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1 EA D Geometria: Conceitos Básicos 1. OBJETIVOS • Rever conceitos básicos sobre noções primitivas e axiomas. • Identificar e reconhecer ângulos. • Rever conceitos de paralelismo e perpendicularismo. • Conceituar polígonos, circunferência, semelhança de triângulos e triângulos retângulos. 2. CONTEÚDOS • Noções e proposições primitivas. • Segmento, ângulo, triângulo. • Paralelismo e perpendicularismo. • Polígonos e circunferência. © Geometria I4040 3. ORIENTAÇÕES PARA O ESTUDO DA UNIDADE Antes de iniciar o estudo desta unidade, é importante que você leia as orientações a seguir: 1) Tenha sempre à mão o significado dos conceitos explicita- dos no Glossário e suas ligações pelo Esquema de Concei- tos-chave para o estudo de todas as unidades deste CRC. Isso poderá facilitar sua aprendizagem e seu desempenho. 2) Compreenda que o conhecimento básico de alguns concei- tos relacionados à Geometria é imprescindível como ferra- menta facilitadora no aprimoramento do aprendizado. 3) Leia e analise com atenção os conteúdos e os exemplos disponíveis nesta unidade, pois eles facilitam o entendi- mento dos conceitos e das teorias relacionados. 4) Resolva as questões autoavaliativas disponibilizadas no final desta unidade, a fim de que você possa aferir seu de- sempenho. Se você encontrar dificuldades em resolvê-las, procure revisar os conteúdos estudados nesta unidade. 4. INTRODUÇÃO À UNIDADE Nesta primeira unidade, revisaremos conceitos básicos de Geometria, seus axiomas e noções primitivas, segmentos, ângu- los, triângulos, polígonos, circunferência, paralelismo, perpendicu- larismo, semelhança de triângulos e o Teorema de Tales. Você deve compreender que tais conceitos são fundamen- tais para um bom entendimento das unidades subsequentes. Fi- que atento, portanto, às revisões realizadas. 5. NOÇÕES PRIMITIVAS Conceitos primitivos e postulados As noções primitivas da Geometria são motivadas informal- mente e, em geral, por intuição, imaginação ou experiência do co- Claretiano - Centro Universitário 41© U1 - Geometria: Conceitos Básicos tidiano. Assim, as noções primitivas são adotadas sem definição. São elas: ponto, reta e plano. O Quadro 1 indica a notação e a representação geométrica de cada um destes três conceitos: Quadro 1 Ponto, reta e plano. Ponto Letras maiúsculas latinas: A, B, C, ... . P Reta Letras minúsculas latinas: a, b, c, ... ____________________ r Plano Letras gregas minúsculas: , , Plano Os postulados ou axiomas são aceitos sem demonstração. Entre os filósofos gregos antigos, um postulado ou axioma era uma afirmação que poderia ser vista como verdadeira, sem ne- nhuma necessidade de prova. Postulado da existência • Existe uma reta e numa reta, bem como fora dela, há infi- nitos pontos (tantos pontos quantos quisermos). • Existe plano e num plano, bem como fora dele, há infini- tos pontos. Posições relativas entre dois pontos Dados dois pontos A e B, de duas uma: A e B são coincidentes, ou A e B são distintos, como podemos ver, a seguir, no Quadro 2: Quadro 2 Posições relativas entre dois pontos. A e B são coincidentes A.B (A = B) A e B são distintos A. .B (A B) © Geometria I4242 Posições relativas entre um ponto e uma reta Dados um ponto P e uma reta r: P pertence a r, ou P não pertence a r, como mostrado no Quadro 3, a seguir: Quadro 3 Posições relativas entre ponto e reta. O ponto está na reta r __________________ rP P r O ponto não está na reta r __________________ r . P P r Pontos colineares são três ou mais pontos que pertencem a uma mesma reta (Figura 1). Figura 1 A, B, C são pontos colineares e R, S, T são pontos não colineares. Postulado da determinação • Dois pontos distintos determinam uma única reta que passa por eles (Figura 2). Escrevemos: (A B, Ar, Br) r = AB . Figura 2 Determinação de uma reta AB . • Três pontos não colineares determinam um único plano que passa por eles (Figura 3). Figura 3 Determinação de um plano ABC. Claretiano - Centro Universitário 43© U1 - Geometria: Conceitos Básicos Postulado da inclusão • Se uma reta tem dois pontos distintos num plano, então ela está contida no plano (Figura 4). Então, ( , , , )A B r AB A B r . Figura 4 Reta contida em um plano. Retas concorrentes Duas retas são concorrentes se, e somente se, elas têm um único ponto comum (Figura 5). A interseção entre as retas é um ponto P, ou seja, r s P . Figura 5 Intersecção de duas retas r e s. Retas paralelas Duas retas são paralelas se, e somente se, são coincidentes ou coplanares e não têm ponto comum (Figura 6). Podemos escre- ver: ( , , ) / /a b a b a b Figura 6 Retas paralelas. © Geometria I4444 Segmento de reta Dados dois pontos distintos A e B. A reunião desses dois pon- tos com o conjunto dos pontos que estão entre eles é um segmen- to de reta (Figura 7). Portanto: { , } { / está entre e }AB A B x x A B Figura 7 Segmento de reta AB . Os pontos A e B são as extremidades do segmento AB , e os pontos que estão entre A e B são pontos internos do segmento AB . Se os pontos A e B coincidem (A = B), podemos afirmar que o segmento AB é nulo. Semirreta Dados dois pontos distintos A e B (Figura 8), a reunião do segmento de reta AB com o conjunto dos pontos x, tais que B está entre A e x, é chamada semirreta AB . Portanto, { , } { / está entre e x}AB A B x B A . Figura 8 Semirreta AB . O ponto A é a origem da semirreta AB . Segmentos consecutivos Dois segmentos de reta são consecutivos (Figura 9) se, e somen- te se, uma extremidade de um deles é também extremidade do outro. Claretiano - Centro Universitário 45© U1 - Geometria: Conceitos Básicos Figura 9 AB e BC ; RS e ST são segmentos consecutivos. Segmentos colineares Dois segmentos de reta são colineares se, e somente se, es- tão em uma mesma reta s. Portanto, os segmentos MN e NP (Figura 10) são colineares consecutivos. Figura 10 Segmentos colineares. Segmentos adjacentes Dois segmentos consecutivos e colineares são adjacentes se, e somente se, apresentam em comum apenas uma extremidade (não têm pontos internos comuns). Portanto, os segmentos MN e NP (Figura 11) são colineares consecutivos adjacentes, pois têm em comum apenas o ponto N. Figura 11 Segmentos adjacentes. Ponto médio de um segmento Um ponto M é ponto médio do segmento AB se, e somente se: • M está entre A e B; • AM MB . Na Figura 12, se MAB, e M é ponto médio de AB, então AM MB . Observe que a medida do segmento 2,88 AM cm é igual à medida do segmento 2,88 MB cm . © Geometria I4646 Figura 12 Ponto médio de um segmento. Medida de um segmento – comprimento A medida de um segmento AB será indicada por m(AB) ou simplesmente AB . A medida de um segmento (não nulo) é um número real positivo associado ao segmento. Distância entre dois pontos Dados dois pontos distintos A e B (Figura 13), a distância en- tre A e B (indicada por ,A Bd ) é o comprimento AB ou qualquer segmento congruente a AB ou, ainda, a medida (número, compri- mento) do segmento AB . Figura 13 Distância entre dois pontos ,A Bd . Veja alguns exemplos de aplicações dos conceitos estudados anteriormente. Exemplo 