse quadrilátero são tangentes à circunferência. Além disso, Vale a seguinte relação: 1) A circunferência ao lado tem raio de 16 cm e o ponto P dista 7 cm do centro. Determine a distância entre P e a circunferência. 2) As circunferências da figura ao lado são tangentes externamente. Se a distância entre os centros é 28 cm e a diferença entre os raios é de 8 cm, determine os raios. 72 3) Duas circunferências são tangentes internamente e a soma dos raios é 30 cm. Se a distancia entre os centros é de 6 cm, determine os raios. 4) Na figura, as circunferências são tangentes duas a duas e os centros são os vértices do trianculgo ABC. Sendo AB = 7 cm, AC = 5 cm e BC = 6 cm, determine os raios das circunferências. 5) Na figura, determine a medida do segmento BD, sabendo que a circunferência de centro O está inscrita no triangulo ABD, e que os lados AB, BC e AC medem respectivamente 6 cm, 8 cm e 10 cm. 6) Determine o perímetro do quadrilátero ABCD, circunscritível, da figura. 7) Determine a medida do diâmetro de um circulo inscrito num triangulo retângulo cujos lados medem 9 cm, 12 cm e 15 cm. 73 9.4 Ângulos da circunferência Circunferencias congruentes: são aquelas que tem o mesmo raio. Arcos congruentes: Dois arcos AB e CD são congruentes se, e somente se, os arcos CÔD e AÔB forem congruentes. Ângulo central relativo a uma circunferência é o ângulo que tem o vértice no centro O da circunferência e extremidades na linha da mesma. AB é o arco correspondente ao ângulo central AÔB. Observação: Para simplificar, chamaremos o ângulo AÔB de (beta). Ângulo inscrito a uma circunferência é aquele ângulo que possui vértice (V) e extremidades (A e B) pertencentes à circunferência, como mostra a figura. 74 Vejamos as propriedades de Ângulo inscrito a uma circunferência. Propriedade 1 α = β/2 Propriedade 2 Se o arco do ângulo inscrito for 180º, isso implica que o ângulo inscrito terá valor 90º. Daí, O triangulo formado pelas extremidades e pelo vértice do ângulo é um triangulo retângulo. Propriedade 3 Se um quadrilátero convexo é circunscrito a uma circunferência, isso implica que os anglos opostos são complementares (somam 180º). 75 Ângulo de segmento ou ângulo semi-inscrito a uma circunferência é um ângulo que tem vértice na circunferência (ponto A), um lado secante (linha t) e o outro lado tangente à circunferência (linha AB)., como indicado na figura ao lado. Vejamos as propriedades do Ângulo de segmento Propriedade 1: Medida do ângulo de segmento Propriedade 2: Arco capaz Seja AÔB um ângulo central (beta) = 2(alfa). Os vértices dos ângulos inscritos ou semi-inscritos relativos à circunferência que tem lados passando por A e B formarão ângulos (alfa), que medem a metade do ângulo central (beta). Propriedade 3: Ângulos excêntricos Em caso de excentricidade exterior, há três possíveis casos. . Em qualquer um deles, α = 𝜷 𝟐 76 1) Determine o valor do ângulo x nos casos: 2) Determine o valor do arco x nos casos: 77 3) Na figura, o arco CMD é igual a 100º e o arco ANB mede 30º. Calcule o valor de x. 4) Determine a medida do ângulo α, sabendo que, na figura abaixo, CD = R. 5) Calcule x nas figuras: 6) Nas figuras, calcule o valor de x. 78 7) Nas figuras, calcule o valor de 8) Nas figuras, calcule o valor do arco ABC. 9) Nas figuras, calcule x. 10) Na figura ao lado, sendo ABC = 260º, calcule o valor de α. 79 9.5 – Comprimento da circunferência Depois de vários estudos sobre o comprimento da circunferência, chegou-se a um resultado: Percebeu-se que o comprimento da uma circunferência é diretamente proporcional ao dobro do raio, e que a constante de proporcionalidade é (PI). Proporcionalidade entre secções circulares: Pode-se calcularo comprimento l (menor que o comprimento total C) através da medida do ângulo central referente a ele e do comprimento do raio R da circunferência. 