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8 capítulo 1 1. Conceituação Básica O desenho é a expressão gráfica da forma, e deste modo não é possível dese- nhar sem o conhecimento das formas a serem representadas (Carvalho, 2005 p.11). Sendo assim, é de suma importância conhecermos os instrumentos e materiais de desenho que iremos utilizar. Lápis e/ou lapiseira – Geralmente o lápis é classificado por letras, núme- ros ou ambos, de acordo com o grau de dureza da grafite (também conhecida por mina). Borracha – Usa-se de preferência uma borracha macia. Régua – Instrumento para medir e traçar linhas retas. Aconselha-se o uso de régua transparente, graduada em cm e mm. Compasso – Instrumento utilizado para traçar circunferências e transpor- tar medidas. capítulo 1 9 Esquadros – Instrumento cujo formato é de triângulo retângulo, um isósceles, e o outro escaleno. Assim coo a régua é aconselhável o uso de es- quadros transparentes. Escaleno Isósceles Transferidor – Instrumento utilizado para medir e marcar ângulos. Possui dois modelos básicos um de 180° e outro de 360°. Assim como a régua e os es- quadros, é aconselhável o uso do transferidor transparente. 0 90 10 8020 7030 60 40 50 50 40 60 30 70 20 80 10 90 0 90 180 80 170 70160 60150 50140 40130 30120 20 110 10 100 140 220 130 230 120 240 110 250 100 260 90 270 80 280 70290 60300 50310 40320 30330 20 340 10 350 0 0 350 10340 20330 30 32 0 40 31 0 50 30 0 60 29 0 70 28 0 80 27 0 90 26 0 10 0 25 0 11 0 24 0 12 0 23 0 13 0 22 0 14 0 210 150 200 160 190 170 180 180 170 190 160 200 150 210 1.1 Ponto, linha (curva e reta) e plano O ponto, a linha e o plano são elementos básicos da Geometria, isto é, são entes geométricos intuitivos, portanto não possuem definição geométrica. 1.1.1 Ponto Não possui formato nem dimensão. Pode ser representado pela intersecção de dois traços ou simplesmente por um toque de lápis no papel. A B C D Os pontos geométricos são sempre identificados por letras maiúsculas do nosso alfabeto. Por exemplo: ponto A, ponto B, ponto C, ponto D, e as- sim sucessivamente. 10 capítulo 1 ATENÇÃO Não podemos representar pontos geométricos por pequenos círculos vazios ou cheios. Por quê? Porque nesses pequenos círculos cabe, infinitos pontos. • ° errado . x certo 1.1.2 Linha A linha é um conjunto de infinitos pontos. Também podemos apresentar a li- nha como o percurso de um ponto em movimento no espaço. Observe o exemplo a seguir: X A A A A’ Veja que o ponto A se movimentou no espaço, a essa trajetória denomina- mos linha. A linha pode ser classificada de duas maneiras, quanto a forma e quanto ao traçado. QU AN TO A F OR MA Reta (ou retilínea) - possui apenas uma direção. Curva (ou curvilínea) - está sempre em mu- dança de direção, feita de forma agradável. Poligonal (ou quebrada) - apresenta mudan- ças de direção bruscas. Mista (ou mistilínea) - formada por pelo menos dois tipos de linhas. capítulo 1 11 QU AN TO A O TR AÇ AD O Cheia (ou contínua) - o traçado é feito sem nenhuma interrupção. Pontilhada - a linha é representada por meio de pontos. Tracejada - a linha é representada por meio de traços. Traço e ponto - a linha é representada por meio de traços e pontos. Observação: As linhas são sempre identificadas com letras minúsculas do nosso alfabeto. Por exemplo: linha a, linha b, linha c, linha e, linha f e as- sim sucessivamente. 