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1 Triangulo especiais No plano, o triângulo (também aceito como trilátero1 ) é a figura geométrica que ocupa o espaço interno limitado por três segmentos de reta queconcorrem, dois a dois, em três pontos diferentes formando três lados e três ângulos internos que somam 180°.2 Também se pode definir um triângulo em superfícies gerais. Nesse caso, são chamados de triângulos geodésicos e têm propriedades diferentes. Também podemos dizer que o triângulo é a união de três pontos não-colineares (pertencente a um plano, em decorrência da definição dos mesmos), por três segmentos de reta.3 O triângulo é o único polígono que não possui diagonais e cada um de seus ângulos externos é suplementar do ângulo interno adjacente.3 O perímetro de um triângulo é a soma das medidas dos seus lados. Denomina-se a região interna de um triângulo de região convexa (curvado na face externa) e a região externa de região côncava (curvado na face interna). Os Tipos De Triângulos Os triângulos mais simples são classificados de acordo com os limites das proporções relativas de seus lados e de seus ângulos internos:2 Um triângulo equilátero possui todos os lados congruentes, ou seja, iguais. Um triângulo equilátero é também equiângulo: todos os seus ângulos internos são congruentes (medem 60°),3 sendo, portanto, classificado como um polígono regular. Um triângulo isósceles possui pelo menos dois lados de mesma medida e dois ângulos congruentes. O triângulo equilátero é, consequentemente, um caso especial de um triângulo isósceles, que apresenta não somente dois, mas todos os três lados iguais, assim como os ângulos, que medem todos 60º. Num triângulo isósceles, o ângulo formado pelos lados congruentes é chamado ângulo do vértice. Os demais ângulos denominam-se ângulos da base e são congruentes. https://pt.wikipedia.org/wiki/Plano_(geometria) https://pt.wikipedia.org/wiki/Tri%C3%A2ngulo#cite_note-1 https://pt.wikipedia.org/wiki/Segmentos_de_reta https://pt.wikipedia.org/wiki/Entes_geom%C3%A9tricos_fundamentais#Posi.C3.A7.C3.A3o_de_uma_reta_no_plano https://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%82ngulo https://pt.wikipedia.org/wiki/Tri%C3%A2ngulo#cite_note-Brasil_Escola-2 https://pt.wikipedia.org/wiki/Tri%C3%A2ngulo_geod%C3%A9sico https://pt.wikipedia.org/wiki/Tri%C3%A2ngulo#cite_note-InfoEscola-3 https://pt.wikipedia.org/wiki/Tri%C3%A2ngulo#cite_note-InfoEscola-3 https://pt.wikipedia.org/wiki/Tri%C3%A2ngulo#cite_note-Brasil_Escola-2 https://pt.wikipedia.org/wiki/Congru%C3%AAncia_(geometria) https://pt.wikipedia.org/wiki/Equi%C3%A2ngulo https://pt.wikipedia.org/wiki/Tri%C3%A2ngulo#cite_note-InfoEscola-3 https://pt.wikipedia.org/wiki/Pol%C3%ADgono_regular https://pt.wikipedia.org/wiki/Congru%C3%AAncia_(geometria) 2 Em um triângulo escaleno, as medidas dos três lados são diferentes. Os ângulos internos de um triângulo escaleno também possuem medidas diferentes. Denomina-se base o lado sobre qual se apoia o triângulo. No triângulo isósceles, considera-se base o lado de medida diferente. Todos esses triângulos são os mesmos encontrados num plano de duas dimensões, porem em grandes extensões, como na superfície do planeta por exemplo, os ângulos para continuarem os mesmos é necessário que o comprimento dos lados sejam deformados ou seja ampliados em igual proporção ao perímetro da esfera. Em um triângulo, a soma dos comprimentos de quaisquer dois lados é maior que o comprimento do terceiro lado. Triângulo equilátero Triângulo isósceles https://pt.wikipedia.org/wiki/Esfera https://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Triangolo-Equilatero.png https://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Triangle.Isosceles.png 3 Triângulo escaleno Essa relação é conhecida como desigualdade triangular. Um triângulo retângulo possui um ângulo reto.2 Num triângulo retângulo, denomina-se hipotenusa o lado oposto ao ângulo reto. Os demais lados chamam-se catetos. Os ângulos agudos de um triângulo retângulo, opostos aos catetos, são complementares (ou seja, sua soma é igual a 90°). Um triângulo obtusângulo possui um ângulo obtuso e dois ângulos agudos. Em um triângulo acutângulo, os três ângulos são agudos. Triângulo retângulo Triângulo obtusângulo Triângulo acutângulo Condição de existência de um triângulo https://pt.wikipedia.org/wiki/Tri%C3%A2ngulo_Ret%C3%A2ngulo https://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%82ngulo_reto https://pt.wikipedia.org/wiki/Tri%C3%A2ngulo#cite_note-Brasil_Escola-2 https://pt.wikipedia.org/wiki/Ret%C3%A2ngulo https://pt.wikipedia.org/wiki/Hipotenusa https://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%82ngulo_agudo https://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%82ngulo_obtuso https://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%82ngulo_agudo https://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Triangolo-Scaleno.png https://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Triangolo-Rettangolo.png https://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Triangolo-Ottuso.png https://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Triangle.Acute.png 4 Para que se possa construir um triângulo é necessário que a medida de qualquer um dos lados seja menor que a soma das medidas dos outros dois e maior que o valor absoluto da diferença entre essas medidas. Fatos básicos Fatos elementares sobre triângulos foram apresentados por Euclides nos livros 1- 4 de sua obra Elementos aproximadamente em 300 a.C. Um triângulo é um polígono. Dois triângulos são ditos semelhantes se um pode ser obtido pela expansão uniforme do outro. Este é o caso se, e somente se, seus ângulos correspondentes são iguais, e isso ocorre, por exemplo, quando dois triângulos compartilham um ângulo e os lados opostos a esse ângulo são paralelos entre si. O fato crucial sobre triângulos similares é que os comprimentos de seus lados são proporcionais. Isto é, se o maior lado de um triângulo é duas vezes o maior lado do triângulo similar, diz-se, então, que o menor lado será também duas vezes maior que o menor lado do outro triângulo, e o comprimento do lado médio será duas vezes o valor do lado correspondente do outro triângulo.3 Assim, a razão do maior lado e o menor lado do primeiro triângulo será a mesma razão do maior lado e o menor lado do outro triângulo. Usando-se triângulos retângulos e o conceito de similaridade, as funções trigonométricas de seno e cosseno podem ser definidas. Essas são funções de um ângulo que são investigadas natrigonometria. Nos casos a seguir, será usado um triângulo com vértices A, B e C, ângulos α, β e γ e lados a, b e c. O lado a é oposto ao vértice A e ao ângulo α, o lado b é oposto ao vértice B e ao ângulo β e o lado c é oposto ao vértice C e ao ângulo γ. Na Geometria euclidiana, de acordo com o Teorema angular de Tales, a 32ª proposição de Euclides afirma que a soma dos ângulos internos de qualquer triângulo é igual a dois ângulos retos (180° ou π radianos). Isso permite a determinação da medida do terceiro ângulo, desde que sejam conhecidas as medidas dos outros dois ângulos. Por exemplo:2 