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61 0 0 0 0 3 – O ESTUDO DA R E T A Define-se reta como sendo uma sucessão de infinitos pontos, distintos e alinhados. 3.1 – INCLINAÇÃO DE UMA RETA DEFINIÇÃO 1 : A inclinação de uma reta r é o menor ângulo , positivo, que ela forma com o eixo dos x, medido no sentido anti-horário, partindo-se do eixo dos x até a reta dada. EXEMPLOS: a) b) r r x x Se 0 o < < 90 o , a reta é crescente Se 90 o < < 180 o , a reta é decrescente c) r d) r = 90 o = 0 o x x Se = 90 o , a reta é perpendicular ao x´x Se = 0 o , a reta é paralela ao x´x EXEMPLO 1) Represente no plano cartesiano a reta que passa pelos pontos A(2, 3) e B(4, 2) e diga se ela e crescente ou decrescente. -2 y y y y y B x 4 0 -2 3 A 62 B 0 Solução: Observando o gráfico verifica-se que o ângulo está compreendido entre 900 e 1800. Assim, a reta que passa pelos pontos A e B é decrescente. EXERCÍCIOS 3.1 1) Represente a reta que passa pelos pontos dados e depois, com uso de um transferidor, verifique quanto mede o ângulo de inclinação e classifique de acordo com o item 3.1: a) (3, 4) e (2, 3) b) (0, 4) e (5, 0) c) (6, 2) e (0, 3) d) (2, 5) e (3, 4) 2) Represente a reta que passa pelo ponto (qppp) P e cujo ângulo de inclinação é dado: a) P(3, 0) e = 45 o b) P(2, 1) e = 145 o c) P(2, 0) e = 75 o d) P(2, 1) e = 160 o e) P(0, 0) e = 17 o f) P(4, 3) e = 90 o 3.2 – DECLIVIDADE ( ou, COEFICIENTE ANGULAR ) DE UMA RETA A palavra declive é usada no cotidiano com vários sentidos, como : a) "O terreno tem um declive de 20 % " b) "A cobertura do telhado deve ter um " caimento" (declive) de 30 %" c) "A ferrovia foi construída observando-se a rampa máxima de 3 %" O declive de uma reta é interpretado de forma semelhante. DEFINIÇÃO 2: Chama-se declividade (ou coeficiente angular) de uma reta r, ao número real "m", que representa a tangente trigonométrica do ângulo de inclinação desta reta: y yA Figura 23 angularecoeficientedeclividadm B eA entre x dos variação B eA entrey dos variação x y m ao adjacente cateto ao oposto cateto B B A A xx yy m reta da declive tg m A yB xA y x xB x 63 0 0 EXEMPLOS : 1) Uma reta passa pelos pontos A(2, 1) e B(8, 4). Representando a reta e fazendo o estudo do seu crescimento quando um ponto P se desloca de A para B, conclui-se que: y 4 1 r 2 8 x Figura 23 a) - as abscissas crescem de 2 para 8 A variação das abscissas é igual a x = xB xA = 8 2 = 6 b) - as ordenadas crescem de 1 para 4 A variação das ordenadas é igual a y = yB yA = 4 1 = 3 c) - a reta CRESCE à razão de 3 por 6, ou, 1 por 2; isto é, para cada acréscimo de 2 unidades nas abscissas, corresponde um acréscimo de 1 unidade nas ordenadas Portanto, o declive ( ou coeficiente angular) da reta r é: 0 2 1 6 3 28 14 xdos variação y dos variação tgm xx yy x y edeclividad AB AB O B S E R V A Ç Ã O : Quando a reta é CRESCENTE, o ângulo de inclinação está entre 0 o e 90 o , 0 o < < 90 o , e a declividade de r é POSITIVA pois , m = tg > 0 2) Seja uma reta r que possui os pontos C( 2, 4 ) e D( 8, 1 ). Procedendo como no exemplo anterior, conclui-se que: Y r 4 1 x Figura 24 a) - as abscissas crescem de 2 para 8 a variação das abscissas é igual a x = xD − xC = 8 − 2 = 6 b) - as ordenadas decrescem de 4 para 1 a variação das ordenadas é igual a y = yD − yC = 1 − 4 = −3 c) - a reta DECRESCE à razão de −3 por 6, ou, .- 1 por 2; isto é, para cada acréscimo de 2 . unidades nas abscissas, corresponde um . . decréscimo de 1 unidade nas ordenadas Assim, o declive ( ou coeficiente angular) da reta r é: 0 2 1 6 3 28 41 xdos variação y dos variação tgm xx yy x y edeclividad CD CD C D 8 2 A B 64 0 0 3) A reta que passa pelos pontos G(2, 3) e H(7, 3) é paralela a x'x. Como é a declividade de uma reta paralela ao eixo dos x ? r Figura 25 - quando um ponto P se desloca de G para H, os x crescem de 2 para 7, e a variação das abscissas é x = xH xG = 7 2 = 5, - porém, as ordenadas não crescem e nem decrescem, e a variação dos y é y = 3 3 = 0, ou seja, nula. Como a reta r tem uma posição paralela ao eixo dos x, ou, horizontal, (ela não cresce e nem decresce), o seu DECLIVE é N U L O, ( = zero): º0 5 0 xdos variação y dos variação tgm x y edeclividad 4) A reta que passa pelos pontos M(4, 2) e N(4, 3) é perpendicular ao eixo dos x. Seu ângulo de inclinação é de 90 o y 3 -2 Figura 26 - a variação dos x entre M e N é x = 4 4 = 0 - a variação entre os y é y = 3 (2) = 5 Aplicando a razão da declividade, obtém-se: ? 90º )( 0 5 0 5 xdos variação y dos variação tgmimpossívelm x y edeclividadOBSERVAÇÃO: Quando a reta é // x’x, ela tem posição horizontal, o seu ângulo de inclinação é de 0º e a sua DECLIVIDADE é NULA, pois m = tg = tg 0º = 0 OBSERVAÇÃO: Quando a reta é perpendicular ao eixo x’x (vertical), o seu ângulo de inclinação é de 90º e a sua declividade não é possível determinar (não é definida) pois, m = tg = tg 90ºe esta não existe. 4 x N M 7 2 G H x y 3 OBSERVAÇÃO: Quando a reta é DECRESCENTE, o ângulo de inclinação está entre 90º e 180º, 90º< < 180º, e a declividade de r é NEGATIVA, porque m = tg < 0 65 0 3.2.1 – CÁLCULO DA DECLIVIDADE DE UMA RETA (GENERALIZAÇÃO) Seja uma reta r que passa pelos pontos A(xA, yA) e por B(xB, yB), quaisquer. Na figura ao lado, traçando uma paralela ao eixo dos x , passando por A e, uma // ao eixo dos y, passando por B, obtém-se o triângulo retângulo ABM. O ângulo de inclinação da reta é . Por definição temos que: yA x Figura 27 AB AB yy xdos variação y dos variação m xxx y tg EXERCÍCIOS 3.2 1) Qual é a declividade (coeficiente angular) de uma reta cujo ângulo de inclinação mede : a) = 45 o b) = 78 o c) = 135 o m = tg 45 o = m = tg 78 o = m = tg 135 o = 2) Represente no plano cartesiano as retas que passam pelos pontos indicados; determine a declividade da reta e diga se ela é crescente, ou decrescente, ou ..., de acordo com o item 3.1 deste capítulo. Determine ainda o seu ângulo de inclinação: a) A(0, 1) e B(4, 3) b) A(3, 2) e B(2, 4) c) C(2, 3) e D(2, 5) a) 2 1 4 2 04 13 xdos variação y dos variação AB AB xx yy m = arc tg ( 1/2 ) = …….. d) E(3, 5) e F(3, 1) e) G(3, 4) e H(3, 4) f) P(2, 4) e R(2, 3) 3) Representar graficamente a reta sendo dado: um ponto P e a declividade m: a) P(1, 0) e m = 3/4 b) P(2, 2) e m = 7/5 c) P(0, 0) e m = 2 d) P(0, 6) e m = 6 / 5 e) P(2, 5) e m = 2 f) P(1, 4) e m = 0 4) Os pontos M(x, 9) e N(0, 2) pertencem a uma reta cuja declividade é 2. Calcular a abscissa de M. 5) Uma reta que passa por G( 6, 3), tem declive m = 5/8. Em que ponto ela corta: a) o eixo dos x ? b) o eixo dos y ? 