1.1.3 Reta É uma linha que possui uma única direção e ilimitada em ambos os sentidos de crescimento. A reta é identificada por uma letra minúscula do nosso alfabeto, por exem- plo reta a, reta b, reta c, e assim por diante. Por ser ilimitada a reta pode ser representada de algumas maneiras: r t ATENÇÃO Não representar a reta com traço largo ou engrossado por vários traços sobrepostos, e sim com um traço fino. Por quê? Porque a reta não possui “largura” e num traçado largo ou expeço teremos infinitas retas. Veja: Correto Errado 12 capítulo 1 Muito bem, já conhecemos ponto e reta vamos, agora, ver algumas proprie- dades entre esses dois entes geométricos. 1.1.3.1 Pertinência Um ponto pertence a uma reta se, e somente se, estiver representado sobre a reta. rB C A Observe que os pontos A e B pertencem à reta r (A ∈ r, B ∈ r), já o ponto C não pertence à reta r (C ∉ r). 1.1.3.2 Por um ponto passam infinitas retas r s u t AV Observe que pelo ponto A podemos traçar um número muito grande de re- tas. Logo podemos concluir que o ponto A é comum à todas as retas, isto é, o ponto pertence simultaneamente à todas as retas. 1.1.3.3 Outra propriedade importante é que para determinarmos uma reta são necessários apenas dois pontos distintos (diferentes) tBA Pontos que pertencem a uma mesma reta são chamados de colineares. capítulo 1 13 1.1.4 Plano O plano é um conjunto de infinitos pontos e infinitas linhas. Sua representação poder ser feita de diversas maneiras, veja: α β γ Os planos são identificados por letras minúsculas do alfabeto grego, tais como α (alfa), β (beta), γ (gama) e assim por diante. Antes de começarmos os exercícios, vamos relembrar o que estudamos nes- te capítulo. Se o ponto estiver contido numa reta, este ponto pertence à reta. Por um ponto podemos traçar infinitas retas. Um ponto é comum a duas ou mais retas se ele pertencer, simultaneamente, a es- sas retas. Por dois pontos distintos podemos traçar uma, e somente uma reta. Pontos colineares são pontos que pertencem à mesma reta. 18 capítulo 2 2. Semirreta e segmento de reta 2.1 Semirreta Como vimos no capítulo anterior, a reta é infinita nos dois sentidos. O que pode ocorrer quando marcamos um ponto sobre a reta? rQ Note que o ponto Q dividiu a reta em duas partes. Cada uma das partes é denominada de semirreta e ambas têm origem no ponto Q. Sendo assim, pode- mos definir semirreta como parte de uma reta que tem origem em um ponto e é infinita em um só sentido. Uma semirreta pode ser indicada de várias maneiras, veja: a) Indicando a origem P e a reta r ( Pr ��� - lê-se: semirreta r de origem P). r P b) Indicando somente a origem P ( P �� – lê-se: semirreta de origem P). P c) Indicando a origem e um outro ponto que pertence à semirreta ( PQ � ��� – lê-se: semirreta de origem P e passando por Q). P Q Observações: Sempre a primeira letra indica a origem da semirreta A seta dobre as letras indica que a semirreta só pode ser prolongada em um sentido. 2.2 Segmento de reta Como vimos no capítulo anterior, a reta é infinita nos dois sentidos. O que acontece se marcarmos dois pontos distintos numa reta? capítulo 2 19 r P Q Observe que uma parte da reta r ficou limitada por esses dois pontos. A essa parte denominamos segmento de reta, cujas extremidades são os pontos P e Q. Assim, podemos definir segmento de reta como parte de uma reta limitada por dois pontos. Um segmento de reta é indicado por suas extremidades, veja: A B AB (lê-se: segmento de reta AB). Observação: A ausência da seta sobre as letras significa que o segmento de reta não pode ser prolongado. 2.3 Reta suporte Denomina-se reta suporte, a reta que contém um segmento, sendo assim todo segmento tem a sua reta-suporte, porém não é necessária sua representação. At C Reta suporte do segmento AC B rD Reta suporte do segmento BD 2.4 Segmentos colineares Segmentos que estão contidos na mesma reta suporte são denominados de seg- mentos colineares. r A B M N Os segmentos AB e MN estão contidos na reta r ( AB ⊂ r e MN ⊂ r ). 