https://pt.wikipedia.org/wiki/Euclides https://pt.wikipedia.org/wiki/300_a.C. https://pt.wikipedia.org/wiki/Pol%C3%ADgono https://pt.wikipedia.org/wiki/Similaridade_(matem%C3%A1tica) https://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%82ngulo https://pt.wikipedia.org/wiki/Tri%C3%A2ngulo#cite_note-InfoEscola-3 https://pt.wikipedia.org/wiki/Fun%C3%A7%C3%A3o_trigonom%C3%A9trica https://pt.wikipedia.org/wiki/Fun%C3%A7%C3%A3o_trigonom%C3%A9trica https://pt.wikipedia.org/wiki/Seno https://pt.wikipedia.org/wiki/Cosseno https://pt.wikipedia.org/wiki/Trigonometria https://pt.wikipedia.org/wiki/Geometria_euclidiana https://pt.wikipedia.org/wiki/Teorema_de_Tales_(c%C3%ADrculo) https://pt.wikipedia.org/wiki/32%C2%AA_proposi%C3%A7%C3%A3o_de_Euclides https://pt.wikipedia.org/wiki/32%C2%AA_proposi%C3%A7%C3%A3o_de_Euclides https://pt.wikipedia.org/wiki/Tri%C3%A2ngulo#cite_note-Brasil_Escola-2 5 Os ângulos A e A' são iguais (duas paralelas cortadas por uma transversal). Os ângulosB e B' são iguais por serem alternos internos. Os ângulos C e C' são iguais por serem opostos pelo vértice. Assim vê-se que a soma dos ângulos internos do triângulo é 180º. Existe um Corolário desse Teorema, que afirma que a medida de um ângulo externo de um triângulo é igual à soma das medidas dos ângulos internos não- adjacentes. Ex: Sendo a medida do ângulo externo do triângulo que tem como vértice o vértice pode-se afirmar que: Teorema de Pitágoras. Um teorema central é o Teorema de Pitágoras, que afirma que em qualquer triângulo retângulo, o quadrado da medida da hipotenusa é igual à soma dos quadrados das medidas dos catetos. Se o vértice C do exemplo dado for um ângulo reto, pode-se escrever isso da seguinte maneira: Isso significa que, conhecendo as medidas de dois lados de um triângulo retângulo, pode-se calcular a medida do terceiro lado — propriedade única dos triângulos retângulos. O Teorema de Pitágoras pode ser generalizado pela lei dos cossenos: https://pt.wikipedia.org/wiki/Teorema_de_Pit%C3%A1goras https://pt.wikipedia.org/wiki/Teorema_de_Pit%C3%A1goras https://pt.wikipedia.org/wiki/Quadrado https://pt.wikipedia.org/wiki/Lei_dos_cossenos https://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Triangulo180.jpg https://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Pythagorean.svg 6 Essa lei é válida para todos os triângulos, mesmo se γ não for um ângulo reto e pode ser usada para determinar o tamanho de lados e ângulos de um triângulo, desde que a medida de três ou dois lados e de um ângulo interno sejam conhecidas. A lei dos senos diz: onde d é o diâmetro da circunferência circunscrita ao triângulo (uma circunferência que passa pelos três vértices do triângulo). A lei dos senos pode ser usada para computar as medidas dos lados de um triângulo, desde que a medida de dois ângulos e de um lado sejam conhecidas. Existem dois triângulos retângulos especiais que aparecem frequentemente em geometria. O chamado "triângulo 45º-45º-90º" possui ângulos com essas medidas e a proporção de seus lados é: O "triângulo 30º-60º-90º" possui ângulos com essas medidas e a proporção de seus lados é: Área] Produto Base Altura A área de um triângulo é a metade do produto da medida da sua altura pela medida da sua base. Assim, a área do triângulo pode ser calculada pela fórmula: onde h é a altura do triângulo, b a medida da base. Triângulos equiláteros Se o triângulo for equilátero de lado l, sua área A pode ser obtida com: Ou então usando sua altura h e a fórmula da base vezes a altura. A altura h de um triângulo equilátero é: Vale notar que essas duas fórmulas para os triângulos equiláteros são obtidas usando as funções seno ou cosseno e usando a altura do triângulo, que o divide ao meio em dois triângulos retângulos iguais. Semiperímetro https://pt.wikipedia.org/wiki/Lei_dos_senos https://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81rea https://pt.wikipedia.org/wiki/Seno https://pt.wikipedia.org/wiki/Cosseno https://pt.wikipedia.org/wiki/Tri%C3%A2ngulo_ret%C3%A2ngulo 7 Ver artigo principal: Teorema de Heron Outra maneira de calcular sua área é através do teorema de Herão (ou Heron), também conhecido como fórmula do semi-perímetro: onde: é o semi-perímetro. Lados Também podemos calcular a área a partir dos lados do triângulo. Sendo a e b dois lados quaisquer de um triângulo, e o ângulo entre eles, temos que a área é: Raio circunscrito Ver artigo principal: Lei dos senos Há ainda a fórmula da área do triângulo em função das medidas dos lados e do raio da circunferência circunscrita a esse triângulo demonstrada pela lei dos senos: Pontos, linhas e círculos associados a um triângulo] Mediatriz https://pt.wikipedia.org/wiki/Teorema_de_Heron https://pt.wikipedia.org/wiki/Teorema_de_Her%C3%A3o https://pt.wikipedia.org/wiki/Lei_dos_senos https://pt.wikipedia.org/wiki/Mediatriz https://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Triangle.Circumcenter.png 8 O circuncentro é o centro da circunferência circunscrita ao triângulo. A mediatriz é a reta perpendicular a um lado do triângulo, traçada pelo seu ponto médio. As três mediatrizes de um triângulo se encontram em um único ponto, o circuncentro, que é o centro da circunferência circunscrita ao triângulo, que passa pelos três vértices do triângulo. O diâmetro dessa circunferência pode ser achado pela lei dos senos. O teorema de Tales (ou Lei angular de Tales) determina que se o circuncentro estiver localizado em um lado do triângulo, o ângulo oposto a este lado será reto. Determina também que se o circuncentro estiver localizado dentro do triângulo, este será acutângulo; se o circuncentro estiver localizado fora do triângulo, este será obtusângulo. Altura h O ponto de interseção das alturas é o ortocentro. Altura é um segmento de reta perpendicular a um lado do triângulo ou ao seu prolongamento, traçado pelo vértice oposto. Esse lado é chamado base da altura, e o ponto onde a altura encontra a base é chamado de pé da altura. O ponto de interseção das três alturas de um triângulo denomina- se ortocentro (H). No triângulo acutângulo, o ortocentro é interno ao triângulo; no triângulo retângulo, é o vértice do ângulo reto; e no triângulo obtusângulo é externo ao triângulo. Os três vértices juntos com o ortocentro forma um sistema ortocêntrico. A altura de todo e qualquer triângulo é dado pela fórmula: b = hipotenusa do triângulo retângulo formado com a altura do triângulo em questão. h = altura procurada. https://pt.wikipedia.org/wiki/Circuncentro https://pt.wikipedia.org/wiki/Mediatriz https://pt.wikipedia.org/wiki/Reta https://pt.wikipedia.org/wiki/Circuncentro https://pt.wikipedia.org/wiki/Teorema_de_Tales_(c%C3%ADrculo) https://pt.wikipedia.org/wiki/Ortocentro https://pt.wikipedia.org/wiki/Segmento_de_reta https://pt.wikipedia.org/wiki/Ortocentro https://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Triangle.Orthocenter.png 9 c = base do triângulo. x = parte da base C do triângulo que foi dividida pela altura. Mediana O ponto de interseção das três medianas é o baricentro ou centro de gravidade. Mediana é o segmento de reta que une cada vértice do triângulo ao ponto médio do lado oposto. A mediana relativa à hipotenusa em um triângulo retângulo mede metade da hipotenusa. O ponto de interseção das três medianas é o baricentro ou centro de gravidade do triângulo. O baricentro divide a mediana em dois segmentos.3O segmento que une o vértice ao baricentro vale o dobro do segmento que une o baricentro ao lado oposto deste vértice. No triângulo equilátero, as medianas, mediatrizes, bissetrizes e alturas são coincidentes. 