6) Usando a declividade, mostre que estão alinhados os pontos: A(0, 3), B( 2, 1) e C(5, 7): 7) Qual o valor de y para que os pontos E(4, 18), F(1, y) e G( 3, 3) estejam alinhados ? yB B A xB xA M xA xB y M B A 66 0 8) Determine as coordenadas de um ponto do eixo das abscissas e que está alinhado com os pontos K(3, 7) e L(2, 2): 9) Num triângulo de vértices A, B e C, tem-se: A(2, 1) e B(14, 1), mAC = 5/6 e mBC = 5/2. Calcule as coordenadas de C: 10) Num mercado a demanda de um produto é de 20 unidades, ao preço de R$ 25,00 e, é de 50 unidades ao preço de R$ 10,00. Qual é a taxa média de variação do preço em relação à da quantidade demandada ? O que significa este valor encontrado ? q p 50 20 25,00 50 10,00 20 40 60 q 11) Uma editora, para imprimir 500 volumes de um livro, teve um custo total de R$ 9.500,00. Se tivesse imprimido 700 vol., seu custo total seria de R$ 13.500,00. Qual foi o custo unitário para imprimir cada livro? 12) Represente, determine a declividade e o ângulo de inclinação da reta que passa pelos pontos abaixo indicados e diga se ela é crescente, ou decrescente, ou ...: a) A(2, 4) e B(4, 9); b) A(0, 4) e B(6, 3); c) A(0, 6) e B(3, 0); d) A(5, 0) e B(4, 3) 13) Represente graficamente a reta sendo dado: um ponto P e a declividade m: a) P(3, 2 ) e m = 5/6; b) P( 0, 4 ) e m = 3/2 b) P(−2, 5 ) e m = 3 14) Usando a declividade, verifique se os pontos A(0, 3), B(2, 1) e C(7, 5) estão alinhados. 15) Um viajante passou pelo [ km 20 ] de uma rodovia, após 15 minutos de viagem, e, chegou ao [km 50], aos 30 minutos de viagem. Qual foi a velocidade média desenvolvida? 16) Uma fábrica coloca à venda 5 vassouras quando o preço unitário é de R$ 1,80 e, 20 vassouras se o preço passa para R$ 2,70. Qual é declividade (relação) da oferta : preço/quantidade ? 3.3 – EQUAÇÃO DA RETA A equação de uma reta expressa a relação existente entre a ordenada e a abscissa de qualquer ponto pertencente à reta. EXEMPLO 1: Representar a reta na qual todos os pontos têm coordenadas que satisfazem a condição: " a ordenada é igual à abscissa." p 67 Para que um ponto pertença à reta é necessário que: ordenada = abscissa Isto se expressa simbolicamente pela equação: y = x. Esta reta , entre outros, possui os pontos: x y 2 2 0 0 1 1 3 3 Figura 28 EXEMPLO 2: Representar a reta na qual todos os pontos satisfazem a condição: " a ordenada é igual ao dobro da abscissa." A equação que expressa a relação que deve existir entre os elementos dos pares ordenados desta reta é : y = 2x. Alguns dos infinitos pontos desta reta podem ser: x y 0 0 1 2 2 4 3 6 Figura 29 EXEMPLO 3: Idem aos exemplos 2 e 3, a ordenada é igual ao triplo da abscissa e mais 2 unidades." A equação da reta nesta situação é : y = 3x + 2. Entre outros, existem os seguintes pontos sobre a reta: x y 2 4 1 1 0 2 1 5 2 1 x y x Figura 30 0 0 y x 4 1 5 2 2 1 0 0 y 68 OBSERVAÇÃO: Os pontos que pertencem às retas dos exemplos 1, 2 e 3, são pares ordenados (x, y) que satisfazem a relação estabelecida entre a ordenada e a abscissa. Assim, se a equação da reta é 23 xy e a abscissa é x = 2, temos: 2)2(3 y y = 4 Se x = 1, então: 2)1(3 y y = 1 Se x = 0, então: 203 y y = 2 Se x = 1, então: 213 y y = 5 Os pontos (2, 4), (1, 1), (0, 2) e (1, 5) são pontos que pertencem à reta 23 xy . Generalizando, podemos dizer que: Ponto que pertence a uma reta é o ponto cujas coordenadas satisfazem à equação dessa reta. EXEMPLO: Verifique se os pontos A(2, 1), B(4, 3) pertencem à reta cuja equação é y = 2x – 5. Solução: Substituindo as coordenadas de A na equação y = 2x –5, obtém-se: –1 = 2 (2) – 5 –1 = 4 – 5 –1 = –1 A igualdade está satisfeita, portanto, o ponto A pertence à equação da reta y = 2x – 5. Substituindo as coordenadas de B na equação y =2x –5, obtém-se: 3 = 2 (–4) – 5 3 = –8 – 5 3 –13 A igualdade não está satisfeita, portanto, o ponto B não pertence à equação da reta 52 xy . EXERCÍCIO 3.3 1) Verificar se o ponto P pertence à reta da equação dada: a) P(5, 2) e r: y = 2x – 8 ; b) P(–4, 8) e r: y = –3x – 4 c) P(5, 2) e r: 2x + 5y = 10; d) P(–3, 1) e r: 3x – 2y – 6 =0 2) Determine o valor de k para o ponto P (5, 2) pertença à reta a) kxy 2 3 b) 0)3(72 kyx c) 6 kxy 69 3.3.1 - EQUAÇÃO REDUZIDA DA RETA Antes de determinarmos formalmente a equação reduzida da reta vamos realizar duas tarefas. 1) Dadas as equações abaixo determine alguns pontos e as represente num mesmo plano, verificar em que ponto cada uma corta o eixo dos y. Estabelecer uma propriedade sobre o que se observa em relação aos elementos da equação e onde ela corta o eixo dos y: a) y = x + 5 b) y = x + 2 c) y = x d) y = x – 3 2) Determine dois pontos para cada uma das retas das equações abaixo. Calcule a declividade de cada reta e verifique se existe alguma relação com a declividade e a equação: a) 2 2 3 xy b) y = 2x – 4 c) y = –3x + 3 d) 2 2 1 xy Seja r uma reta que corta o eixo dos y em B(0, b) e cujo ângulo de inclinação é . Consideremos P(x, y) um ponto qualquer da reta ( = ponto genérico; = ponto variável). Qualquer que seja a posição de P(x,y) sobre a reta, aplicando o cálculo da declividade da reta, obtém-se: 0 x by m xx yy m BP BP )0( xmby x Resolvendo a equação para y temos: Figura 31 Forma reduzida da equação da reta OBSERVAÇÕES: a) qualquer equação que represente uma reta é uma equação do 1 o grau, b) o "m" da equação reduzida que é o coeficiente de x, representa a declividade (ou coeficiente angular) da reta, c) o "b" da equação reduzida é chamado coeficiente linear. Ele representa o valor da ordenada do ponto