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Geometria Euclidiana Plana e Espacial Área de figuras planas Material Teórico Responsável pelo Conteúdo: Profa. Ms. Conceição Aparecida Cruz Longo Revisão Textual: Prof. Ms. Claudio Brites 5 • Perímetro e área das principais figuras geométricas • Fórmulas da área de algumas figuras geométricas • Área de outras figuras geométricas Área de fi guras planas Você já precisou comprar cerâmica para revestir pisos e paredes de algum cômodo de sua casa? Ou calcular a quantidade de tinta para pintar uma parede? A maioria desses cálculos está relacionada com o cálculo da área de superfícies planas. O estudo da área de figuras planas está ligado aos conceitos relacionados à Geometria Euclidiana, embasada no estudo do ponto, da reta e do plano. No mundo em que vivemos, existem muitas formas planas, que são construídas a partir dos elementos básicos citados anteriormente. Desde a antiguidade, o homem necessitou determinar a medida da superfície de áreas, com objetivos voltados, por exemplo, para a plantação ou construção de moradias. Dessa forma, foi possível uma melhor organização na ocupação do espaço. Dentro do estudo de área dos quadriláteros, você verá como calcular a área das seguintes figuras geométricas: quadrados, retângulos, paralelogramos, trapézios e losangos. No estudo de áreas dos triângulos, você verá como determinar esse cálculo de diversas maneiras: com as medidas da base e altura do triângulo; com as medidas dos catetos de um triângulo retângulo; com as medidas dos lados de um triângulo equilátero; e com as medidas dos lados de um triângulo qualquer. No estudo de área do círculo, você verá uma demonstração da fórmula da área dessa figura e como calculá-la a partir da medida do seu raio. 6 Unidade: Área de fi guras planas Contextualização Para iniciar a nossa conversa de hoje, vamos imaginar a seguinte situação: Raul irá trocar o revestimento do piso de seu quarto por um piso cerâmico. Veja a planta do quarto de Raul com as medidas internas: 4,80 m 3,30 m A piso cerâmico que Raul escolheu tem o modelo e as dimensões seguintes: 30 cm 30 cm Desconsiderando o rejuntamento, quantas peças de cerâmica serão necessárias para revestir todo o quarto? As dimensões do quarto de Raul são de 4,80m x 3,30m. Quantas placas de cerâmica podemos colocar no lado maior e no lado menor? 7 Para isso, dividimos a medida das dimensões do quarto pelas dimensões da cerâmica: 4,80 metros = 480 centímetros 480 : 30 = 16 cerâmicas 3,30 metros = 330 centímetros 330 : 30 = 11 cerâmicas O total de cerâmicas será 16 x 11 = 176 cerâmicas. Para arrematar o piso, Raul colocará em volta de todo o quarto um pedaço da cerâmica, como mostra a figura a seguir: Desconsiderando o vão da porta, calcule quantas peças serão gastas em todo rodapé? A volta toda do quarto mede (2 x 4,80) + (2 x 3,30) = 16,2 m ou 1620 cm 1620 cm : 30 cm = 54 “pedaços” de cerâmica. Como cada cerâmica dá 3 “pedaços”, para revestir os rodapés, serão necessárias 18 cerâmicas. Sem contar as perdas com quebras, Raul precisará comprar, em média, 194 cerâmicas para revestir o seu quarto. 