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10 Capítulo 1 Neste capítulo Trigonometria em triângulos quaisquer 1. Revisão de trigonometria no triângulo retângulo 2. Seno e cosseno de ângulos obtusos 3. Lei dos senos 4. Lei dos cossenos Pretende-se cortar as fatias de um pão de forma para fazer pequenos sanduíches conforme o esquema a seguir. 3. Existem outras formas de se colocar os sanduíches nessa bandeja? Descreva algumas delas e identifique a que permite colocar a maior quantidade de sanduíches nessa bandeja sem que haja sobreposição. Comece pelo que já sabe Depois de prontos pretende-se colocá-los em uma bandeja retangular, de tal maneira que a maior face de cada sanduíche, ou seja, sua face retangular de maior área, fique em contato com a bandeja. 1. Considerando-se a forma que se pretende colocar os sanduíches na bandeja apresentada, de quantas maneiras isso poderá ser feito? Faça um esquema para representar cada uma dessas maneiras. 2. Determine qual dessas maneiras deve ser utilizada para que se tenha o melhor aproveitamento do espaço. 10 cm 2 cm 10 cm 10 cm 10 cm 15 cm 10 cm 4P_EMM2_LA_U01_C01_008A025.indd 10 29.08.09 09:51:09 11 1. Revisão de trigonometria nos triângulos retângulos A seguir são apresentadas de modo conciso, e para efeito de revisão, algu- mas relações válidas para os triângulos retângulos. Dado um triângulo retângulo ABC de hipotenusa a e catetos b e c é possí- vel escrever as seguintes relações. Teorema de Pitágoras O quadrado da medida da hipotenusa é igual à soma dos quadrados das medidas dos catetos. A B C a c b a2 � b2 � c2 Relações métricas Sendo n e m respectivamente as projeções dos catetos b e c sobre a hipotenusa, e h a altura relativa à hipotenusa, são válidas as seguintes relações: A B C H a m n h c b b2 � a � n c2 � a � m b � c � a � h h2 � m � n Relações trigonométricas A B C a � � c b cateto oposto a � e cateto adjacente a � cateto oposto a � e cateto adjacente a � sen a 5 catetooposto a a ____________ hipotenusa 5 b __ a sen b 5 catetooposto a b ____________ hipotenusa 5 c __ a cos a 5 catetoadjacente a a _____________ hipotenusa 5 c __ a cos b 5 catetoadjacente a b _____________ hipotenusa 5 b __ a tg a 5 catetooposto a a ______________ catetoadjacente a a 5 b __ c tg b 5 catetooposto a b _____________ catetoadjacente a b 5 c __ b Como a e b são ângulos complementares, ou seja, a 1 b 5 90°, valem as seguintes relações: sen a 5 cos b 5 b __ a e sen b 5 cos a 5 c __ a tg a 5 1 ____ tg b e tg b 5 1 ____ tg a tg a 5 sen a ______ cos a e tg b 5 sen b ______ cos b Projeção ortogonal de um segmento de reta Em um plano, considere um ` ponto P e uma reta r que não passa por P. Chama-se projeção ortogonal do ponto P sobre a reta r o ponto P’, que é o pé da perpendicular à reta r a partir de P. P P’ r A projeção ortogonal de um segmento de reta em uma reta r é o conjunto das projeções de todos os pontos do segmento, ou seja, é um segmento. Observe que, se o segmento de reta for perpendicular à reta r, sua projeção resultará em um único ponto sobre r. C D A projCD projAB B r A aplicação mais frequente da trigonometria é o cálculo da medida da projeção ortogonal. Se o segmento ___ AB tem comprimento k, e o ângulo formado com a sua projeção é a, pode-se demonstrar que a medida da projeção ortogonal é igual a k ? cos a. A k � projAB B r De fato, considerando o triângulo retângulo formado ao projetar-se o segmento ___ AB , e chamando de a o ângulo formado pelo segmento e sua projeção, tem-se que cos a 5 projAB ______ k Æ Æ projAB 5 k ? cos a Saiba mais 5P_EMM2_LA_U01_C01_008A025.indd 11 31.08.09 10:37:15 12 Trigonometria em triângulos quaisquer1 Tabela de razões trigonométricas A tabela a seguir apresenta os valores aproximados, com quatro casas deci- mais, do seno, do cosseno e da tangente de ângulos entre 0° e 90°. Ângulo sen cos tg Ângulo sen cos tg 0° 0,0000 1,0000 0,0000 46° 0,7193 0,6947 1,0355 1° 0,0175 0,9998 0,0175 47° 0,7314 0,6820 1,0724 2° 0,0349 0,9994 0,0349 48° 0,7431 0,6691 1,1106 3° 0,0523 0,9986 0,0524 49° 0,7547 0,6561 1,1504 4° 0,0698 0,9976 0,0699 50° 0,7660 0,6428 1,1918 5° 0,0872 0,9962 0,0875 51° 0,7771 0,6293 1,2349 6° 0,1045 0,9945 0,1051 52° 0,7880 0,6157 1,2799 7° 0,1219 0,9925 0,1228 53° 0,7986 0,6018 1,3270 8° 0,1392 0,9903 0,1405 54° 0,8090 0,5878 1,3764 9° 0,1564 0,9877 0,1584 55° 0,8192 0,5736 1,4281 10° 0,1736 0,9848 0,1763 56° 0,8290 0,5592 1,4826 11° 0,1908 0,9816 0,1944 57° 0,8387 0,5446 1,5399 12° 0,2079 0,9781 0,2126 58° 0,8480 0,5299 1,6003 13° 0,2250 0,9744 0,2309 59° 0,8572 0,5150 1,6643 14° 0,2419 0,9703 0,2493 60° 0,8660 0,5000 1,7321 15° 0,2588 0,9659 0,2679 61° 0,8746 0,4848 1,8040 16° 0,2756 0,9613 0,2867 62° 0,8829 0,4695 1,8807 17° 0,2924 0,9563 0,3057 63° 