onde a reta corta o eixo dos y. OUTROS EXEMPLOS 1) A equação y = 2x 3 representa uma reta na qual: b = 3 Significa que a reta corta o eixo dos y em 3; m = 2 Significa que a reta cresce à razão de 2 para 1, isto é, para cada acréscimo de uma y = mx +b P(x,y) B(0,b) y 0 70 y unidade nas abscissas corresponde o acréscimo de duas unidades na ordenada. Pode-se representar então a reta determinando o "b" e o "m" ou, encontrando alguns pontos: x y = 2x – 3 0 −3 3/2 0 2) A equação y = 5 3 x + 2 representa uma reta na qual: b = 2 Significa que a reta corta o eixo dos y em 2 ; m = 3/5 Significa que a reta cresce à razão de 3 para 5. Pode-se representar então a reta usando o "b" e o "m" ou, determinando alguns pontos: x y = (3/5) x + 2 0 2 5 1 10/3 0 Figura 32 3) A equação y = –x + 3 representa uma reta na qual: b = 3 Significa que a reta corta o eixo dos y em 3; m = 3/3 = 1/1 Significa que a reta decresce à razão de 1/1. x y = –x + 3 0 3 2 1 3 0 Figura 33 4) A equação y = 3 representa uma reta na qual: b = 3 Significa que reta corta o eixo dos y em 3; m = 0 Significa que a reta tem declive NULO ( é // ao eixo dos x). 3 3 x y 0 x 0 10/3 2 y 3/2 3 x 0 Figura 31 71 x y = 3 8 3 0 3 4 3 Figura 34 EXERCÍCIOS 3.4 1) Representar graficamente a reta cuja equação é: a) y = 0,5x + 3 b) y = 2x – 5 c) y = 4x d) y = 1,3x –2 e) y = 0,75x + 2,4 f) xy 3 2 g) 3 2 5 xy h) y = –3x + 4 i) xy 4 7 j) y = –2,6x + 4,5 k) y = 0 l) y = 2,7 2) Qual é a equação da reta sabendo que: a) possui o ponto (0, 6) e sua declividade é m = 23/4 ?; b) possui o ponto (0, 2) e sua declividade é m = 4/7 ?; c) possui o ponto (0, 7) e tem m = 0? d) possui o ponto (0, 2) e tem m = 2,78? 3) Sobre as retas, nos gráficos abaixo, determine: a declividade, o coeficiente linear e a equação a) b) c) - 4 - - - - x - - - - 2 x x - 3 4 m = )3(0 04 = 3 4 m = ---------- = m = ------------ = b = 4 b = b = y = mx + b 4 3 4 xy y = y = 4) Fazer a discussão da equação da reta y = mx + b, para o caso de: a) b = 0 e m > 0 b) b = 0 e m < 0 c) m = 0 e b > 0 d) m = 0 e b < 0 e) m = 0 e b = 0 f) m > 0 e b > 0 g) m > 0 e b < 0 h) m < 0 e b > 0 i) m < 0 e b < 0 y 3 y 0 0 0 1 y x 0 4 3 y 72 3.3.2 - CASO ESPECIAL DA EQUAÇÃO DA RETA Quando a reta tem um ângulo de inclinação de 90°, sua posição é perpendicular ao eixo dos x. Logo, não é possível determinar a declividade ( otgm 90 ), pois, neste caso, a reta não intercepta o eixo dos y ou a reta tem infinitos pontos coincidindo com o eixo das ordenadas. Isto quer dizer, que a equação desta reta não pode ser escrita na forma reduzida bmxy . Exemplo: x = 4 x y 4 6 4 3 4 2 4 0 4 1 4 5 Todos os pontos desta reta da Figura 35 têm a característica ou a condição de: " a sua abscissa é constante e igual a 4." OUTROS EXEMPLOS: 1) x = 3 2) x = 2,8 3) x = 0 y y y Figura 36 Figura 37 Figura 38 3.3.3 - EQUAÇÃO GERAL DA RETA A equação de uma reta pode ser escrita também na FORMA GERAL. Esta forma é representada como segue: Ax + By + C = 0 equação do 1 o grau, Na forma geral, A é o coeficiente da variável x, B é o coeficiente da variável y e C é o termo independente da equação. Simbolicamente escreve-se isto sob a forma: x = constante x = 4 4 x 0 −3 2,8 x x x y 0 0 0 Figura 35 73 y EXEMPLOS: 1) 3x + 2y + 5 = 0 A = 3 ; B = 2 ; C = 5 2) x – 3y – 8 = 0 A = ? ; B = ? ; C = ? 3) x – 7y = 0 A = ; B = ; C = 4) 5x + 9 = 0 A = ; B = ; C = 5) 2y – 3 = 0 A = ; B = ; C = EXERCÍCIOS 3.5 1) Passar para a forma geral as equações: a) y = 3x – 7 b) y = –2x + 4 c) y = –8x d) y =(2/3)x – 5 e) y = (–3/4)x + 2/3 f) y = –9 2) Passar para a forma reduzida a equação: a) x + y + 3 = 0 b) 2x + y – 5 = 0 c) x – y – 6 = 0 d) x – 2y + 4 = 0 e) 3x + 5y – 6 = 0 f) 4x – 3y = 0 3.3.4 - DETERMINAÇÃO DOS PONTOS ONDE UMA RETA CORTA OS EIXOS Consideremos uma reta r qualquer. B(0,y) No ponto B onde a reta corta o eixo dos y, temos o x = 0. No ponto A onde a reta corta o eixo dos x, temos o y = 0. A(x,0) Figura 39 Portanto, quando queremos saber onde uma reta corta o eixo: a) dos y, atribuímos ao x o valor 0 (zero) e calculamos o y. b) dos x, damos ao y o valor 0 e calculamos o x . EXERCÍCIOS 3.6 1) Achar as coordenadas dos pontos onde a reta corta os eixos e fazer o gráfico a) y = 6 – 2x b) y = 3x + 6 c) y = 2,7x – 5,4 d) 3x – 4y = 6 e) 2x + 4y + 8 = 0 x y B(0 y) x y A(x 0) x 0 74 E que x y m Para os pontos A e P da Figura 40 temos: A A xx yy m Figura 40 3.3.5 - FORMAS DE DETERMINAÇÃO DA EQUAÇÃO DE UMA RETA 3.3.5.1 - QUANDO SÃO CONHECIDOS UM PONTO DA RETA E A SUA DECLIVIDADE GENERALIZAÇÃO: Seja A(xA, yA) um ponto conhecido da reta r cuja declividade m também é é conhecida. Consideremos P(x, y) um ponto genérico (qualquer) da reta. Sabemos que: m = tg donde: Uma vez substituído o ponto conhecido e a declividade na expressão acima, a equação da reta pode ser escrita na forma reduzida, geral ou na forma segmentaria que será estudada logo mais adiante no item 3.3.6. EXEMPLO: Uma reta passa pelo ponto A( 3, 5 ) e tem declive m = 2. A equação da reta obtém-se por: y – yA = m ( x – xA ) y – 5 = 2(x – 3) y – 5 = 2x – 6 y = 2x – 6 + 5 Na forma reduzida: y = 2x – 1 ou, na forma geral: 2x – y – 1 = 0 3.3.5.2 - QUANDO SÃO CONHECIDOS DOIS PONTOS DA RETA Sejam A(xA , yA) e B(xB , yB) dois pontos conhecidos da reta. Consideremos P(x , y) um ponto qualquer (genérico) da reta. Para determinar a equação da reta que possui os pontos A, B e P pode-se proceder de diferentes maneiras. Vamos apresentar duas possibilidades. 