8 Unidade: Área de fi guras planas Perímetro e área das principais fi guras geométricas Perímetro Pense na seguinte situação: um fazendeiro quer saber quantos metros de arame serão gastos para cercar um terreno com formato retangular para pastagem de gado. Intuitivamente, sabemos que, para calcular a quantidade de arame necessário, será preciso determinar as medidas de cada lado do terreno para depois somá-las, e assim obteremos a quantidade de arame necessário. A esse procedimento damos o nome de perímetro. O perímetro de uma figura é representado por 2p. Assim, o perímetro da figura abaixo será: 2p = 14 + 6 + 14 + 6 = 40 cm Exercício resolvido 1) Calcule o perímetro da figura seguinte: O perímetro da figura é a soma de todos os seus lados: 2p = 10 + 8 + 3 + 1 + 2 + 7 + 2 +3 2p = 18 + 4 + 9 + 5 2p = 22 + 14 2p = 36 9 A unidade de medida utilizada no cálculo do perímetro é a mesma unidade de medida de comprimento: metro, centímetro, quilômetro, etc. 2) Se o perímetro de um quadrado é de 60 cm, qual é a medida de cada lado desse quadrado? O quadrado é um quadrilátero com todos os lados congruentes (com a mesma medida). Dessa forma, para encontrar a medida do lado de um quadrado com 60 cm de perímetro, basta dividir 60 por 4. 60 : 4 = 15 Portanto, o lado do quadrado mede 15 cm. 3) Um fazendeiro quer cercar um terreno retangular de 180 m de comprimento por 45 m de largura, passando 5 fios de arame ao redor do terreno. Se o metro de arame custa R$ 3,50, qual será o valor gasto pelo fazendeiro? O perímetro desse terreno será: 2p = 180 + 180 + 45 + 45 = 450 m (corresponde a passar um fio de arame). Como o problema diz que o fazendeiro irá passar 5 fios de arame, multiplicamos esse comprimento por 5: 450 x 5 = 2.250 m. Se cada metro de arame custa R$ 6,50, multiplicaremos 2.250 por 3,50: 2.250 . 3,50 = 7.875 Ou seja, o fazendeiro irá gastar com arame R$ 7.875,00. As principais figuras geométricas planas e o cálculo de seus perímetros são: 10 Unidade: Área de fi guras planas Aqui aparece o número Pi que representamos com o símbolo π. Note que o perímetro do círculo é o comprimento da circunferência. É interessante saber que o valor de π foi determinado na antiguidade, como a relação entre a medida do comprimento da circunferência e a medida do seu diâmetro, isso se deu porque os povos antigos precisavam desse valor para desenhar o projeto de suas construções. Em 500 a.C., Pi era tido como π = 3. Em 250 a.C., Arquimedes usou o valor π = 3,1463. Durante séculos os matemáticos procuraram o valor exato de sem sucesso, com a invenção do computador já se calculou trilhões de casas decimais para esse número, sem que se obtivesse uma dízima periódica. Exercício resolvido 4) Determine quantos metros, aproximadamente, uma pessoa percorrerá se der 5 voltas completas em torno de um canteiro circular de 2 m de raio? Comprimento de uma por volta C = 2. π . r C = 2 . 3,14 . 2 C = 12,56 m Comprimento do percurso 5 x 12,56 = 62,8 Portanto, comprimento do percurso é de 62,8 m. 5) O pneu de um veículo com 400 mm de raio, quando dá uma volta completa, percorre quantos metros aproximadamente? Primeiro, vamos transformar 400 mm em metros. Para isso, basta dividir 400 por 1000. 400 : 1000 = 0,4 m Agora, vamos calcular o comprimento de uma volta, que é o comprimento da circunferência do pneu. C = 2. π . r C = 2 . 3,14 . 0,4 11 C = 2,512 m Portanto, ao dar uma volta completa, o pneu percorre aproximadamente 2,5 m. Medidas de superfície Para medir uma superfície calculamos o número de vezes que a unidade de medida cabe nessa superfície. Exemplo Se quisermos recobrir o piso ao lado, são necessárias 9 lajotas. Unidades de medidas de área Um metro quadrado (1m²) é a área de um quadrado de um metro de lado. Exemplo A figura abaixo possui 40 cm², pois são necessários 40 quadrados de 1cm de lado para recobrir toda a figura. 