2 No isósceles, apenas as que chegam ao lado diferente, no escaleno, nenhuma delas. Ainda para o triângulo Isósceles, vale ressaltar que a formação da bissetriz, coincidindo com o ponto médio de sua base, divide três semi-retas iguais, as quais são percebidas com a inscrição do círculo formado pelo incentro da bissetriz, onde há duas semi-retas, as quais serão o raios do círculo, sendo assim, dividindo-se em três partes iguais a altura do triângulo (que também coincide com a mediana e a bissetriz, cada ), explicam-se as relações de a semi-reta que parte do ponto central do círculo até o lado do triângulo valer o mesmo que o raio, isto é, e que o resto até o vértice oposto a esse lado valer Síntese para o triângulo isósceles, propriedade baricentro: semi-retas divididas em dois segmentos, sendo que um é o dobro do outro. Entende-se portanto no triângulo isósceles que se uma parte vale a outra valerá o dobro: = https://pt.wikipedia.org/wiki/Mediana_(geometria) https://pt.wikipedia.org/wiki/Mediana_(geometria) https://pt.wikipedia.org/wiki/Centro_de_gravidade https://pt.wikipedia.org/wiki/Centro_de_gravidade https://pt.wikipedia.org/wiki/Tri%C3%A2ngulo#cite_note-InfoEscola-3 https://pt.wikipedia.org/wiki/Tri%C3%A2ngulo#cite_note-Brasil_Escola-2https://pt.wikipedia.org/wiki/C%C3%ADrculo https://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Triangle.Centroid.png 10 Bissetriz O ponto de interseção das três bissetrizes é o incentro. A bissetriz interna de um triângulo corresponde ao segmento de reta que parte de um vértice, e vai até o lado oposto do vértice em que partiu, dividindo o seu ângulo em dois ângulos congruentes. Em um triângulo há três bissetrizes internas, sendo que o ponto de interseção delas chama-se incentro. O círculo que tem o incentro como centro e é tangente aos três lados do triângulo é denominado círculo inscrito. Já a bissetriz externa é o segmento da bissetriz de um ângulo externo situado entre o vértice e a interseção com o prolongamento do lado oposto. As bissetrizes externas duas a duas têm um ponto de interseção, denominado ex- incentro relativo ao lado que contêm os vértices pelos quais passam essas retas. Dado um ex-incentro, o círculo que tem esse ponto como centro, e é tangente a um lado e ao prolongamento dos dois outros lados do triângulo, é denominado círculo ex-inscrito. Em um triângulo equilátero, o incentro, o ortocentro, o circuncentro e o baricentro são o mesmo ponto. Reta de Euler Ver artigo principal: Reta de Euler É a reta que contém o ortocentro, o baricentro e o circuncentro (os centros). https://pt.wikipedia.org/wiki/Bissetriz https://pt.wikipedia.org/wiki/Reta_de_Euler https://pt.wikipedia.org/wiki/Ortocentro https://pt.wikipedia.org/wiki/Baricentro https://pt.wikipedia.org/wiki/Circuncentro https://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Triangle.Incircle.png 11 Círculo dos Nove Pontos] É a circunferência que contém os pontos médios dos lados, os pés das alturas, e os pontos médios dos segmentos que unem o ortocentro aos vértices. Relações de desigualdades entre lados e ângulos 1ª relação: Um ângulo externo de um triângulo é o resultado da soma dos dois ângulos internos não-adjacentes. 2ª relação: Se dois lados de um triângulo têm medidas diferentes, ao maior lado opõe- se o maior ângulo e ao menor lado, opõe-se o menor ângulo. 3ª relação: Em todo triângulo, qualquer lado tem medida maior que a diferença entre as medidas dos outros dois. Teorema da Base Média O teorema da base média do triângulo afirma que, dado um triângulo qualquer, o segmento com extremos nos pontos médios de dois lados desse triângulo é paralelo ao terceiro lado, e sua medida é igual a metade desse terceiro lado.4 Demonstração[ Triângulo ABC qualquer. Demonstração da base média https://pt.wikipedia.org/wiki/Tri%C3%A2ngulo#cite_note-4 https://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Triangulo_base_m%C3%A9dia_1.png https://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Triangulo_base_m%C3%A9dia_demostra%C3%A7%C3%A3o.png 12 Dado um qualquer, sendo M ponto médio do lado e N o ponto médio do lado . Queremos mostrar que e ainda Hipótese: Tese: Traçando paralela a , passando por C. Onde Pelo caso lado, ângulo, ângulo oposto: Consequentemente temos e como temos que BCDM é paralelogramo, logo . Ainda da congruência dos triângulos temos e como , então . A lei dos co-senos Utilizamos a lei dos cossenos nas situações envolvendo triângulos não retângulos, isto é, triângulos quaisquer. Esses triângulos não possuem ângulo reto, portanto as relações trigonométricas do seno, cosseno e tangente não são válidas. Para determinarmos valores de medidas de ângulos e medidas de lados utilizamos a lei dos cossenos, que é expressa pela seguinte lei de formação: Exemplo 1 https://pt.wikipedia.org/wiki/Paralelogramo 13 Utilizando a lei dos cossenos, determine o valor do segmento x no triângulo a seguir: a² = b² + c² – 2 * b * c * cos? 7² = x² + 3² – 2 * 3 * x * cos60º 49 = x² + 9 – 6 * x * 0,5 49 = x² + 9 – 3x x² –3x – 40 = 0 Aplicando o método resolutivo da equação do 2º grau, temos: x’ = 8 e x” = – 5, por se tratar de medidas descartamos x” = –5 e utilizamos x’ = 8. Então o valor de x no triângulo é 8 cm. Exemplo 2 Em um triângulo ABC, temos as seguintes medidas: AB = 6 cm, AC = 5 cm e BC = 7 cm. Determine a medida do ângulo A. Vamos construir o triângulo com as medidas fornecidas no exercício. Aplicando a lei dos cossenos 14 a = 7, b = 6 e c = 5 7² = 6² + 5² – 2 * 6 * 5 * cos A 49 = 36 + 25 – 60 * cos A 49 – 36 – 25 = –60 * cos A –12 = –60 * cos A 12 = 60 * cos A 12/60 = cos A cos A = 0,2 O ângulo que possui cosseno com valor aproximado de 0,2 mede 78º. Exemplo 3 Calcule a medida da maior diagonal do paralelogramo da figura a seguir, utilizando a lei dos cossenos. cos 120º = –cos(180º – 120º) = – cos 60º = – 0,5 x² = 5² + 10² – 2 * 5 * 10 * ( – cos 60º) x² = 25 + 100 – 100 * (–0,5) x² = 125 + 50 x² = 175 √x² = √175 x = √5² * 7 x = 5√7 Portanto, a diagonal do paralelogramo mede 5√7 cm. A lei dos senos 15 Os estudos trigonométricos no triângulo retângulo têm por finalidade relacionar os ângulos do triângulo com as medidas dos lados, por meio das seguintes relações: seno, cosseno e tangente. Essas relações utilizam o cateto oposto, o cateto adjacente e a hipotenusa. Observe: Seno: cateto oposto / hipotenusa Cosseno: cateto adjacente / hipotenusa Tangente: cateto oposto / cateto adjacente Essas relações somente são válidas se aplicadas no triângulo retângulo, aquele que possui um ângulo reto (90º) e outros dois ângulos agudos. Nos casos envolvendo triângulos quaisquer utilizamos a lei dos senos ou a lei dos cossenos no intuito de calcular