0,8910 0,4540 1,9626 18° 0,3090 0,9511 0,3249 64° 0,8988 0,4384 2,0503 19° 0,3256 0,9455 0,3443 65° 0,9063 0,4226 2,1445 20° 0,3420 0,9397 0,3640 66° 0,9135 0,4067 2,2460 21° 0,3584 0,9336 0,3839 67° 0,9205 0,3907 2,3559 22° 0,3746 0,9272 0,4040 68° 0,9272 0,3746 2,4751 23° 0,3907 0,9205 0,4245 69° 0,9336 0,3584 2,6051 24° 0,4067 0,9135 0,4452 70° 0,9397 0,3420 2,7475 25° 0,4226 0,9063 0,4663 71° 0,9455 0,3256 2,9042 26° 0,4384 0,8988 0,4877 72° 0,9511 0,3090 3,0777 27° 0,4540 0,8910 0,5095 73° 0,9563 0,2924 3,2709 28° 0,4695 0,8829 0,5317 74° 0,9613 0,2756 3,4874 29° 0,4848 0,8746 0,5543 75° 0,9659 0,2588 3,7321 30° 0,5000 0,8660 0,5774 76° 0,9703 0,2419 4,0108 31° 0,5150 0,8572 0,6009 77° 0,9744 0,2250 4,3315 32° 0,5299 0,8480 0,6249 78° 0,9781 0,2079 4,7046 33° 0,5446 0,8387 0,6494 79° 0,9816 0,1908 5,1446 34° 0,5592 0,8290 0,6745 80° 0,9848 0,1736 5,6713 35° 0,5736 0,8192 0,7002 81° 0,9877 0,1564 6,3138 36° 0,5878 0,8090 0,7265 82° 0,9903 0,1392 7,1154 37° 0,6018 0,7986 0,7536 83° 0,9925 0,1219 8,1443 38° 0,6157 0,7880 0,7813 84° 0,9945 0,1045 9,5144 39° 0,6293 0,7771 0,8098 85° 0,9962 0,0872 11,4301 40° 0,6428 0,7660 0,8391 86° 0,9976 0,0698 14,3007 41° 0,6561 0,7547 0,8693 87° 0,9986 0,0523 19,0811 42° 0,6691 0,7431 0,9004 88° 0,9994 0,0349 28,6363 43° 0,6820 0,7314 0,9325 89° 0,9998 0,0175 57,2900 44° 0,6947 0,7193 0,9657 90° 1,0000 0,0000 ∃ 45° 0,7071 0,7071 1,0000 4P_EMM2_LA_U01_C01_008A025.indd 12 29.08.09 10:22:12 13 Exercícios resolvidos Determinar os valores de 1. x, y e z referentes às medidas do triângulo retângulo representado pela figura abaixo. A B C 100 y x z 60 80 Resolução Classificam-se os elementos do triângulo ABC. A B C 100 y x z 60 80 Aplicando a relação métrica referente ao cate- to AC: 802 5 10 ? x Æ x 5 6 400 ______ 100 Æ x 5 64. Como x 1 y 5 100 Æ y 5 100 2 64 Æ y 5 36. Aplicando a relação métrica referente à altura: z2 5 36 ? 64 Æ z 5 dXXXXXXX 36 ? 64 5 48, pois z . 0. Logo x 5 64, y 5 36 e z 5 48. Uma escada de 25 dm está apoiada, na vertical, 2. em um muro, e a parte mais alta da escada está a 24 dm do chão. Deseja-se amarrar com uma cor- da o pé da escada no muro, para evitar que ela es- corregue. Qual deve ser o comprimento da corda, sabendo que são necessários 5 dm para fazer as amarrações? Resolução Pode-se representar essa situação pela figura abaixo. Pelo teorema de Pitágoras: 252 5 242 1 x2 Æ Æ 625 5 576 1 x2 Æ Æ 625 2 576 5 x2 Æ x2 5 49 Æ Æ x 5 7 dm. Portanto, são necessários 7 1 5 5 12 dm de corda para amarrar o pé da escada no muro, pois x . 0. Na figura a seguir, determinaros valores de seno, 3. cosseno e tangente para os ângulos a e b. C A B 25 cm � � 15 cm 20 cm Resolução sen a 5 catetooposto a a ____________ hipotenusa 5 20 ___ 25 5 4 __ 5 cos a 5 catetoadjacente a a _____________ hipotenusa 5 15 ___ 25 5 3 __ 5 tg a 5 catetooposto a a _____________ catetoadjacente a a 5 20 ___ 15 5 4 __ 3 Como a 1 b 5 90°, cos b 5 sen a 5 4 __ 5 , sen b 5 cos a 5 3 __ 5 e tg b 5 1 ____ tga 5 3 __ 4 . Calcule o valor das expressões:6. a) sen 47° 1 cos 32° _________________ cos 43° 1 sen 58° b) sen 18° 1 cos 72° ________________ sen 18° O losango 7. ABCD da figura ao lado tem a medida da diago- nal menor igual a 4 cm. Determine o perímetro desse lo- sango, em centíme- tros, sabendo que sen 30° 5 0,5. Exercícios propostos Na figura abaixo, determine as medidas 4. x, y, t e z. t 4 y x 6 z C A B D 2� � 24 cm 10 cm 26 cm � � No triângulo ao lado de-5. termine os valores de seno, cosseno e tangen- te dos ângulos a e b. 24 dm 25 dm x cateto do ABC cateto do ABC altura projeção do cateto ___ AC sobre a hipotenusa ___ BC projeção do cateto ___ AB sobre a hipotenusa ___ BC 4P_EMM2_LA_U01_C01_008A025.indd 13 29.08.09 10:22:14 14 Trigonometria em triângulos quaisquer1 Determine os valores das seguintes expressões:10. a) sen 20° 1 sen 160° __________________ sen 20° b) cos 50° 1 cos 130° __________________ cos 0° c) sen 30° 1 sen 45° 1 sen 90° 1 sen 150° 1 sen 135° d) cos 0° 1 cos 60° 1 cos 45° 1 cos 120° 1 cos 135° e) (sen 135° 1 sen 45°)2 1 sen 0° 1 (sen 150° 1 sen 30°)2 __________________________________________________ sen2 45° 1 sen4 45° f) (cos 0° 1 cos 30°)2 1 cos 135° 1 (cos 160° 1 cos 20°)2 ___________________________________________ sen2 45° 1 cos2 45° Como a soma dos ângulos internos de qualquer triângulo é 180°, quando a soma das medidas de dois ângulos for menor que 90°, isto é, (b 1 g) , 90°, a medida do outro ângulo será dada por a 5 180° 2 (b 1 g), ou seja, a . 