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136 Construção do conhecimento matemático em ação Construção do conhecimento matemático em ação: eclipses, semelhança de triângulos, Teorema de Tales Se çã o 2 O Teorema de Tales O famoso Teorema de Tales afirma que: Cortando-se um feixe de retas paralelas por duas retas transversais, os segmentos determinados sobre uma transversal são proporcionais aos correspondentes determinados sobre a outra. Se tivermos a situação: Então teremos: AB BC = A’B’ B’C’ , BC CD = B’C’ C’D’ , etc. ou Para demonstrarmos o Teorema de Tales, usamos um teorema auxiliar e uma defi- nição precisa de proporcionalidade de segmentos. O teorema auxiliar é o seguinte: Cortando-se um feixe de retas paralelas por duas retas transversais e estabelecen- do-se uma correspondência entre os segmentos determinados pelas paralelas sobre as transversais, tem-se: • a segmentos iguais de uma transversal correspondem segmentos iguais da outra; • se um segmento é maior ou menor do que outro, na mesma transversal, o mesmo acontece com os segmentos correspondentes, na outra transversal. Na ilustração, temos um feixe de quatro paralelas cortadas por duas transversais. O teorema afirma que: - se tivermos AB = CD, então necessariamente teremos A´B´= C´D´; - se tivermos AB < BC, então necessariamente teremos A´B´< B´C´. Esse teorema auxiliar pode ser provado usando-se congruência de triângulos. A A‘ B B ‘ C C‘ D D‘ A A‘ B B ‘ C C‘ D D‘ AB A’B’ = BC B’C’ = CD C’D’ TP4_mat.indd 136 1/8/2008 16:30:23 137 Água – da hipótese de Tales a um problema no mundo atual Teorema de Tales, semelhança de triângulos, previsão de eclipses e determinação de distâncias inacessíveis U ni da de 1 5 Não vamos fazer aqui a demonstração do Teorema de Tales, porque vamos centrar a nossa atenção em aplicações muito interessantes relacionadas a ele, mas vamos exerci- tar o nosso raciocínio dedutivo mostrando como, a partir do Teorema, podemos deduzir outros teoremas interessantes. Se você tiver interesse em ver como se demonstra o Teorema de Tales, poderá con- sultar: BARBOSA, J. L.M. Geometria Euclidiana Plana. Rio de Janeiro: SBM, 2004. Vamos, portanto, assumir que o Teorema de Tales é verdadeiro. Atividade 2 Veja a planta de parte de um bairro em que as ruas transversais são paralelas e algumas medidas estão indicadas. Calcule o valor de x. O Teorema de Tales permite demonstrar propriedades geométricas importantes, como a seguinte: Em um triângulo, a bissetriz de um ângulo divide o lado oposto em partes pro- porcionais aos lados respectivos. Você deve se lembrar que a bissetriz de um ângulo é uma semi-reta que o divide em dois ângulos iguais. A bissetriz BI do ângulo B determina, no lado oposto, segmentos AI e IC. Queremos demonstrar que eles são proporcionais aos lados respectivos. x TP4_mat.indd 137 1/8/2008 16:30:23 138 Construção do conhecimento matemático em ação Construção do conhecimento matemático em ação: eclipses, semelhança de triângulos, Teorema de Tales Se çã o 2 Portanto, queremos demonstrar que: AI CI = AB BC ou AI AB = IC BC Veja como podemos fazer isso. Em geral, para demonstrarmos que alguma propriedade vale, precisamos fazer alguma construção auxiliar. No caso da bissetriz deste triângulo, vamos traçar uma reta paralela a ela, a partir do Ponto C: Continuando a construção, vamos prolongar a reta AB até que ela encontre, no ponto D, a reta traçada. Veja que estamos com um desenho ao qual se aplica o Teorema de Tales (embora ele esteja “deitado”): temos duas retas concorrentes (as retas azuis) cortadas por duas paralelas (as retas vermelhas). O Teorema de Tales nos afirma que vale a proporção: AI CI = AB BD Esta proporção está muito próxima da que queremos provar – na qual deve apa- recer BC em lugar de BD. Quem sabe conseguiremos provar que BD = BC? Aí, a nossa demonstração estará completa. TP4_mat.indd 138 1/8/2008 16:30:23 139 Água – da hipótese de Tales a um problema no mundo atual Teorema de Tales, semelhança de triângulos, previsão de eclipses e determinação de distâncias inacessíveis U ni da de 1 5 Olhe um pouco a figura: BD e BC são lados de um triângulo que apareceu com a nossa construção auxiliar. Para que sejam iguais, o triângulo CBD deve ser isósceles. Existe um jeito de saber se o triângulo é isósceles sem necessariamente saber que ele tem dois lados iguais: verificando se ele tem dois ângulos iguais. No caso, se conse- guirmos provar que os ângulos 1 e 4 são iguais, então também o serão os lados BD e BC, terminando nossa demonstração. Na Matemática, quando não conseguimos provar diretamente, vamos procurando caminhos para chegar lá. O nosso caminho será o seguinte: considerando os ângulos 1, 2, 3 e 4, vamos começar provando que 1 = 2, depois que 2 = 3 e finalmente que 3 = 4. Então teremos 1 = 4, que é o que queríamos. Veja: 1 = 2 (Na figura, temos duas retas paralelas cortadas por duas transversais, e 1 e 2 são ângulos correspondentes, portanto são iguais). 