medidas e ângulos desconhecidos. Enfatizaremos a lei dos senos mostrando sua fórmula e modelos detalhados de resoluções de exercícios. Fórmula que representa a lei dos senos: Na lei dos senos utilizamos relações envolvendo o seno do ângulo e a medida oposta ao ângulo. Exemplo 1 Determine o valor de x no triângulo a seguir. http://www.brasilescola.com/matematica/seno-cosseno-tangente-angulos.htm http://www.brasilescola.com/matematica/lei-coseno.htm 16 sen120º = sen(180º – 120º) = sen60º = √3/2 ou 0,865 sen45º = √2/2 ou 0,705 Exemplo 2 No triângulo a seguir temos dois ângulos, um medindo 45º, outro medindo 105º, e um dos lados medindo 90 metros. Com base nesses valores determine a medida de x. Para determinarmos a medida de x no triângulo devemos utilizar a lei dos senos, mas para isso precisamos descobrir o valor do terceiro ângulo do triângulo. Para tal cálculo utilizamos a seguinte definição: a soma dos ângulos internos de um triângulo é igual a 180º. Portanto: α + 105º + 45º = 180º α + 150º = 180º α = 180º – 150º 17 α = 30º Aplicando a lei dos senos A equação da reta Para determinarmos a equação geral de uma reta utilizamos os conceitos relacionados a matrizes. Na determinação da equação na forma ax + by + c = 0 aplicamos a regra de Sarrus utilizada na obtenção do discriminante de uma matriz quadrada de ordem 3 x 3. Para utilizarmos uma matriz nessa determinação da equação feral devemos ter no mínimo dois pares ordenados (x,y) dos possíveis pontos alinhados, por onde a reta irá passar. Observe a matriz geral da determinação da equação geral: Na matriz temos os pares ordenados que devem ser informados: (x1, y1) e (x2, y2) e um ponto genérico representado pelo par (x, y). Observe que a 3º coluna da matriz é completada com o algarismo 1. Vamos aplicar esses conceitos na obtenção da equação geral da reta que passa pelos pontos A(1, 2) e B(3,8), veja: Ponto A temos que: x1 = 1 e y1 = 2 Ponto B temos que: x2 = 3 e y2 = 8 Ponto genérico C representado pelo par ordenado (x, y) 18 Calcular o determinante de uma matriz quadrada aplicando a regra de Sarrus significa: 1º passo: repetir a 1º e a 2º coluna da matriz. 2º passo: somar os produtos dos termos da diagonal principal.3º passo: somar os produtos dos termos da diagonal secundária. 4º passo: subtrair a soma total dos termos da diagonal principal dos termos da diagonal secundária. Observe todos os passos na resolução da matriz dos pontos da reta: [(1 * 8 * 1) + (2 * 1 *x) + (1 * 3 * y)] – [(2 * 3 * 1) + (1 * 1 * y) + (1 * 8 * x)] = 0 [ 8 + 2x + 3y] – [6 + y + 8x] = 0 8 + 2x + 3y – 6 – y – 8x = 0 2x – 8x + 3y – y + 8 – 6 = 0 –6x + 2y + 2 = 0 Os pontos A(1, 2) e B(3,8) pertencem a seguinte equação geral da reta: –6x + 2y + 2 = 0. Exemplo 2 Vamos determinar a equação geral da reta que passa pelos pontos: A(–1, 2) e B(– 2, 5). 19 [– 5 + 2x + (–2y)] – [(– 4) + (– y) + 5x] = 0 [– 5 + 2x – 2y] – [– 4 – y + 5x] = 0 – 5 + 2x – 2y + 4 + y – 5x = 0 –3x – y – 1 = 0 A equação geral da reta que passa pelos pontos A(–1, 2) e B(–2, 5) é dada pela expressão: –3x – y – 1 = 0. Assista a aula 10 e aula 11 do vídeo. https://www.youtube.com/watch?v=BeIc3BYLtXw A equação da circunferência. A equação reduzida da circunferência é dada pela expressão (x – a)² + (y – b)² = R². Para definir essa expressão vamos analisar a situação da ilustração a seguir: Na ilustração, a circunferência possui centro C com coordenadas (a, b). O ponto genérico P possui as coordenadas (x, y). Vamos estabelecer a distância entre os https://www.youtube.com/watch?v=BeIc3BYLtXw 20 pontos C e P utilizando a expressão matemática , de acordo com as definições da Geometria Analítica. De acordo com a ilustração gráfica, a distância entre os pontos C e P é considerado o raio da circunferência. Dessa forma, substituiremos D²C,P por R (raio), observe: (x – a)² + (y – b)² = R² Vamos determinar a equação reduzida da circunferência com centro C (2, –9) e raio 6. (x – a)² + (y – b)² = R² (x – 2)² + (y + 9)² = 6² (x – 2)² + (y + 9)² = 36 (FEI–SP) Determine a equação da circunferência com centro no ponto C (2, 1) e que passa pelo ponto A (1, 1). A distância entre o centro C e o ponto P corresponde à medida do raio. (x – a)² + (y – b)² = R² 21 (x – 2)² + (y – 1)² = 1² (x – 2)² + (y – 1)² = 1 A equação da circunferência com centro C (2, 1) e que passa pelo ponto A (1, 1) possui como equação reduzida a expressão matemática (x – 2)² + (y – 1)² = 1. A equação geral surgirá do desenvolvimento da expressão reduzida (x – 2)² + (y – 1)² = 1, veja: (x – 2)² + (y – 1)² = 1 x² – 4x + 4 + y² – 2y + 1 – 1 = 0 x² + y² – 4x – 2y + 4 = 0 O principio multiplicativo O Princípio Aditivo e o Princípio Multiplicativo são as bases da Análise Combinatória e permitem resolver todos os problemas dessa área daMatemática, apesar de suas demais ferramentas. Princípio Aditivo: Se A e B forem conjuntos disjuntos – isto é, com intersecção vazia, e o número de elementos de A é p e o número de elementos de B é q, então o conjunto tem p + q elementos. Princípio Multiplicativo: Se um evento A pode ocorrer de p maneiras distintas e um evento B pode ocorrer de q maneiras distintas, então o evento A seguido do, ou simultâneo ao, evento B pode ocorrer de p . q maneiras distintas. Vamos ver um exemplo para ilustrar cada caso: 1) Rodrigo tem 10 DVDs de Ação, 5 de Comédia e 2 de Terror. De quantas maneiras ele pode escolher um DVD para assistir? Solução: como os DVDs de ação, de comédia e de terror são conjuntos disjuntos, ou seja, não tem nada em comum, e como Rodrigo que assistir a apenas um filme sem nenhuma restrição, ele poderá assistir a um filme de 10 + 5 + 2 = 17 maneiras diferentes. 2) Agora, suponha que Rodrigo queira assistir a um filme de Ação, a um filme de Comédia e a um filme de Terror. De quantas maneiras ele poderá assistir? Solução: Rodrigo deverá assistir a três filmes. O primeiro deverá ser de Ação, logo ele tem 10 possibilidades; para cada filme de Ação, ele poderá assistir a 5 Comédias e, para cada Comédia, 2 filmes de Terror. Logo, Rodrigo poderá assistir a um filme de cada gênero de 10 . 5 . 2 = 100 formas diferentes. Embora possa resolver todos os problemas, os princípios de contagem podem tornar a resolução de problemas com muitas informações difícil. Para resolvê-los, http://www.andremachado.org/artigos/386/principio-aditivo-e-principio-multiplicativo.html http://www.andremachado.org/artigos/386/principio-aditivo-e-principio-multiplicativo.html http://www.andremachado.org/artigos/386/principio-aditivo-e-principio-multiplicativo.html http://www.andremachado.org/artigos/386/principio-aditivo-e-principio-multiplicativo.html http://www.andremachado.org/artigos/wp-content/uploads/2011/08/AUB.gif 22 usamos ferramentas da Análise Combinatória, como Arranjos, Combinações e Permutações. Permutações Podemos considerar a permutação simples como um caso particular de arranjo, onde os elementos formarão agrupamentos que se diferenciarão somente pela ordem. As permutações simples dos elementos P, Q e R são: PQR, PRQ, QPR, QRP, RPQ, RQP. Para determinarmos o número de agrupamentos de uma permutação simples utilizamos a seguinte expressão P = n!. n! = n*(n-1)*(n-2)*(n-3)*....