90°. Mas, como se trata de um triângulo, 90° , a , 180°, ou seja, o ângulo a é um ângulo obtuso. Seno e cosseno de ângulos obtusos Seno Cosseno sen x 5 sen (180° 2 x) O seno de um ângulo obtuso é igual ao seno do suplemento desse ângulo. cos x 5 2cos (180° 2 x) O cosseno de um ângulo obtuso é oposto ao cosseno do suplemento desse ângulo. Exemplo O sen 120° é determinado pela relação sen x 5 sen (180° 2 x), pois 120° é um ângulo obtuso. O suplemento de 120° é dado por 180° 2 120° 5 60°. Portanto, sen 120° 5 sen 60° 5 dXX 3 ___ 2 . Exemplo O cos 135° é determinado pela relação cos x 5 2cos (180° 2 x), pois 135° é um ângulo obtuso. O suplemento de 135° é dado por 180° 2 135° 5 45°. Portanto, cos 135° 5 2cos 45° 5 2 dXX 2 ___ 2 . 2. Seno e cosseno de ângulos obtusos Utilizando as relações trigonométricas é possível resolver problemas que envolvem qualquer triângulo. Quando se trabalha com triângulos que não são retângulos, porém, pode acontecer de um de seus ângulos internos ser obtuso, ou seja, a medida desse ângulo ser maior que 90°. De fato: Seja ABC um triângulo, com ângulos internos de medidas a, b e g. Ângulo agudo É um ângulo cuja medida está ` compreendida entre 0° e 90°. Ângulo reto É um ângulo cuja medida é 90°. ` Ângulo obtuso É um ângulo cuja medida ` está compreendida entre 90° e 180°. Ângulos complementares Dois ângulos são ` complementares se, e somente se, a soma de suas medidas é igual a 90°. Neste caso, diz-se que um é o complemento do outro. 90° � � � Ângulos suplementares Dois ângulos são ` suplementares se, e somente se, a soma de suas medidas é igual a 180o. Neste caso, diz-se que um é o suplemento do outro. 180° � � � Para recordar Exercícios propostos Determine os valores de seno e cosseno, conforme 8. indicado, dos seguintes ângulos obtusos. a) sen 170° d) sen 140° b) sen 125° e) cos 145° c) cos 175° f) cos 165° Julgue as sentenças abaixo como verdadeiras ou 9. falsas, justificando. a) sen 135° . sen 45° e) cos 130° , cos 50° b) sen 170° , sen 10° f) cos 150° . sen 30° c) sen 165° 5 sen 15° g) cos 30° . sen 60° d) cos 120° 5 cos 60° h) sen 45° 5 cos 135° A C B � � � a 1 b 1 g 5 180° Observação Essas relações serão estudadas no capítulo sobre ciclo trigonométrico. 4P_EMM2_LA_U01_C01_008A025.indd 14 29.08.09 14:15:04 15 Ângulos inscritos Se, em uma mesma ` circunferência, dois ângulos inscritos têm o mesmo arco correspondente, então esses ângulos são congruentes. M P Pˆ Nˆ QN Portanto, de acordo com a figura ^ N > ^ P. Triângulos inscritos Todo triângulo inscrito ` em uma circunferência, tal que um de seus lados corresponde ao diâmetro, será um triângulo retângulo. A C r O r D B Na figura, os triângulos ABD e BCD são retângulos, pois um de seus lados (o lado ___ BD) corresponde ao diâmetro da circunferência. Para recordar 3. Lei dos senos Em geral, os problemas de geometria que envolvem triângulos estão re- lacionados com a determinação das medidas de seus lados e ângulos. Na maioria dos casos, esses problemas poderão ser resolvidos aplican- do a lei dos senos e a lei dos cossenos, que serão apresentadas a seguir. Nesses casos será necessário dispor de apenas uma destas três informa- ções: três lados; dois lados e um ângulo; ou dois ângulos e um lado. A partir do vértice B, constrói-se o diâmetro ___ BD . Dessa maneira ficam de- terminados os triângulos retângulos ABD e BCD. Observe que: ^ A > ^ E e ^ C > ^ D , pois são ângulos inscritos que têm o mesmo arco corres- pondente; BD 5 2r, pois representa um diâmetro da circunferência. Como ^ A > ^ E , segue que sen ^ E 5 sen ^ A 5 a ___ 2r Æ a _____ sen ^ A 5 2r. Analogamente, como ^ C > ^ D , então sen ^ C 5 sen ^ D 5 c ___ 2r Æ c _____ sen ^ C 5 2r. Em seguida constrói-se, a partir do vértice A, o diâ metro ___ AE . Assim, determina-se o triângulo retân- gulo ACE. Observe que: ^ B > ^ F , pois são ângulos inscritos que têm o mes- mo arco correspondente; AE 5 2r, pois representa um diâmetro da circun- ferência. Portanto, como ^ B > ^ F , então sen ^ B 5 sen ^ F 5 b ___ 2r Æ b _____ sen ^ B 5 2r. Assim, fica provada a lei dos senos, que pode ser resumida pela seguinte expressão. a _____ sen ^ A 5 b _____ sen ^ B 5 c _____ sen ^ C 5 2r Em um triângulo qualquer, as medidas dos lados são proporcionais aos se- nos dos ângulos opostos, e essas razões são iguais à medida do diâmetro da circunferência circunscrita a esse triângulo. Teorema Demonstração Considere um triângulo ABC, com lados de medidas a, b e c e ângulos internos de medidas ^ A , ^ B e ^ C , inscrito em uma circunferência de centro O e raio R. c a b A CB O Aˆ Bˆ Cˆ D C r O a c r b A B Aˆ Cˆ Dˆ Eˆ A E O Fˆ r rBˆ c b CB 4P_EMM2_LA_U01_C01_008A025.indd 15 29.08.09 11:00:16 Exercícios propostos Exercícios resolvidos x2 R A CB O 45° M N P 30°60° 30 cm x 16 Trigonometriaem triângulos quaisquer1 Um avião está voando a 5 000 m de altura. Um pas-17. sageiro avista o topo de dois prédios A e B a sua frente sob ângulos de depressão de 30° e de 75°, respectivamente, conforme