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GEOMETRIA ANALÍTICA Olá! O estudo da reta no plano é algo bastante comum no ramo da geometria analítica. Nos campos de estatística, engenharia ou qualquer outra disciplina que envolve a construção de retas por meio de pontos, exige o uso de retas no plano bidimensional. Nesta aula, serão abordadas as retas no plano mediante equações, além da demonstração dos desenhos dessas retas no plano cartesiano, também por meio de equações. Finalmente, serão relacionadas as duas retas relativamente a suas posições no plano. Bons estudos! AULA 6 – RETA NO PLANO 6 RETA NO PLANO Santos e Ferreira (2009) afirmam que as retas são representadas mediante equações, que podem ser obtidas por pontos no plano cartesiano e relações com os vetores, como mostra a Imagem 1. Imagem 1 – Reta r orientada pelo vetor v e com pontos A e P Fonte: Adaptado de Winterle, 2014. Na construção de equação da reta com o uso de vetores, serão desenvolvidas as equações vetoriais, no entanto, o foco da aula será falar da construção dessa equação por meio dos pontos, que precisa do uso de, ao menos, dois pontos para definir um segmento de reta ou uma reta completa, como mostra a Imagem 2. Imagem 2 – Retas formadas por meio de dois pontos Fonte: Adaptado de Santos e Ferreira, 2009. Considere uma reta formada por dois pontos, um deles está localizado na origem, enquanto o outro está na coordenada B (5,5) e a intenção é saber quais pontos pertencem à reta que tem como base esses pontos. Foi dito que um dos pontos de referência está na origem, portanto, a reta vai passar pelo ponto (0,0), já o segundo teve sua localização especificada em (5,5). Os outros pontos precisam estar em coordenadas que são iguais nos valores de x e y, desse modo, alguns dos pontos que pertencem a essa reta são os seguintes: Quadro 1 – Pontos da reta do exemplo Ponto x y A -2 -2 C -1 -1 D 1 1 E 2 2 Fonte: Elaborado pelo autor. A Imagem 3 ilustra os pontos supracitados no plano cartesiano. Imagem 3 – Representação dos pontos de uma reta no plano cartesiano Fonte: Adaptado de Medeiros, 2019. Pelo fato dos valores de x e y precisarem ser iguais para pertencer à reta, é possível afirmar que a relação/equação capaz de representá-la é x = y. Com isso, todo valor igual a y será igual a x. No entanto, existem equações de reta que não são tão facilmente previsíveis e, para determiná-las, deve-se realizar os procedimentos descritos no exemplo a seguir: considere uma reta que passa pelos pontos A (1,-1) e B (3,3). Nesse contexto, uma equação de reta é, basicamente, descrita pela seguinte equação: 𝑦 = 𝑎 . 𝑥 + 𝑏 Onde a e b representam as constantes que precisam ser inseridas ou encontradas com base nos pontos fornecidos. O valor de a, denominado coeficiente angular, é dado por: 𝑎 = ∆𝑦 ∆𝑥 Sendo assim, para o exemplo, o valor de a é: 𝑎 = ∆𝑦 ∆𝑥 = 𝑦𝐵 − 𝑦𝐴 𝑥𝐵 − 𝑥𝐴 = 3 − (−1) 3 − 1 = 4 2 = 2 Por sua vez, o valor de b recebe o nome de coeficiente linear e é definido pela substituição de um dos pontos na equação de reta base, combinado com o coeficiente angular calculado: 𝑦 = 𝑎 . 𝑥 + 𝑏 3 = 2 . 3 + 𝑏 −𝑏 = −3 + 2 . 3 . (−1) → 𝑏 = 3 − 2 . 3 𝑏 = 3 − 6 = −3 Portanto, a equação da reta será y = 2x – 3. Vale ressaltar que, no momento da construção de qualquer equação, a inserção dos valores de um ponto deve se dar nas posições indicadas, assim como o valor dos coeficientes calculados. Se tiver inversão ou troca de alguma posição, toda a equação da reta será inválida. 6.1 Representação de retas no plano cartesiano Como dito anteriormente, as retas podem ser construídas a partir de dois pontos do plano cartesiano. No tópico anterior, a Imagem 3 possui uma reta r construída a partir de dois pontos A (x0,y0) e B (x1,y1), tais pontos também possibilitam o cálculo do coeficiente angular da reta, que representa o valor da tangente referente ao ângulo de inclinação α: 𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑎𝑛𝑔𝑢𝑙𝑎𝑟 = 𝛼 = tan(𝛼) = 𝑦1 − 𝑦0 𝑥1 − 𝑥0 Com o coeficiente angular encontrado, é possível construir a equação da reta da seguinte forma: 𝑦 = 𝑎 . 