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Geometria plana. #DD2020 Relação das aulas. Página Aula 01 - Conceitos iniciais................................................................ 02 Aula 02 - Pontos notáveis de um triângulo......................................... 17 Aula 03 - Congruência de triângulos.................................................. 27 Aula 04 - Quadriláteros notáveis........................................................ 36 Aula 05 - Polígonos convexos............................................................ 45 Aula 06 - Ângulos na circunferência................................................... 58 Aula 07 - Segmentos proporcionais................................................... 70 Aula 08 - Semelhança de triângulos................................................... 80 Aula 09 - Relações métricas no triângulo retângulo........................... 94 Aula 10 - Relações métricas num triângulo qualquer....................... 107 Aula 11 - Circunferência e círculo..................................................... 121 Aula 12 - Inscrição e circunscrição de polígonos regulares............. 131 Aula 13 - Áreas das figuras planas................................................... 141 Autor - Lucas Octavio de Souza (Jeca) Geometria plana Aula 01 Conceitos iniciais de Geometria Plana. I) Reta, semirreta e segmento de reta. Definições. A A A A B B B B reta AB semirreta AB semirreta BA segmento AB a) Segmentos congruentes. Dois segmentos são congruentes se têm a mesma medida. b) Ponto médio de um segmento. Um ponto P é ponto médio do segmento AB se pertence ao segmento e divide AB em dois segmentos congruentes. II) Ângulo. O A c) Mediatriz de um segmento. É a reta perpendicular ao segmento no seu ponto médio Definições. a) Ângulo é a região plana limitada por duas semirretas de mesma origem. b) Ângulos congruentes. OA - lado OB - lado B Dois ângulos são ditos congruentes se têm a mesma medida. O - vértice ângulo AOB ou ângulo IIa) Unidades de medida de ângulo. a) Grau. A medida de uma volta completa é 360º. c) Bissetriz de um ângulo. É a semirreta de origem no vértice do ângulo que divide esse ângulo em dois ângulos congruentes. b) Radiano. A medida de uma volta completa é 2 radianos. 1º = 60' 1' = 60" º - grau ' - minuto " - segundo Um radiano é a medida do ângulo central de uma circunferência cuja medida do arco correspondente é igual à medida do raio da circunferência. IIb) Classificação dos ângulos. = 0º 0º < < 90º = 90º - - - ângulo nulo. ângulo agudo. ângulo reto. Definições. a) Ângulos complementares. É o par de ângulos cuja soma das medidas é 90º. 90º < < 180º = 180º - - ângulo obtuso. ângulo raso. b) Ângulos suplementares. É o par de ângulos cuja soma das medidas é 180º. IIc) Ângulos formados por duas retas paralelas cortadas por uma reta transversal. t a) Ângulos correspondentes (mesma posição). exemplo - b e f. Propriedade - são congruentes. r b a c d b) Ângulos colaterais (mesmo lado). exemplo de colaterais internos - h e c. r // s exemplo de colaterais externos - d e g. Propriedade - são suplementares (soma = 180º) s f e g h c) Ângulos alternos (lados alternados). exemplo de alternos internos - b e h. exemplo de alternos externos - a e g. Propriedade - são congruentes. 3 1 2 III) Triângulos. Ângulo externo. Classificação dos triângulos. e i vértice lado i - ângulo interno e - ângulo externo Num mesmo vértice, tem-se O ângulo externo de qualquer polígono convexo é o ângulo formado entre um lado e o prolongamento do outro lado. a) quanto aos lados: - triângulo equilátero. - triângulo isósceles. - triângulo escaleno. b) quanto aos ângulos: - triângulo retângulo. - triângulo obtusângulo. i + e = 180º Propriedades dos triângulos. 