12 Unidade: Área de fi guras planas Fórmulas da área de algumas fi guras geométricas Área quadriláteros Quadrilátero é toda figura geométrica plana que possui quatro lados. Em um quadrilátero, dois lados não consecutivos ou dois ângulos não consecutivos são chamados de opostos. Um quadrilátero ABCD apresenta: · o lado AB oposto ao lado CD e o lado BC oposto ao lado AD; · o ângulo A oposto ao ângulo C e o ângulo B oposto ao ângulo D. Em um quadrilátero ABCD, como o da figura seguinte, temos os seguintes elementos comuns: Vértices: nome dado aos pontos A, B, C, e D (pontos de interseção entre os lados); Lados: os segmentos de reta AB, BC, CD e DA; Diagonais: são duas. Os segmentos de retas AC e BD; Ângulos internos: são quatro. Os ângulos A, B, C e D^^ ^ ^ ; 13 Área de quadrados A área de um quadrado é obtida pela expressão A = a². Em que, a é a medida de seus lados. Essa medidaa pode corresponder a 1 metro, 1 centímetro, 1 quilômetro, 1 hectômetro... Ou mesmo corresponder a qualquer medida de comprimento que se tome como padrão. Calcular a área de um quadrado é obter o produto da medida da base por si mesma, ou seja, é obter o quadrado da medida de um de seus lados. Assim: A = a². Exercício resolvido 1) Determinar a área do quadrado cujos lados medem 30 cm. A = a² A = (30)² A = 900 cm² 2) Calcule a área do quadrado cujo lado mede 2,5 m. A = a² A = (2,5)² A = 6,25 m² 3) Calcule a medida dos lados de um quadrado cuja área é igual a 144 cm². A = a² 144 = a² a = a = ± 12 a = 12 Resposta: O lado do quadrado mede 12 cm. 14 Unidade: Área de fi guras planas Informação Veja que o sinal mais ou menos (±) exprime a existência de dois valores para a raiz quadrada. Nesse caso, a medida do comprimento é sempre um número positivo. Área de retângulos O retângulo ABCD apresentado na figura acima tem altura medindo a unidades e comprimento medindo b unidades. Os segmentos horizontais e os segmentos verticais que passam pelo interior do retângulo dividem o retângulo em a · b quadrados, tendo 1 unidade de área cada um. O número de unidades de área do retângulo é obtido pelo produto do número de unidades do comprimento da base pelo número de unidades da altura. A área do retângulo pode ser representada pela expressão: A = b · h. Exercício resolvido 1) Obter a área do retângulo cujo comprimento da base são 15 unidades de comprimento (15 u.c.) e o comprimento da altura são 7 unidades de comprimento (7 u.c.). Considerando que a área do retângulo é dada pela expressão A = b · h, temos: 15 A = b · h = 15 · 7 = 105 u.a. 2) Num campeonato de futebol, a equipe organizadora está providenciando o gramado que será plantado em toda área do campo. Para comprar as gramas, precisa saber qual é a área do campo, pois a grama é vendida por metro quadrado. Sabendo que o campo apresenta 115 m de comprimento por 75 m de largura e o formato retangular, diga quantos metros quadrados de área o campo de futebol tem? A = b . h A = 115 . 75 A = 8 625 A equipe deverá comprar 8.625 m² de grama. Área de paralelogramos Paralelogramo é o quadrilátero que tem dois pares de lados opostos paralelos. No quadrilátero da figura seguinte, temos: AB // CD e AD // BC. Qualquer lado do paralelogramo pode ser tomado como sua base (cuja medida será chamada de b). Nesse caso, tomamos como base o segmento AB. A altura do paralelogramo corresponde à medida h do segmento perpendicular à reta que contém a base até o ponto onde este segmento de reta intercepta o lado oposto do paralelogramo. Nesse caso, o segmento de reta perpendicular à base é o segmento DE. 16 Unidade: Área de fi guras planas Para compreender