1a POSSIBILIDADE: Podemos usar a fórmula do item anterior, y – yA = m(x – xA). Para tal, devemos calcular primeiramente a declividade m da reta que passa por A e B. Calculado o m , fazemos a sua substituição na fórmula )( AA xxmyy , usando para xA e yA, as coordenadas do ponto A y – yA = m ( x – xA ) y x y yA 0 x xA P A 75 y b ou do ponto B. EXEMPLO Determine a equação da reta que possui os pontos: A( 2, 1 ) e B( 5, 7 ): 2 3 6 2-5 1-7 m xx yy m AB AB Se substituirmos, na fórmula, as coordenadas de B, temos: y – 7 = 2(x – 5) y = 2x – 3 2a POSSIBILIDADE: Partindo do critério de que os três pontos (A, B, P) tem que estar alinhados para pertencerem a uma mesma reta e, que a área do triângulo formado por estes pontos deve ser nula, podemos aplicar o esquema prático para calcular esta área: Usando os dados do exemplo anterior, teremos: xA xB x xA 2 5 x 2 = 0 = 0 yA yB y yA 1 7 y 1 ++ ++ ++ 14 + 5y + x – 5 – 7x – 2y = 0 –6x + 3y + 9 = 0 2x – y – 3 = 0 3.3.6 – EQUAÇÃO SEGMENTÁRIA DA RETA ( EM FUNÇÃO DAS COORDENADAS À ORIGEM ) 3.3.6.1 – COORDENADAS À ORIGEM Denominam-se coordenadas à origem os segmentos determinados por uma curva sobre os eixos coordenados, entre a origem e os pontos de intersecção desses. Paradeterminarmos as coordenadas à origem, procede-se da seguinte forma: Fazendo y = 0, determinam-se os valores reais de x, obtendo, assim, as abscissas à origem. Fazendo x = 0, determinam-se os valores reais de y, obtendo, assim, as ordenadas à origem. Usando as coordenadas de A y – 1 = 2 ( x – 2 ) y = 2x 3 Quando uma reta corta o eixo dos x em um ponto A(xA, 0), a abscissa xA = a denomina-se abscissa à origem. Quando uma reta intercepta o eixo dos y em um ponto B(0, yB), a ordenada yB = b chama-se ordenada à origem. 0 A Figura 41 x a B 76 Como é possível encontrar a equação da reta, em função das coordenadas à origem? Aplicando o esquema para determinar a equação da reta que passa por dois pontos, obtemos: 2.6.7 – EQUAÇÕES PARAMÉTRICAS DA RETA 3.3.7 – EQUAÇÕES PARAMÉTRICAS DA RETA Em certas aplicações da equação da reta convém expressar x e y em função de uma terceira variável auxiliar, a qual é denominada de parâmetro. Assim, tomando t como parâmetro, x e y passam a ser expressos como funções de t, isto é, )(tfx e )(tfy . As equações paramétricas )(tfx e )(tfy de uma reta r são obtidas levando em consideração que essa reta que passa por um ponto ),( AA yxA e tem a direção de um vetor não nulo (vetor diretor), por exemplo, um vetor jdicv . cuja representação analítica é dada por ),( dcv . Figura 42 Tomando um ponto genérico P(x, y) do plano, pertencente à reta r, é necessário e suficiente para obtenção das equações paramétricas que os vetores AP e v sejam colineares, isto é, deve existir uma constante de proporcionalidade entre esses vetores, que no caso o é parâmetro t, tal que vtAP (1) O membro esquerdo da equação (1), por ser um vetor formado por dois pontos, pode ser expresso pela diferença entre as coordenadas do extremo e da origem, isto é APAP (2) Substituindo a AP da equação (2) na equação (1), temos: vtAP (3) Isolando P na equação (3) obtemos: vtAP (4) Substituindo em (4) as coordenadas de P, A e os elementos v , temos: ),(),(),( dctyxyx AA ),(),(),( tdtcyxyx AA x.0 + a.b + 0y – x.b – 0.0 – a.y = 0 bx + ay = ab ab ab ab ay ab bx 0 0 0 yby xax 1 b y a x v P A r x y 0 77 -3 Figura 43 ),(),( dtyctxyx AA (5) Da igualdade da equação (5) obtemos as equações paramétricas da reta, que assumem a seguinte forma: dtyy ctxx A A Se atribuirmos sucessivos valores ao parâmetro t determinam-se sucessivos valores para x e y, que formam pares ordenados, que ligados estabelecem o lugar geométrico das equações paramétricas. EXEMPLO As equações x = t + 2 e y = 2t + 1, são as duas equações paramétricas de uma reta r no espaço R 2 . Para fazer a sua representação gráfica podemos atribuir valores arbitrários para t e em função destes valores de t, calcula-se os pares ordenados (x, y) que pertencem à reta. t ( x y) -2 0 -3 -1 1 -1 0 2 1 1 3 3 2 4 5 Tabela 1 Podemos encontrar a equação (reduzida, geral ou segmentária) da reta, definida por equações paramétricas de diferentes maneiras. Uma dessas começa por isolar a variável t na )(tfx deixando t em função de x. Após esse procedimento substitui-se o valor algébrico encontrado para t na )(tfy faz-se a redução dos termos semelhantes obtendo assim a equação reduzida da reta. No exemplo dado 12 2 ty tx isolando a incógnita t na equação x = t + 2 obtemos 2 xt . Substituindo este valor algébrico no lugar de t equação 12 ty , obteremos: 1)2(2 xy . Reduzindo os termos semelhantes temos y = 2x – 3, que é a equação reduzida da reta correspondente às equações paramétricas conhecidas. Ainda, com pontos de coordenadas (x, y) (Tabela 1), obtidos ao atribuirmos valores para a variável independente t nas equações paramétricas, podemos determinar a declividade da reta e com um desses pontos (x, y), da referida tabela, podemos escrever a equação da reta correspondente às equações paramétricas conhecidas. 5 3 1 0 -1 1 2 3 4 x y 78 Da Tabela 1 podemos pegar os pares ordenados (0, -3) e (1, -1). A declividade m da reta é dada por 2 01 )3(1 m Com essa declividade, um desses pontos, por exemplo, (0, -3) e a equação da reta quando são conhecidos um ponto e sua declividade temos: )( AA xxmyy )0(23 xy 32 xy (equação reduzida da reta) Como o vetor v é colinear a reta que passa pelo ponto A, as componentes c e d do vetor diretor representam, respectivamente, a variação das abscissas e a variação das ordenadas dos pontos que determinam o vetor AP . Então, ),(),( yxvdcv e o quociente entre suas componentes determina a declividade da reta que passa pelo ponto A. Assim, sem dúvida, a forma mais simples para se obter a equação da reta, a partir de equações paramétricas, é lembrar que a razão entre as componentes c e d do vetor diretor determinam a declividade da reta e que essas são, respectivamente, os coeficientes do parâmetro t da )(tfx e da )(tfy , que no exemplo são dadas por 12 2 ty tx . Para essa equação paramétrica 1 xc e 2 yd determinam a declividade m que é dada por 2 1 2 x y m . Conhecida declividade o procedimento para se obter a equação da reta referida às equações paramétricas conhecidas é feita de forma análoga a realizada no exemplo anterior. EXERCÍCIOS 3.7 1) Encontre a equação reduzida, a equação geral e a equação segmentária que passa pelos seguintes pontos: a) A(3, 2) e B (5, 4) b) C(0; 1/2) e D(3/4; 1) c) F(2, 3) e G( 7, 3) 2) Determine a declividade da reta cujasequações paramétricas são ty tx 73 5 4 7 3) Determine a equação da reta que passa pelo ponto P(3, 2) e tem a soma das coordenadas à origem igual a 2. 