1 No esquema da Figura 14 a seguir, determine PQ , sendo 31AB ; 1AP x ; 2AQ x e 1QB x . Figura 14. Para resolvermos a questão, é preciso determinar o valor de x. Para isso, devemos observar na Figura 14 que AB AQ QB . Então, temos: 31 2 1 31 1 3 10AB AQ QB x x x x Claretiano - Centro Universitário 47© U1 - Geometria: Conceitos Básicos Como 2AQ x , e 1AP x , podemos afirmar que 2 ( 1) 1PQ AQ AP PQ x x PQ x . Portanto: 1 10 1 11PQ x . Exemplo 2 No esquema da Figura 15 a seguir, determine o segmen- to AB , sendo M ponto médio de AB , AM x , 7BP x e 4 5AP x . Figura 15. Para resolvermos a questão, é preciso determinar o valor de x, observandoque, na Figura 15, se M é ponto médio de AB , então AM MB . Se AM x , 2AB x e, como AP BP AB , temos: 4 5 7 2 12AP BP AB x x x x Como 2AB x , temos que 2 (12) 24AB . Exemplo 3 P, Q e R são três pontos distintos, nesta ordem, de uma reta qualquer. Se o comprimento de PQ é igual a um terço de QR e 12 PR cm , determine as medidas dos segmentos PQ e QR . Para resolvermos a questão, é preciso determinar o valor do segmento QR ou do segmento PQ . Para isso, devemos observar se P, Q e R são três pontos distintos de uma reta, conforme o es- quema da Figura 16: Figura 16. © Geometria I4848 Assim, PR PQ QR . Como PQ é igual a um terço de QR , então 1 . 3 PQ QR . Se substituirmos PQ na equação PR PQ QR , obteremos: 1 312 4 36 9 3 3 QR QRPR QR QR QR QR cm Então, ____ 9 cm QR e ____ ____ ____ ____1 1 . 9 3cm 3 3 PQ QR PQ PQ . 6. ÂNGULOS E TRIÂNGULOS Faremos, a seguir, uma revisão dos conceitos e definições de ângulos e triângulos. Ângulos Denomina-se ângulo à reunião de duas semirretas de mes- ma origem, não contidas numa mesma reta (não colineares). Na Figura 17, AOB OA OB . Figura 17 Ângulo AÔB . As semirretas OA e OB são os lados do ângulo. O interior do ângulo AÔB (Figura 18) é a intersecção de dois semiplanos abertos, a saber: • 1 com origem na reta OA e que contém o ponto B. • 1 com origem na reta OB e que contém o ponto A. Portanto, o interior de 1 1AOB . Claretiano - Centro Universitário 49© U1 - Geometria: Conceitos Básicos Figura 18 Interior do ângulo AÔB . Os pontos do interior de um ângulo são pontos internos ao ângulo. O exterior do ângulo AÔB é o conjunto dos pontos que não pertencem ao ângulo AÔB , nem ao seu interior. Ângulos consecutivos Dois ângulos são consecutivos se, e somente se, um lado de um deles é também lado do outro (possuem um lado comum). Então, na Figura 19, AÔB e AÔC são ângulos consecutivos e OA é lado comum. Figura 19 Ângulos consecutivos. Ângulos adjacentes Dois ângulos consecutivos são adjacentes se, e somente se, não têm pontos internos comuns. Na Figura 20, AÔB e BOC são ângulos adjacentes. Note que OB é lado comum, e os ângulos AÔB e BOC não possuem pontos internos comuns. © Geometria I5050 Figura 20 Ângulos adjacentes. Ângulos opostos pelo vértice (O.P.V.) Dois ângulos são opostos pelo vértice se, e somente se, os lados de um deles são as respectivas semirretas opostas aos la- dos do outro. Na Figura 21, OA e OC , OB e OD são semirretas opostas e, portanto, AÔB e COD são ângulos opostos pelo vér- tice, assim como AÔD e BOC . Figura 21 Ângulos opostos pelo vértice. Dois ângulos opostos pelo vértice são congruentes (possuem a mesma medida), ou seja, AOB COD e AOD BOC . Bissetriz de um ângulo Uma semirreta OC interna a um ângulo AÔB é bissetriz do ângulo (Figura 22) se, e somente se, AÔC BÔC . Figura 22 Bissetriz de um ângulo. Claretiano - Centro Universitário 51© U1 - Geometria: Conceitos Básicos A bissetriz de um ângulo é uma semirreta interna ao ângulo, com origem no vértice do ângulo e dividindo-o em dois ângulos congruentes. Ângulo suplementar adjacente Dado o ângulo AÔB , a semirreta OC oposta à semirreta OA e a semirreta OB determinam um ângulo BOC , que se chama ângulo suplementar adjacente (Figura 23), ou suplemento adjacente de AÔB . A soma de dois ângulos suplementares adjacentes resulta sempre 180o. Então, 180ºAOB BOC . Figura 23 Ângulo suplementar adjacente. Ângulos reto, agudo e obtuso – medida Ângulo reto Ângulo reto é todo ângulo congruente a seu suplementar adjacente. Na Figura 24, a seguir, AÔB é um ângulo reto. Figura 24 Ângulo reto. © Geometria I5252 Ângulo agudo Ângulo agudo é um ângulo menor que um ângulo reto. Na Figura 25, AÔB é um ângulo agudo. Figura 25 Ângulo agudo. Ângulo obtuso Ângulo obtuso é um ângulo maior que um ângulo reto. O ângulo AÔB da Figura 26 é um ângulo obtuso. Figura 26 Ângulo obtuso. Região convexa Um conjunto de pontos é convexo (ou é uma região con- vexa) se, e somente se, dois pontos distintos quaisquer A e B de são extremidades de um segmento AB contido em . Veja que, na Figura 27, temos uma região convexa, pois AB : Claretiano - Centro Universitário 53© U1 - Geometria: Conceitos Básicos Figura 27 Região convexa. Em contrapartida, na Figura 28, vemos uma região não con- vexa, pois AB . Figura 28 Região não convexa. Medida de um ângulo – amplitude A medida de um ângulo AÔB é indicada por m( AÔB ) e cor- responde a um número real positivo associado ao ângulo. À medi- da de um ângulo dá-se o nome de amplitude do ângulo. Unidades de medida de ângulos Um ângulo reto tem 90 graus (90o). A medida de um ângulo agudo é menor que 90°, e a de um ângulo obtuso é maior que 90°. Ângulo de medida um grau (1o) é o ângulo submúltiplo se- gundo 90 (noventa) de um ângulo reto. Assim, 1º 90 ângulo reto . Ângulo de medida um minuto (1') é o ângulo submúltiplo segundo 60 (sessenta) do ângulo de um grau, ou seja, 11' 60 . Um grau tem, portanto, 60 minutos (60’). © Geometria I5454 Ângulo de um segundo (1'') é o ângulo submúltiplo segundo 60 (sessenta) do ângulo de um minuto, ou seja, o ângulo de um segundo = 1'1'' 60 . Portanto, um minuto tem 60 segundos (60’’). Ângulos complementares e ângulos suplementares Dois ângulos são complementares se, e somente se, a soma de suas medidas é 90o. Um deles é o complemento do outro. Então, 90ºAOB BOC . Podemos afirmar que AÔB é o com- plemento de BOC . Assim, 70° é o complemento de 20°, pois 70 20 90º . Dois ângulos são suplementares se, e somente se, a soma de suas medidas é 180o. Um deles é suplemento do outro. Então, 180ºAOB BOC . Podemos afirmar que AÔB é o suplemento de BOC . Assim, 70° é o suplemento de 110°, pois 70 110 180º . Ângulo nulo e ângulo raso No ângulo nulo, os lados são coincidentes (0o). No ângulo raso, os lados são semirretas opostas (180o). Portanto, a medida de um ângulo é tal que 0 180 . Veja alguns exemplos de aplicações dos conceitos estudados anteriormente. Exemplo 1 Determine o valor de x no esquema da Figura 29. 