1) Em todo triângulo, a soma das medidas dos 3 ângulos internos é 180º. - triângulo acutângulo. 2) Em todo triângulo, a medida de um ângulo externo é igual à soma das medidas dos 2 ângulos internos não adjacentes. + + = 180º e e = + e 3) Em todo triângulo, a soma das medidas dos 3 ângulos externos é 360º. 4) Em todo triângulo isósceles, os ângulos da base são congru- entes. Observação - A base de um triângulo isósceles é o seu lado e e1 + e2 + e3 = 360º diferente. e 2 x x h B A A C A altura Segmentos notáveis do triângulo. mediana mediatriz Geometria plana Aula 02 Pontos notáveis de um triângulo. Mediana - É o segmento que une o vértice ao ponto médio do lado oposto. Mediatriz - É a reta perpendicular ao lado do triângulo pelo seu ponto médio. Bissetriz - É a semi-reta de origem no vértice que divide o ângulo em dois ângulos congruentes. bissetriz M ponto médio Altura - É a distância entre o vértice e a reta suporte do lado oposto. Todo triângulo tem: 3 medianas 3 mediatrizes 3 bissetrizes 3 alturas Baricentro (G). É o ponto de encontro das 3 medianas do triângulo. Propriedade. O baricentro divide cada mediana em 2 segmentos. O segmento que contém o vértice é o dobro do segmen- to que contém o ponto médio do lado oposto. (razão 2 : 1) Observação - As três medianas dividem o triângulo original em seis triângulos de mesma área. Pontos notáveis do triângulo B - baricentro I - incentro C - circuncentro O - ortocentro Incentro (I). É o ponto de encontro das 3 bissetrizes do triângulo. Propriedade. O incentro é o centro da circunferência inscrita (inter- na) no triângulo. O incentro é o ponto do plano eqüidistante dos 3 lados do triângulo. A S Área de cada triângulo AG = 2.GM P S S N BG = 2.GN CG = 2.GP I S G S r B S M S C r - raio da circunferência inscrita. Circuncentro (C). É o ponto de encontro das 3 mediatrizes do triângulo. Ortocentro (O). É o ponto de encontro das 3 alturas do triângulo. Propriedade. O circuncentro é o centro da circunferência circuns- crita (externa) ao triângulo. Propriedade. Não tem. A O circuncentro é o ponto do plano eqüidistante dos 3 A h vértices do triângulo. h B mediatriz h O B A h C C ponto médio B C R h C h h B R - raio da circunferência circunscrita. O ortocentro B O h C C mediatriz l Observações. 3) Num triângulo isósceles, os quatro ponto notáveis (BICO: baricentro, in- 4) No triângulo retângulo, o ortocen- tro é o vértice do ângulo reto e o cir- 1) O baricentro e o incentro sempre centro, circuncentro e ortocentro) es- cuncentro é o ponto médio da hipo- estão localizados no interior do tão alinhados. triângulo. 2) O circuncentro e o ortocentro podem estar localizados no exterior mediana mediatriz bissetriz altura tenusa. ortocentro circuncentro do triângulo. C mediana G R C R bissetriz I O hipotenusa altura Triângulo eqüilátero. (importante) Em todo triângulo eqüilátero, os quatro pontos notáveis (baricentro, incentro, circuncentro e ortocentro) estão localizados num único ponto. - lado do triângulo eqüilátero. r - raio da circunferência inscrita. R - raio da circunferência circunscrita. BICO l r r r l l R r h R = 2r e h = 3r h - altura dotriângulo. A D Geometria plana Aula 03 Congruência de triângulos. Dois triângulos são congruentes se têm os lados dois a dois ordenadamente congruentes e os ângu- los dois a dois ordenadamente congruentes. A D ABC DEF B E C F AB DE B C E F AC DF BC EF Casos de congruência. 