como calcular a área do paralelogramo, imagine o recorte da figura em duas partes, obtendo um triângulo retângulo e um quadrilátero. Transfira o triângulo retângulo da figura anterior para o outro extremo da figura. A figura resultante, como você pode ver na imagem seguinte, é um novo quadrilátero: o retângulo de vértices E’, E, D e D’ A figura obtida é um retângulo cuja base mede b unidades de comprimento e cuja altura mede h unidades de comprimento. Lembre-se que h coincide com a medida da altura do paralelogramo. Portanto, a área do paralelogramo ABCD pode ser obtida da mesma expressão de área do retângulo E’EDD’, que é igual a A = b · h. Pense Nos paralelogramos podemos observar as seguintes propriedades: os lados opostos são congruentes; cada diagonal o divide em dois triângulos congruentes; os ângulos opostos são congruentes; as diagonais interceptam-se em seu ponto médio. 17 Exercício resolvido 1) Determine a área do paralelogramo, representado na figura a seguir: A = b · h A = 30 m · 12 m A = 360 A área do paralelogramo é igual a 360 m². 2) Calcule a altura do paralelogramo que tem 30 mm de base, para que ele tenha área igual a 3,9 cm². A área do paralelogramo é dada pela expressão A = b · h. Observe que: b = 30 mm = 3 cm (30 : 10) e que A = 3,9 cm² A = b · h 3,9 = 3 . h h = 3,9 : 3 h = 1,3 A altura do paralelogramo é de 1,3 cm. Área de losangos O losango é uma figura geométrica que apresenta as seguintes características: · Possui duas diagonais que podem ter medidas diferentes, representadas por d (diagonal menor – segmento AC) e por D (diagonal maior – segmento BD); · Suas diagonais se cruzam formando ângulos de 90º no centro do losango e dividindo-o em 4 triângulos retângulos. A área do losango é o semiproduto da soma das medidas das diagonais, ou seja, A = (d · D) Acompanhe, na demonstração a seguir, como essa fórmula foi encontrada. 18 Unidade: Área de fi guras planas Tome dois losangos, como os da figura seguinte: Dividindo um desses losangos sobre as diagonais, ou seja, em 4 partes iguais, que são triângulos retângulos. Encaixe as quatro partes do primeiro losango no segundo losango (o inteiro) para formar uma figura já conhecida. Uma das figuras conhecidas que pode ser formada é um retângulo de altura, que tem a mesma medida da diagonal maior e cuja base tem a mesma medida da diagonal menor. Ou seja, a área do retângulo é dada por: A = b·h A = d . D. 19 Como essa expressão é referente à área de dois losangos, podemos afirmar que: 2 A = d . D A = d. D 2 Exercício resolvido 1) Calcule a área do losango cujas diagonais medem 2,8 m e 1,0 m. A = d . D = 1 . 2,8 = 1,4 2 2 Resposta: A = 1,4 m2. 2) A medida da diagonal maior de um losango é igual a 18 cm e a diagonal menor mede um terço dessa medida. Determine a área desse losango. D = 18 d = 1 . 18 = 6 cm 3 A = d . D = 6 . 18 = 54 2 2 Resposta: A = 54 cm² Área de trapézios Trapézio é qualquer quadrilátero que apresenta somente dois lados paralelos e que chamamos de bases. O menor desses lados paralelos é chamado de base menor, de medida b. O maior desses lados paralelos é a base maior, de medida B. A menor distância entre as bases é a altura do trapézio, que representaremos pela medida h. Na figura seguinte, a altura é segmento DE. A área do trapézio é a média aritmética das medidas das bases multiplicada pela medida da altura, isto é: A = (B + b) . h 2 20 Unidade: Área de fi guras planas Para entender como foi obtida essa fórmula, podemos construir dois trapézios idênticos e encaixando-os lado a lado, para