*3*2*1 Por exemplo, 4! = 4*3*2*1 = 24 Exemplo 1 Quantos anagramas podemos formar com a palavra GATO? Resolução: Podemos variar as letras de lugar e formar vários anagramas, formulando um caso de permutação simples. P = 4! = 24 Exemplo 2 De quantas maneiras distintas podemos organizar as modelos Ana, Carla, Maria, Paula e Silvia para a produção de um álbum de fotografias promocionais? Resolução: Note que o princípio a ser utilizado na organização das modelos será o da permutação simples, pois formaremos agrupamentos que se diferenciarão somente pela ordem dos elementos. P = n! P = 5! P = 5*4*3*2*1 23 P = 120 Portanto, o número de posições possíveis é 120. Exemplo 3 De quantas maneiras distintas podemos colocar em fila indiana seis homens e seis mulheres: a) em qualquer ordem Resolução Podemos organizar as 12 pessoas de forma distinta, portanto utilizamos 12! = 12*11*10*9*8*7*6*5*4*3*2*1 = 479.001.600 possibilidades b) iniciando com homem e terminando com mulher Resolução Ao iniciarmos o agrupamento com homem e terminarmos com mulher teremos: Seis homens aleatoriamente na primeira posição. Seis mulheres aleatoriamente na última posição. P = (6*6) * 10! P = 36*10! P = 130.636.800 possibilidades Assista a este vídeo. https://www.youtube.com/watch?v=EH_eAYbwr84 O conceito de probabilidade Consideremos a experiência do lançamento de uma moeda e leitura da face voltada para cima. Ao realizarmos n vezes a experiência, se obtivermos m vezes o resultado “cara” é . É claro que lançada a moeda o resultado é imprevisível, pois não podemos dizer com absoluta certeza que o resultado será “cara”, pois nada impede que dê “coroa”. A experiência provou que conforme se aumenta n, ou seja, à medida que mais https://www.youtube.com/watch?v=EH_eAYbwr84 24 lançamentos da moeda são feitos, a frequência relativa tende a estabilizar-se em torno de . Exemplo: Em 1000 lançamentos (n = 1000), 529 resultados foram favoráveis (m = 529), o que nos dá para o valor de 0,529. Em 4040 lançamentos, 2048 resultados foram favoráveis o que nos da = 0,50693, isso significa que no lançamento de uma moeda “honesta” a probabilidade de se obter “cara” é . Essa experiência foi realizada por Kerrich e Buffon. A definição que permite calcular teoricamente a probabilidade de um evento, sem realizar a experiência é: Dado um espaço amostral S, com n (S) elementos, e um evento a de S, com n(A) elementos, a probabilidade do evento A é o P(A) tal que: Propriedades Sendo S ≠ um espaço amostral qualquer, A um evento de S e o complementar de A em S, valem as seguintes propriedades: ? P( ) = 0 ? P(S) = 1 ? 0 ≤ P(A) ≤ 1 ? P(A) + P( ) =1 Calculandoprobabilidade Assista Esta aula: https://www.youtube.com/watch?v=qNZRxSh6pe4 Probabilidade é a medida de como um evento é provável de ocorrer dado um número de possíveis resultados. Calcular a probabilidade permite que você use a https://www.youtube.com/watch?v=qNZRxSh6pe4 25 lógica e a razão mesmo com algum grau de incerteza. Descubra como fazer as contas quando for calcular probabilidades. Defina os eventos e resultados. A probabilidade é o quão provável é de um ou mais eventos acontecerem, dividido pelo número de resultados possíveis. Então, digamos que você esteja tentando encontrar a probabilidade de tirar um três em um dado de seis faces. "Tirar um três" é o evento, e já que sabemos que o dado pode cair em qualquer um dos seis dados, o número de resultados é seis. Aqui estão mais dois exemplos para você entender melhor: Exemplo 1: Qual a probabilidade de escolher um dia que caia no fim de semana quando for escolher uma aleatório da semana? "Escolher um dia que caia no fim de semana" é nosso evento e o número de resultados é o número total de dias na semana, sete. Exemplo 2: Um pote tem 4 bolas azuis, 5 bolas vermelhas e 11 bolas brancas. Se uma bola for tirada do pote aleatoriamente, qual a probabilidade dela ser vermelha? "Escolher uma bola vermelha" é nosso evento e o número de resultados é o total de bolas no pote, 20. 26 Divida o número de eventos pelo número de possíveis resultados. Isso nos dará a probabilidade de um evento único acontecer. No caso de tirar um três em um dado, o número de eventos é um (só há um três em cada dado) e o número de resultados é seis. Você também pode pensar nisso como 1 ÷ 6, 1/6, .166, ou 16.6%. Eis como descobrir a probabilidade dos exemplos restantes: Exemplo 1: Qual a probabilidade de escolher um dia que caia no fim de semana quando for escolher a possibilidade em aleatório? O número de eventos é dois (já que dois dias da semana são no fim de semana) e o número de resultados é sete. A probabilidade é de 2 ÷ 7 = 2/7 ou .285 ou 28.5%. Exemplo 2: Um pote tem 4 bolas azuis, 5 bolas vermelhas e 11 bolas brancas. Se uma bola for tirada do pote aleatoriamente, qual a probabilidade dela ser vermelha? O número de eventos é cinco (já que há cinco bolas vermelhas no total) e o número de resultados é 20. A probabilidade é 5 ÷ 20 = 1/4 ou .25 ou 25%. Divida o problema em partes. Calcular a probabilidade de múltiplos eventos é uma questão de dividir o problema em probabilidades separadas. Eis três exemplos: 27 Exemplo 1: Qual a probabilidade de tirar dois cinco consecutivos ao jogar um dado de seis faces? Você sabe que a probabilidade de tirar um cinco é de 1/6, e a probabilidade de tirar outro cinco com o mesmo dado também é de 1/6. Este é eventos independentes, porque o que você tira da primeira vez não afeta o que acontece da segunda vez; você pode tirar um 3 e depois tirar um 3 novamente. Exemplo 2: Duas cartas são tiradas aleatoriamente de um baralho. Qual a probabilidade de ambas serem do naipe de paus? A probabilidade da primeira carta ser de paus é de 13/52, ou 1/4. (Há 13 cartas desse naipe em cada baralho). Agora, a probabilidade da segunda carta ser de paus é de 12/51. Você está medindo a probabilidade de eventos dependentes. Isso acontece porque o que você faz na primeira vez afeta a segunda vez; se você tirar um 3 de paus e não o puser de volta, haverá uma cara a menos desse naipe e uma carta a menos no baralho (51 ao invés de 52). Exemplo 3: Um pote tem 4 bolas azuis, 5 bolas vermelhas e 11 bolas brancas. Se três bolas forem tiradas aleatoriamente do pote, qual a probabilidade da primeira ser vermelha, a segunda azul e a terceira branca? A probabilidade da primeira bola ser vermelha é de 5/20, ou 1/4. A probabilidade de a segunda bola ser azul é de 4/19, já que temos uma bola a menos, mas não uma bola azul a menos. E a probabilidade da terceira ser uma bola branca é de 11/18, porque já tiramos duas bolas. Este é outro exemplo de evento dependente. 28 Multiplique a probabilidade de cada evento pela outra. Isso dará a você a probabilidade de múltiplos eventos ocorrerem um após o outro. Eis o que você pode fazer: Exemplo 1:Qual a probabilidade de tirar dois cinco consecutivos ao jogar um dado de seis faces? A probabilidade dos dois eventos independentes é de 1/6. Isso nos dá 1/6 x 1/6 = 1/36 ou. 027 ou 2.7%. Exemplo 2: Duas cartas são tiradas aleatoriamente de um baralho. Qual a probabilidade de ambas serem do naipe de paus? A probabilidade de o primeiro evento acontecer é de 13/52. A probabilidade de o segundo evento acontecer é de 12/51. A probabilidade é 13/52 x 12/51 = 12/204 ou 1/17 ou 5.8%. Exemplo 3: Um pote tem 4 bolas azuis, 5 bolas vermelhas e 11 bolas brancas. Se três bolas forem tiradas aleatoriamente do pote, qual a probabilidade da primeira ser vermelha, a segunda azul e a terceira branca? A probabilidade do primeiro evento é de 5/20. A probabilidade do segundo evento é de 4/19. E a probabilidade do terceiro evento é de 11/18. A probabilidade é de 5/20 x 4/19 x 11/18 = 44/1368 ou 3.2%. 