1) L.A.L. 2) A.L.A. 3)L.L.L. 4) L.A.AO 5) Caso especial (CE) Onde: L - lado. A - ângulo junto ao lado. AO - ângulo oposto ao lado. Caso especial (CE). Observação. Dois triângulos retângulos são A posição de cada elemento do congruentes se têm as hipotenusas triângulo (lado ou ângulo) no dese- congruentes e um cateto de um nho é muito importante na caracteri- triângulo é congruente a um cateto zação do caso de congruência. do outro triângulo L.A.L. - dois lados e o ângulo entre eles. A.L.A. - dois ângulos e o lado entre eles. MN BC Geometria plana Aula 04 Quadriláteros notáveis. I) Trapézio. É o quadrilátero que tem dois lados paralelos. + = 180º base menor base maior A altura de um trapézio é a distância entre as retas suporte de suas bases. h Trapézio retângulo Trapézio isósceles Trapézio escaleno II) Paralelogramo. É o quadrilátero que tem os lados opostos paralelos. III) Retângulo. É o quadrilátero que tem todos os ângulos internos A B congruentes e iguais a 90º. AB // CD e AD //BC A h b B h D C D b C IV) Losango. É o quadrilátero que tem os lados congruentes. B V) Quadrado. É o quadrilátero que tem os lados congruentes e todos os ângulos internos 45º A C AB // CD e congruentes (90º). AD // BC D Propriedades dos quadriláteros notáveis. 1) Em todo paralelogramo as diagonais cortam-se nos 2) Em todo losango as diagonais são: respectivos pontos médios. a) perpendiculares entre si; b) bissetrizes dos ângulos internos. A B M B y y D C A x x x x C M é ponto médio de AC e M é ponto médio de BD. 3) Base média de trapézio. Em todo trapézio, o segmento que une os pontos y y D 4) Base média de triângulo. Em todo triângulo, o segmento que une os pontos médios dos dois lados não paralelos, é paralelo às médios de dois lados é paralelo ao 3º lado e vale a bases e vale a média aritmética dessas bases. A B metade desse 3º lado. A M N MN // AB // CD e AB + CD = 2 MN // BC e MN = 2 M N base média base média D C B C i e i 1 2 3 n e 1 2 3 n i e i e Estudos sobre Geometria realizados pelo prof. Jeca (Lucas Octavio de Souza) (São João da Boa Vista - SP) I) Polígonos convexos. Geometria plana Aula 05 Polígonos convexos. Classificação dos polígonos (quanto ao nº de lados). d 3 lados 4 lados - - triângulo quadrilátero 11 lados 12 lados - - undecágono dodecágono vértice 5 lados - pentágono 13 lados - tridecágono i e d - diagonal i - ângulo interno e - ângulo externo i + e = 180º lado 6 lados 7 lados 8 lados 9 lados 10 lados - - - - - hexágono heptágono octógono eneágono decágono 14 lados 15 lados 16 lados 17 lados 18 lados 19 lados 20 lados - - - - - - - quadridecágono pentadecágono hexadecágono heptadecágono octodecágono eneadecágono icoságono II) Soma das medidas dos ângulos internos de um polígono convexo. (S ) i4 i3 in III) Soma das medidas dos ângulos externos de um polígono convexo. (S ) e4 e3 IV) Número de diagonais de um polí- gono convexo. (d) i2 i1 e2 en S = i + i + i + ... + i e1 S = e + e + e + ... + e Diagonal é o segmento que une dois vértices não consecutivos. S = 180 (n - 2) S = 360º d = n (n - 3) 2 n - nº de lados do polígono Para qualquer polígono convexo n - nº de lados do polígono V) Polígono regular. e Um polígono é regular se tem: a) todos os lados congruentes entre si; b) todos os ângulos internos congruentes entre si; e i c) todos os ângulos externos congruentes entre si. Classificação dos polígonos regulares i i 3 lados - triângulo equilátero e 4 lados - quadrado 5 lados - pentágono regular 6 lados - hexágono regular e i i e etc Medida de cada ângulo interno de um polígono regular. i = S n > i = 180 (n - 2) n Medida de cada ângulo externo de um polígono regular. C ângulo central e = S n > e = 360 n (importante) Observação - Todo polígono regular pode ser inscrito e circunscrito numa circunferência. e a t s c n e g e n t e a n te Estudos sobre Geometria realizados pelo prof. Jeca (Lucas Octavio de Souza) (São João da Boa Vista - SP) I) Elementos da circunferência. A r Geometria plana Aula 06 Ângulos na circunferência. C - centro da circunferência AC = r - raio da circunferência AB = 2r - diâmetro da circunferência r C r D P ACD = - ângulo central APD - arco da circunferência AD - corda da circunferência B II) Posições relativas entre ponto e circunferência. III) Posições relativas entre reta e circunferência. A B A - ponto exterior B - ponto da circunferência ponto de tangência reta tan C D - ponto interior reta sec D C - centro da circunferência IV) Propriedades da circunferência. reta exterior 1) Em toda circunferência, a medida 2) Em toda circunferência, o raio é 3) Em toda circunferência, o raio, do ângulo central é igual à medida perpendicular à reta tangente no quando perpendicular à corda, divi- do arco correspondente. ponto de tangência. de essa corda ao meio. A APB = C P C C B M B A AM = MB V) Ângulos na circunferência. a) Ângulo inscrito na circunferência. É o ângulo que tem o vértice na "linha" da circun- ferência e os dois lados secantes a essa circunferência. Propriedade - O ângulo inscrito vale a metade do ângulo central ou a metade do arco correspondente. vértice - ângulo central - ângulo inscrito b) Ângulo de segmento. É o ângulo que tem o vértice na "linha" da circunfe- rência, um lado secante e um lado tangente a essa circunferência. Propriedade - O ângulo de segmento vale a metade do ângulo central ou a metade do arco correspondente. - ângulo central - ângulo de segmento = 2 vértice = 2 tangente IV) Consequências do ângulo inscrito. 1) Todo triângulo retângulo pode ser inscrito numa semicircunferência onde a hipotenusa coincide com o diâmetro. ângulo inscrito hipotenusa e diâmetro 2) Em todo triângulo retângulo, a mediana relativa à hipotenusa vale a metade dessa hipotenusa. mediana relativa à R hipotenusa R R hipotenusa 3) Todos os ângulos de uma circun- ferência inscritos no mesmo arco são congruentes. arco de medida 2 4) Em todo quadrilátero inscrito nu- ma circunferência os ângulos inter- nos opostos são suplementares. + = 180º e + = 180º 5) Ângulo excêntrico de vértice interno. x a + b 2 C b a x vértice 6) Ângulo excêntrico de vértice externo. x a - b 2 a b x vértice I) Teorema de Tales. Em todo feixe de retas paralelas, cortado por uma reta transversal, a razão entre dois segmento quais- quer de umatransversal é igual à razão entre os seg- mentos correspondentes da outra transversal. Geometria plana Aula 07 Segmentos proporcionais. II) Teorema da bissetriz interna. Em todo triângulo, a bissetriz de um ângulo interno divide internamente o lado oposto em dois segmentos que são proporcionais aos lados adjacentes. A bissetriz a c r s Teorema de Tales c b Teorema da bissetriz interna b d t a c = b d B x y C x c = y b r // s // t = e Geometria plana Aula 08 Semelhança de triângulos. I) Semelhança de triângulos. A Definição. Dois triângulos são semelhantes se têm os ângulos dois a dois congruentes e os lados correspondentes dois a dois proporcionais. Definição mais "popular". D C B ABC ~ semelhante DEF A D B E C F e AB AC BC = DE DF EF = k Dois triângulos são semelhantes se um deles é a redução ou a ampliação do outro. F E K - razão da semelhança ou constante de proporcionalidade. Importante - Se dois triângulos são semelhantes, a proporcionalidade se mantém constante para quaisquer dois segmentos correspondentes, tais como: lados, medianas, alturas, raios das circunferências inscritas, raios das circunferências circunscritas, perímetros, etc. II) Casos de semelhança. (Como reconhecer a semelhança de triângulos) 1) Caso AA (importantíssimo). Dois triângulos são semelhantes se dois ângulos (AA) de um deles são congruentes a dois ângulos do outro. 