4x-250 x Figura 29. Claretiano - Centro Universitário 55© U1 - Geometria: Conceitos Básicos Para resolver este exercício, devemos observar que o maior ângulo é reto, então, podemos escrever: 4 25º 90º 5 90º 25º 23ºx x x x Exemplo 2 Determine o valor de x no esquema da Figura 30. Figura 30. Para resolver este exercício, devemos observar que o maior ângulo é um ângulo raso (180o), então, podemos escrever: 35º 90º 180º 55ºx x Exemplo 3 Determine o valor de â no esquema da Figura 31. Figura 31. Para resolver este exercício, devemos observar que ângulos opostos pelo vértice são congruentes, ou seja, possuem a mesma medida. Assim, temos: 2x y x y , 4 2x y a e 4 2 2 180ºx y x y . Simplificando esta última expressão, ob- © Geometria I5656 temos: 2 60ºx y . Simplificando a primeira expressão, obte- mos: 2 2x y x y x y . Agora, substituímos 2x y na expressão 2 60ºx y , ob- tendo: 2(2 ) 60º 4 60º 20ºy y y y y . Substituindo 20ºy na expressão 2x y , obtemos 2(20º ) 40ºx . Portanto, 20ºy e 40ºx . Substituindo esses valores na expressão 4 2x y a , obtemos 4(40º ) 2(20º ) a , o que resulta 120ºa . Exemplo 4 Se OP é bissetriz de AÔB , determine AÔB na Figura 32, a seguir. Figura 32. Se OP é bissetriz de AÔB , então AÔP PÔB , e podemos escrever que 3 5 2 10 15x x x . Neste caso, se 15ºx , podemos escrever que o ângulo AOB AOP POB , o que resulta 3 5 2 10AOB x x . Então, 5 5 5(15º ) 5º 80ºAOB x . Exemplo 5 Dado um ângulo de medidax, indique: Claretiano - Centro Universitário 57© U1 - Geometria: Conceitos Básicos a) o seu complemento: 90º x ; b) o seu suplemento: 180º x ; c) o triplo do seu complemento: 3 (90º )x ; d) o complemento do triplo: 90º 3x ; e) a terça parte do seu suplemento: 180º 3 x ; f) o suplemento da terça parte: 180º 3 x ; g) o complemento da quarta parte do dobro do suplemen- to: 180º90º 2 4 x . Exemplo 6 Dois ângulos são suplementares e a razão entre o comple- mento de um e o suplemento do outro, nesta ordem, é 1/8. Deter- mine estes ângulos. Para resolver este exercício, fazemos 180ºx y e 90º 1 180 8 x y . Em seguida, isolamos y na primeira equação, obten- do 180ºy x , e o substituímos na segunda expressão, para ob- termos 80ºx e 100ºy . Triângulos Definição: dados três pontos A, B e C não colineares, à reu- nião dos segmentos AB , AC e BC chama-se triângulo ABC (Fi- gura 33). Indicamos: triângulo ABC = ABC e ABC AB AC BC . Elementos do triângulo: • vértices: os pontos A, B e C; • lados: os segmentos AB (de medida c), AC (de medida b) e BC (de medida a); © Geometria I5858 • ângulos: BÂC ou  , ABC ou B e ACB ou C ; • os lados BC , AC e AB , e os ângulos  , B e C são, respectivamente, opostos a cada lado. Figura 33 Triângulo ABC. Classificação dos triângulos Quanto aos lados Equilátero É o triângulo que possui três lados e três ângulos congruen- tes. Todo triângulo equilátero é também um equiângulo, ou seja, possui três ângulos congruentes e iguais a 60o (Figura 34). Figura 34 Triângulo ABC equilátero. Claretiano - Centro Universitário 59© U1 - Geometria: Conceitos Básicos Isósceles Possui dois lados congruentes e os ângulos da base também congruentes. Os lados congruentes opõem-se aos ângulos con- gruentes (Figura 35). Figura 35 Triângulo ABC isósceles. Escaleno Possui dois quaisquer de seus lados não congruentes, ou seja, os três lados possuem medidas diferentes (Figura 36). Figura 36 Triângulo ABC escaleno. Quanto aos ângulos Quanto aos ângulos, os triângulos classificam-se em retân- gulos, acutângulos e obtusângulos (Figura 37). • retângulos: têm um ângulo reto (= 90o); • acutângulos: têm os três ângulos agudos (< 90o); • obtusângulos: têm um ângulo obtuso (> 90o). © Geometria I6060 Figura 37 Triângulos ABC: retângulo, acutângulo e obtusângulo. Congruência de triângulos Um triângulo é congruente (símbolo ) a outro se, e somen- te se, for possível estabelecer uma correspondência (Figura 38) entre seus vértices, de modo que: • seus lados são ordenadamente congruentes aos lados do outro. Portanto, ´ ´AB A B , ' 'AC A C e ' 'BC B C . • seus ângulos são ordenadamente congruentes aos ângu- los do outro, ou seja, 'A A , 'B B e 'C C . Figura 38 Triângulo ABC congruente ao triângulo A'B'C'. Casos de congruência de triângulos 1o Caso – LAL – postulado Se dois triângulos (Figura 39) têm, ordenadamente, con- gruentes dois lados AB e ' 'A B e AC e ' 'A C e o ângulo com- preendido entre eles (A e A’, respectivamente), então os triângulos ABC e A’B’C’ são congruentes. Claretiano - Centro Universitário 61© U1 - Geometria: Conceitos Básicos Figura 39 Triângulo ABC congruente ao triângulo A'B'C'. Teorema do triângulo isósceles Se um triângulo é isósceles, os ângulos da base são con- gruentes. 2o Caso – ALA – postulado Se dois triângulos (Figura 40) têm ordenadamente congruen- tes um lado e os dois ângulos a ele adjacentes, então esses triân- gulos são congruentes. Figura 40 Triângulo ABC congruente ao triângulo A'B'C'. Recíproca do teorema do triângulo isósceles Se um triângulo apresenta dois ângulos congruentes, então esse triângulo é isósceles. 3o Caso – LLL – postulado Se dois triângulos (Figura 41) têm ordenadamente congruen- tes os três lados, então esses triângulos são congruentes. © Geometria I6262 Figura 41 Triângulo ABC congruente ao triângulo A'B'C'. 4o Caso – LAAo – postulado Se dois triângulos (Figura 42) têm ordenadamente congruen- tes um lado, um ângulo adjacente e o ângulo oposto a esse lado, então esses triângulos são congruentes. Figura 42 Triângulo ABC congruente ao triângulo A'B'C'. Caso especial de congruência de triângulos retângulos Se dois triângulos retângulos têm ordenadamente con- gruentes um cateto e a hipotenusa, então esses triângulos são congruentes. Mediana de um triângulo Mediana de um triângulo é um segmento com extremidades num vértice e no ponto médio do lado oposto. Então, no triângulo ABC (Figura 43), se o ponto M é ponto médio do segmento BC , temos que BM MC . Logo, o segmento AM é mediana relativa ao lado BC ou AM é mediana relativa ao vértice A. Claretiano - Centro Universitário 63© U1 - Geometria: Conceitos Básicos Figura 43 Mediana relativa ao BC . Bissetriz interna de um triângulo É o segmento, com extremidades num vértice e no lado oposto, que divide o ângulo desse vértice em dois ângulos con- gruentes. No triângulo ABC (Figura 44), S BC , S AB S AC . Logo, AS é bissetriz relativa ao lado BC ou AS é bissetriz relativa ao vértice A. Figura 44 Bissetriz relativa ao BC . Teorema do ângulo externo Dado um ABC (Figura 45) e sendo CX a semirreta oposta à semirreta CB , o ângulo e ACX é o ângulo externo do ABC adjacente ao ângulo C e não adjacente aos ângulos A e B . O ân- gulo ê (externo) é o suplementar adjacente do ângulo C . © Geometria I6464 Teorema: um ângulo externo de um triângulo é maior do que qualquer um dos ângulos internos não adjacentes. O ângulo externo ê é igual à soma dos ângulos internos não adjacentes, ou seja, e A B . Figura 45 Ângulo externo. Desigualdades nos triângulos 1) Ao lado maior de um triângulo qualquer se opõe o maior ângulo. Se dois lados de um triângulo não são congruen- tes, então os ângulos opostos a eles não são congruen- tes e o maior deles está oposto ao maior lado. 2) 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. 