29 Determine as chances. Por exemplo, um golfista é favorito a ganhar com chances de 9/4. As chances de um evento são a razão da probabilidade dele ocorrer com a probabilidade dele não ocorrer. No exemplo da razão 9:4, o 9 representa a probabilidade do golfista ganhar. O 4 representa a probabilidade dele perder. Desta forma, é mais provável que ele ganhar, do que perder. Lembre-se que nas apostas de esportes, as chances são expressas como "chances contra", o que significa que as chances de um evento não acontecerem são escritas primeiras e as chances de acontecer vêm depois. Embora possa ser confuso, é importante saber disso. Para este artigo, não usaremos as "chances contra". 30 Certifique-se de que dois eventos ou resultados devam ser mutuamente excludentes. Isso significa que eles não podem ocorrer ao mesmo tempo. Defina uma probabilidade que seja um número positivo. Se você chegar a um número negativo, verifique seus cálculos novamente. 31 A probabilidade de todos os possíveis eventos deve somar o total de 1 ou 100%. Se a probabilidade de todos os possíveis eventos somada não der 1 ou 100%, você cometeu um erro porque provavelmente deixou algum possível evento de lado. A probabilidade de rolar um três num dado de seis lados é de 1/6. Mas a probabilidade de rolar todos os outros cinco números também é 1/6. 1/6 + 1/6 + 1/6 + 1/6 + 1/6 + 1/6 = 6/6 ou 1 ou 100%. As medias Alguns cálculos envolvendo média podem ser efetuados utilizando os critérios de média simples ou média ponderada. Na utilização da média simples, a ocorrência dos valores possui a mesma importância e no caso da média ponderada são atribuídos aos valores importâncias diferentes. Na média simples os valores são somados e dividos pela quantidade de termos adicionados. A média ponderada é calculada através do somatório das multiplicações entre valores e pesos divididos pelo somatório dos pesos. Vamos, através de exemplos, demonstrar os cálculos envolvendo a média ponderada. Exemplo 1 Na escola de Gabriel, a média anual de cada matéria é calculada de acordo com os princípios da média ponderada. Considerando que o peso das notas esteja relacionado ao bimestre em questão, determine a média anual de Gabriel sabendo que as notas em Matemática foram iguais a: 1º Bimestre: 7,0 2º Bimestre: 6,0 3º Bimestre: 8,0 4º Bimestre: 7,5 A média anual de Gabriel é correspondente a 7,3. 32 Exemplo 2 Buscando melhorar o atendimento ao usuário do sistema de saúde de um município, a prefeitura realizou uma pesquisa de rendimento satisfatório com 500 pessoas. As notas disponibilizadas aos entrevistados no intuito de avaliar o nível de satisfação compreendema notas inteiras de 1 a 10. Veja os resultados na tabela a seguir: A média de satisfação dos usuários do sistema de saúde do município em questão foi igual a 5,0. Expoente fracionário Veja este vídeo: https://www.youtube.com/watch?v=AyBwyZ_6c_Y Resolver uma potência não costuma ser complicado, basta multiplicar a base por ela mesma a quantidade de vezes indicada pelo expoente. Se temos, por exemplo, a potência 35, basta multiplicar o 3 por ele mesmo 5 vezes: 35 = 3 • 3 • 3 • 3 • 3 = 243 https://www.youtube.com/watch?v=AyBwyZ_6c_Y http://www.mundoeducacao.com/matematica/potencia-base-inteira.htm 33 Até mesmo a resolução de potência com expoente negativo é bem simples. Basta aplicar a potência no inverso do número: Mas e quando a potência apresenta uma fração no expoente ou um número decimal? Nesses casos, basta transformar a potência em uma raiz! Mas não se espante, aos poucos você vai compreender que isso é muito mais simples do que parece. Vejamos como resolver uma potência em que o expoente é uma fração: Dada uma potência em que a é real, bem como x e y são inteiros: Para entender melhor essa definição, veja a resolução de alguns exemplos: 1° Exemplo: 2° Exemplo: 3° Exemplo: 4° Exemplo: E se o expoente for um número decimal? Nesse caso, basta transformar o número decimal em fração e realizar o mesmo procedimento. Caso você não saiba como essa operação é resolvida, dê uma olha no texto Fração Geratriz (Mesmo que o número decimal não seja uma dízima periódica, podemos utilizar esse procedimento). Vejamos alguns exemplos de potências com expoentes decimais: 5° Exemplo: Sabendo que 0,5 = ½, temos 6° Exemplo: Sabendo que 0,75 = ¾, temos Equações exponenciais Equações são expressões algébricas matemáticas que possuem um sinal de igualdade entre duas partes. A intenção de resolver uma equação é determinar o valor da incógnita (valor desconhecido), aplicando técnicas resolutivas. Veja exemplos: 2x + 9 = 5 4x + 10 = 3x – 45 x + 6 = 2x + 12 2*(x + 2) = 3*(x – 3) Equações exponenciais são aquelas em que a incógnita se encontra no expoente de pelo menos uma potência. A forma de resolução de uma equação exponencial permite que as funções exponenciais sejam também resolvidas de forma prática. http://www.mundoeducacao.com/matematica/potencias-com-expoente-negativo.htm http://www.mundoeducacao.com/matematica/fracao-geratriz.htm 34 Esse tipo de função apresenta características individuais na análise de fenômenos que crescem ou decrescem rapidamente. Elas desempenham papéis fundamentais na Matemática e nas ciências envolvidas com ela, como: Física, Química, Engenharia, Astronomia, Economia, Biologia, Psicologia entre outras. Exemplos de equações exponenciais: 10x = 100 2x + 12 = 20 9x = 81 5x+1 = 25 Para resolvermos uma equação exponencial precisamos aplicar técnicas para igualar as bases, assim podemos dizer que os expoentes são iguais. Observe a resolução da equação exponencial a seguir: 3x = 2187 (fatorando o número 2187 temos: 37) 3x = 37 x = 7 O valor de x na equação é 7. Vamos resolver mais algumas equações exponenciais: 2x + 12 = 1024 2x + 12 = 210 x + 12 = 10 x = 10 – 12 x = – 2 2 4x + 1 * 8 –x + 3 = 16 –1 2 4x + 1 * 2 3(–x + 3) = 2 -4 2 4x + 1 * 2 –3x + 9 = 2-4 4x + 1 – 3x + 9 = – 4 4x – 3x = –1 – 4 – 9 x = – 14 5 x + 3 * 5 x + 2 * 5 x = 125 5 x + 3 * 5 x + 2 * 5 x = 5 3 x + 3 + x + 2 + x = 3 3x = 3 – 5 3x = – 2 x = –2/3 35 2 3x – 2 * 8 x + 1 = 4 x – 1 2 3x – 2 * 2 3(x + 1) = 2 2(x – 1) 3x – 2 + 3(x + 1) = 2(x – 1) 3x – 2 + 3x + 3 = 2x – 2 3x + 3x – 2x = – 2 + 2 – 3 4x = – 3 x = –3/4 2 2x + 1 * 2 x + 4 = 2 x + 2 * 32 2 2x + 1 * 2 x + 4 = 2 x + 2 * 2 5 2x + 1 + x + 4 = x + 2 + 5 2x + x – x = 2 + 5 – 1 – 4 2x = 2 x = 1 Logaritmo Os logaritmos criados por John Napier e Jobst Burgi, e posteriormente adaptados por Henry Briggs, possuem a seguinte lei de formação: logab = x, onde: a = base do logaritmo b = logaritmando x = logaritmo O logaritmo de um número b em uma base a é o expoente x que se deve aplicar à base a para se ter o número b. Dessa forma: logab = x ↔ ax = b Exemplos: log39 ↔ 32 = 9 log10100 ↔ 102 = 100 log216 ↔ 24 = 16 log981 ↔ 92 = 81 A partir dessa definição podemos apresentar algumas definições que auxiliarão no desenvolvimento de algumas situações envolvendo logaritmo. Veja: O logaritmo do número 1 em qualquer base sempre será igual a 0. 