mostra a figura. Saben- do que os prédios têm 100 m de altura, determine a distância entre esses prédios. O triângulo 13. XYZ está inscrito em uma circunferência de centro O e raio R. De acordo com os dados da figu- ra, determine a medida do raio da circunferência. Um triângulo 14. KLMestá inscrito em uma circunfe- rência de raio 4. Se L ^ KM 5 30°, determine a medi- da do segmento ___ LM. Na figura, 15. AB 5 12 cm, AC 5 9 cm e A ^ CB 5 30°. De- termine o seno do ângulo ^ B. O quadrilátero 16. ABCD da figura é um retângulo. Sa- be-se que a medida de ___ BD é igual a 12 cm e que A ^ BD5 30°. Chamando de a a medida do ângulo A ^ ED e x a medida do segmento ___ BE, determine o va- lor de x, quando a 5 60°. No triângulo 18. RST abaixo determine a medida ST 5 x, sabendo que sen 105° 5 dXX 6 1 dXX 2 ________ 4 . Investigação.19. Em dupla, deve-se construir um triângu- lo com varetas que possuam medidas iguais a 20 cm, 24 cm e 30 cm. Cada integrante deve medir um dos ân- gulos com um transferidor e em seguida utilizar essa medida para calcular a dos outros dois ângulos pela lei dos senos. Durante os cálculos, os integrantes não de- vem trocar informações. Após os cálculos, os integran- tes deverão comparar os resultados. a) Os resultados são exatamente iguais? b) Discutam quais etapas do processo de cálculo de- vem ter contribuído para eventuais diferenças e discutam o que pode ser feito para minimizá-las. R X ZY O 60° 2 3 30° 75° A B A CB ^ 30°B 12 9 45° 30° S x 2 m T R D A B C E Considerar o triângulo 11. ABC inscrito na circunferên- cia de centro O. De acordo com as informações da figura, determinar o raio R da circunferência. Resolução Pela lei dos senos, tem-se que AB_________ sen (A ^ CB) 5 2R Æ Æ dXX 2 ________ sen 45° 5 2R Æ dXX 2 ___ dXX 2 ___ 2 5 2R Æ R 5 1. Em um triângulo 12. MNP, MN5 30 cm, M ^ NP 5 60° e M ^ PN 5 30°. Determinar a medida do lado MP. Resolução De acordo com o enunciado, tem-se a seguinte situação: Pela lei dos senos, verifica-se que: MN__________ sen (M ^ PN) 5 MP__________ sen (M ^ NP) Æ 30 ________ sen 30° 5 x________ sen 60° Æ 30 ___ 1 __ 2 5 x___ dXX 3 ___ 2 Æ x 5 30 dXX 3 cm. 4P_EMM2_LA_U01_C01_008A025.indd 16 29.08.09 11:00:19 17 4. Lei dos cossenos O teorema de Pitágoras se mostra muito eficiente na determinação das medidas dos lados de triângulos. Entretanto, sua utilização é limitada aos triângulos retângulos. Será estudado a seguir outro teorema importante, chamado de lei dos cos- senos, que será utilizado com a mesma finalidade do teorema de Pitágoras, porém valerá para quaisquer triângulos. Considere para a construção de um triângulo os seguintes elementos. Duas varetas de comprimentos a e b, fixadas em uma de suas extremidades (ponto O) de modo que seja possível apenas a rotação em torno desse ponto. Um barbante, de comprimento c, fixado na outra extremidade de cada vareta. ^ O o ângulo entre as varetas a e b. O quadro a seguir ilustra todas as possíveis situações para a construção de um triângulo. a 5 90° a , 90° a . 90° O b a c O b a c O b a c Teorema de Pitágoras c2 5 a2 1 b2 Se o ângulo formado pelas varetas é igual a 90°, verifica-se que c2 é igual à soma de a2 com b2. Essa relação é verificada pelo teorema de Pitágoras. c2 , a2 1 b2ou c2 5 a2 1 b2 2algo Se o ângulo formado pelas varetas for menor que 90°, ou seja, se for um ângulo agudo, verifica-se que c2 é menor que a soma de a2 com b2. Mas, se for subtraído um número apropriado da soma de a2 com b2, o valor restante poderá ser igual a c2. c2 . a2 1 b2ou c2 5 a2 1 b2 1algo Se o ângulo formado pelas varetas for maior que 90°, ou seja, se for um ângulo obtuso, verifica-se que c2 será maior que a soma de a2 com b2. Mas, se for adicionado um número apropriado à soma de a2 com b2, o valor restante poderá ser igual a c2. A seguir, será demonstrado que esse “algo” que deverá ser adicionado ou subtraído é a expressão 2 ? a ? b ? cos ^ O . Em um triângulo qualquer, o quadrado da medida de um lado é igual à soma dos quadrados das medidas dos outros dois lados, menos duas vezes o produto desses dois lados pelo cosseno do ângulo oposto. Teorema A demonstração do teorema será feita em duas etapas. Na primeira etapa será considerado o caso em que o triângulo é acutângu- lo, ou seja, quando todos os ângulos são agudos. Na segunda etapa será estudado o caso em que o triângulo é obtusângulo, ou seja, quando o triângulo tem um ângulo obtuso. Assim, todos os triângulos possíveis serão estudados, e o resultado obtido em cada etapa é a lei dos cossenos. 