3) Em todo triângulo, cada lado é maior que a diferença dos outros dois. 4) Se a, b e c são as medidas dos lados de um triângulo, devemos ter as três condições: a b c , b a c e c a b b c a b c . Veja alguns exemplos de aplicações dos conceitos estudados anteriormente. Exemplo 1 Se o triângulo ABC é isósceles de base BC , determine BC , sendo 3 10AB x , 2 6BC x e 4AC x . Claretiano - Centro Universitário 65© U1 - Geometria: Conceitos Básicos Para resolver este problema, devemos considerar que, se a base do triângulo é BC e o triângulo é isósceles, então: 3 10 4 7AB AC x x x Portanto, 2 (7) 6 20BC . Exemplo 2 Se o ABC é isósceles de base BC , determine x e y. Figura 46. Se o triângulo ABC é isósceles de base BC, então ˆABC y . Logo: 45º 180ºy x e 2 40º 180ºx y . Portanto, 2 40º 45ºx y y x , o que resulta em 85ºx e 50ºy . Exemplo 3 Na Figura 47, o triângulo CBA é congruente ao triângulo CDE. Determine o valor de x e y e a razão entre os perímetros des- ses triângulos, sabendo que 35AB , 2 6AC x , 22CE e 3 5DE y . © Geometria I6666 Figura 47. Se o triângulo CBA é congruente ao triângulo CDE, en- tão é possível afirmar que 35 3 5 10AB DE y y e 2 6 22 8AC CE x x . Se os triângulos são congruen- tes, a razão entre os seus perímetros é 1. Exemplo 4 Na Figura 48, o triângulo PDC é congruente ao triângulo PAB. Determine o valor de x e y e a razão entre os perímetros dos triân- gulos PCA e PBD, sabendo que 15AB , 5CD x , 2 17AP y , 3 2PD y e PC PB . Figura 48. Claretiano - Centro Universitário 67© U1 - Geometria: Conceitos Básicos Se o triângulo PCD é congruente ao triângulo PBA, en- tão é possível afirmar que 15 5 10AB DC x x e 2 17 3 2 19PA PD y y y . Finalmente, se os triângu- los são congruentes, a razão entre os seus perímetros é 1. 7. PARALELISMO E PERPENDICULARISMO Vamos estudar algumas particularidades e conceitos de re- tas paralelas e perpendiculares. Paralelismo Duas retas são paralelas (Figura 49) (símbolo: //) se, e so- mente se: • são coincidentes (iguais); ou • são coplanares e não têm nenhum ponto comum. Então, ( , , ) / /a b a b a b : Figura 49 Retas paralelas. Sejam a e b duas retas distintas, paralelas, e t uma reta trans- versal concorrente com a e b (Figura 50): Figura 50 Retas paralelas interceptadas por uma transversal. © Geometria I6868 • Os pares de ângulos 3 e 5, 4 e 6 recebem o nome de al- ternos internos. • Os pares de ângulos 1 e 7, 2 e 8 recebem o nome de al- ternos externos. • Os pares de ângulos 3 e 6, 4 e 5 recebem o nome de co- laterais internos. • Os pares de ângulos 1 e 8, 2 e 7 recebem o nome de cola- terais externos. Existência da paralela Se duas retas coplanares distintas e uma transversal deter- minam ângulos alternos (ou ângulos correspondentes destacados na Figura 51) congruentes, então essas duas retas são paralelas (Figura 51). Figura 51 Retas paralelas. Unicidade da paralela – postulado de Euclides A unicidade da reta paralela a uma reta dada é o postulado de Euclides (300 a.C.) ou postulado das paralelas que caracteriza a Geometria Euclidiana. "Por um ponto passa uma única reta parale- la a uma reta dada" (BRASIL ESCOLA, 2013). Recíproco: se duas retas paralelas distintas interceptam uma transversal, então os ângulos alternos (ou os ângulos correspon- dentes) são congruentes. Claretiano - Centro Universitário 69© U1 - Geometria: Conceitos Básicos Ângulo externo Em todo triângulo, qualquer ângulo externo é igual à soma dos dois ângulos internos não adjacentes a ele. Hipótese: ê é ângulo externo adjacente a Ĉ . Tese: ê A B Demonstração: por Ĉ conduzimos a reta CD paralela à reta AB , determinando os ângulos a e b̂ caracterizados na Figura 52. Figura 52 Ângulo externo. Então, ˆ/ /AB CD a A (ângulos alternos) e ˆ/ /AB CD b B (ângulos correspondentes). Somando as duas relações, obtemos: ˆâ b A B ê A B Soma dos ângulos de um triângulo A soma dos ângulos de qualquer triângulo (Figura 53) é igual a dois ângulos retos. Hipótese: ABC é um triângulo. Tese: ˆ ˆˆ 2 ângulos retosA B C . Demonstração: sendo ê o ângulo externo adjacente a Ĉ , e aplicando o teorema do ângulo externo, temos: © Geometria I7070 Figura 53 Teorema do ângulo externo. • ê e Ĉ são ângulos suplementares 180ê C . • Teorema anterior ˆ ˆê A B . • Resulta ˆ ˆˆ 180A B C . Ângulos de lados paralelos Dois ângulos (Figura 54) de lados, respectivamente, parale- los são congruentes ou suplementares. Figura 54 Ângulos de lados paralelos. Verificamos que: ˆ ˆˆ ˆ ˆ ˆ , , a c b c a b , o que corresponde a escrever que ' ', ' 180 , ' 180a b a b a b . Veja alguns exemplos de aplicações dos conceitos estudados anteriormente. Exemplo 1 No esquema da Figura 55, as retas r e s são paralelas. Deter- mine o valor de x e y. Claretiano - Centro Universitário 71© U1 - Geometria: Conceitos Básicos Figura 55. Como r e s são retas paralelas interceptadas por uma trans- versal, podemos afirmar que 2 30º 150ºx , pois são ângulos al- ternos externos. Neste caso, 60ºx e y é o seu complemento, o que resulta 150º 180º 30ºy y . Exemplo 2 No esquema (Figura 56), as retas r e s são paralelas. Deter- mine o valor de x e y. Figura 56. Como r e s são retas paralelas interceptadas por uma trans- versal, podemos afirmar que 3 20º 10ºx y , pois são ângulos opostos pelo vértice, e que 2 3 20ºx x , pois são ângulos alter- nos internos, o que determina 20ºx . Substituindo x na equação 3 20º 10ºx y , obtemos 30ºy . Exemplo 3 No esquema (Figura 57), as retas r e s são paralelas intercep- tadas por uma transversal. Determine o valor de x e y. © Geometria I7272 Figura 57. Como r e s são retas paralelas interceptadas por uma transver- sal, podemos afirmar que 8 9ºx y , pois são ângulos correspon- dentes, e que 17 9º 180ºy x , pois são ângulos suplementares. Substituindo 8 9ºy x na equação 17 9º 180ºy x , obtemos: 8 9º 17 9º 180º 25 180º 7,2ºx x x x Substituindo 7,2ºx na equação 8 9ºy x , obtemos: 8 (7,2º ) 9º 66,6ºy . Exemplo 4 No esquema (Figura 58), as retas r e s são paralelas intercep- tadas por uma transversal. Determine o valor de x e y. Figura 58. Como r e s são retas paralelas interceptadas por uma trans- versal, podemos afirmar que 3 10ºx y , pois são ângulos alter- nos internos, e que 90º 2 180ºy x , pois os três ângulos são suplementares. Claretiano - Centro Universitário 73© U1 - Geometria: Conceitos Básicos Substituindo a equação 3 10ºx y na equação 90º 2 180ºy x , obtemos: 3 10 90 2 180 5 100 20x x x x Substituindo 20ºx na equação 3 10ºx y , obtemos: 3.