4) Encontre as equações das retas suportes do triângulo de vértices em A(3, 2), B(0, 5) e C(4, 1). 5) Escreva a equação geral da mediana que parte do vértice A do triângulo do exercício anterior. 6) Encontre as coordenadas à origem da reta cujas equações paramétricas são ty tx 7 1 1 34 7) Determinar a equação da reta sendo conhecido : a) P(0, –4) e m = 2 b) P(3, –5) e m = –3 c) A(–3, –7) e m = 2/5 d) B(–2, 3) e m = –7/4 79 x x x 6 8 10 4 10 7 y y 7 y 10 y e) M(5, –8) e m = –3,75 f) R(–4, 8) e m = –1,5 8) Qual é a equação da reta que passa por P(4, 1) e tem = 142o ? 9) Determine o coeficiente linear e o coeficiente angular da reta que possui o ponto P(2, –5) e cujo ângulo de inclinação mede 38 o . 10) Qual é a declividade e qual o coeficiente linear da reta que possui os pontos: (–5, 8) e (1, –9) ? 11) Em quais pontos cada uma das retas, a seguir, corta os eixos cartesianos ? a) 3x – 5y + 15 = 0 b) 2x + 7y – 14 = 0 c) x + 3y + 6 = 0 d) 4x – 5y = 8 12) Qual é a equação da reta que passa por (98, –34) e é paralela ao eixo das abscissas ? 13) Escreva a equação da reta que passa por (–25, 16) e é perpendicular ao eixo dos x: 14) Determine a equação segmentaria de cada reta e depois passe a equação para a forma geral: a) b) c) d) 12 15) Verifique se o P(5, −8) está sobre a reta 5x + 3y – 1 = 0. E o ponto R(–8, 12) ? 16) Considerando a reta que possui os pontos A(–5, 9) e B(6, –7), determine o ponto P onde a reta corta o eixo: a) das abscissas b) das ordenadas 17) Sabendo que a equação de r é 4x – 3y + 12 = 0, determine: a) as coordenadas do ponto P desta reta e que possui ordenada 8: b) a ordenada do ponto S de r , sendo a sua abscissa –11: c) a ordenada à origem: d) a abscissa à origem: 18) Determine o valor de k para que o ponto C(–4, 6) pertença à reta y = –4x + k 19 ) Qual é o valor de k para que a reta 2kx – 3y = 4 passe ponto L(2, –7) ? 20) O que representa a equação: a) x = –4 ? b) x = 0 ? c) y – 2 = 0 ? 0 0 0 0 x 4 80 Figura 44 y y 3.4 – ÂNGULOS ENTRE DUAS RETAS 3.4.1 – GENERALIDADES SOBRE ÂNGULOS ENTRE DUAS RETAS Duas retas r e s que se interseccionam, formam entre si dois pares de ângulos opostos pelo vértice (aopv). Na figura 44, são aopv : - os ângulos agudos 1 e 2, - os ângulos obtusos 3 e 4. Sabe-se também que: a) 1 = 2 e 3 = 4 b) Qualquer ângulo agudo e seu adjacente obtuso, são suplementares. c) Os ângulos são medidos no sentido anti-horário. r 3 1 2 4 S 3.4.2 – CÁLCULO DO ÂNGULO AGUDO FORMADO ENTRE DUAS RETAS Consideremos duas retas quaisquer do plano, r e s. Consideremos, também que seus ângulos de inclinação sejam respectivamente r e s. Caso r seja paralela ao eixo x’x e s seja paralela ao eixo y’y, ou uma tem coeficiente angular mr e a outra ms, tal que mr . ms = −1, em qualquer situação = 90º. s r r Quando uma das retas é paralela ao eixo x’x e outra tem coeficiente angular m=tg . (Figura 47), a stgtg r mtgtg ss s smtg s smtg -1 s x x y x Figura 45 Figura 46 s s 0 0 0 Figura 47 81 sm tg 1 sm tg 11 Quando uma das retas é paralela ao eixo y’y e outra tem coeficiente angular m=tg., (Figura 48), a stg tg 1 . + s = 90º = 90º s tg = tg (90º s ) ss ss mtg gtg 11 cot)º90( x Figura 48 Em um caso em que as retas r e s não são perpendiculares entre si e nenhuma delas é paralela aos eixos coordenados, a medida do ângulo agudo , que tem lado inicial em r e, lado terminal em s pode ser calculado, como segue: Por construção, podemos afirmar que: r r s x Figura 49 O ângulo agudo formado entre duas retas, ainda pode ser determinado em função dos coeficientes A e B das incógnitas x e y da equação geral da reta, como segue: Sejam as retas r e s dadas respectivamente pelas equações A1x + B1y + C1 = 0 (1) e A2x + B2y + C2 = 0 (2) Os coeficientes angulares das equações (1) e (2) são: s r r y 0 rssr Aplicando tangente em ambos os membros, Obtém-se sucessivamente )( rstgtg Da trigonometria temos que: rs rs rs tgtg tgtg tg 1 )( O ângulo é agudo se tg > 0. Logo: rs rs tgtg tgtg tg 1 ou rs rs mm mm tg .1 rs rs mm mm tg .1 1 s r s s . y 0 82 1 1 B A mr e 2 2 B A ms (3) Sabemos que rs rs mm mm tg.1 (4) Substituindo (3) em (4), temos: 1 1 2 2 1 1 2 2 .1 B A B A B A B A tg (5) ou 12 1212 12 2112 BB AABB BB BABA tg (6) Simplificando e reagrupando os termos da equação (6), obtemos a equação (7) que possibilita o cálculo do ângulo agudo , a partir dos coeficientes A e B das incógnitas x e y da equação geral da reta. 2121 1221 BBAA BABA tg (7) EXEMPLOS: 1) Calcule o ângulo agudo formado entre as retas cujas equações são 5x + 3y – 4 = 0 e –2x + y + 2 = 0. Solução: Da primeira equação temos, A1 = 5 e B1 = 3, e da segunda equação A2 = –2 e B2 = 1. Substituindo estes dados na equação 2121 1221 BBAA BABA tg , temos: 3.1)2.(5 3).2(1.5 tg 7 11 7 11 tgtg otgarctg 53,57 7 11 7 111 2) Determine a equação da reta r simétrica da reta s, de equação y = x + 1, em relação à reta t, de equação y = –2x – 8 . 83 Solução: OBSERVAÇÕES: - A reta t é bissetriz das retas r e s. - O ponto P pertence às retas s, t e r. - Com um ponto e a declividade podemos obter a equação da reta. - O ponto P será obtido a partir da resolução do sistema que envolve as equações de s e t. Calculo do ângulo formado pelas retas s e t. ms = 1; mt = 2; mr = ? ts ts mm mm tg .1 )2(11 21 tg 33 tgtg Calculo da declividade de r. tr tr mm mm tg .1 r r m m 21 2 3 r r m m 21 2 3 2213 rr mm 263 rr mm 3 – 6mr = mr +2 e 3 – 6mr = – (mr +2) – 6mr – mr = 2 – 3 3 – 6mr = –mr –2 –7mr = –1 – 6mr + mr = –2 – 3 mr = 1/7 –5mr = –5 mr = 1 s t r P 84 Encontrou-se dois valores para a declividade mr. A declividade mr = 1 é a declividade da reta s, já conhecida no enunciado do problema. Desta forma vamos considerar a declividade da reta r mr = 1/7. Conhecida a declividade da reta s vamos determinar o ponto P que é a intersecção das retas s, r e t, resolvendo um sistema que envolve as equações das retas s e t. 082 01 yx yx A solução do sistema é os valores x e y do ponto P(–3, –2). Com as coordenadas de P e a declividade de r vamos determinar a equação da reta r simétrica de s em relação à reta t. )( prp xxmyy )3( 7 1 2 xy 3147 xy 0117 yx Portanto, a equação procurada é 0117 yx EXERCÍCIOS 3.8 1) As retas r e s se interseccionam no ponto P(3, 0); mr = 2 / 5 e ms = 7 / 2. Determine as medidas dos ângulos formados entre estas retas: 2) A reta r possui os pontos A(0, 5) e B(4, 0), e, a reta s possui os pontos C(0, 4) e D(2, 0). Determine a medida do menor ângulo formado entre elas: 3) Uma reta s tem ms = 3/5. Calcule a declividade da reta r, mr, para que o ângulo agudo formado de s para r seja de 45 o . 