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Aula I: Elementos Primitivos e Axiomas de Incidência e Ordem Aula I Elementos Primitivos e Axiomas de Incidência e Ordem1 Os elementos básicos do estudo da Geometria são as idéias de ponto, reta e plano. Apesar dessas palavras serem conceitos importantes e intuitivos, são difíceis de definir. O ponto, a reta e o plano não existem no mundo real, são instrumentos que usamos para modelar a natureza. Um grão de areia, uma vareta ou um tampo de mesa nos dão a idéia de ponto, reta e plano, mas nunca vimos um grão de areia que não tenha volume (mesmo pequeno), uma vareta que não tenha espessura e se prolongue indefinidamente, ou um tampo de mesa que se prolongue em todas as direções... Podemos, porém, imaginar esses elementos e estudar suas propriedades. Indo mais além, podemos imaginar partes desses elementos (semi-retas, segmentos, semiplanos, etc.), composições dessas partes (ângulos, triângulos, circunferências, etc.) e estudar suas propriedades. Em nosso estudo da Geometria, não definiremos ponto, reta e plano: esses serão elementos primitivos. Usaremos letras maiúsculas (A, B, C, etc.) para designar pontos, letras minúsculas (a, b, c, etc.) para designar retas, e letras do alfabeto grego (α, β, γ, etc.) para designar planos. Veja na figura abaixo como serão representados no papel os elementos primitivos ponto, reta e plano. Para evoluir em nosso estudo da Geometria Euclidiana precisamos estabelecer algumas relações entre os elementos primitivos, chamadas de axiomas ou postulados. Axiomas são verdades primitivas, aceitas a priori, e que refletem propriedades dos objetos do mundo real que estamos modelando. Eles devem, a princípio, serem de fácil aceitação como verdades evidentes. A partir dos axiomas é possível demonstrar outras afirmações, chamadas de proposições ou teoremas. 1 Esse texto é um resumo da Aula I da referência: Geometria Básica, Volume I - Módulo I, Autores: Edson Luiz Cataldo Ferreira, F. X. Fontene Neto e Isabel Lugão Rios; CEDERJ. 1/5 Aula I: Elementos Primitivos e Axiomas de Incidência e Ordem Nesta aula, veremos alguns axiomas, começando pelos Axiomas de Incidência: • Existem infinitos pontos no plano. • Por dois pontos distintos passa uma única reta. • Dada uma reta, existem infinitos pontos pertencentes a ela, e infinitos pontos fora dela. Para indicar que um ponto está em uma reta, plano, etc., usaremos o símbolo ∈ (pertence). Assim a expressão A ∈ r significa que o ponto A pertence à reta r, ou está na reta r. Nesse caso, diz-se também que r passa pelo ponto A. A reta que passa pelos pontos A e B será denotada por Para indicar que uma reta está contida em um plano, usaremos o símbolo ⊂. Assim a expressão r ⊂ α significa que a reta r está contida no plano α. O segundo axioma acima diz que, dados dois pontos distintos A e B, sempre existe uma (única) reta que passa pelos dois. Se forem dados três pontos, ao invés de dois, pode ser que não exista uma reta que passe pelos três, como é o caso dos pontos A, B e C na representação abaixo que, neste caso, são chamados de pontos não colineares. • A • B • c Dadas duas retas no plano, há três possibilidades: elas se intersectam em um único ponto (retas concorrentes), elas não se intersectam (retas paralelas) ou elas têm todos os pontos em comum (retas coincidentes). Faça a representação dos três casos você mesmo! Defnição 1: Se um determinado conjunto de pontos está contido em uma mesma reta, dizemos que esses pontos são colineares. Introduziremos a noção de ordem para pontos de uma mesma reta. Para isso, considere uma reta r e sobre ela três pontos distintos A, B e C (veja a próxima figura). Observe que o ponto B encontra-se entre A e C. Além disso, existem outros pontos entre A e C (além de B); só não estão destacados na figura e não designamos letras para eles. Existem também pontos que não estão entre A e C. 2/5 Aula I: Elementos Primitivos e Axiomas de Incidência e Ordem Esses fatos são bastante intuitivos e fazem parte do que chamamos axiomas de ordem: • Dados três pontos colineares distintos dois a dois, um deles, e apenas um, está entre os outros dois. • Dados dois pontos distintos A e B, existe sempre um ponto C que está entre A e B, e um ponto D tal que A está entre D e B. Enfatizamos que a noção de ordem é para pontos que estão sobre uma mesma reta. Assim, quando dizemos que B está entre A e C, em particular, estamos afirmando que A, B e C são colineares e diferentes. Além disso, dizer que B está entre A e C é o mesmo que dizer que B está entre C e A. Com a noção de ordem que acabamos de introduzir, podemos definir alguns subconjuntos ou partes de uma reta que são muito importantes. Defnição 2: Chamamos segmento de reta AB ao conjunto formado por A, B e todos os pontos que estão entre A e B, ou seja, o “pedaço” da reta que começa em A e termina em B (ou que começaa em B e termina em A). Com o intuito de definir outros elementos importantes para nosso estudo (semiplano e semi-reta), introduzimos mais um axioma: • Uma reta r do plano α separa o conjunto dos pontos desse plano que não pertencem a r em dois conjuntos, α′ e α′′ , tais que: − α′ e α′′ são disjuntos (não têm elementos em comum). − Se A ∈ α′ e B ∈ α′′, então AB intersecta r (o segmento AB e a reta r têm um elemento em comum). − Se A e B estão ambos em α′ (ou em α′′ ), então o segmento AB não intersecta a reta r. Defnição 3: Os conjuntos α′ e α′′ referidos anteriormente são chamados semiplanos determinados pela reta r. Na próxima figura, A e B pertencem a um mesmo semiplano, pois o segmento AB não intersecta r. Dizemos que A e B estão em um mesmo lado de r. Os pontos C e D estão em semiplanos opostos, pois CD intersecta r. Dizemos que C e D estão em lados opostos de r. 3/5 Aula I: Elementos Primitivos e Axiomas de Incidência e Ordem Da mesma forma, um ponto pertencente a uma reta separa essa reta em dois conjuntos. Mais precisamente, se A está entre B e C e r é a reta que contém esses três pontos, o ponto A separa a reta r em duas partes, uma contendo o ponto B e outra contendo o ponto C. Defnição 4: As partes da reta, referidas acima, são chamadas semirretas determinadas pelo ponto A. A semirreta que contém o ponto B é denotada por A⃗B e a que contém o ponto C ́é denotada por A⃗C . Dizemos que a semirreta A⃗C e oposta à semirreta A⃗B (e vice-versa). Veja a figura: Defnição 5: Ângulo é uma figura formada por duas semirretas distintas e não opostas com a mesma origem. Veja a ilustração de um ângulo: 4/5 Aula I: Elementos Primitivos e Axiomas de Incidência e Ordem Se A⃗B e A⃗C são semirretas definindo um ângulo, diz-se que A é o vértice do ângulo. Para designar um ângulo usa-se a notação B ÂC , ou apenas  se não houver mais de um ângulo sendo considerado com o vértice A. As semirretas A⃗B e A⃗C são os lados do ângulo. Defnição 6: Dado um ângulo B ÂC , define-se o interior de B ÂC como o conjunto de todos os pontos que pertencem à interseção entre o semiplano que contém o ponto C e é determinado pela reta de pontos A e B, e pelo semiplano que contém B e é determinado pela reta de pontos A e C. Veja a ilustração: 5/5