2 = 3 (Pela definição de bissetriz, são iguais). 3 = 4 (Na figura de paralelas cortadas por duas transversais, eles são ângulos al- ternos internos, portanto são iguais). Completamos a demonstração! Veja o que temos: o triângulo é isósceles, então BD = BC, e portanto vale a proporção que queríamos demonstrar entre as partes de- terminadas por uma bissetriz e os lados correspondentes do triângulo. Para que servem os teoremas? Os teoremas são instrumentos importantes na resolução de problemas matemáticos. Eles garantem que, sabendo-se que valem certas condições, teremos a validade de outras. Por exemplo: suponhamos que, na situação em que você está trabalhando, exista um triângulo retângulo. Essa é uma condição que você tem, que você sabe que vale. Então, o Teorema de Pitágoras lhe garante que vale a igualdade entre o quadrado da hipotenusa e a soma dos quadrados dos catetos, uma poderosa relação, garantida pela mera presença de um ângulo reto no triângulo. As condições que devem valer, a partir das quais o teorema garante que algo novo também valerá, são chamadas de hipóteses do teorema. No Teorema de Pitágoras, a hipótese é a que se tenha um triângulo retângulo. O fato novo que o teorema afirma valer, em decorrência daquela hipótese, é a tese do teorema (você já deve ter ouvido a expressão: ele defende a tese de que...). A tese do Teorema de Pitágoras é a de que o quadrado da hipotenusa é igual à soma dos quadrados dos catetos. Ao fazermos atividades matemáticas, usamos livremente teoremas, sem nos preocu- parmos se eles são verdadeiros ou não. Eles já estão consolidados dentro da teoria ma- temática, e a prova de que valem pode ser consultada em compêndios de matemática. Porque este é um fato: todo teorema que se conhece já foi um dia provado ou demonstrado. A demonstração é o raciocínio lógico-matemático que liga a hipótese à tese. Esse raciocínio pode recorrer a construções auxiliares e a outros teoremas já pro- vados. Usando a hipótese, na demonstração vão-se criando argumentos, por meio de construções, recorrendo-se a outros teoremas já provados, tudo visando à conclusão, dentro da lógica do raciocínio matemático, de que a tese é válida. Nesta Unidade, optamos por convidá-lo a trabalhar sobre alguns teoremas e suas demonstrações. TP4_mat.indd 139 1/8/2008 16:30:23 140 Construção do conhecimento matemático em ação Construção do conhecimento matemático em ação: eclipses, semelhança de triângulos, Teorema de Tales Se çã o 2 Na verdade, a atividade de resolver problemas tem pontos em comum com a de de- monstrar teoremas. Em um problema, você também tem condições iniciais que valem (as hipóteses, ou dados, do problema). E você deve, em alguns casos, determinar o valor de algo envolvido no problema. Quando você tiver achado o valor, terá chegado a uma tese, uma afirmação nova que se pode fazer na situação do problema. E o que você faz na reso- lução do problema tem pontos em comum com a demonstração de um teorema. Vocêusa os dados do problema, relaciona-os, faz construções auxiliares, recorre a outros teoremas ou procedimentos conhecidos (resoluções de equações, por exemplo) e, depois de tanto desenvolver raciocínios matemáticos corretos, chega lá, no que o problema pedia. Veja, na Atividade a seguir, que não é apenas em obras complexas de engenharia que se usa a Matemática. A qualquer momento, podemos resolver problemas do dia-a-dia usando os nossos conhecimentos. Atividade 3 Um fazendeiro vai construir o telhado de sua casa com inclinações diferentes. Para isto, usará duas vigas, de 4,5m e de 6,2m, apoiadas sobre uma base de 6m. Ele deseja colocar uma terceira viga eqüidistante das outras duas (qualquer ponto da terceira viga deve estar a igual distância das duas que formam o telhado). Deste modo, poderá fechar a estrutura do telhado com duas vigas (a e b) de igual tamanho. Ele quer saber em que ponto da base a terceira viga deve passar. Continuando a nossa conversa sobre o Teorema de Tales, vamos ver que ele é útil para provar resultados da teoria dos triângulos semelhantes. Freqüentemente, problemas que usam o Teorema de Tales usam também triângulos semelhantes. São conceitos que aparecem articulados, em inúmeras situações-problema. Devido a isso, vamos investigar melhor o conceito de semelhança em triângulos. TP4_mat.indd 140 1/8/2008 16:30:23