36 loga1 = 0, pois a0 = 1 O logaritmo de qualquer número a na própria base a será igual a 1. logaa = 1, pois a1 = a O logaritmo de uma potência da base é o expoente, em qualquer base. logaa m = m, pois m * logaa = m * 1 = m A potência de base a e expoente logab é igual a b. alog a b = b, pois logab = x → ax = b Dois logaritmos são iguais, quando seus logaritmandos forem iguais. logab = logac ↔ b = c Exemplos Aplicar a definição de logaritmo para calcular o valor de x em cada caso: a) log327 = x → 3x = 27 → x = 3 b) log81x = 3/4 → x = 813/4 → x = (34)3/4 → x = 312/4 → x = 33 → x = 27 c) log4√2 = x → 4x = √2 → 22x = √2 → 22x = 21/2 → 2x = 1/2 → x = 1/4 d) logx8 = 2 → x2 = 8 → √x = √8 → x = 2√2 e) log4(2x – 1) = 1/2 → 2x – 1 = 41/2 → 2x – 1 = √4 → 2x – 1 = 2 → 2x = 3 → x = 3/2 f) log1818 = x → 18x = 18 → x = 1 g) logx1024 = 2 → x2 = 1024 → √x² = √1024 → x = 32 h) log40,25 = x → 4x = 0,25 → 4x = 25/100 → 4x = 1/4 → 4x = 4–1 → x = –1 i) 16log 2 5 = (24)log 2 5 = (2log 2 5)4 = 54 = 625 j) log0,01 = x → 10x = 0,01 → 10x = 1/100 → 10x = 10–2 → x = –2 Quero mais:então assista o vídeo . https://www.youtube.com/watch?v=oiTioPHR3BQ https://www.youtube.com/watch?v=oiTioPHR3BQ 37 01. Calcular, usando a definição de logaritmo: a) b) c) Resolução a) b) c) Unidades de volume Definição: Volume ou capacidade de um corpo (ou recipiente) e a quantidade de espaço que esse corpo ocupa ou que ele dispõe para armazenar alguma coisa Definimos volume como o espaço ocupado por um corpo ou a capacidade que ele tem de comportar alguma substância. As figuras espaciais como o cubo, paralelepípedo, cone, pirâmide, cilindro, prismas, entre outras, possuem volume. A capacidade de um corpo é calculada através da multiplicação entre a área da base e a sua altura. A unidade usual de volume é utilizada de acordo com as unidades 38 das dimensões do corpo. Observe as unidades de volume de acordo com o SI (Sistema Internacional de Medidas): km³ = quilômetros cúbicos (km * km * km) hm³ = hectômetros cúbicos (hm * hm * hm) dam = decâmetros cúbicos (dam * dam * dam) m³ = metros cúbicos (m * m * m) dm³ = decímetro cúbico (dm * dm * dm) cm³ = centímetro cúbico (cm * cm * cm) mm³ = milímetro cúbico (mm * mm * mm) Observe a tabela de transformações das unidades de medidas do volume. Algumas unidades de volume são relacionadas com algumas medidas de capacidade. Por exemplo: 1m³ (lê-se um metro cúbico) = 1000 litros 1dm³ (lê-se um decímetro cúbico) = 1 litro 1cm³ (lê-se um centímetro cúbico) = 1 mililitro (ml) Exemplo 1 Calcule a capacidade, em litros, de uma piscina com as seguintes dimensões: 8 m de comprimento, 6 m de largura e 1,8 m de profundidade (altura). Resolução: Calculando o volume da piscina. V = 8 * 6 * 1,8 V = 86,4 m³ Como 1m³ corresponde a 1000 litros, e a piscina possui 86,4m³ temos: 86,4 * 1000 = 86 400 Portanto, precisamos de 86 400 litros de água para encher uma piscina com as 39 seguintes dimensões: 8m de comprimento x 6m de largura x 1,8m de profundidade. Exemplo 2 Um reservatório possui volume de 3000m³. Qual a capacidade desse reservatório em litros? Resolução: Como 1m³ equivale a 1000 litros, temos que: 3000 * 1000 = 3 000 000 O reservatório possui capacidadeigual a 3 000 000 de litros de água. Cubo, (ou caixa de água.) Veja as figuras abaixo. São exemplos de cubo e plisma 40 Cubo, prisma e cilindro 41 Pirâmide cone e esfera Um paralelepípedo retângulo com todas as arestas congruentes ( a = a = a ) recebe o nome de cubo. Dessa forma, as seis faces são quadrados. Um cubo é o hexaedro regular. É um dos cinco Sólidos Platónicos. Tem 6 faces, 12 arestas e 8 vértices. Diagonais da base e do cubo dc=diagonal do cubo db = diagonal da base http://1.bp.blogspot.com/_VBNQiPSfc0M/TLeUJrxhItI/AAAAAAAAAG4/mkeopUFmAJ8/s1600/imagem.bmp http://1.bp.blogspot.com/_VBNQiPSfc0M/TLeYyVgTJDI/AAAAAAAAAHA/LnAHcG6r8-U/s1600/vbvbv.bmp 42 Na base ABCD, temos: No triângulo ACE, temos: Área e Volume A área total A e volume V de um cubo de comprimento de aresta a são: A = 6a2 V = a3 Esfera História O estudo da esfera remonta a uma época muito antiga. Segundo historiadores, o matemático grego Arquimedes de Siracusa (287-212 a.C.) http://2.bp.blogspot.com/_VBNQiPSfc0M/TLea8cySeSI/AAAAAAAAAHM/Y_BHrVAZ1_U/s1600/imagemfdfd.bmp http://1.bp.blogspot.com/_VBNQiPSfc0M/TLebRFQ1dbI/AAAAAAAAAHQ/b7hr2Si7p6A/s1600/Formula+1.bmp http://2.bp.blogspot.com/_VBNQiPSfc0M/TLecSks2p7I/AAAAAAAAAHU/-o2cAXblALs/s1600/imagemdfdfd.bmp http://4.bp.blogspot.com/_VBNQiPSfc0M/TLeczGqCWII/AAAAAAAAAHY/tCDRk9BwLCg/s1600/Formula+2.bmp 43 aparece como o primeiro a escrever um tratado sobre a esfera e o cilindro, no qual ele estabelece relações entre as áreas e os volumes dos dois sólidos. Conceito: A esfera no espaço R³ é uma superfície muito importante em função de suas aplicações a problemas da vida. Do ponto de vista matemático, a esfera no espaço R³ é confundida com o sólido geométrico (disco esférico) envolvido pela mesma, razão pela quais muitas pessoas calculam o volume da esfera. Na maioria dos livros elementares sobre Geometria, a esfera é tratada como se fosse um sólido, herança da Geometria Euclidiana. Posição relativa entre plano e esfera Plano secante à esfera O plano intersecciona a esfera formando duas partes, se o plano corta a esfera passando pelo centro temos duas partes de tamanhos iguais. Plano tangente à esfera O plano tangencia a esfera em apenas um ponto, formando um ângulo de 90º graus com o eixo de simetria. http://2.bp.blogspot.com/_VBNQiPSfc0M/TPd8EOcL0iI/AAAAAAAAAJQ/rjxBR79ciWA/s1600/1.bmp http://4.bp.blogspot.com/_VBNQiPSfc0M/TPd8Sa67nrI/AAAAAAAAAJU/rHWAkmxoBoA/s1600/2.bmp 44 Plano externo à esfera O plano e a esfera não possuem pontos em comum. Área de uma Superfície Esférica Temos que a área de uma superfície esférica de raio r é igual a: Volume da esfera Por ser considerada um sólido geométrico, a esfera possui volume representado pela seguinte equação: Exemplos: 1) Um plano secciona uma esfera a 4 cm do centro 0, determinando uma secção plana de raio 3 cm. Calcule o volume dessa esfera e a área de superfície. Resolução: http://3.bp.blogspot.com/_VBNQiPSfc0M/TPd8ilWlBHI/AAAAAAAAAJY/3Pprq9hcKWY/s1600/3.bmp http://1.bp.blogspot.com/_VBNQiPSfc0M/TPeBYNVVKJI/AAAAAAAAAJc/-mQGEW2KkXk/s1600/formula+da+area.bmp http://3.bp.blogspot.com/_VBNQiPSfc0M/TPeCr3N9sJI/AAAAAAAAAJg/CE0LJi6pPmo/s1600/volume+da+esfera.bmp 45 2) Duas esferas tangentes exteriormente e tangentes um plano nos pontos A e B tem raios iguais a 4 cm . Calcular a distância entre A e B. Resolução: Fuso Esférico e Cunha Esférica http://2.bp.blogspot.com/_VBNQiPSfc0M/TPeLDsCkGNI/AAAAAAAAAJk/lXsh9rXCxXs/s1600/Quest%C3%A3o+1.jpg http://1.bp.blogspot.com/_VBNQiPSfc0M/TPeLj_o-FMI/AAAAAAAAAJo/1qsY21y6RTg/s1600/Quest%C3%A3o+2.jpg 46 Azul: é o fuso Cinza: é a cunha. Fuso é uma parte da esfera, podendo ser representada por "goma de mexerica" (metaforicamente). http://4.bp.blogspot.com/_VBNQiPSfc0M/TPeMjGQnqKI/AAAAAAAAAJs/uSl6gPnDoSk/s1600/g.bmp http://2.bp.blogspot.com/_VBNQiPSfc0M/TPeSVUUACTI/AAAAAAAAAJw/y6CYeDNJygA/s1600/fuso+e++cunha.bmp 47 Exemplos: 1) Calcular o volume de uma cunha esférica de raio 3 cm cujo ângulo diedro mede 45°. Resolução: 2) Calcular a área de um fuso esférico de raio 5 cm cujo ângulo diedro mede π/10. Resolução: http://4.bp.blogspot.com/_VBNQiPSfc0M/TPeV9AZEARI/AAAAAAAAAJ0/eJDK795YXhE/s1600/Q.