80 1) Determine o comprimento da circunferência nos casos: 2) Determine o comprimento do arco menor AB, dado o raio de 90 cm e o ângulo central correspondente, nos casos: 3) Determine o comprimento da linha cheia nos casos (os arcos são centrados em O1, O2, e O3) 81 10- Áreas do círculo e suas partes 10.1 Área do círculo: A área do círculo é igual ao produto de pi pelo quadrado da medida do raio. 10.2 Área do setor circular : A área do setor circular é dada pela regra de três abaixo : 82 10.3 Área da coroa circular 83 1) Calcule a área de uma coroa circular de raio 3cm e 5cm solução 84 85 86 11- História da Geometria Uma estranha construção feita pelos antigos persas para estudar o movimento dos astros. Um compasso antigo. Um vetusto esquadro e, sob ele, a demonstração figurada do teorema de Pitágoras. Um papiro com desenhos geométricos e o busto do grande Euclides. São etapas fundamentais no desenvolvimento da Geometria. Mas, muito antes da compilação dos conhecimentos existentes, os homens criavam, ao sabor da experiência, as bases da Geometria. E realizavam operações mentais que depois seriam concretizadas nas figuras geométricas. Uma medida para a vida As origens da Geometria (do grego medir a terra) parecem coincidir com as necessidades do dia-a-dia. Partilhar terras férteis às margens dos rios, construir casas, observar e prever os movimentos dos astros, são algumas das muitas atividades humanas que sempre dependeram de operações geométricas. Documentos sobre as antigas civilizações egípcia e babilônica comprovam bons conhecimentos do assunto, geralmente ligados à astrologia. Na Grécia, porém, é que o gênio de grandes matemáticos lhes deu forma definitiva. Dos gregos anteriores a Euclides, Arquimedes e Apolônio, consta apenas o fragmento de um trabalho de Hipócrates. E o resumo feito por Proclo ao comentar os "Elementos" de Euclides, obra que data do século V a.C., refere-se a Tales de Mileto como o introdutor da Geometria na Grécia, por importação do Egito. Pitágoras deu nome a um importante teorema sobre o triângulo-retângulo, que inaugurou um novo conceito de demonstração matemática. Mas enquanto a escola pitagórica do século VI a.C. constituía uma espécie de seita filosófica, que envolvia em mistério seus conhecimentos, os "Elementos" de Euclides representam a introdução de um método consistente que contribui há mais de vinte séculos para o progresso das ciências. Trata-se do sistema axiomático, que parte dos conceitos e proposições admitidos sem demonstração (postulados o axiomas) para construir de maneira lógica tudo o mais. Assim, três conceitos fundamentais - o ponto, a reta e o círculo - e cinco postulados a eles referentes servem de base para toda Geometria chamada euclidiana, útil até hoje, apesar da existência de geometrias não- euclidianas baseadas em postulados diferentes (e contraditórios) dos de Euclides. 87 O corpo como unidade As primeiras unidades de medida referiam-se direta ou indiretamente ao corpo humano: palmo, pé, passo, braça, cúbito. Por volta de 3500 a.C. - quando na Mesopotâmia e no Egito começaram a ser construídos os primeiros templos - seus projetistas tiveram de encontrar unidades mais uniformes e precisas. Adotaram a longitude das partes do corpo de um único homem (geralmente o rei) e com essas medidas construíram réguas de madeira e metal, ou cordas com nós, que foram as primeiras medidas oficiais de comprimento. Ângulos e figuras Tanto entre os sumérios como entre os egípcios, os campos primitivos tinham forma retangular. Também os edifícios possuíam plantas regulares, o que obrigava os arquitetos a construírem muitos ângulos retos (de 90º). Embora de bagagem intelectual reduzida, aqueles homens já resolviam o problema como um desenhista de hoje. Por meio de duas estacas cravadas na terra assinalavam um segmento de reta. Em seguida prendiam e esticavam cordas que funcionavam à maneira de compassos: dois arcos de circunferência se cortam e determinam dois pontos que, unidos, secionam perpendicularmente