4P_EMM2_LA_U01_C01_008A025.indd 17 29.08.09 11:00:20 18 Trigonometria em triângulos quaisquer1 Triângulo acutângulo Triângulo obtusângulo A B Bˆ D C a m n h c b BD b p a q ch 180º � B^ C A Para analisar este caso, traça-se a altura do triângulo acutângulo ABC em relação ao lado BC. Assim, obtêm-se dois triângulos retângulos, ACD e ABD, em que são válidas as seguintes relações: ACD : b2 5 n2 1 h2 I ABC : c2 5 m2 1 h2 Æ h2 5 c2 2 m2 II Substituindo a equação II em I tem-se b2 5 n2 1 c2 2 m2 III Da figura, sabe-se que a 5 m 1 n, então n 5 a 2 m Substituindo na equação III obtém-se b2 5 (a 2 m)2 1 c2 2 m2 5 5 a2 2 2am 1 m2 1 c2 2 m2 5 5 a2 2 2am 1 c2 IV Como cos ^ B 5 m__ c tem-se m 5 c ? cos ^ B; substituindo em IV conclui-se que b2 5 a2 2 2 ? a ? c ? cos ^ B 1 c2 b2 5 a2 1 c2 2 2 ? a ? c ? cos ^ B Para analisar este caso, traça-se a altura do triângulo obtusângulo ABC em relação ao lado BC. Assim, obtêm-se dois triângulos retângulos, ACD e ABD, em que são válidas as seguintes relações: ACD: b2 5 h2 1 q2 I q 5 p 1 a II Substituindo a equação II em I, tem-se b2 5 h2 1 (p 1 a)2 Æ b2 5 h2 1 p2 1 2pa 1 a2 III No triângulo ABD são válidas as relações: ACD: c2 5 h2 1 p2 cos (180° 2 ^ B) 5 p __ c Æ p 5 c ? cos (180° 2 ^ B) IV Então, substituindo as equações de IV em III, obtém-se b2 5 c2 1 2pa 1 a2 5 5 c2 1 2 ? a?c? cos (180° 2 ^ B) 1 a2 V Como cos (180° 2 ^ B) 5 2cos ^ B, substituindo em Vtem-se: b2 5 a2 1 c2 2 2 ? a ? c ? cos ^ B Demonstração da lei dos cossenos De acordo com a figura abaixo, determinar o va-20. lor da medida do lado BC. Exercício resolvido (BC)2 5 (AB)2 1 (AC)2 2 2 ? (AB) ? (AC) ? cos (B ^ AC) 5 5 (8)2 1 (12)2 2 2 ? (8) ? (12) ? cos (120°) Como 120° é um ângulo obtuso, o seu cosseno é determinado por: cos x 5 2cos (180° 2 x) Æ cos 120° 5 5 2cos (180° 2 120°) 5 2cos (60°) 5 2 1 __ 2 Substituindo o valor do cosseno de 120° na ex- pressão encontrada, conclui-se que (BC)2 5 64 1 144 2 192 ? ( 2 1 __ 2 ) 5 304 BC 5 dXXXX 304 5 4 dXXX 19 Resolução Como são conhecidas as medidas dos lados AB e AC e do ângulo entre eles, é possível determinar a medida de BC utilizando a lei dos cossenos. Então: B 8 12120° C A Observação Para os triângulos retângulos aplica-se a lei dos cossenos sobre o ângulo de 90°. Será mostrado nos capítulos seguintes que cos 90° é igual a zero. Assumin- doessa informação e aplicando a lei dos cossenos, verifica-se que: c2 5 a2 1 b2 2 2 ? a ? b ? cos 90° Æ c2 5 a2 1 b2 Portanto c2 5 a2 1 b2. Note que o resultado obtido é exatamente o teorema de Pitágoras. Com isso prova-se a veracidade da lei dos cossenos também para triângulos retângulos. 50 4P_EMM2_LA_U01_C01_008A025.indd 18 29.08.09 11:00:20 19 Exercícios propostos B 4 5 � C A 4 3 Na figura, 26. ABCD é um quadrilátero qualquer. Utilizando os dados da figura, determine a me- dida ___ BC. Em um triângulo 21. ABC, sabe-se que AC 5 8 cm e BC 5 6 cm. Além disso, é conhecida a medida do ângulo A ^ CB, que vale 60°. Nessas condições, de- termine a medida de ___ AB. De acordo com a figura, determine cos 22. a. O triângulo a seguir representa um canteiro delimi-23. tado pelas ruas representadas por ___ AB, ___ BC e ___ AC. De acordo com os dados da figura, qual é o compri- mento da rua representada por ___ AC? O quadrilátero 24. ABCD representa uma praça na for- ma de um trapézio. Deseja-se construir uma cerca representada pela a diagonal ___ BD. O responsável pela compra do mate- rial se equivocou e comprou 50% de material a mais do que o necessário para a construção da cerca. Ele comprou material para quantos metros de cerca? O quadrilátero 25. RSTV abaixo é um paralelogramo. Utilizando as informações fornecidas na figura, de- termine a medida da diagonal ___ VS. Construa, utilizando um compasso, um triângulo 27. com lados de medidas iguais a 3 cm, 4 cm e 5 cm. a) Indique qual é o menor ângulo desse triângulo. b) Calcule o valor do cosseno do ângulo indicado no item anterior. A figura representa um mapa em escala 1 : 1 000, 28. indicando três pontos em uma selva. Os lados do triângulo representam os possíveis caminhos para deslocar-se entre esses pontos. Um grupo de amigos está na posição representada pelo ponto A. Quanto eles irão percorrer para chegar à posição representada pelo ponto C, sabendo que utilizarão o caminho mais curto? Investigação.29. Em duplas, providencie seis vare- tas com 32 cm de comprimento, um transferidor e uma régua. Um integrante da dupla deverá cortar três das varetas nos seguintes comprimentos: 20 cm, 28 cm e 32 cm. O outro integrante deverá cortar as outras três varetas nas medidas: 12 cm, 28 cm e 32 cm de comprimento. Em seguida, cada um deverá juntar suas respectivas varetas e formar um triângulo. a) Com o transferidor, meça os três ângulos inter- nos do triângulo formado. b) Utilizando a lei dos cossenos, calcule os três ân- gulos internos desse triângulo. c) Verifique se os resultados obtidos nos itens an- teriores são os mesmos. d) Compare os seus