20 capítulo 2 2.5 Segmentos não colineares Os segmentos que não estão contidos numa mesma reta suporte são denomi- nados de segmentos não colineares. At C B rD 2.6 Segmentos consecutivos Denominamos segmentos consecutivos os segmentos que possuem uma extremidade comum. Os segmentos consecutivos podem ser colineares ou não colineares. P R Q Observe que a extremidade Q é comum aos dois segmentos, isto é,Q perten- ce tanto ao segmento PQ quanto ao segmento QR Q PQ Q QR ∈ ∈ ⎛ ⎝ ⎜⎜ ⎞ ⎠ ⎟⎟ . 2.7 Segmentos não consecutivos Os segmentos que não possuem extremidades em comum são chamados de segmentos não consecutivos. A C B D Antes de começarmos os exercícios, vamos relembrar o que estudamos nes- te capítulo. Semirreta é parte de uma reta que têm origem em um ponto e é infinita em um só sentido. Segmento de reta é parte de uma reta limitada por dois de seus pontos. Reta suporte é a reta que contém o segmento Segmentos colineares são aqueles que estão contidos em uma mesma reta suporte. Segmentos não colineares são aqueles que não estão contidos em uma mesma reta suporte. Segmentos consecutivos são aquele que possuem uma extremidade em comum. Segmentos não consecutivos são aqueles que não possuem uma extremidade em comum. 24 capítulo 3 3. Polígonos 3.1 Polígonos Você já estudou as linhas poligonais e sabem que elas podem ser abertas ou fechadas. Sabe também que elas são formadas por segmentos de reta consecu- tivos e não colineares. Assim, o conjunto da linha poligonal fechada simples e sua região interna é chamado de polígono. Linha poligonal fechada simples + Região interna Polígono É importante lembrar que a palavra polígono é de origem grega onde poli significa “muito” e gono significa ângulo, logo polígono significa “mui- tos ângulos”. Agora vamos ver a diferença de um polígono convexo e de um côncavo (não convexo). Polígono convexo: todos os ângulos internos são convexos, isto é, ângulos menores que 180° Polígono côncavo (não convexo): possui ângulo interno maior que 180° Uma maneira prática de verificar se um polígono é convexo ou não, é traçar- mos uma reta que cruze o maior número de lados do polígono. E verificar se o segmento determinado pelos lados do polígono. Se o segmento estiver contido na região interna do polígono esse polígono é convexo, caso contrário é cônca- vo (não convexo). capítulo 3 25 Veja os exemplos a seguir: Polígono Convexo Polígono côncavo (não convexo) 3.2 Elementos de um polígono Observe o polígono a seguir: Lado Diagonal Ângulo interno Ângulo externo Vértice Lado: segmento de reta que une dois vértices consecutivos. Vértice: ponto de intersecção de dois lados. Diagonal: segmento de reta com extremidades em dois vértices não consecutivos. Ângulo interno: ângulo na região interna do polígono; formado por dois la- dos consecutivos. Ângulo externo: ângulo na região externa do polígono; formado por um lado e o prolongamento de outro. 3.3 Classificação dos polígonos Vamos classificar os polígonos de acordo com o número de lados ou o número de ângulos que ele possui. Seu nome começa pela indicação do número de lados termina em látero (lado) ou gono (ângulo). 26 capítulo 3 Veja a tabela a seguir, apresentando alguns polígonos: TRIÂNGULO TRI = 3 Dodecágono DO + DECA = 12 QUADRILÁTERO QUADRI = 4 Tridecágono TRI + DECA = 13 PENTÁGONO PENTA = 5 Tetradecágono TETRA + DECA = 14 HEXÁGONO HEXA = 6 Pentadecágono PENTA + DECA = 15 HEPTÁGONO HEPTA = 7 Hexadecágono HEXA + DECA = 16 OCTÓGONO OCTO = 8 Heptadecágono HEPTA + DECA = 17 ENEÁGONO ENEA = 9 Octodecágono OCTO + DECA = 18 DECÁGONO DECA = 10 Eneadecágono ENRA + DECA = 19 UNDECÁGONO UM + DECA = 11 Icoságono ICOSA = 20 3.4 Triângulos Já sabemos que cada polígono recebe um nome próprio de acordo com o nú- mero de seus lados. O polígono com o menor número de lados é o triângulo, que é formado por três segmentos de reta consecutivos e não colineares. capítulo 3 27 3.4.1 Classificação dos triângulos Os triângulos são classificados de acordo com as medidas dos lados e dos ân- gulos internos. De acordo com os lados temos: Triângulo equilátero (equi = igual, látero = lado): possui os três lados iguais (congruentes). 