a outra reta, formando os ângulos retos. O problema mais comum para um construtor é traçar, por um ponto dado, a perpendicular a uma reta. O processo anterior não resolve este problema, em que o vértice do ângulo reto já está determinado de antemão. Os antigos geômetras, o solucionavam por meio de três cordas, colocadas de modo a formar os lados de um triângulo-retângulo. Essas cordas tinham comprimentos equivalentes a 3, 4 e 5 unidades respectivamente. O teorema de Pitágoras explica porque: em todo triângulo-retângulo, a soma dos quadrados dos catetos é igual ao quadrado da hipotenusa (lado oposto ao ângulo reto). E 32+42=52, isto é, 9+16=25. Qualquer trio de números inteiros ou não que respeitem tal relação definem triângulos-retângulos, que já na antiguidade foram padronizados na forma de esquadros. Para medir superfícies Os sacerdotes encarregados de arrecadar os impostos sobre a terra provavelmente começaram a calcular a extensão dos campos por meio de um simples golpe de vista. Certo dia, ao observar trabalhadores pavimentando com mosaicos quadrados uma superfície retangular, algum sacerdote deve ter notado que, para conhecer o total de mosaicos, bastava contar os de uma fileira e repetir esse número tantas vezes quantas fileiras houvesse. Assim nasceu a fórmula da área do retângulo: multiplicar a base pela altura. 88 Já para descobrir a área do triângulo, os antigos fiscais seguiram um raciocínio extremamente geométrico. Para acompanhá-lo, basta tomar um quadrado ou um retângulo e dividí-lo em quadradinhos iguais. Suponhamos que o quadrado tenha 9 "casas" e o retângulo 12. Esses números exprimem então a área dessas figuras. Cortando o quadrado em duas partes iguais, segundo a linha diagonal, aparecem dois triângulos iguais, cuja área, naturalmente, é a metade da área do quadrado. Quando deparavam com uma superfície irregular da terra (nem quadrada, nem triangular), os primeiros cartógrafos e agrimensores apelavam para o artifício conhecido como triangulação: começando num ângulo qualquer, traçavam linhas a todos os demais ângulos visíveis do campo, e assim este ficava completamente dividido em porções triangulares, cujas áreas somadas davam a área total. Esse método - em uso até hoje - produzia pequenos erros, quando o terreno não era plano ou possuía bordos curvos. De fato, muitos terrenos seguem o contorno de um morro ou o curso de um rio. E construçõeshá que requerem uma parede curva. Assim, um novo problema se apresenta: como determinar o comprimento de uma circunferência e a área de um círculo. Por circunferência entende-se a linha da periferia do círculo, sendo este uma superfície. Já os antigos geômetras observavam que, para demarcar círculos, grandes ou pequenos, era necessário usar uma corda, longa ou curta, e girá-la em torno de um ponto fixo, que era a estaca cravada no solo como centro da figura. O comprimento dessa corda - conhecido hoje como raio - tinha algo a ver com o comprimento da circunferência. Retirando a corda da estaca e colocando-a sobre a circunferência para ver quantas vezes cabia nela, puderam comprovar que cabia um pouco mais de seis vezes e um quarto. Qualquer que fosse o tamanho da corda, o resultado era o mesmo. Assim tiraram algumas conclusões: a) o comprimento de uma circunferência é sempre cerca de 6,28 vezes maior que o de seu raio; b) para conhecer o comprimento de uma circunferência, basta averiguar o comprimento do raio e multiplicá-lo por 6,28. E a área do círculo? A história da Geometria explica-a de modo simples e interessante. Cerca de 2000 anos a.C., um escriba egípcio chamado Ahmes matutava diante do desenho de um círculo no qual havia traçado o respectivo raio. Seu propósito era encontrar a área da figura. 