+1.jpg 48 Cilindro Em Matemática, um cilindro é o objeto tridimensional gerado pela superfície de revolução de um retângulo em torno de um de seus lados. De maneira mais prática, o cilindro é um corpo alongado e de aspecto roliço, com o mesmo diâmetro ao longo de todo o comprimento. Objetos geométricos em um "cilindro" Em um cilindro, podemos identificar vários elementos: - Base: É a região plana contendo a curva diretriz e todo o seu interior. Num cilindro existem duas bases. - Eixo: É o segmento de reta que liga os centros das bases do "cilindro". - Altura: A altura de um cilindro é a distância entre os dois planos paralelos que contêm as bases do "cilindro". - Superfície Lateral: É o conjunto de todos os pontos do espaço, que não estejam nas bases, obtidos pelo deslocamento paralelo da geratriz sempre apoiada sobre a curva diretriz. - Superfície Total: É o conjunto de todos os pontos da superfície lateral reunido com os pontos das bases do cilindro. - Área lateral: É a medida da superfície lateral do cilindro. - Área total: É a medida da superfície total do cilindro. - Seção meridiana de um cilindro: É uma região poligonal obtida pela interseção de um plano vertical que passa pelo centro do cilindro com o cilindro. http://4.bp.blogspot.com/_VBNQiPSfc0M/TPeWNxKA8SI/AAAAAAAAAJ4/p-wDk3KyuGU/s1600/Q.+2.jpg 49 Área da base (Ab) É a superfície de um círculo com o raio R. http://3.bp.blogspot.com/_VBNQiPSfc0M/TPedZmtHseI/AAAAAAAAAJ8/xDyHfs7D24I/s1600/area+da+base.bmp http://3.bp.blogspot.com/_VBNQiPSfc0M/TPefAaJJ6hI/AAAAAAAAAKA/cF9k-nKBEOc/s1600/ktgfgfvghk.bmp 50 Volume do Cilindro (V) O volume do cilindro é igual ao volume de um prisma, ou seja, possui a mesma altura e base. Principais Fórmulas de um Cilindro http://4.bp.blogspot.com/_VBNQiPSfc0M/TPegNw6dCxI/AAAAAAAAAKE/b0lZ79JG9ZI/s1600/im.bmp http://4.bp.blogspot.com/_VBNQiPSfc0M/TPg6BkYN_vI/AAAAAAAAAKI/nflFOENsLC8/s1600/formulas.bmp 51 Tronco do Cilindro Para se determinar a medida da área lateral do tronco do cilindro é necessário realizar a operação entre o produto do comprimento da circunferência e o segmento do eixo. Para se determinar o volume do tronco do cilindro é necessário realizar a operação entre o produto da área de secção e o segmento do eixo. http://1.bp.blogspot.com/_VBNQiPSfc0M/TPhFG9tGFuI/AAAAAAAAAKc/Gd5YEWvBpI0/s1600/8+cm+e+3+cm.bmp http://1.bp.blogspot.com/_VBNQiPSfc0M/TPhFG9tGFuI/AAAAAAAAAKc/Gd5YEWvBpI0/s1600/8+cm+e+3+cm.bmp http://4.bp.blogspot.com/_VBNQiPSfc0M/TPhATnKClCI/AAAAAAAAAKQ/czWjaTFgneU/s1600/yttty.bmp http://1.bp.blogspot.com/_VBNQiPSfc0M/TPhBE--_HfI/AAAAAAAAAKY/y4owgm5UHok/s1600/dfdf.bmp http://1.bp.blogspot.com/_VBNQiPSfc0M/TPhApJoyspI/AAAAAAAAAKU/Q5qvNzQpBmg/s1600/rgtrgrg.bmp 52 Exemplos: 1) Em um cilindro circular reto de altura 8 cm, o raio da base mede 3 cm. Calcular desse cilindro. a) a área lateral; b) a área da base; c) a área total; d) a área da secção merediana; e) o volume. Resolução: http://1.bp.blogspot.com/_VBNQiPSfc0M/TPhFG9tGFuI/AAAAAAAAAKc/Gd5YEWvBpI0/s1600/8+cm+e+3+cm.bmphttp://1.bp.blogspot.com/_VBNQiPSfc0M/TPhKH2MDRdI/AAAAAAAAAKg/ZIkon0kwT10/s1600/Qust%C3%A3o!+1.jpg 53 2) Um cilindro circular reto de altura 5 m, o raio da base mede 2 m. Calcule, desse cilindro: a) a área lateral AL; b) a área B de uma base; c) a área total AT; d) o volume V; Resolução: Cone Um cone é um sólido geométrico formado por todos os segmentos de reta que têm uma extremidade em um ponto V (vértice) em comum e a outra extremidade em um ponto qualquer de uma mesma região plana R (delimitada por uma curva suave, a base). http://3.bp.blogspot.com/_VBNQiPSfc0M/TPhQfS9j2xI/AAAAAAAAAKk/QU1iG0tiy90/s1600/q+2.jpg http://2.bp.blogspot.com/_VBNQiPSfc0M/TPqieORjcJI/AAAAAAAAAKo/5mBUSpuTTEA/s1600/cone_02.gif 54 Os cones podem ser divididos em: 1- Reto 2- Oblíquo 3- Eqüilátero Reto O cone é dito reto quando a sua base é uma circunferência e a reta que liga o vértice superior ao centro da circunferência da sua base é perpendicular ao plano da base. Em um cone circular reto, cuja base é um círculo, a face lateral é formada por geratrizes (g), que são linhas retas que ligam o vértice superior a pontos constituintes da circunferência do círculo. Oblíquo Denomina-se oblíquo quando não é um cone reto, ou seja, quando o eixo é oblíquo ao plano da base. Equilátero Um cone circular reto é um cone equilátero se a sua seção meridiana é uma região triangular equilátera e neste caso a medida da geratriz é igual à medida do diâmetro da base. - Vértice de um cone é o ponto P, onde concorrem todos os segmentos de reta. - Base de um cone é a região plana contida no interior da curva, inclusive a própria curva. - Eixo do cone é quando a base do cone é uma região que possui centro, o eixo é o segmento de reta que passa pelo vértice P e pelo centro da base. - Geratriz é qualquer segmento que tenha uma extremidade no vértice do cone e a outra na curva que envolve a base. - Altura é à distância do vértice do cone ao plano da base. - Superfície lateral de um cone é a reunião de todos os segmentos de reta que tem uma extremidade em P e a outra na curva que envolve a base. - Superfície do cone é a reunião da superfície lateral com a base do cone que é o círculo. - Seção meridiana de um cone é uma região triangular obtida pela interseção do cone com um plano que contem o eixo do mesmo. 55 Fórmulas Área da Base Ab =π.r² Área de um setor circular A = (l. r) /2 Área lateral Al = π.r.g Área Total At =Ab+ Al Volume V = (Ab.h) / 3 Exemplos: 1) Em um cone circular reto de altura 12 cm, o raio da base mede 5 cm. Calcular desse cone: a) a área lateral b) a área da base c) a área total d) o volume e) a medida O do ângulo central equivalente à superficie lateral do cone. f) a área da secção meridiana. 56 Resolução: http://2.bp.blogspot.com/_VBNQiPSfc0M/TPvjdBTmbwI/AAAAAAAAAKs/_3YeW6K39vI/s1600/htht.jpg 57 2) Em um cone circular reto de altura 6 cm, o raio da base mede 8 cm. Calcule desse cone: a) a área lateral; b) a área da base; c) a área total; d) a medida O do ângulo central equivalente à superfície lateral do cone; e) a área da secção meridiana; f) o volume. Resolução: http://2.bp.blogspot.com/_VBNQiPSfc0M/TPvj3aS4YQI/AAAAAAAAAKw/DyR6LkblN5c/s1600/hgt.jpg 58 3) Em um cone circular de 4 m de altura, o raio da base mede 2 m. Um plano, paralelo à base desse cone e distante 2 de seu vértice, separa - o em dois sólidos. Resolução: Referências Site: Mundo educação. Escola Brasil. Tele curso 2000. Apostila: Volume (1e 3) Kátia e Roku Segundo ano. http://1.bp.blogspot.com/_VBNQiPSfc0M/TP101lavXqI/AAAAAAAAAK0/RjLYzEVg9o0/s1600/digitalizar0001.jpg