2) Caso LLL. Dois triângulos são semelhantes se têm os três lados dois a dois or- denadamente proporcionais. 3) Caso LAL. Dois triângulos são semelhantes se têm um ângulo congruente e os dois lados de um triângulo adjacen- tes ao ângulo são proporcionais a b aos dois lados adjacentes ao ângu- lo do outro triângulo. c a d e c f d a c = = d f k a b c = = = d f k f III) Como aplicar a semelhança de triângulos. a) Reconhecer a semelhança através dos "casos de semelhança". b) Desenhar os dois triângulos separados. c) Chamar de , e os três ângulos de cada triângulo. d) Escolher um triângulo para ser o numerador da proporção. e) Montar uma proporção entre segmentos correspondentes, mantendo sempre o mesmo triângulo no numerador da proporção. 12 4 2 IV) Potência de um ponto em relação a uma circunferência. Dada uma circunferência e um ponto P, P não pertencente a , se A e B são os pontos de intersecção entre e a reta secante a P B por P, define-se potência de P em relação a Propriedade. o produto PA x PB. A Dados e P, a potência de P em relação a qualquer que seja a reta AB secante a por P. é constante, Potência = PA x PB 1º caso: O ponto P é interior a . C E 2º caso: O ponto P é exterior a . B H P B A A O G P C O D D F PA x PB = PC x PD = PE x PF = PG x PH = cte T é ponto de tangência T PA x PB = PC x PD = ( PT ) = cte I) Relações métricas no triângulo retângulo. Geometria plana Aula 09 Relações métricas no triângulo retângulo. Teorema de Pitágoras. A Teorema. Em todo triângulo retângulo, a altura relativa à hipotenusa divide o triângulo original em dois triângulos menores, que são semelhantes entre si e semelhantes ao triângulo original. B c m h H b n C a 2 c = a . m 2 b = a . n 2 h = m . n a . h = b . c II) Teorema de PItágoras. Em todo triângulo retângulo, o quadrado da A hipotenusa é igual à soma dos quadrados dos catetos. c b 2 2 2 a = b + c B a C I) Lei dos senos. Geometria plana Aula 10 Relações métricas num triângulo qualquer. II) Lei dos cossenos. Em todo triângulo, a razão entre a medida de um lado e o seno do ângulo oposto é constante e vale o dobro do raio da circunferência circunscrita ao triângulo. A Em todo triângulo, a medida de qualquer lado depende das medidas dos outros dois lados e do ângulo entre eles. a x B O R C Lei dos senos b Lei dos cossenos a b c = = sen A sen B sen C = 2R 2 2 2 x = a + b - 2.a.b.cos III) Propriedades dos triângulos. 1) Em todo triângulo, ao maior lado opõe-se o maior ângulo e ao menor lado opõe-se o menor ângulo. 2) Condição de existência de um triângulo. Em todo triângulo, a medida de qualquer lado é menor que a soma e maior que a diferença das medi- 3) Natureza de um triângulo. Quanto à natureza um triângulo pode ser: a) triângulo retângulo; b) triângulo obtusângulo; a c das dos outros dois lados. c) triângulo acutângulo. b Condição de existência. Reconhecimento da natureza de um triângulo. Seja a o maior lado de um triân- b - c < a < b + c gulo de lados a, b e c. a < b < c < < onde a, b e c são as medidas dos lados do triângulo. onde a, b e c são as medidas dos lados do triângulo. 