encontrar um paralelogramo cujas bases tem medida B + b e altura de medida h. A área da figura obtida pela união dos dois trapézios é igual a (B + b) · h, que é o dobro da área de cada trapézio. Assim, temos que dividir por 2 para obter a área do trapézio e obter: A = (B + b) . h 2 Exercício resolvido 1) Determine a área do trapézio cuja altura h é igual a 80 cm e cujas bases medem 2,5 m e 1,4 m. Os dados do enunciado são: h = 80 cm = 0,80 m; b = 1,4 m e B = 2,5. Substituindo-os na expressão da área do trapézio, temos: A = (B + b) . h 2 A = (2,5 + 1,4) . 0,8 = 3,9 . 0,8 = 1,56m2 2 2 2) Determine a medida da base maior de um trapézio com 150 cm² de área, 10 cm de altura e base menor medindo 12 cm. Dados do problema: A = 150 cm² h = 10 cm b = 12 cm B = x A = (B + b) . h 2 150 = (x + 12) . 10 2 150 = (x + 12) . 5 150 = 5x + 60 5x = 150 – 60 5x = 90 x = 18. Portanto, a base maior do trapézio mede 18 cm. 21 Área de outras fi guras geométricas Área de triângulos Triângulo é a figura geométrica que apresenta três lados e três ângulos internos. · Área de um triângulo conhecendo-se as medidas da base e da altura A área de um triângulo é a metade do produto da medida de sua base pela medida de sua altura, isto é: b.hA .= 2 Exercício resolvido 1) Calcule a área do triângulo cujas medidas de base e altura são, respectivamente, iguais a 30 cme 12 cm. Basta substituir os valores na fórmula A = b . h = 30. 12 = 180cm² 2 2 · Área do triângulo equilátero Para calcular a área do triângulo equilátero pela fórmula A = b . h , é preciso calcular 2 primeiramente o valor de h. Veja, que a altura do triângulo equilátero dividiu o triângulo em dois triângulos idênticos. Como esses triângulos são retângulos, podemos aplicar o Teorema de Pitágoras para calcular a medida de h. 22 Unidade: Área de fi guras planas Agora podemos calcular a área do triângulo equilátero: A = , em que a é a medida do lado do triângulo equilátero. Portanto, a área do triângulo equilátero é dada pela fórmula: Exercício resolvido 1) Calcule a área do triângulo equilátero que tem perímetro igual a 15 cm. Para calcular a área do triângulo, devemos lembrar que o perímetro de um triângulo equilátero é dado pela expressão 3a. Como 3a = 15 a = 5 cm. Assim, a área do triângulo equilátero é: A = é aproximadamente 1,73, portanto, área do triângulo equilátero é de 10,8125 cm². 23 · Área de um triângulo retângulo Para calcular a área de um triângulo retângulo, basta conhecer as medidas de seus catetos. Em um triângulo retângulo, os lados menores são chamados de catetos. Quando consideramos um dos catetos como a base do triângulo, como na figura seguinte, o outro cateto passa a coincidir com a altura da figura. Para calcular a fórmula do triângulo retângulo, temos a fórmula b.hA ,= 2 e, nesse caso, o produto b · h é o produto dos catetos. Exercício resolvido 1)Calcule a área do triângulo retângulo cujos lados menores medem 1,5 m e 2,0 m. Nesse caso, como 1,5 m e 2,0 m são os lados menores, eles são os catetos do triângulo retângulo, assim a altura h coincide com um dos catetos. A = b . h = 1,5 . 2,0 = 3 = 1,5 2 2 2 A área, nesse caso, é de 1,5 m². 2) Calcule a área do triângulo retângulo seguinte. Primeiro, vamos calcular a medida do outro cateto (altura) do triângulo. Para isso, vamos usar a fórmula de Pitágoras. a² = b² + c² 10² = b² + 8² 100 = b² + 64 24 Unidade: Área de fi guras planas b² = 100 – 64 b² = 36 b = 6 (altura do triângulo) A = b . h = 8 . 