89 Conta a tradição que Ahmes solucionou o problema facilmente: antes, pensou em determinar a área de um quadrado e calcular quantas vezes essa área caberia na área do círculo. Que quadrado escolher? Um qualquer? Parecia razoável tomar o que tivesse como lado o próprio raio da figura. Assim fez, e comprovou que o quadrado estava contido no círculo mais de 3 vezes e menos de 4, ou aproximadamente, três vezes e um sétimo (atualmente dizemos 3,14 vezes). Concluiu então que, para saber a área de um círculo, basta calcular a área de um quadrado construído sobre o raio e multiplicar a respectiva área por 3,14. O número 3,14 é básico na Geometria e na Matemática. Os gregos tornaram-no um pouco menos inexato: 3,1416. Hoje, o símbolop ("pi") representa esse número irracional, já determinado com uma aproximação de várias dezenas de casas decimais. Seu nome só tem uns duzentos anos e foi tirado da primeira sílaba da palavra peripheria, significando circunferência. Novas figuras Por volta de 500 a.C., as primeiras universidades eram fundadas na Grécia. Tales e seu discípulo Pitágoras coligiram todo o conhecimento do Egito, da Etúrria, da Babilônia, e mesmo da Índia, para desenvolvê-los e aplicá-los à matemática, navegação e religião. A curiosidade crescia e os livros sobre Geometria eram muito procurados. Um compasso logo substituiu a corda e a estaca para traçar círculos, e o novo instrumento foi incorporado ao arsenal dos geômetras. O conhecimento do Universo aumentava com rapidez e a escola pitagórica chegou a afirmar que a Terra era esférica, e não plana. Surgiam novas construções geométricas, e suas áreas e perímetros eram agora fáceis de calcular. Uma dessas figuras foi chamada polígono, do grego polygon, que significa "muitos ângulos". Atualmente até rotas de navios e aviões são traçadas por intermédio de avançados métodos de Geometria, incorporados ao equipamento de radar e outros aparelhos. O que não é de estranhar"desde os tempos da antiga Grécia, a Geometria sempre foi uma ciência aplicada, ou seja, empregada para resolver problemas práticos. Dos problemas que os gregos conseguiram solucionar, dois merecem referência: o cálculo da distância de um objeto a um observador e o cálculo da altura de uma construção. No primeiro caso, para calcular, por exemplo, a distância de um barco até a costa, recorria-se a um curioso artifício. 90 Dois observadores se postavam de maneira que um deles pudesse ver o barco sob um ângulo de 90º com relação à linha da costa e o outro sob um ângulo de 45º. Isto feito, a nave e os dois observadores ficavam exatamente nos vértices de um triângulo isósceles, porque os dois ângulos agudos mediam 45º cada um, e portanto os catetos eram iguais. Bastava medir a distância entre os dois observadores para conhecer a distância do barco até a costa. O cálculo da altura de uma construção, de um monumento ou de uma árvore é também muito simples: crava-se verticalmente uma estaca na terra e espera-se o instante em que a extensão de sua sombra seja igual à sua altura. O triângulo formado pela estaca, sua sombra e a linha que une os extremos de ambos é isósceles. Basta medir a sombra para conhecer a altura. 91 (1) PAIVA, Manoel Rodrigues. Matemática -Vol 2. Editora Moderna. São Paulo, 1995. (2) BARBOSA, João Lucas Marques. Geometria Euclidiana Plana. Rio de Janeiro, SBM, 1995. (3) LIMA, Elon Lages. Medida e Forma em Geometria. Rio de Janeiro, SBM 1991. (4) MOISE, Edwin E. Geometria Moderna - Vols. 1 e 2. ed. Edgar Blücher Ltda. (5) DOLCE, Osvaldo e POMPEO, J. Nicolau. Fundamentos de Matemática Elementar - Vols. 9 e 10. Atual Editora, São Paulo, 1993. (6) BOYER,Carl B.-História da Matemática. Editora Edgard Blücher LTDA., São Paulo, 1974. (7) HOWARD, Eves; Introdução à História da Matemática. 1ª edição. Campinas: UNICAMP, 1.995. (8) Dante, L.R., Matemática, volume único. São Paulo: Ática, 2008. (9) Iezzi, G ; Dolce, O.; Degenszajn, D.; Périgo, R., de Almeida, N. Matemática ciência e aplicações, vol.2. São Paulo: Atual, 2005. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 92
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