4 ) Uma reta r possui os pontos B(5, 4) e C(2, 5) e uma reta s passa por A(6, 2). Em que ponto a reta s corta o eixo das ordenadas para que o ângulo formado de s para r seja de 75 o ? 5) Calcule os ângulos internos do triângulo cujos vértices são: a) A(3, 2), B(2, 5) e C(4, 1) b) D(3 , 2), E(5, 4) e F(1, 2) 3.5 – POSIÇÕES RELATIVAS ENTRE DUAS RETAS 3.5.1 – CONDIÇÃO PARA QUE DUAS RETAS SEJAM PARALELAS Se duas retas r e s são paralelas, então seus ângulos de inclinação têm a mesma medida. Isto é: 85 med (r) = med (s) r s tan (r) = tan (s) r s CONDIÇÃO: Duas retas para serem paralelas, devem ter a mesma declividade. 3.5.2 – CONDIÇÃO PARA QUE DUAS RETAS SEJAM PERPENDICULARES Duas retas perpendiculares formam entre si ângulos de 90 o (Figura 50). Isto nos leva a concluir que: r .1 0 1 90º cos 90º sen º90 º90 Se sr sr mm mm tgtgtg 0.1 )( 0).m11( s srsrr mmmmm s rsr m mmm 1 ou, 1 CONDIÇÃO: Duas retas para serem perpendiculares devem ter declividades de sinais opostos e, a declividade de uma, deve ser o inverso da outra. EXERCÍCIOS 3.9 1) Verificar quais dos pares de retas são paralelas: a) r: A(3, 5) e B(0, 2) b) r: A(7, 3) e B(0, 4) s: C(0, 2) e D(4, 6) s: C( 4, 5 ) e D(2, 0) 2) Verificar se os pares de retas são perpendiculares: a) r: (0, 3) e (4, 0) b) r: (3, 4 ) e (2, 5) s: (0, 5) e (3, 1) s: (4, 5) e (2, 0) 3) Uma reta r corta o eixo dos x em 5 e o dos y em 3. Uma reta s possui o ponto P(1, 6). Em que ponto a reta s corta o eixo dos x, para que r // s ? mr = ms . x 0 s y x 0 Figura 51 Figura 50 y 86 x 4) Sabe-se que r possui os pontos (2, 5) e (4, 1) e que s passa por (4, 3) e (2 , y). Determine y para que r e s sejam perpendiculares entre si. 5) (Exame Nacional de Cursos – 1998) O valor de k R para o qual a reta 1 kxy é perpendicular a reta de equações 3 12 ty tx é: (A) 2 (B) 1 (C) 1 (D) 2 (E) 3 6) Uma reta passa pelo ponto A(3, 8). Determine a equação da reta que passa pelo ponto A e é perpendicular à reta r: 082 yx . 3.6 – PONTO(S) DE INTERSECÇÃO ENTRE RETAS Sejam as retas r e s dadas respectivamente pelas equaçõesA1x + B1y + C1 = 0 e A2x + B2y + C2 = 0 O ponto de intersecção entre duas retas, r e s, possui um par ordenado (x, y) que satisfaz, simultaneamente, as duas equações. Assim, as coordenadas x, y do ponto de intersecção das retas r e s determinam a solução do sistema linear 0 0 222 111 CyBxA CyBxA EXEMPLO: Se r tem a equação 05 yx e s tem por equação 042 yx , ao fazer a sua representação gráfica, num mesmo plano , verifica-se que cada reta possui infinitos pontos (pares ordenados), onde entre outros, temos: Para r: Para s: x y x y 0 5 0 -4 1 4 1 -2 2 3 2 0 3 2 3 2 4 1 4 4 O par ordenado (x, y) = (3, 2) tem coordenadas que verificam simultaneamente as duas equações e por isso, o ponto I(3, 2) é o ponto de intersecção entre r e s. Algebricamente aplicando o método da adição, para resolver o sistema, obteremos sucessivamente y 5 3 5 2 r -4 s 0 Figura 52 87 4 2 :s 5 :r yx yx Portanto, os valores de x e y que satisfazem o sistema são x = 3 e y = 2, ou seja, as retas r e s se interceptam em um ponto cujas coordenadas são (3, 2). 3.6.1 − DISCUSSÃO DA INTERSECÇÃO DE RETAS No estudo da intersecção entre duas retas podem ocorrer os seguintes casos: 1 o ) As retas possuem um único ponto em comum. Diz-se então que as retas são concorrentes. Exemplo: r : 2x – y +1 = 0 e s: –3x + 2y –2 =0 2 o ) As retas possuem todos os pontos em comum. Neste caso, r e s são retas coincidentes Exemplo: r : x – 2y – 4 = 0 e s: 3x – 6y –12 = 0 3 o ) Quando as retas não têm nenhum ponto em comum, elas são paralelas, como em: Exemplo: r: y = –x + 3 e s: y = –x – 2 EXERCÍCIOS 3.10 1) Determine o ponto de intersecção entre as retas (solução algébrica e esquema gráfico): a) x + 2y – 3 = 0 e 2x – y – 1 = 0 b) 3x – 2y + 6 = 0 e 2x –3y – 6 = 0 c) x – y + 4 = 0 e 3x + 2y = 0 d) 3x + y = 5 e 6x + 2y = 10 2) Um triângulo tem vértices A(4, 2), B(2, 5) e C(6, 0). Determine o comprimento da projeção do segmento AB sobre o segmento o segmento AC . 3.7 – DISTÂNCIA DE UM PONTO A UMA RETA Dada uma reta r e um ponto P não pertencente a r. A menor distância entre r e P é a medida do segmento ( )PQ perpendicular a r. Como calcular a distância d ? Seja Ax + By + C = 0 a equação da reta r e seja P( xP, yP ) um ponto conhecido que não pertence à reta r. Vamos calcular a distância d de P a reta r, em função dos elementos conhecidos, A, B, C, xP, yP. 3x + 0 = 9 3x = 9 x = 3 Substituindo x por 3 em uma das equações, do sistema, por exemplo em r, encontramos: x + y = 5 3 + y = 5 y = 2 r P(xp,yp) x y d Q(x ,y) 0 Figura 53 88 R P yp Na Figura 52 temos o segmento ( )PQ que contém d que é perpendicular a reta r de equação Ax + By + C = 0 (1) A forma reduzida da equação (1) é B C x B A y (2) Pela condição de perpendicularismo, a equação do segmento de reta PQ que contém d é: A xx B yy xx A B yy PPPP )( (3) Fazendo as razões da equação (3) igual a uma constante k, temos: y-y Bkyyk B P p (4) Akxxk A xx P P (5) Isolando y em (4) e x (5) obtém-se: Bkyy P e Akxx P (6) Substituindo na equação (1), y por Bkyy P , e x por Akxx P , da equação (6) obtemos: 0 0)( )( 22 CkBBykAAxCBkyBAkxA PPPP (7) Reagrupando os termos de (7), temos: ] [ 2222 CByAxkBkACByAxkBkA PPPP (8) Isolando k na equação (8), encontramos )( ] [ 22 BA CByAx k PP (9) Observando o triângulo PQR da Figura 60 podemos afirmar que: d 2 = ( )PR 2 +( )RQ 2 d2 = ( x - xP ) 2 + ( y – yp ) 2 (10) Substituindo no 2 o membro da equação (10) os binômios ( x - xP ) e ( y – yp ) por Ak de (5) e Bk de (4), obtemos: d 2 = A 2 k 2 + B 2 k 2 d 2 = k 2 ( A 2 + B 2 ) (11) xP x Substituindo o valor de k da equação (9) na equação (11), resulta: y Q(x,y) d Figura 54 y 0 x 89 ).