resultados com os do colega da dupla. Os triângulos formados têm ângulos em comum? C BA D 60° 45° 30° 8 6 3 8 3 A x 200 m 60° B C 100 m BA C 30° 4 cm 4 3 cm A B CD 15 m 60° 8 m T SR V 8 45° 12 4P_EMM2_LA_U01_C01_008A025.indd 19 29.08.09 11:00:21 20 Exercícios complementares 1 Trigonometria em triângulos quaisquer Algumas relações em triângulos retângulos Uma reta 30. r tangencia duas circunferências de raios 6 dm e 4 dm, nos pontos P e Q. As distân- cias entre os centros A e B é de 14 dm, como mos- tra a figura. Lei dos senos e lei dos cossenos Em um triângulo 35. ABC, sabe-se que os lados ___ AB e ___ BC medem, respectivamente, 4 cm e 6 cm. O ângu- lo entre esses dois segmentos mede 35°. Determi- ne a medida do lado ___ AC. No mapa abaixo, está representado o quarteirão 36. ABCD. Deseja-se construir um calçadão retilíneo para pedestres ligando os vértices A e C. Sabendo que AD 5 400 m, DC 5 300 m e que a medida de A ^ DC é 130°, determine o comprimento desse calçadão. Com base nessas informações, determine: a) a distância entre P e Q. b) cos B ^ PQ. c) sen A ^ QP. O diâmetro da circunferência da figura abaixo 31. mede 5 m. O ponto O é centro da circunferência, o ponto T é o ponto de tangência e P é um ponto da circunferência. Nessas condições, determine a dis- tância PQ 5 d. Seno e cosseno de ângulos obtusos Calcule o valor do seno e do cosseno dos seguin-33. tes ângulos. a) 110° c) 137° e) 160° b) 105° d) 142° f) 95° Qual é o valor da expressão abaixo?34. sen 135° 1 cos 120° 2 sen 150° 2 cos 135° _______________________________________ cos 60° 1 cos 45° 2 sen 30° Em um triângulo 37. ABC são conhecidas as medidas de dois de seus lados, AC 5 3 m e BC 5 4 m. Cha- mando de a o ângulo B ^ AC, formado pelos lados AC e AB, responda. a) Se AB 5 3 m, calcule o valor de cos a. b) Se sen (A ^ BC) 5 1 __ 4 , calcule o valor de sen a. João possui um terreno quadrangular 38. MNPQ e de- seja construir um jardim limitado pelos segmentos ___ MQ, ___ QN e ___ MN, cujas medidas estão indicadas na fi- gura, em metros. Para que seu cachorro não des- trua as suas plantas, João irá construir uma cerca em torno do jardim. Determine quantos metros de cerca João deverá construir. Calcule, de acordo com a figura abaixo, a medida 39. do lado ___ AC e o seno do ângulo B ^ CA. r QP A B 4 dm6 dm 14 dm R. Nazaré Paulista R . B R . Leite R. Bernarda Luis R . R au l A da lb er to R . M e. A n g él ic a R es en d e R .L iv i R. Eng. C am po s d e M ario Praça José Alves Nendo D C A B QP d T 6 m O 3 6 y B C A x � 1 x � 2 120° x M Q N P 4 8 A B C 60° Na figura, as medida do triângulo 32. ABC estão dadas em centímetros. De acordo com a figura, qual é o valor de y? Para incluir esta página no sumário, clicar + shift + command na caixa com texto transparente abaixo 4P_EMM2_LA_U01_C01_008A025.indd 20 29.08.09 11:00:21 21 Os triângulos 40. ABC e DEF abaixo são semelhantes. Determine a medida do segmento ___ DE , sabendo que as dimensões dos triângulos ABC e DEF estão na razão de 1 : 2. Um triângulo equilátero está inscrito em uma cir-41. cunferência de raio 3. Determine a medida do lado desse triângulo. O triângulo abaixo foi construído em uma malha 42. quadriculada, onde cada quadrado mede 1 cm de lado. Determine o cosseno do ângulo ^ A . Na figura a seguir, o triângulo43. PQR está inscrito na circunferência de centro O e raio 4. Com base nos dados da figura, determine a medida do lado ___ PQ . No triângulo a seguir determine o valor de 44. x. Os lados de um triângulo têm como medidas núme-45. ros inteiros consecutivos cuja soma é 15. a) Calcule a medida do maior ângulo desse triân- gulo. b) Calcule a medida do menor ângulo desse triân- gulo. c) Se o seno do menor ângulo mede dXX 7 ___ 4 , determine o seno do maior ângulo. A NASA (Agência Espacial Norte-Americana) utiliza 46. braços mecânicos para ajudar nos reparos externos da espaçonave, como mostra a fotografia abaixo. A figura abaixo esquematiza uma determinada po- sição do braço mecânico. a) De acordo com os dados da figura, determine a distância entre os pontos A e D. b) Mantendo fixas as posições de B, C e D, analise o que ocorre com a medida da distância entre A e D quando alteramos o ângulo A ^ B D. Desafios de lógica Um triângulo é formado por dez botões e está 47. apontando para cima. Mova apenas três botões para fazer o triângulo apontar para baixo. Mexa apenas um palito para obter uma expres-48. são correta. a) b) A B C 50 30°37° D E F30° 37° B A C CA2 m 5 m 25° 20° 140° D B P RQ O 75° 4 45° M x 6 6 PN 15°15° 3P_EMM2_LA_U01_C01_008A025.indd 21 26.08.09 19:06:48 1 Trigonometria em triângulos quaisquer Integre o aprendizado 22 Algumas grandezas da Física, para ficarem com-49. pletamente definidas, requerem três atributos: módulo, direção e sentido. Essas grandezas são chamadas de grandezas vetoriais. O símbolo que representa uma grandeza vetorial é chamado de vetor. Sejam ___ › V 1 e ___ › V 2 dois vetores. A soma desses ve- tores é um terceiro vetor chamado de vetor resul- tante ( ___ › V R), ou seja, ___ › V R 5 ___ › V 1 1 ___ › V 2. Para determinar o vetor resultante, utiliza-se a regra do paralelogramo, que consiste em colocar as origens dos dois vetores em um mesmo ponto e construir um paralelogramo, com segmentos paralelos a esses ve- tores. O vetor soma (ou vetor resultante) será repre- sentado pela diagonal do paralelogramo, cuja origem também coincide com a dos dois vetores. a) Sabendo que o custo de construção da pista de cooper é de RS|| 150,00 para cada metro de com- primento da pista, determine o valor total a ser gasto nessa construção. b) Responda sem fazer contas: se o ângulo medir 145°, o custo da pista deve ser maior ou menor que a do item anterior? Por quê? A figura a seguir representa um balão preso por 51. meio de dois cabos, nos pontos A e C. a) Com base nessas informações, desenhe em seu ca- derno o vetor resultante da soma dos vetores repre- sentados abaixo e determine o valor de seu módulo. b) Forme um grupo de cinco alunos. Utilizando ve- tores de mesmo módulo do item anterior, cada um deverá representar em uma folha separada a resultante das forças para um dos seguintes ângulos: 50°, 40°, 30°, 20° e 10°. Compare os resultados. O que acontece com o comprimento das resultantes? c) Determine os valores das resultantes e verifique se os resultados obtidos são coerentes com as conclusões do item anterior. Em uma cidade há uma praça em forma de um cír-50. culo de centro C e raio 2 km. O prefeito mandou construir uma pista de cooper, representada na fi- gura abaixo pelo segmento ___ AB . a) Se o ângulo formado pelos dois cabos é de 138°, determine a distância entre os pontos A e C. b) O que aconteceria com o ângulo entre os cabos se, mantendo a distância entre os pontos A e C, fossem reduzidos seus comprimentos? c) Se a distância entre os pontos A e C for reduzi- da, o que acontece com o valor do ângulo forma- do pelos cabos? Justifique. Um trator ficou atolado em uma estrada de terra. 52. Para retirá-lo, foram amarradas duas cordas para que dois ônibus pudessem puxá-lo para fora da es- trada, como ilustra a figura. a) Determine a força resultante (o vetor resultante) equivalente a essas duas forças. b) Para desatolar o trator é necessário que a for- ça resultante seja maior do que 23 N. Conforme o esquema representado, os ônibus conseguirão desatolá-lo? Em caso negativo, forneça um novo ângulo entre as forças com que os ônibus pos- sam desatolar o trator. c) Em que situação se obtém a melhor concentra- ção de forças? Justifique. VRV1 V2 60° 10 8 C 135° B A B 100 m 75 m F1 5 10 N F2 5 10 N20° A C Para incluir esta página no sumário, clicar + shift + command na caixa com texto transparente abaixo 4P_EMM2_LA_U01_C01_008A025.indd 22 29.08.09 11:07:33 23 C B A � E D F � Considere um relógio circular de ponteiros. Do cen-53. tro às extremidades, o ponteiro dos minutos mede 20 cm, e o das horas mede 10 cm. a) Determine a distância entre as extremidades dos ponteiros quando o relógio marca 5 horas. b) Indique um horário em que a distância entre as extremidades dos ponteiros seja de 10 dXX 3 cm. A pirâmide regular representada abaixo tem base 54. quadrada de lado 5 dXX 2 cm e altura 12 cm. a) Determine o cosseno de B ^ A C, ângulo formado por duas arestas laterais consecutivas. b) Para que o ângulo do item anterior seja maior, o que deve acontecer com a altura da pirâmide? a) O que se pode aplicar para determinar as medi- das dos segmentos ___ BC e ___ DF ? b) Para qual intervalo de valores de b o triângulo ABC é acutângulo? c) Na figura ao lado, tem-se uma circunferência de raio 10 e centro O. Associe os tri- ângulos representados com os triângulos ABC e DEF. d) Qual é a medida do ângulo M ^ P N? e) Se BC 5 x e DF 5 y, qual é o valor de x2 1 y2? Expressão e linguagem matemática 1. Observe O esquema acima mostra que, ao variar em 1 unidade a medida de um dos lados do triângulo retângulo, mantendo as medidas dos outros la- dos, obtém-se outro triângulo diferente do primeiro. Observe que hou- ve uma transformação geométrica do seguinte modo: a transformação da medida de um único lado implica na transformação do ângulo reto. A C B P NM O 1010 4 3 5 a2 � b2 � c2 4 4 � 5 a2 ? b2 � c2 4 2� 5 a2 ? b2 � c2 Subtrai-se 1 unidade Acrescenta-se 1 unidade As figuras abaixo representam um triângulo acu-55. tângulo ABC e um triângulo obtusângulo DEF, sendo a um ângulo obtuso. Sabe-se ainda que AB 5 AC 5 ED 5 EF 5 10 e que a e b são ângulos suplementares. Com base nessas informações res- ponda às seguintes questões. 