2 2 2 - Se a = b + c 2 2 2 - Se a > b + c 2 2 2 - Se a < b + c triângulo retângulo. triângulo obtusângulo. triângulo acutângulo. IV) Pré-requisitos de trigonometria. (Poderão ser usados em exercícios mais complexos deste capítulo) sen (a + b) = sen a . cos b + sen b . cos a cos (a + b) = cos a . cos b - sena . sen b sen 2a = 2 . sen a . cos a 2 2 cos 2a = cos a - sen a I) Elementos da circunferência. A r Geometria plana Aula 11 Circunferência e círculo. C - centro da circunferência AC = r - raio da circunferência AB = 2r - diâmetro da circunferência r C r D P ACD = - ângulo central APD - arco da circunferência AD - corda da circunferência B Dados sobre a circunferência (ou sobre o círculo) c = 2 r - perímetro ou comprimento da circunferência. 2 S = r 360º - área do círculo. - abertura, em graus, de uma volta completa na circunferência. 2 rad - abertura, em radianos, de uma volta completa na circunferência. R R = l i e I) Polígono regular. e Geometria plana Aula 12 Inscrição e circunscrição de polígonos regulares. Um polígono é regular se tem: a) todos os lados congruentes entre si; b) todos os ângulos internos congruentes entre si; e i c) todos os ângulos externos congruentes entre si. Classificação dos polígonos regulares i i 3 lados - triângulo equilátero e 4 lados - quadrado 5 lados - pentágono regular 6 lados - hexágono regular e i i e etc Medida de cada ângulo interno de um polígono regular. i = S n > i = 180 (n - 2) n Medida de cada ângulo externo de um polígono regular. C ângulo central e = S n > e = 360 n (importante) Observação - Todo polígono regular pode ser inscrito e circunscrito numa circunferência. II) Principais polígonos regulares. 1) Triângulo equilátero. 2) Quadrado. 3) Hexágono regular. l R 30º r l l BICO l l l 45º r l l l 60º r l l l Em todo triângulo equilátero os quatro pontos notáveis (BICO) coin- cidem num mesmo ponto. l - lado do polígono regular Todo hexágono regular pode ser dividido em seis triângulos equiláte- ros. r = l 3 6 R = l 3 3 r = l 2 R = l 2 2 r = l 3 2 R = l III) Apótema de um polígono regular. O apótema de um polígono regular é a distância entre o centro do polígonoe o ponto médio de qualquer lado. O apótema é o raio da circunferência inscrita no polígono. b + B . p 1 = I) Áreas das figuras planas. Área é a medida de superfície. II) Áreas das figuras poligonais. Geometria plana Aula 13 Áreas das figuras planas. 1) Área do retângulo. h b S = b . h 2) Área do quadrado. l 2 l S = l 3) Área do paralelogramo. h S = b . h b 4) Área do trapézio. b h B S = ( ) h 2 5) Área do losango. D S d . D 2 d 6) Área do triângulo. h S b . h b 2 III) Outras fórmulas para o cálculo da área de um triângulo. 1) Em função de dois lados e do ângulo entre eles. 2) Em função dos 3 lados (Fórmula de Hierão) a a c p - semiperímetro a + b + c = 2 b S (Importantíssima) a . b. sen 2 b S = p.(p - a)(p - b)(p - c) 3) Em função do raio da circunferência inscrita. p - semiperímetro 4) Em função do raio da circunferência circunscrita. a r c p = a+ b +c 2 a R c b S = p . r b S = a . b . c 4 R IV) Áreas das figuras circulares. 1) Área do círculo. Área do círculo 1) Área da coroa circular. r S = 2 r R r R - raio do círculo maior r - raio do círculo menor r - raio do círculo. Perímetro do círculo c = 2 r S = 2 R - 2 r S 1 S S = S - S 1 2 l 2 S 1 1 S l 3) Área do setor circular. 4) Área do segmento circular. C r r Regra de três 2 360º r setor C r r Lembrar que a área do triângulo é dada por Striângulo = a . b. sen 2 r - raio do círculo. setor = 360 . 2 r segmento circular setor triângulo V) Áreas das figura semelhantes. Duas figuras planas são ditas semelhantes se uma delas é a redução ou a ampliação da outra. l1 S l2 S Se duas figuras planas são semelhantes, então vale a relação: = ( ) 2 l2 - comprimento S - área
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