3,2 cm 3, 2 cm 3,2 cm Triângulo isósceles: possui dois lados iguais (congruentes). 1,8 cm 3 cm 3 cm Triângulo escaleno: possui os três lados com medidas diferentes. 5,5 cm 3 cm 5 cm De acordo com as medidas dos ângulos internos temos: Triângulo acutângulo: as medidas dos ângulos internos são menores que 90° (ângulos agudos). Ângulos agudos (menor que 90º) Triângulo obtusângulo: possui um ângulo obtuso (ângulo maior que 90° e menor que 180°) Ângulos obtuso Triângulo retângulo: possui um ângulo reto (90°) Ângulo reto (90º) É importante lembrar que para classificar um triângulo, devemos conside- rar tanto seus lados quanto seus ângulos. 3.5 Quadriláteros Chamamos de quadrilátero, qualquer polígono com quatro lados. Sendo as- sim, todo quadrilátero possui quatro lados, quatro vértices, quatro ângulos in- ternos e duas diagonais. Vértice Ângulo interno Lado Diagonais 3.5.1 Classificação Para facilitar a classificação, vamos dividir os quadriláteros em três grandes grupos, são eles: trapezoides, paralelogrâmicos e trapézios. Trapezoides: são quadriláteros que não apresentam nenhum paralelismo entre seus lados. Paralelogrâmicos: são quadriláteros onde seus lados opostos são paralelos. Os quadriláteros paralelogrâmicos (Fiorano, apud Junior 1996, p.159) são: o quadrado, o retângulo, o losango e o paralelogramo. Quadrado Losango Paralelogramo Retângulo 3.5.2 Propriedades dos quadriláteros As propriedades a seguir, serão muito úteis para a construção de quadriláteros, portanto, muita atenção. Quadrado O quadrado possui: Lados congruentes (iguais) Quatro ângulos retos (90°) Diagonais congruentes (iguais), se encontram no ponto médio e são perpendiculares entre si. Retângulo O retângulo possui: Lados opostos congruentes (iguais). Quatro ângulos retos (90°). Duas diagonais iguais que se encontram no ponto médio. Losango O losango possui: Quatro lados congruentes (iguais). Ângulos opostos congruentes (dois agudos e dois obtusos). Duas diagonais (uma maior e outra menor) que se encontram no ponto médio, formando um ângulo reto (90°). Paralelogramo O paralelogramo possui: Lados opostos congruentes (iguais). Ângulos opostos congruentes (dois agudos e dois obtusos) Duas diagonais com medidas diferentes e se encontram no ponto médio. 3.6 Trapézios Trapézios: Os trapézios são quadriláteros que possuem apenas dois lados para- lelos entre si, que são chamados de bases (maior e menor) Base menor Base maior Altura 3.6.1 Classificação Os trapézios são classificados em isósceles, retângulo e escaleno. Trapézio isósceles: os dois lados não paralelos são congruentes (iguais), como consequência os ângulos das bases são iguais entre si. Trapézio retângulo: um dos lados não paralelos é perpendicular (forma um ângulo de 90°) com as bases. Trapézio escaleno: os lados não paralelos são diferentes entre si. Observação: O trapézio retângulo também é escaleno. 3.7 Polígonos regulares Chamamos um polígono de regular, quando ele apresenta todos os lados con- gruentes (iguais) e todos os ângulos internos de mesma medida. 