2. Reflita Simule mentalmente outras trans- formações geométricas no triân- gulo retângulo, sempre acrescen- tando ou subtraindo 1 unidade de apenas um de seus lados. Que relação você imagina que possa existir entre a transformação da medida do lado e a transformação do ângulo reto? A mesma transformação geomé- trica acima pode ser interpretada também algebricamente. Como fica a sentença algébrica a2 5 b2 1 c2 após a transformação geométrica? 3. Investigue Teste o fato geométrico acima com outros triângulos retângulos sem- pre utilizando a simulação mental. Verifique se em todas as simula- ções feitas por você a validade das sentenças algébricas se con- firmam. 4P_EMM2_LA_U01_C01_008A025.indd 23 29.08.09 11:07:33 Estratégias e soluções 24 Quem está falando a verdade? André, Bruno e Cláudia estavam jogando futebol quando um deles deu um chute forte e a bola acertou a vidraça... Alguma das crianças está falando a verdade? Qual? » Identificação e registro de informações Considere as falas das personagens na segunda cena para responder às próximas qua- tro questões. 1. Quais possibilidades de resposta para esse problema você imagina que possam ocorrer? 2. Se o André estiver mentindo, o que se pode concluir de imediato? 3. E se o Bruno estiver mentindo, qual é a conclusão imediata? 4. Se a Cláudia estiver mentindo, isso significa que o André e o Bruno estão falando a ver- dade? » Elaboração de hipóteses e estratégias de resolução 1. Considerando suas respostas anteriores, elabore todas as hipóteses para a resposta do problema, registrando-as em seu caderno. 2. Teste as hipóteses que você elaborou, confrontando cada uma com a fala das três crian- ças na segunda cena. 3. Alguma das três crianças está falando a verdade? Quem? Justifique sua resposta. 4. Qual das três crianças chutou a bola? » Reflexão 1. É possível obter a solução do problema utilizando outra estratégia? Descreva-a. 2. Você já conhecia problemas como este? Descreva-os. 3. Um problema semelhante a este pode ser obtido considerando um único personagem que acusa a si próprio de mentiroso, como no quadro ao lado. Nesse caso, André está mentindo ou falando a verdade? 4. A simplificação da situação apresentada tornou o problema mais simples? Justifique. 5. É possível resolvê-lo? Explique. Resolva osproblemas 1 e 8 das páginas 366 e 367. 4P_EMM2_LA_U01_C01_008A025.indd 24 29.08.09 11:07:34 25 Roteiro de estudos Considere x um ângulo obtuso qualquer. Para determi- nar senos e cossenos de ângulos obtusos, podem-se utilizar as seguintes relações. sen x 5 sen (180° 2 x) cos x 5 2cos (180° 2 x) Desafio1 Determine o valor de x para que as seguintes expressões sejam verdadeiras: a) sen (180° 2 x) 5 cos (180° 2 x) b) |sen (180° 2 x)| 5 |cos (180° 2 x)| Desafio2 Coloque os valores indicados abaixo em or- dem crescente. Seno e cosseno de ângulos obtusos Retome os conteúdos com os exercícios propostos 8 e 9 e com os exercícios complementares 30 a 34. Resolva o exercício 30 de Vestibular e Enem. Em um triângulo qualquer, o quadrado da medida de um lado é igual à soma dos quadrados das medidas dos outros dois lados, menos duas vezes o produto desses dois lados pelo cosseno do ângulo oposto. Desafio4 Considere o triângulo abaixo. a b c Sabe-se que os lados do triângulo estão em centímetros e que são válidas as relações a seguir. 3 ? a 5 8 ? c 3 ? b 5 10 ? c Qual é o valor aproximado do ângulo interno oposto ao lado que mede a centímetros? Lei dos cossenos Retome os conteúdos com os exercícios propostos 21 ao 29 e com os exercícios complementares 35, 37 e 38. Resolva os exercícios 21, 33 e 39 de Vestibular e Enem. Em um triângulo qualquer, as medidas dos lados são proporcionais aos senos dos ângulos opostos, e essas razões são iguais à medida do diâmetro da circunfe- rência circunscrita a esse triângulo. A CB O a c b A^ C^B ^ R a______ sen ^ A 5 b_____ sen ^ B 5 c_____ sen ^ C 5 2R Desafio3 Uma bijuteria é moldada na forma de uma estrela regular de quatro pontas. Para ajudar a moldar essa bijuteria, são utilizadas duas circunferências, de modo que a maior tem raio igual a 4 cm. Com base nes- sas informações e conforme a figura abaixo, determine o perímetro da estrela. Lei dos senos Retome os conteúdos com os exercícios propostos 13, 15, 16 e 18 e com os exercícios complementares 40 e 43. Resolva o exercício 38 de Vestibular e Enem. 30° B a c b C A B^ b2 5 a2 1 c2 2 2 ?a ? c ? cos ^ B sen 120° sen 150° sen 135° sen 100° cos 120° cos 135° cos 150° Para incluir esta página no sumário, clicar + shift + command na caixa com texto transparente abaixo 5P_EMM2_LA_U01_C01_008A025.indd 25 31.08.09 10:42:04
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