6 = 48 = 24 2 2 2 A área, nesse caso, é de 24 cm². · Cálculo da área de um triângulo pela fórmula de Heron Considere o perímetro de um triângulo de lados a, b e c, ou seja, 2p = a + b + c. O valor do semiperímetro dessa figura é p = a + b + c 2 A área do triângulo citado pode ser expressa pela fórmula: A = que é chamada de fórmula de Heron. Exercício resolvido 1) Calcular a área de uma região triangular cujos lados medem 21 cm, 28 cm e 45 cm. Primeiro, vamos calcular p. Para isso, substituímos a por 21 cm, b por 28 cm, c por 45 cm: 2p = (21 + 28 + 45) cm 2p = 94 cm p = 47 cm. Agora, vamos calcular a área. A = 215,49 cm² (aproximadamente) 25 2) Calcule a área do triângulo a seguir. 2p = (9 + 7 + 14) 2p = 30 p = 15 cm. Agora, vamos calcular a área. Área do círculo Um círculo é a figura geométrica formada pelo conjunto dos pontos internos de uma circunferência. Também chamamos círculo ao conjunto de pontos cuja distância ao centro é menor ou igual a um dado valor, que chamamos raio. A área A de um círculo pode ser expressa matematicamente por A = π · r², onde r é o raio da circunferência e π (Pi) uma constante, cujo valor é aproximadamente de 3,14. Considere dois círculos de raios iguais a r, divididos em fatias extremamente finas que se assemelhem a triângulos. Vamos abri-los para que possam ser encaixados um no outro. 26 Unidade: Área de fi guras planas Dessa forma, vamos obter um paralelogramo cujas bases têm medida igual a 2 · π · r e cuja altura tem medida igual a r. O paralelogramo obtido tem área igual a A = b · h A = (2 · π · r) · r = 2 · π · r² Lembre-se de que essa medida é obtida a partir da área de dois círculos. Então, para encontrar a área de um círculo de raio igual a r, temos que dividir 2 · π · r² por 2, assim a área do círculo é calculada pela fórmula: A = π · r² (onde π = 3,141592653589... π ≅ 3,14) Exercício resolvido 1) Determine a área de um círculo cujo raio mede 13 cm. Para calcular a área do círculo, vamos substituir essa medida (r = 13 cm) e substituir π por 3,14 na fórmula A = π · r² Logo, obteremos: A = π · r² A = (3,14) · 13² A = (3,14) · 169 A = 530,66 cm² 2) Calcule a área do círculo cujo diâmetro mede 8 cm. Diâmetro é igual a 2 · r, por tanto r = 4 cm. A = π · r² A = (3,14) · 4² A = (3,14) · 16 A = 50,24 cm² 27 Material Complementar Explore http://www.educadores.diaadia.pr.gov.br/arquivos/File/2010/artigos_teses/MATEMATICA/ dissertacao_ana_chiummo.pdf http://cursinhopimentas.org.br/wp-content/uploads/2013/06/%C3%81REAS.pdf http://carlnasc.pt/Textos/MV%20TXT/MV%200701%20PAVL1%20TXT%20V5.pdf Explore Explore Uma história da China: figuras geométricas planas Martins R. Teixeira Editora FTD As aventuras das figuras geométricas Pablo Maestro Editora Salesianas Geometria plana simples assim Wanderson Coelho Cardoso Editora Ciência Moderna Explore https://www.youtube.com/watch?v=9G3ga_2yAxI 28 Unidade: Área de fi guras planas Referências BIGODE, A.J.L. Projeto Velear: Matemática (9º ano). São Paulo: Scipione, 2012. DANTE, L. R. Matemática: Contexto e aplicações - 1º ano. São Paulo: Ática, 2011. DOLCE, Oswaldo e POMPEO, Jose Nicolau. Fundamentos de Matemática Elementar: Geometria Plana. Volume 9. 8ª ed. São Paulo: Editora Atual, 2005. PAIVA, M. Matemática: volume único. São Paulo: Moderna, 1999. RIBEIRO, J. Matemática: Ciência e linguagem: volume único. São Paulo: Scipione, 2007. SOUZA, J.R.; PATARO, P. R. Vontade de saber matemática, 6º ao 9º ano, 1. ed. São Paulo: FTD, 2009. 29 Anotações www.cruzeirodosulvirtual.com.br Campus Liberdade Rua Galvão Bueno, 868 CEP 01506-000 São Paulo SP Brasil Tel: (55 11) 3385-3000