3.7.1 Construção de polígonos regulares Existem diferentes maneiras de se construir um polígono regular. Vamos estu- dar o processo de construção a partir do ângulo central. Utilizamos este processo quando conhecemos a circunferência circunscri- ta. Isto é, a circunferência que passa por todos os vértices do polígono. O processo é muito simples, basta dividir os 360º da circunferência pelo nú- mero de lado do polígono. Deste modo, encontramos o valor do ângulo central e, a partir dele, construímos o polígono. Veja o exemplo. Vamos construir o hexágono regular (6 lados) a partir de uma circunferência de raio 3 cm. 1° passo: Traçamos a circunferência 2º passo: Dividir 360° por 6. 360 6 0 = 60° 3º passo: Com o auxílio do trans- feridor, marcamos o ângulo central de 60°, obtendo o arco AB� . 60º B AO 4º passo: Com o auxílio do compasso, transportamos esse arco ao longo da circunferência até completarmos uma volta inteira. 60º BC FE AD O 5º passo: Com o auxílio da régua unimos os pontosmarcados e obtemos o hexágono regular. BC FE AD O 5. Lugares geométricos Todos os lugares possuem características que permitem sua localização e identifi- cação, como por exemplo os satélites, orbitando em torno de nosso planeta Terra. Em Desenho Geométrico, tais características estão relacionadas com as proprieda- des de figuras e são chamadas de Lugares Geométricos. Assim, podemos conceituar lugar geométrico como o lugar dos pontos de um plano que possuem determinadas propriedades e que são os únicos a possuírem tal característica. 5.1 Lugar geométrico 1 (L.G.1) – Par de retas paralelas Um par de retas paralelas é o lugar geométrico dos pontos de um plano que estão sempre a mesma distância (equidistante) em relação a uma reta dada. EXEMPLO Determine o liugar geométrico dos pontos que distam 20 mm da reta r. r L.G. dos pontos distantes 20 mm da reta r r’ r” 5.2 Lugar geométrico 2 (L.G. 2) – Mediatriz Chamamos de mediatriz o lugar geométrico dos pontos de um plano que estão sempre aà mesma distância (equidistante) de dois pontos conhecidos. Veja: Determine o lugar geométrico dos pontos equidistantes de A e B. B mtz A AB Qualquer ponto da mediatriz (mtz AB ) tem a mesma distância em relação aos pontos A e B. 5.3 Lugar geométrico 3 (L.G. 3) – Bissetriz Chamamos de bissetriz o lugar geométrico dos pontos de um plano que estão sempre aà mesma distância (equidistante) de duas retas dadas. É importante observar que as duas retas dadas podem ser concorrentes (se “cruzam”) ou paralelas. Veja: Dadas as retas r e s, determine o lugar geométrico dos pontos equidistantes das retas. a) Retas concorrentes btz btz r s b) Retas paralelas a b d d btz Em ambas situações, qualquer ponto que pertence a uma das bissetrizes (btz) terá a mesma distância em relação às retas dadas. 5.4 Lugar geométrico 4 (L.G. 4) – Circunferência Chamamos de circunferência o lugar geométrico dos pontos de um plano que estão sempre a mesma distância (equidistante) de um ponto conhecido. C A B D r r r Combinando esses quatro lugares geométricos que acabamos de estudar, determinaremos propriedades para pontos do plano. A seguir, faremos alguns exemplos para tornar mais clara a combinação en- tre os lugares geométricos. Determine o lugar geométrico dos pontos equidistantes (mesma distân- cia) de A e B e que estejam a 2,0 cm da reta r. A B r 1º Passo: Vamos associar àas condições do enunciado os lugares geométricos que co- nhecemos. Neste caso a 1ª condição é o L.G. 2 (mediatriz) e a 2ª condição é o L.G.1 (retas paralelas). Traçamos a mediatriz do segmento AB , obtendo, assim, os pontos que sa- tisfazem a 1ª condição. A B r 2º Passo Traçamos o par de retas paralelas que dista, 2,0 cm da reta r, obtendo assim, os pontos que satisfazem a 2ª condição. A P1 P2 B r r” r’ Observe que na intersecção das retas paralelas com a mediatriz, estão