( )][( ]( [ 22 222 2 2 BA BA CByAx d PP (12) Simplificando termos e extraindo a raiz quadrada de ambos os membros da igualdade, determinamos a distância d , que é a distância do ponto P a reta r. 22 BA CByAx d PP Ou 22 BA CByAx d PP (13) OBSERVAÇÕES: a) Retas paralelas caracterizam-se por terem coeficientes angulares iguais e suas equações diferenciam-se apenas pelo termo independente. De uma forma geral as equações de duas retas paralelas podem ser escritas da seguinte forma: Ax + By + C1 = 0 (1) Ax +By + C2 = 0 (2) Podemos escolher um ponto qualquer em uma das equações e calcular a distância até a outra. Suponha que escolhemos um ponto P na equação (1) para calcular a distância desse ponto até a equação (2). Vamos zerar a incógnita x da equação (1) para obtermos a ordenada do ponto P.A.0 + By + C1= 0 y = B C1 Temos assim um ponto P(0, C1/B) Sabemos que a distância de um ponto a uma reta pode ser calculado por 22 BA CByAx d PP (3) Substituindo A, B, C da equação (2) e as coordenadas do ponto P na equação (3) temos: 22 2 1.0 BA C B C BA d 22 21 BA CC d ou 22 12 BA CC d Conhecendo a forma geral das equações de duas retas paralelas, a equação (4) nos permite calcular a distância entre estas retas de uma forma mais rápida. b) Podemos determinar a distância de um ponto a uma reta usando somente informações retiradas da equação reduzida da reta. Se Ax +By + C = 0 é a equação geral da reta, a equação (3) (4) 90 B C x B A y (1) é a equação reduzida, e a declividade m e o coeficiente linear b são, respectivamente, mBA B A m , (2) e bBC B C b (3) Já mencionamos que quando são conhecidos a forma geral da equação da reta e um ponto, usamos para determinar a distância deste ponto à reta, a equação 22 BA CByAx d PP (4) Substituindo os valores de A e C de (4) pelos valores encontrados para estes nas equações (2) e (3), temos 22)( BmB bBBymBx d PP (5) Dividindo numerador e denominador de (5) por B 2 22)( B BmB B bBBymBx d PP (6) 12 m bymx d PP (7) Fatorando o sinal do numerador da equação (7) e considerando que o módulo de um produto é o produto dos módulos, obtém-se: 1 1 2 m bymx d PP (8) 12 m bymx d PP (9) Assim, a equação (9) pode ser utilizada para calcular a distância de um ponto a uma reta quando são conhecidos o coeficiente linear e coeficiente angular da reta. c) Se o ponto que está sendo considerado é a origem do sistema, então a distância da origem a qualquer reta, pode ser determinada por 22 BA C d EXEMPLOS: 91 1) Calcule a distância entre o ponto P(1, 2) e a reta r: 2x – y – 3 = 0. Solução: Temos: A = 2, B = 1 e C = −3 e xp = 1 e yp = 2 Logo: 22 BA CByAx d PP 5 57 5 7 )1(2 32.1)1.(2 22 d Portanto, a distância entre o ponto P e a reta r é 5 57 2) Determine a distância entre as retas paralelas r : 2x – 3y + 4 = 0 e s : 2x – 3y –3 = 0. Solução: Como as retas são paralelas podemos usar a seguinte expressão: 22 12 BA CC d 13 137 13 7 )3(2 43 22 d 3) A distância entre o ponto P(0, y) até a reta r: x + 2y – 6 = 0 é 5 unidades. Determine a ordenada de P. 5 21 6.20.1 5Pr 22 y d 5 5 62 Pr y d 562Pr yd 562 y 562 y 2/11y v 2/1y Portanto, a ordenada do ponto P é y = 11/2 e y = 1/2. 4) Calcule a distância do ponto P(1, 6) até a reta que passa pelo ponto Q(0, 1) e tem declividade igual a 3. Solução: Temos: y = 3x – 1 m = 3; b = 1; xp = 1 e yp = 6 12m bymx d PP 13 161.3 2 d 5 10 10 2 10 2 d e 92 P(x, y) Portanto, a distância procurada é igual a 5 10 . EXERCÍCIOS 3.11 1) Calcule a distância entre o ponto P(3, 7) até a reta 3x + 4y – 12 = 0: 2) Calcule a distância da origem até a reta y = 3x – 6: 3) Qual é a distância do ponto M(5, 3) até a reta que possui os pontos A(5, 3) e B(1, 4) ? 4) Calcule a distância entre as retas paralelas: x – 4y = 9 e x – 4y = 3 5) Calcule o comprimento da altura de B sobre o lado AC, do triângulo de vértices: A(0, 5), B(4, 3) e C( 3, 2 ) 6) Qual é a abscissa de P( x, 5 ) para que a distância de P até a reta 5x – 12y – 3 = 0 seja igual a 3 unidades ? 3.8 – BISSETRIZES DOS ÂNGULOS DE DUAS RETAS 3.8.1 – DEFINIÇÃO Sejam duas retas concorrentes r e s. A bissetriz de um ângulo formado entre as retas r e s, é a reta que passa pelo ponto de intersecção dessas retas dividindo o ângulo formado por elas em dois ângulos iguais. 3.8.2 – EQUAÇÕES DAS BISSETRIZES Consideremos duas retas concorrentes, r e s definidas por: r: A1x + B1y + C1 = 0 e s: A2x + B2y + C2 = 0 s b2 r b1 P(x, y) d1 d1 d2 d2 Figura 55 93 Temos que: b1 e b2 são retas perpendiculares e representam as bissetrizes das retas r e s d1 = d2 distância das retas r e s até o ponto P(x, y) Logo: 2 2 2 2 222 2 1 2 1 111 21 BA CyBxA BA CyBxA dd Eliminado os módulos, obtemos as equações b1 e b2, que são as bissetrizes dos ângulos formados pelas retas r e s. EXEMPLO: Encontre as equações das bissetrizes dos ângulos formados pelas retas r: –x –3y + 11= 0 e s: x – 3y = 0. Solução: 2 2 2 2 222 2 1 2 1 111 21 BA CyBxA BA CyBxA dd 2222 21 )3(1 3 )3()1( 113 yxyx dd 10 3 10 113 yxyx yxyx 3113 Eliminando os módulos: yxyx 3113 e )3(113 yxyx b1: 0112 xb2: 0116 y Duas retas concorrentes, r e s, não ortogonais, formam na sua intersecção dois ângulos, um agudo e outro obtuso. Para determinar qual é bissetriz do ângulo agudo ou obtuso, deve-se observar a distância de um ponto qualquer de r ou de s (exceto o ponto de intersecção entre as retas) às bissetrizes. A menor dessas distâncias indicará a equação da bissetriz do ângulo agudo e, consequentemente, a maior distância a equação da bissetriz do ângulo obtuso. 