(20º ) 10º 50ºy . Exemplo 5 A soma dos quatro ângulos agudos formados por duas retas paralelas cortadas por uma reta transversal é igual a 80°. Determi- ne o ângulo obtuso. Neste caso, devemos nos lembrar de que os ângulos agudos formados por duas retas paralelas cortadas por uma reta transver- sal são todos congruentes, pois são opostos pelo vértice ou cor- respondentes. Considerando x o ângulo agudo, podemos escrever: 4 80º 20ºx x , ou seja, cada ângulo agudo possui medida 20º . Lembrando que o ângulo obtuso y é o suplemento do ângulo agudo x, escrevemos: 180ºx y . Como o ângulo agudo mede 20º , temos: 20º 180º 160ºy y . Exemplo 6 Na Figura 59, temos os ângulos â e b̂ de lados, respectiva- mente, paralelos. Sendo ˆ 8a x e ˆ 2 30ºb x , determine o su- plemento de b̂ . Figura 59. © Geometria I7474 Neste caso, devemos nos lembrar de que os ângulos agudos ˆ e b̂ são congruentes, pois são correspondentes. Podemos escre- ver, então, que ˆâ b . Assim, 8 2 30º 6 30º 5ºx x x x . Substituindo x na equação ˆ 8a x , obtemos ˆˆ 8 (5º ) 40ºa b . Se chamarmos de ẑ o suplemento do ângulo b̂ , podemos escrever: ˆ ˆ 180ºb z . Como ˆ 40ºb , então: ˆ ˆ ˆ40º 180º 180º 40º 140ºz z z Portanto, o suplemento de b̂ é ˆ 140ºz . Perpendicularidade Retas perpendiculares Duas retas são perpendiculares (Figura 60) (símbolo ) se, e somente se, são concorrentes e formam ângulos adjacentes su- plementares congruentes. Figura 60 Retas perpendiculares. Portanto, ( ) { }a b a b P e 1 1 1 2a Pb a Pb , em que 1a e 2a são semirretas de a, com origem em P; 1b e 2b são semirretas opostas de b, com origem em P. Consequências: • Duas semirretas são perpendiculares se, e somente se, estão contidas em retas perpendiculares e têm um ponto comum. Claretiano - Centro Universitário 75© U1 - Geometria: Conceitos Básicos • Dois segmentos de reta são perpendiculares se, e somen- te se, estão contidos em retas perpendiculares e têm um ponto comum. Retas oblíquas Se duas retas são concorrentes e não são perpendiculares, diz-se que estas retas são oblíquas. De outra forma, se { }r s P e r não é perpendicular a s, então r e s são oblíquas. Unicidade da perpendicular • Em um plano, por um ponto P de uma reta r existe uma única reta s perpendicular a r. • Por um ponto P fora de uma reta r passa uma única reta s perpendicular a r. Altura de um triângulo Altura de um triângulo é o segmento de reta perpendicular à reta suporte de um lado do triângulo com extremidades nesta reta e no vértice oposto ao lado considerado. • Nas Figuras 61 e 62, H é a intersecção do segmento BC com o segmento perpendicular AB . • AH é a altura relativa ao lado BC , ou AH é a altura relativa ao vértice A e H é dito péda altura. A altura de um triângulo retângulo (Figura 61) é o próprio cateto. No triângulo retângulo ABC, AH é a altura relativa ao lado BC . Figura 61 Altura de um triângulo retângulo. © Geometria I7676 No triângulo acutângulo ABC (Figura 62), AH é a altura re- lativa ao lado BC . Figura 62 Altura de um triângulo acutângulo. No triângulo obtusângulo ABC (Figura 63), AH é a altura re- lativa ao lado BC . Observe que esta altura é externa ao triângulo. Figura 63 Altura de um triângulo obtusângulo. Mediatriz de um segmento A mediatriz m de um segmento AB (Figura 64) é a reta perpendicular ao segmento pelo seu ponto médio M. Portanto, AM MB . Figura 64 Mediatriz de um segmento AB de comprimento 6 cm. Projeção de um ponto sobre uma reta Chama-se projeção ortogonal (ou projeção) de um ponto P sobre uma reta r ao ponto de intersecção da reta com a perpendicu- Claretiano - Centro Universitário 77© U1 - Geometria: Conceitos Básicos lar a ela conduzida por aquele ponto (Figura 65). P' é a projeção de P sobre a reta r e, neste caso, temos 'PP r e ' { '}PP r P , em que P’ é o pé da perpendicular à reta r conduzida por P. Se rP , então P' = P. Figura 65 Projeção de um ponto P sobre a reta r. Projeção de um segmento sobre uma reta A projeção de um segmento de reta AB (Figura 66) não perpendicular a uma reta r sobre esta reta é o segmento de reta ' 'A B , em que A' é a projeção de A sobre r e B' é a projeção de B sobre r. Figura 66 Projeção de um segmento AB sobre a reta r. Distância entre um ponto e uma reta A distância de um ponto a uma reta (Figura 67) é a distância desse ponto à projeção dele sobre a reta. A distância entre P e r é a distância entre P e P', em que P' é a projeção de P sobre a reta r. Então, podemos escrever , , 'P r P Pd d . © Geometria I7878 Figura 67 Distância de um ponto P a uma reta r. Distância entre duas retas paralelas A distância entre duas retas paralelas (Figura 68) é a distân- cia entre um ponto qualquer de uma delas a outra reta. Se duas retas distintas são paralelas, os pontos de uma delas estão à igual distância (são equidistantes) da outra. Demonstração: de fato, sendo r e s duas retas paralelas e distintas, tomando dois pontos distintos A e B em r, vamos provar que , ,A s B sd d . Figura 68 Distância de uma reta r a uma reta s, paralela. • Os ângulos  e Â' são colaterais e, sendo Â' reto, conclui-se que  é reto. • Considerando os triângulos AA'B e BB'A', verificamos que: • 'A B (lado comum); • ' ' 'A BA BA B (alternos). Logo, pelo caso de congruência de triângulos oLAA , concluí- mos que: • , ,' ' ' ' ' A s B sA AB BB A AA BB d d • 'A B (retos) Claretiano - Centro Universitário 79© U1 - Geometria: Conceitos Básicos Propriedade dos pontos da mediatriz Todo ponto da mediatriz de um segmento é equidistante das extremidades do segmento. Esta propriedade pode ser obser- vada na Figura 69, em que PA PB . Figura 69 Propriedade da mediatriz. Propriedade dos pontos da bissetriz Todo ponto da bissetriz de um ângulo é equidistante dos la- dos do ângulo. Portanto, na Figura 70, , ,P a P bd d e , ,Q a Q bd d . Figura 70 Propriedade da bissetriz. Veja alguns exemplos de aplicações dos conceitos estudados anteriormente. Exemplo 1 Sendo AH a altura relativa ao lado BC do ABC (Figura 71), determine B e C nos casos: © Geometria I8080 Figura 71. Para resolver este problema, devemos nos lembrar de que o ângulo ˆAHB é reto e, portanto, no triângulo AHB a soma dos ângulos internos resulta 180o. Então, ˆ ˆ22,9º 90º 180º 67,1ºB B . A mesma propriedade vale para o triângulo AHC, em que o ângulo ˆAHC é reto e, portanto, a soma dos ângulos internos re- sulta 180o. Concluímos que: ˆ ˆ50,5º 90º 180º 39,5ºC C . Exemplo 2 Determine o valor de x na Figura 72. Figura 72. Para resolver este problema, devemos nos lembrar de que o ângulo ˆABC é reto e, portanto, no triângulo ABC a soma dos ângulos internos resulta 180o. Claretiano - Centro Universitário 81© U1 - Geometria: Conceitos Básicos Então, ˆ ˆ30º 90º 180º 60ºC C . A mesma propriedade vale para o triângulo CDE, em que o ângulo ˆCDE é reto, o ângulo agudo ˆ 60ºC , pois é oposto pelo vértice, e a soma dos ângulos internos resulta 180o. Logo: ˆ ˆ60º 90º 180º 30ºE E x . Exemplo 3 No triângulo ABC (Figura 73), AH é altura e AS é bissetriz relativa ao lado BC do triângulo ABC. Se 70B e ˆ 15HAS , determine C . Figura 73. Para resolver este problema, devemos nos lembrar de que no triângulo AHB, o ângulo ˆAHB é reto, pois AH é altura, 70B e, portanto, o ângulo ˆ 20HAB . No triângulo AHS, o ângulo ˆ 15HAS . Como o segmento AS é bissetriz, vemos que no triângulo ASC o ângulo ˆ 35SAC , pois, por ser o segmento AS uma bissetriz, divide o ângulo ˆBAC em dois outros ângulos: ˆ ˆ 35BAS SAC . Para finalizar, no triângulo AHS, o ângulo ˆ 90ºAHC , o ân- gulo ˆ ˆ ˆ 15º 35º 50ºHAC HAS SAC e, portanto, o ângulo ˆ ˆ90º 50º 180º 40ºACH ACH . © Geometria I8282 8. POLÍGONOS E CIRCUNFERÊNCIA Estudaremos a seguir algumas importantes propriedades e conceitos sobre polígonos e circunferência. Quadriláteros 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 (Figura 74). Figura 74 Quadrilátero ABCD. No quadrilátero ABCD AB BC CD DA , AB , BC , CD e DA são lados; A DAB , B ABC , C BCD e D CDA são ângulos e AC e BD são diagonais do quadrilátero ABCD. Um quadrilátero possui 2 diagonais e a soma dos ângulos internos