os pontos (P1 e P2) que atendem simultaneamente às duas condições, isto é, os lugares geométricos procurados. Determine o lugar geométrico dos pontos equidistantes das retas r e s e que esteja a 3,0 cm da reta t. s r t 1º Passo: Vamos associar às condições do enunciado os lugares geométricos que conhecemos. Neste caso a 1ª condição é o L.G. 3 (bissetriz) e a 2ª condição é o L.G.1 (retas paralelas). Primeiramente vamos traçar as bis- setrizes dos ângulos formados pelas retas r e s, obtendo assim, os pontos que satisfazem a 1ª condição. s r t btz rs btz rs 2º Passo Traçamos a reta paralela que dista 3,0 cm da reta t, obtendo, assim, os pon- tos que satisfazem a 2ª condição. s r P1 P2 tt’ btz rs btz rs Observe que na intersecção das bissetrizes com as retas paralelas, estão nos pontos (P1 e P2) que atendem simultaneamente às duas condições, isto é, os lugares geométricos procurados. 58 capítulo 6 6. Tangência e concordância 6.1 Tangência Observando o mundo, a natureza etc., percebemos formas que nos dão a ideia de círculos e retas que se encontram em apenas um ponto. Essa relação de po- sição é chamada de tangência. 6.1.1 Tangência entre reta e circunferência Se uma reta e uma circunferência são tangentes entre si, o raio da circunferên- cia e a reta são perpendiculares no ponto de tangência. A T Reta tangente Ponto de tangência t 6.1.2 Tangência entre circunferências Se duas circunferências são tangentes entre si, existem três pontos “notáveis” que devem ser colineares (pertencem a mesma reta), os dois centros e o ponto de tangência. Temos duas situações a considerar: quando as circunferências se tangen- ciam externamente e quando elas se tangenciam internamente. 6.1.2.1 Tangentes externas Se as circunferências se tangenciam externamente (tangentes externas), a dis- tância entre seus centros é igual à soma dos raios. A r1 r2 B Como podemos observar, a distância entre os centros é igual à soma das medidas dos raios, ou seja, AB = r1+ r2. 6.1.2.2 Tangentes internas Se as circunferências se tangenciam internamente (tangentes internas), a dis- tância entre os centros é a diferença entre os raios, A B T AT r BT r AB r r = = ⎫ ⎬ ⎪ ⎭⎪ ⇒ = −1 2 1 2 6.2 Concordância entre uma reta e uma circunferência Podemos definir concordância como a união de objetos por meio de retas, ou circunferência, satisfazendo a propriedade da tangência. Veja a seguir alguns exemplos. O2O1 O2 O1 r A B C s Observe que os traçados em concordância têm origem nas construções de retas e circunferências. Então, como construir um arco em concordância com uma semirreta, sen- do dados: o ponto de concordância, a semirreta e a medida do raio? Considere uma semirreta a partir do ponto A (ponto de concordância) e o raio de 2,0 cm. A partir de A, construa o arco AB� . 1º Passo Pelo ponto A, levante uma perpendicular. A 2º Passo Com o compasso, marque 2,0 cm, na reta perpendicular, encontrando dois pontos O1 e O2, em seguida trace os arcos AB� e AB� . A O1 O2 B B’ 6.3 Concordância entre duas circunferências Concordar dois arcos implica dizer que devemos uni-los de tal maneira que se possa passar de um para o outro sem uma mudança de direção, isto é, sem an- gulações bruscas, respeitando sempre a propriedade da tangência. Como exemplo, vamos construir um arco concordante com um arco dado, sendo o ponto de concordância o ponto A e a medida do raio igual a 1,5 cm. A C B 1º Passo Traçar a reta que passa pelos pon- tos A e C. Em seguida, marcamos 1,5 cm a partir do ponto A, obtendo o pon- to O. A O C B 2º Passo Traçamos o arco �AB com o centro no ponto O. A O P C B Observe que podemos traçar um outro arco AP� seguindo os mesmos pas- sos. Veja.: A O O’ P P’ C B