2 2 2 2 222 2 1 2 1 111 1 : BA CyBxA BA CyBxA b 2 2 2 2 222 2 1 2 1 111 2 : BA CyBxA BA CyBxA b 94 M Do exemplo anterior temos b1: –2x + 11 = 0 e b2 = –6y + 11 = 0. Vamos verificar qual das equações representa a bissetriz do ângulo agudo. Consideremos A(0, 0) s e a r, então: 6 11 )6( 110.6 ),( e 2 11 )2( 110.2 ),( 2 2 2 1 bAdbAd Observe que a distância d(A,b2) é menor que a distância d(A,b1), desta forma a equação da bissetriz do ângulo agudo é –6y + 11 = 0. OBSERVAÇÃO: Em um triângulo de vértices ABC o ponto de intersecção das bissetrizes dos ângulos internos determinam um ponto equidistante às retas suportes AB , AC e BC . Esse ponto, chamado de encentro, contém as coordenadas do centro da circunferência inscrita no triângulo de vértices ABC. Os segmentos CNBMAL e , são, respectivamente, as bissetrizes dos ângulos Â, B e C . EXERCÍCIOS 3.12 1) Ache a equação das bissetrizes das retas: a) 2x + 3y –5 = 0 e 5x + 8y +6 = 0 b) 2x – 4y – 8 = 0 e x + 2y –3 = 0 2) Seja o triângulo de vértices A(2, 3), B(4, 1) e C(6, 7). Determine as equações das bissetrizes dos ângulos internos. 3) Dadas às retas r: x + y – 5 = 0 e s: x + 7y – 7 = 0. Encontre a equação da bissetriz do ângulo obtuso. EXERCÍCIOS DE REVISÃO 1) Determine a equação da reta que possui os pontos: a) (–3, 7) e (5, 0) b) (9, –4) e (2, 3) c) (–45, 9) e (34, 9) d) (12, –7) e (12, 9) 2) Determine a área do triângulo formado pelos eixos cartesianos e a reta que possui os pontos A(–7, –23) e B(9, 1) : A C L N incentro Figura 56 B 95 3) Determine o valor de k na equação 2x + 3y + k = 0, para que a reta forme com os eixos coordenados, um triângulo com 75 unidades de área. 4) Determine o valor de k para que a equação y = –4x + (2k – 7) represente uma reta que passe pela origem : 5) Calcule os ângulos formados entre as retas: a) r: 2x + 3y – 6 = 0 e s : 3x – 4y + 12 = 0 b) r : x – y + 3 = 0 e s : 2x + y – 4 = 0 6) A equação de uma reta t é y = –2x + 7. Determine a equação da reta s que passa por P(5, 6) tal que: a) s // t b) s t 7) Determine a equação da reta que passa pela origem e é paralela à reta x + 5y – 15 = 0. 8) Mostrar que as retas 2x – 5y = 0 e 5x + 2y – 3 = 0 são perpendiculares entre si: 9) Determine a equação da reta que passa pelo ponto P(–5, 3) e é perpendicular à reta 4x+y = 3: 10) Qual é o valor de k para as retas kx – y + 3 = 0 e (k – 1)x + ky – 5 = 0 sejam perpendiculares entre si ? 11) Determine a equação da mediatriz do segmento que une os pontos: a) A(–3,7) e B(5, –1) b) C(0, 6) e D(4, 0) 12) Determine as equações das medianas do triângulo formado pelos vértices: a) A(–3, 5), B(7, 1) e C(1, –3) b) D(–6, 0 ), E (0, 7) e F(5, –4) 13) Num triângulo de vértices M(–4, 0), N(6, 6) e R(0, –8), determine a equação da reta que contém a altura de M sobre o lado NR: 14) Determine as equações das mediatrizes dos lados do triângulo cujos vértices são: A(5, 0), B(1, 6) e C(–3, –4) 15) Ache a equação reduzida da reta correspondente a cada par de equações paramétricas e represente graficamente. a) x = t + 1 e y = 2 – 3t b) x = t – 4 e y = 5 – 2t c) x = 5t e y = 0,5t – 1 d) x = 0,2t + 1 e y = –t + 1 16) Dado o triângulo de vértices A (0, 1), B (3, 5) e C (6, -2). Pede-se: a) a equação da mediatriz do segmento BC ; b) a equação da mediana que parte do vértice C; c) os ângulos formados pelos segmentos de retas ACAB e ; d) as equações das bissetrizes que passam pelo vértice B; e) o ponto de intersecção entre a reta que passa pelos vértices A e C e a reta cujas equações paramétricas são 12 2 ty tx ; f) a equação da reta que passa pelo ponto D(6, 3) e é paralela ao segmento BC ; 96 g) as equações das retas paralelas ao segmento AB que distam 4 unidades deste segmento; h) a distância do baricentro do triângulo ABC até a reta suporte AC ; i) as coordenadas do ponto simétrico de E(3, 2) em relação à reta que passa pelos vértices B e C; j) a equação da reta t, sabendo que a distância da origem a esta é 58 unidades, e ainda que ela é perpendicular a reta que passa pelos pontos B e C; k) as equações das retas que passam pelo vértice B e formam um ângulo de 45 o com a reta que passa pelos pontos A e B; ) a equação da reta r simétrica a reta que passa pelos pontos A e B em relação à mediana que parte do vértice A. m) a superfície do triângulo usando a fórmula 2 alturaxbase S , tomando coma base o segmento AC ; 17) (Enem 2005) Quatro distribuidoras de energia A, B, C e D estão dispostas como vértices de um quadrado de 40km de lado. Deseja-se construir uma estação central que seja ao mesmo tempo equidistante das estações A e B e da estrada (reta) que liga as estações C e D. A nova estação de ser localizada a) No centro do quadrado b) Na perpendicular à estrada que liga C e D passando por seu ponto médio, a 15 km dessa estrada. c) Na perpendicular à estrada que liga C e D passando por seu ponto médio, a 25 km dessa estrada. d) No vértice de um triângulo equilátero de base AB, oposto a essa base. e) No ponto médio da estrada que liga as estações A e B. 18) (Enem 2011) Um bairro de uma cidade foi planejado em uma região plana, com ruas paralelas e perpendiculares delimitando quadras de mesmo tamanho. No plano de coordenadas cartesianas seguinte, esse bairro localiza-se no segundo quadrante, e as distâncias nos eixos são dadas em quilômetros. A reta de equação 4 xy representa o planejamento do percurso da linha do metrô subterrâneo que atravessará o bairro e outras regiões da cidade. No ponto P(-5, 5), localiza- se um hospital público. A comunidade solicitou ao comitê de planejamento que fosse prevista uma estação do metrô de modo que sua distância ao hospital, medida em linha reta, não fosse maior que 5km. Atendendo ao pedido da comunidade, o comitê argumentou corretamente que isso seria automaticamente satisfeito, pois já estava prevista a construção de uma estação no ponto y 4 0 - 4 x 97 a) (-5, 0) b) (-3, 1) c) (-2, 1) d) (0, 4) e) (2, 6) Respostas dos exercícios da Unidade 3 Exercícios 3.1 1a) 54 o ; 0 o < < 90 o ; Reta crescente. 1b) 39 o ; 0 o < < 90 o ; Reta crescente. 1c) 140 o ; 90 o < < 180 o ; Reta decrescente. 1d) 119 o ; 90 o < < 180 o ; Reta decrescente. Exercícios 3.2 1a) m =1 1b) m = 4,7 1c) m = 1 2a) m = 1/2 ; = 26,56 o 2b) m = 6/5 ; = 50,19 o
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