e externos é 360o. Quadriláteros notáveis Um quadrilátero plano convexo é trapézio se, e somente se, possui dois lados paralelos. Um quadrilátero ABCD é trapézio se, e somente se, / /AB CD ou / /AD BC , e os lados paralelos são as bases do trapézio. De acordo com os outros dois lados não paralelos, vemos, na Figura 75, os diversos tipos de trapézios: Claretiano - Centro Universitário 83© U1 - Geometria: Conceitos Básicos Figura 75 Trapézios isósceles, escaleno, retângulo e escaleno. Propriedades dos trapézios • Em qualquer trapézio a soma dos ângulos internos é 360o. • Os ângulos de cada base de um trapézio isósceles são congruentes. • As projeções ortogonais dos lados de um trapézio isósce- les, sobre a base maior, são congruentes. • As diagonais de um trapézio isósceles são congruentes. Um quadrilátero plano convexo é paralelogramo (Figura 76) se, e somente se, possui os lados opostos paralelos. ABCD é paralelogramo / / / /AB CDe AD BC Figura 76 Paralelogramo ABCD. © Geometria I8484 Propriedades dos paralelogramos 1) Em todo paralelogramo dois ângulos opostos quaisquer são congruentes. 2) Todo quadrilátero convexo que tem ângulos opostos congruentes é paralelogramo. 3) Todo retângulo é paralelogramo. 4) Em todo paralelogramo, dois lados opostos quaisquer são congruentes. 5) Todo quadrilátero convexo que tem lados opostos con- gruentes é paralelogramo. 6) Todo losango é paralelogramo. 7) Em todo paralelogramo, as diagonais interceptam-se nos respectivos pontos médios. 8) Todo quadrilátero convexo em que as diagonais intercep- tam-se nos respectivos pontos médios é paralelogramo. 9) Consequência: se dois segmentos de reta interceptam- -se nos respectivos pontos médios, então suas extremi- dades são vértices de um paralelogramo. 10) Todo quadrilátero convexo que tem dois lados paralelos e congruentes é um paralelogramo. 11) Consequência: se dois segmentos de reta são paralelos e congruentes, então suas extremidades são vértices de um paralelogramo. Um quadrilátero plano convexo é um retângulo (Figura 77) se, e somente se, possui os quatro ângulos congruentes. ABCD é retângulo ˆ ˆˆ ˆA B C D . Figura 77 Retângulo ABCD. Claretiano - Centro Universitário 85© U1 - Geometria: Conceitos Básicos Além das propriedades do paralelogramo, o retângulo pos- sui diagonais congruentes, e todo paralelogramo que tem diago- nais congruentes é um retângulo. Um quadrilátero plano convexo é um losango (Figura 78) se, e somente se, possui os quatro lados congruentes. ABCD é losango AB CD AD BC . Figura 78 Losango ABCD. Além das propriedades do paralelogramo, o losango possui diagonais perpendiculares, e todo paralelogramo que possui dia- gonais perpendiculares é um losango. Um quadrilátero plano convexo é um quadrado (Figura 79) se, e somente se, possui os quatro ângulos congruentes e os qua- tro lados congruentes. ABCD é quadrado AB CD AD BC e A B C D . Conclui-se, então, que todo quadrado é retângulo e também é losango. Figura 79 Quadrado ABCD. © Geometria I8686 Portanto, se um quadrilátero convexo • possui diagonais que se interceptam ao meio, é um para- lelogramo; • possui diagonais que se interceptam ao meio e são con- gruentes, é um retângulo; • possui diagonais que se interceptam ao meio e são per- pendiculares, é um losango; • possui diagonais que se interceptam ao meio, são con- gruentes e perpendiculares, é um quadrado. Polígonos Dada uma sequência de pontos de um plano ( 1A , 2A , ...., nA ), com 3n , todos distintos, em que três pontos consecutivos não são colineares, considerando-se consecutivos 1nA , nA e 1A , assim como nA , 1A e 2A , chama-se polígono à reunião dos segmentos 1 2A A , 2 3A A ,....., 1n nA A , 1nA A . Na Figura 80, vemos exemplo de um polígono ABCDE: Figura 80 Polígono ABCDE. Elementos No polígono da Figura 80, os pontos A, B, C, D, E são vérti- ces do polígono, e os segmentos , , , , AB BC CD DE EA são lados do polígono. Então, são ângulos do polígono: ˆABC , ˆBCD , ˆCDE , DEA , ˆEAB . Se dois lados têm um vértice em comum, então eles são con- secutivos. Se não possuem vértice em comum, então são diago- Claretiano - Centro Universitário 87© U1 - Geometria: Conceitos Básicos nais. Portanto, na Figura 80, os segmentos , , , , AC AD EB EC DB são diagonais do polígono. Um polígono é convexo (Figura 81) se, e somente se, a reta determinada por dois vértices consecutivos quaisquer deixa todos os demais (n − 2) vértices em um mesmo semiplano dos dois que ela determina. Portanto, qualquer diagonal do polígono convexo “está no interior” desse polígono. Figura 81 Polígono convexo ABCDE. Um polígono é não convexo (Figura 82) se, e somente se, a reta determinada por dois vértices consecutivos quaisquer não deixa todos os demais (n − 2) vértices em um mesmo semiplano dos dois que ela determina. Portanto, qualquer diagonal do polí- gono não convexo pode “não estar no interior” desse polígono, como acontece com a diagonal BD , por exemplo. Figura 82 Polígono não convexo ABCDE. O conjunto dos pontos internos de um polígono constitui seu interior e o conjunto dos pontos externos ao polígono constitui seu exterior. A reunião de um polígono com o seu interior é uma região poligonal ou superfície poligonal. © Geometria I8888 O nome dos polígonos varia de acordo com o número n de lados: 1) n = 3: triângulo ou trilátero. 2) n = 4: quadrangular ou quadrilátero. 3) n = 5: pentágono. 4) n = 6: hexágono. 5) n = 7: heptágono. 6) n = 8: octógono. 7) n = 9: eneágono. 8) n = 10: decágono. 9) n = 11: undecágono. 10) n = 12: dodecágono. 11) n = 15: pentadecágono. 12) n = 20: icoságono. Polígono regular Um polígono que possui os lados congruentes é equilátero. Se possuir os ângulos congruentes, é equiângulo. Um polígono é regular se, e somente se, possui todos os lados congruentes e to- dos os ângulos congruentes. O número de diagonais de um polígono de n lados 3n é dado por: ( 3) 2 n nd , em que d é o número de diagonais do polígono e n é o número de lados do polígono. A soma dos ângulos internos de um polígono convexo de n lados 3n é dada por: ( 2) 180Si n . A soma dos ângulos externos de um polígono convexo é: 360Se . Os ângulos internos de um polígono regular são congruentes e têm medida: ( 2) 180i na n . Claretiano - Centro Universitário 89© U1 - Geometria: Conceitos Básicos Os ângulos externos de um polígono regular são congruen- tes e têm medida: 360ea n . A soma dos ângulos internos e externos de um polígono re- gular é: 180e ia a . Todo polígono regular pode ser inscrito em uma circunferência. Veja alguns exemplos de aplicações dos conceitos estudados anteriormente sobre polígonos. Exemplo 1 Calcule as medidas de um ângulo interno e de um ângulo externo dos polígonos regulares: • Pentágono: É um polígono de 5 lados. Portanto, o ângulo interno é dado por: ( 2) 180 (5 2) 180 108º 5i na n . A medida do ângulo externo é dada por 360 360 72º 5e a n . • Dodecágono: É um polígono de 12 lados. A medida do ângulo interno é: ( 2) 180 (12 2) 180 150º 12i na n . A medida do ângulo externo é: 360 360 30º 12e a n . Exemplo 2 O polígono ABCDE (Figura 83) é