𝑥 + 𝑏 O valor de b, denominado coeficiente linear, representa o valor de translação da reta no sentido do eixo y. Se a reta passar pela origem, esse valor será igual a zero. Para encontrar o valor de b, deve-se substituir o valor de y e x por um dos pontos que compõem a reta. Para compreender melhor, considere que será preciso encontrar o ângulo de inclinação da reta, formada pelos pontos A (1,3) e B (2,5), e a equação da reta. O ângulo é dado pela equação: 𝛼 = tan(𝑎) = 𝑦1 − 𝑦0 𝑥1 − 𝑥0 tan(𝛼) = 5 − 3 2 − 1 = 2 1 = 2 𝛼 = 𝑎𝑟𝑐 tan(2) ≅ 63,435° O valor do coeficiente angular indica o valor da tangente do ângulo. Se for colocada a função inversa com esse valor, o valor do ângulo pode ser dado em graus ou radianos. Outro ponto que merece atenção é com relação ao arredondamento e ao número de casas decimais, uma vez que os valores podem variar com base nos valores inseridos. Por sua vez, a equação da reta é a seguinte: 𝑏 = 𝑦 − 𝑎𝑥 3 − 2 . 1 = 1 𝑦 = 𝑎 . 𝑥 + 𝑏 𝑦 = 2𝑥 + 1 A Imagem 4 demonstra que os pontos A, B e P formaram a reta no plano, enquanto o ângulo α representa a inclinação da reta. Note que, quando o coeficiente angular é positivo, a reta é ascendente, mas se ele for negativo, a reta será descendente. Imagem 4 – Retas com coeficiente angular positivo e negativo Fonte: Adaptado de Medeiros, 2019. 6.2 Relações entre retas Caso sejam obtidas equações de retas onde o coeficiente linear é igual a zero, a reta vai passar pela origem do sistema. No entanto, se o coeficiente angular for igual a zero, o valor da tangente do ângulo de inclinação também será igual a zero, isto é, o único valor do ângulo que satisfaz essa tangente é zero grau. Segundo Steinbruch e Winterle (2014), existem retas sem as variáveis x ou y, onde x é igual a uma constante ou y igual a uma constante. Quando isso ocorre, essa reta será paralela aos eixos cartesianos. Caso não tenha x, a reta estará paralela ao eixo x e, se não tiver y, a reta será paralela ao eixo y. A Imagem 5 apresenta as retas r e s paralelas aos eixos x e y, respectivamente. Imagem 5 – Retas r e s, paralelas aos eixos x e y Fonte: Adaptado de Medeiros, 2019. Para melhorar a compreensão, considere as seguintes retas: ➢ r: x = 10. ➢ s: y = 8. ➢ t: y = -x. Para saber a quais eixos elas são paralelas, deve-se observar quais eixos ela não apresenta. No caso da primeira reta (r), ela tem o valor constante x = 10, portanto, ela assume todos os valores de y na mesma posição x de 10, isso faz dela uma reta paralela ao eixo y, como mostra a Imagem 6. Imagem 6 – Reta r paralela ao eixo y Fonte: Adaptado de Medeiros, 2019. Por sua vez, a segunda reta (s) tem o valor constante y = 8, portanto, ela assume todos os valores de x na mesma posição y de 8, isso faz dela uma reta paralela ao eixo x, como mostra a Imagem 7. Imagem 7 – Reta s paralela ao eixo x Fonte: Adaptado de Medeiros, 2019. Por fim, os valores da terceira reta (t) valem x e y simultaneamente, além de contar com um coeficiente angular no valor de -1. Desse modo, a reta t não tem relação de paralelismo aos eixos coordenados do plano cartesiano, como mostra a Imagem 8. Imagem 8 – Reta t sem paralelismo Fonte: Adaptado de Medeiros, 2019. Além disso, as retas variam suas inclinações conforme o coeficiente angular. Caso os coeficientes angulares sejam iguais em retas diferentes, essas retas terão o mesmo grau de inclinação e, portanto, são paralelas. Se oscoeficientes angulares forem diferentes, tem-se um ângulo de diferença entre as retas comparadas. Pelo fato de cada reta ter um ângulo correspondente em relação ao eixo horizontal, caso a diferença entre esses ângulos seja igual a 90° (ou a um múltiplo de 90, como 180), será observado um caso de ortogonalidade entre retas. A Imagem 9 ilustra retas com inclinações diferentes em função de coeficientes angulares distintos. Nessa imagem, as retas r e s são paralelas (coeficiente angular igual a 4), enquanto as retas s e u são ortogonais entre si (coeficientes angulares iguais a 1 e -1). Imagem 9 – Retas com inclinações diferentes Fonte: Adaptado de Medeiros, 2019. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS MEDEIROS, E. C. Estudo da reta no plano. Porto Alegre: Grupo A, 2019. SANTOS, F. J.; FERREIRA, S. F. Geometria analítica. Porto Alegre: Bookman, 2009. STEINBRUCH, A. C.; WINTERLE, P. Geometria analítica. 2. ed. São Paulo: Pearson, 2014. WINTERLE, P. Vetores e geometria analítica. 2. ed. São Paulo: Pearson, 2014.