um pentágono regular ins- crito em uma circunferência de centro O. Determine a medida, em graus, do ângulo C AD . © Geometria I9090 Figura 83. Para resolvermos este problema, é preciso lembrar que o ângulo central (cujo vértice está contido no centro O da circunfe- rência) 360ºˆ 72º 5 COD . Sendo o ângulo central igual a 72o, o ângulo ˆCAD é inscrito na circunferência (possui o vértice na cir- cunferência) e, portanto, a metade do ângulo central. Concluímos, então, que 72ºˆ 36º 2 CAD . Exemplo 3 Determine a soma das medidas dos ângulos internos, a soma das medidas dos ângulos externos e o número de diagonais dos polígonos regulares: • Octógono: É um polígono de 8 lados. Então, o ângulo interno é: ( 2) 180 (8 2) 180 135º 8i na n . A medida do ângulo externo é: 360 360 45º 8e a n . O número de diagonais é: ( 3) 8(8 3) 20 2 2 n nd . Claretiano - Centro Universitário 91© U1 - Geometria: Conceitos Básicos • Icoságono: É um polígono de 20 lados. Então, o ângulo interno é: ( 2) 180 (20 2) 180 162º 20i na n . A medida do ângulo externo é: 360 360 18º 20e a n . O número de diagonais é: ( 3) 20(20 3) 170 2 2 n nd . Circunferência Circunferência é um conjunto dos pontos de um plano cuja distância a um ponto dado desse plano é igual a uma distância (não nula) dada. O ponto dado é o centro e a distância dada é o raio da circunferência. Dado um plano , um ponto O de e uma distância r, ,( , ) { }P OO r P d r , em que ( , )O r representa a circunfe- rência de centro O e raio r. Na Figura 84, os segmentos , , AB CD OP representam, res- pectivamente, corda, diâmetro e raio da circunferência. Figura 84 Circunferência, corda, diâmetro e raio. Corda de uma circunferência é um segmento cujas extremi- dades pertencem à circunferência. © Geometria I9292 Diâmetro de uma circunferência é uma corda que passa pelo centro da circunferência. Raio de uma circunferência é um segmento com uma extre- midade no centro e a outra em um ponto da circunferência. Círculo Círculo é um conjunto dos pontos de um plano cuja distância a um ponto dado desse plano é menor ou igual a uma distância (não nula) dada. Dados um plano , um ponto O de e uma dis- tância r, o círculo de centro O e raio r é representado por: }{),( , rdPrOc OP . O círculo (Figura 85) é a reunião da circunferência com seu interior. Figura 85 Círculo, corda, diâmetro e raio. O centro, o raio, a corda e o diâmetro de um círculo são, res- pectivamente, o centro, o raio, a corda e o diâmetro da respectiva circunferência. Posições relativas de reta e circunferência Secante Uma reta s secante (Figura 86) a uma circunferência é uma reta que intercepta a circunferência () em dois pontos dis- tintos. A reta e a circunferência são secantes se, e somente se, },{ BAs . Claretiano - Centro Universitário 93© U1 - Geometria: Conceitos Básicos Figura 86 Circunferência . Propriedade da reta s secante a uma circunferência Se uma reta s, secante a uma circunferência ( , )O r , não passa pelo centro O, intercepta nos pontos distintos A e B, e se M é o ponto médio da corda AB, então o segmento OM é perpen- dicular à secante s (ou à corda AB), como pode ser observado na Figura 87. Figura 87 Reta s secante a uma circunferência . Tangente Uma reta tangente a uma circunferência (Figura 88) é uma reta que intercepta a circunferência em um único ponto. O ponto comum entre a reta e a circunferência é denominado ponto de tangência. Na Figura 88, vemos { }t T . © Geometria I9494 Figura 88 Reta t tangente a uma circunferência . Propriedade da tangente Toda reta perpendicular a um raio na sua extremidade da circunferência é tangente à circunferência e toda tangente a uma circunferência é perpendicular ao raio no ponto de tangência. Posições Considere uma reta s, uma circunferência ( , )O r e d a distância do centro O à reta s ,( )O sd d . Há três possibilidades para s e : d r : },{ BAs , isto é, s e são secantes. d r : { }s T , isto é, s e são tangentes. d r : s , isto é, s e são externas ou não se interceptam. Posições relativas de duas circunferências Uma circunferência 2 é interna a outra circunferência 1 (Figura 89) se todos os pontos da primeira são pontos internos da segunda ( 2 interna à 1 ). Claretiano - Centro Universitário 95© U1 - Geometria: Conceitos Básicos Figura 89 Circunferências internas. Uma circunferência 2 é tangente interna a outra 1 (Figura 90) se tem um único ponto comum, e os demais pontos da primeira são pontos internos da segunda ( 2 tangente interna à 1 ). Figura 90 Circunferências tangentes internas. Duas circunferências são secantes (Figura 91) se têm dois pontos comuns ( 2 e 1 são secantes). Figura 91 Circunferências secantes. © Geometria I9696 Uma circunferência 2 é tangente externa (Figura 92) a ou- tra 1 se tem um único ponto comum, e os demais pontos de uma são pontos externos a outra ( 2 tangente externa à 1 ). Figura 92 Circunferências tangentes externas. Duas circunferências são externas (Figura 93) se os pontos de uma delas são pontos externos a outra ( 2 externa à 1 ). Figura 93 Circunferências externas. Segmentos tangentes – quadriláteros circunscritíveis Se de um ponto P externo a uma circunferência ),( rO con- duzirmos os segmentos PA e PB , ambos tangentes à , com A e B na circunferência, então PA PB , como pode ser observado na Figura 94. O centro O de pertence à bissetriz de ˆAPB . Claretiano - Centro Universitário 97© U1 - Geometria: Conceitos Básicos Figura 94 Segmentos tangentes à circunferência. Um quadrilátero convexo é circunscrito a uma circunferên- cia ( , )O r se, e somente se, seus quatro lados são tangentes à circunferência. Na Figura 95, o quadrilátero ABCD é circunscrito a ou é inscrita no quadrilátero ABCD. Figura 95 Quadrilátero circunscrito a uma circunferência. Se um quadrilátero convexo é circunscrito a uma circunfe- rência, a soma de dois lados opostos é igual à soma dos outros dois. AB CD AD BC (Condição necessária). Ângulos na circunferência Ângulo central relativo a uma circunferência é o ângulo que tem o vértice no centro da circunferência (Figura 96). Se em uma circunferência de centro O um ângulo central determina um arco AB (ou AB ), podemos afirmar que: © Geometria I9898 • AB é o arco correspondente ao ângulo central AÔB. • AB é arco subentendido por AÔB. • A medida de um arco de circunferência é igual à medida do ângulo central correspondente. Figura 96 Ângulo central AÔB em uma circunferência. Ângulo inscrito relativo a uma circunferência é um ângulo que tem o vértice na circunferência e os lados são secantes a ela (Figura 97). • Na Figura 97, ˆAPB é ângulo inscrito. • AB é o arco correspondente ao ângulo ˆAPB . • AÔB é o ângulo central correspondente ao ângulo inscrito ˆAPB . • A medida de um ângulo inscrito é igual à metade da me- dida do arco correspondente ou igual à medida do ângulo central. • Todo ângulo inscrito em uma semicircunferência é reto. Na Figura 97, se considerarmos um triângulo com os vértices nos pontos A, B e P, o triângulo ABP é retângulo em B, pois o seg- mento AP é o diâmetro da circunferência. Claretiano - Centro Universitário 99© U1 - Geometria: Conceitos Básicos Figura 97 Ângulo inscrito em uma circunferência. Ângulo de segmento ou ângulo semi-inscrito (Figura 98) relativo a uma circunferência é um ângulo que tem o vértice na circunferência, um lado secante e o outro lado tangente à circun- ferência: • Um ângulo de segmento é metade do ângulo central cor- respondente, ou a medida de um ângulo de segmento é metade da medida do arco correspondente. • Na Figura 98, BAP é ângulo de segmento. • AB é o arco correspondente ao ângulo BAP . • AÔB é o ângulo central correspondente ao ângulo de seg- mento BAP . • A medida de um ângulo de segmento é igual à metade da medida do arco correspondente ou do ângulo central. Figura 98 Ângulo de segmento ou ângulo semi-inscrito. © Geometria I100100 Veja alguns exemplos de aplicações dos conceitos estudados anteriormente sobre circunferências. Exemplo 1 Considere duas circunferências de raios 4 r cm e 6 R cm (Figura 99), com centros distantes 12 cm . Calcule o raio da menor circunferência tangente externamente às duas circunferências da- das e faça um esboço (desenho). Para resolver este problema, devemos considerar que se a distância entre os centros das circunferências é 12 cm e se a soma dos raios das duas circunferências resulta 10 cm, deduz-se que estas circunferências são externas entre si e, portanto, sobram dois centí- metros entre elas. Podemos, então, construir uma circunferência de raio 1 cm que seja tangente as outras duas circunferências. Figura 99. Exemplo 2 Determine a medida do ângulo x nas Figuras 100 e 101, con- siderando O como centro da circunferência. Na Figura 100, o ângulo BÔC é central e corresponde ao ân- gulo inscrito BÂC. Portanto, BÂC é metade de BÔC: ˆ 121ºˆ 60,5º 2 2 BOCBAC x Claretiano - Centro Universitário 101© U1 - Geometria: Conceitos Básicos Figura 100. Da mesma forma, na Figura 101, o ângulo BÔC é central e corresponde ao ângulo inscrito BÂC. Figura 101. Portanto, BÂC é metade de BÔC: ˆ 88ºˆ 44º 2 2 BOCBAC x Exemplo 3 Calcule x nas Figuras 102 e 103, sendo O centro da circunfe- rência. Na Figura 102, o triângulo BOC é isósceles e, portanto, a soma dos ângulos internos é igual a 180°. Assim, os ângulos CBO e BCO são congruentes de medida 42°. Portanto, obtemos: 180 42 42 96BÔC BÔC . © Geometria I102102 Figura 102. Como o ângulo BAC é inscrito, temos: ˆ 96ˆ 48º 2 2 BOCBAC x . Se o ângulo ˆ 106ºABC , então o arco AC mede o do- bro do ângulo ˆABC , ou seja, o arco AC mede 212o (Figu- ra 103). Então, o arco CA , que corresponde ao ângulo inscri- to ˆADC , mede 360º 212º 148º . Portanto, o ângulo inscrito 148ºˆ 74º 2 ADC x . Figura 103. 9. QUESTÕES AUTOAVALIATIVAS Sugerimos que você procure responder, discutir e comentar as questões a seguir que tratam da temática desenvolvida nesta unidade, ou seja, dos conceitos básicos de Geometria. Claretiano - Centro Universitário 103© U1 - Geometria: Conceitos Básicos A autoavaliação pode ser uma ferramenta importante para você verificar o seu desempenho. Se você encontrar dificuldades em respon- der a essas questões, procure revisar os conteúdos estudados para sa- nar as suas dúvidas. Esse é o momento ideal para que você faça uma revisão desta unidade. Lembre-se de que, na Educação a Distância, a construção do conhecimentoocorre de forma cooperativa e colabora- tiva; compartilhe, portanto, as suas descobertas com os seus colegas. Confira, a seguir, as questões propostas para verificar o seu desempenho no estudo desta unidade: 1) Usando quatro pontos todos distintos, sendo três deles colineares, quantas retas podemos construir? 2) É comum encontrarmos mesas com 4 pernas que, mesmo apoiadas em um piso plano, balançam e nos obrigam a colocar um calço em uma das pernas, se a quisermos firme. Explique, usando argumentos de Geometria, por que isso não acontece com uma mesa de 3 pernas. 3) Em uma reta r, tomemos os segmentos AB e BC e um ponto P, de modo que AB seja o quíntuplo de PC , BC seja o quádruplo de PC e 80 AP cm . Sen- do M e N os pontos médios de AB e BC , respectivamente, determine MN . 4) Na figura a seguir, determine o valor do ângulo â. 5) Na figura a seguir, determine os valores de x e y, sabendo que o segmento OP é bissetriz do ângulo AOB . © Geometria I104104 6) Se o ABC é isósceles de base BC , determine x, sabendo que 2 10B x e 30C . 7) Na figura a seguir, o triângulo ABC é congruente ao triângulo DEC. Determi- ne o valor de a e b . 8) Escreva o nome de um polígono regular de 15 lados e calcule as medidas de um ângulo interno e de um ângulo externo desse polígono regular. 9) Considere duas circunferências de raios 6 r cm e 8 R cm , com centros distantes 20 cm. Calcule o raio da menor circunferência tangente externa- mente às duas circunferências, tal que os três centros sejam colineares. 10) Na figura a seguir, o quadrilátero ABCD está inscrito na circunferência. Deter- mine a medida do ângulo BCD . Gabarito Confira, a seguir, as respostas corretas para as questões au- toavaliativas propostas: Claretiano - Centro Universitário 105© U1 - Geometria: Conceitos Básicos 1) Quatro retas distintas. 2) Postulado da determinação de um plano. 3) Três possibilidades: 36 cm, 45 cm 20 cm. 4) 120o. 5) o10x e o50y . 6) 20. 7) 10 e 10. 8) Pentadecágono; 156o; 24o. 9) O raio é 3 cm. 10) 92o. 10. CONSIDERAÇÕES Com o estudo desta unidade, você teve a oportunidade de revisar conceitos e conteúdos relacionados às noções e às proposi- ções primitivas, segmento, ângulo, triângulo, paralelismo, perpen- dicularismo, polígonos e circunferência. Na Unidade 2, estudaremos os conceitos matemáticos re- ferentes aos conteúdos do Teorema de Tales, da semelhança de triângulos, triângulos retângulos, polígonos regulares, além da equivalência plana, figuras equivalentes, áreas de superfícies pla- nas, áreas de polígonos, área do círculo e razão entre áreas. 11. E REFERÊNCIAS NOÉ, M. Geometria plana. Disponível em: <http://www.brasilescola.com/matematica/ geometria-plana.htm>. Acesso em: 19 set. 2013a. ______. Paralelismo. Disponível em: <http://www.brasilescola.com/matematica/ paralelismo-1.htm>. Acesso em: 19 set. 2013b. © Geometria I106106 12. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BARBOSA, J. L. M. Geometria euclidiana plana. 5. ed. Rio de Janeiro: SBM, 2002. BORGES, G. C. M. Noções de Geometria descritiva: teoria e exercícios. 7. ed. Porto Alegre: Sagra Luzzatto, 1998. DINIZ, M. I. S. V. O conceito de ângulo e o ensino de Geometria. 3. ed. São Paulo: IME-USP, 1998. v. 3. KALEFF, A. M. M. R. Quebra-cabeças geométricos e formas planas. 2. ed. Niterói: EdFF, 1999. LINDQUIST, M. M. (Org.). Aprendendo e ensinando Geometria. Tradução de Hygino H. Domingues. São Paulo: Atual, 2003. OCHI, F. H. O uso de quadriculados no ensino da Geometria. 3. ed. São Paulo: IME-USP, 1997. v. 1. PINHEIRO, V. A. Noções de Geometria descritiva: ponto, reta, plano. 3 ed. Rio de Janeiro: Ao Livro Técnico, 2000. v. 1. REZENDE, E. Q. F.; QUEIROZ, M. L. B. Geometria euclidiana plana e construções geométricas. Campinas: Editora da Unicamp, 2000.
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