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1 Triângulos I Matemática 1B01 Aula Introdução O que é Trigonometria? A palavra Trigonometria pode ser desmembrada em três outras menores que podem nos dar uma ideia do seu significado. tri = três gono = ângulo metria = medida A composição das palavras menores sugere que Trigonometria signifique o estudo das medidas dos triângulos. Como medir a distância da Terra ao Sol? Como medir a largura de um rio sem atravessá-lo? Essas perguntas eram comuns antigamente. Como determinar distâncias inacessíveis? Das semelhanças observa- das entre figuras menores e figuras maiores, por meio do uso de razões trigonométricas, foi possível responder a essas perguntas. Pode-se dizer, inclusive, que um dos principais motivos do estudo da Trigonometria foi a determinação de distâncias inacessíveis. Vamos citar alguns fatos relacionados a isso. Eudoxo de Cnido (400-350 a.C.) foi um matemático e astrônomo grego que teria usado razões trigonométricas para calcular a medida da circunferência da Terra e as distâncias relativas ao Sol e à Lua. Tales de Mileto, outro matemático grego (640-550 a.C.), ficou famoso em sua época graças a duas façanhas: a previsão de um eclipse ocorrido em 585 a.C. e a determinação da altura da pirâmide de Quéops, sem escalar o monumento. Atualmente, as aplicações trigonomé- tricas não se restringem apenas a triângu- los. Podem ser usadas na Engenharia em geral, Topografia e em várias outras áreas do conhecimento. Muitas delas ligadas a fenômenos periódicos. Nesta aula, você estudará a Trigono- metria no triângulo retângulo. Aprenderá as razões trigonométricas seno, cosseno e tangente para triângulos que apresentam um ângulo reto (90°). Co re l S to ck P ho to s Sendo a medida de um ângulo agudo de um triângulo retângulo, chama-se seno de a razão entre as medidas do cateto oposto ao ângulo e a hipotenusa do triângulo: 2 Semiextensivo Razão trigonométrica seno Vamos considerar um automóvel se deslocando ao longo de um plano inclinado. Representando por A1, A2 e A3 três posições do automóvel e h1, h2 e h3 suas alturas correspondentes em relação ao plano horizontal, temos: Perc urso h1 P A1 Perc urso h2 P A2 Perc urso h3 P A3 A razão entre a altura em que se encontra o automó- vel e o percurso (na rampa) é constante: h A P h A P h A P k1 1 2 2 3 3 Assim, podemos definir o que é seno: Essa constante de proporcionalidade é a razão seno de Exemplo 1: Calcule o sen 30° no triângulo retângulo a seguir. sen 30° = 4 8 cm cm sen 30° = 1 2 8 cm 4 cm 30° Exemplo 2: Calcule a medida x indicada no triângulo, sendo sen 40° = 0,64. sen 40° = x cm6 0,64 = x cm6 0,64 ∙ 6 cm = x x = 3,84 cm 6 cm x 40° Razão trigonométrica cosseno Voltando ao problema da rampa e do automóvel, vamos observar, agora, em três posições, a razão entre o afastamento na horizontal e o percurso do automóvel: P A1 B1 Perc urso Afastamento Cateto oposto a .Hip ote nus a sen Cateto oposto a Hipotenusa α α = Aula 01 3Matemática 1B Exemplo 2: Calcule a medida x indicada no triângulo, sendo cos = 0,41. cos = x 7 0,41 = x 7 0,41 ∙ 7 = x x = 2,87 cm 7 cm x Razão trigonométrica tangente Considerando agora, no problema do automóvel e da rampa, a razão entre a altura em que se encontra o automóvel (em relação à horizontal) e seu correspon- dente afastamento, temos: A1 A2 B1 B2 h2 h1 Afastamento Afastamento P P A3 B3 h3 Afastamento P A razão entre a altura e o afastamento é constante: h PB h PB h PB k1 1 2 2 3 3 Esta constante de proporciona- lidade é a razão tangente de P P Afastamento B2 A2 Perc urso Afastamento Perc urso B3 A3 A razão entre o afastamento e o percurso é constante: Esta constante de proporcionali- dade é a razão cosseno de PB PA PB PA PB PA k1 1 2 2 3 3 Sendo a medida de um ângulo agudo de um triângulo retângulo, chama-se cosseno de a razão entre as medidas do cateto adjacente ao ângulo e a hipotenusa do triângulo: Hip ote nus a Cateto adjacente a cosα α = Cateto adjacente a Hipotenusa Exemplo 1: Calcule o cos 45° no triângulo retângulo a seguir. cos 45° = 4 4 2 cm cm cos 45° = 1 2 2 2 cos 45° = 2 2 4 cm 45° 4 2 cm 4 Semiextensivo Sendo a medida de um ângulo agudo de um triângulo retângulo, chama-se tangente de a razão entre as medidas do cateto oposto e do cateto adjacente ao ângulo . Ca te to o po st o a Cateto adjacente a tg Cateto oposto a Cateto adjacente a α α α = Exemplo 1: Calcular a tg 60° no triângulo retângulo a seguir. 5 3 cm 60° 5 cm tg 60° = 5 3 5 cm cm tg 60° = 3 Exemplo 2: Calcule a medida x indicada no triângulo, sendo tg = 0,62. tg = x cm5 0,62 = x cm5 0,62 ∙ 5 cm = x x = 3,1 cm 5 cm x Ângulos complementares a c b Considere um triângulo re- tângulo de lados medindo a, b e c e ângulos agudos e . Vamos calcular as razões trigonométricas dos ângu- los e : sen = c a ; cos = b a ; tg = c b sen = b a ; cos = c a ; tg = b c Observe que: sen = cos = c a sen = cos = b a Isso ocorre quando temos ângulos complementares, ou seja, ângulos cujas medidas somam 90°. sen = cos sen = cos + = 90° Assim, por exemplo, sen 20° = cos 70°, pois 20° + 70° = 90°. Vale a pena ainda observar que, no caso de um triân- gulo retângulo cujos ângulos agudos são e o cateto oposto a é o cateto adjacente a e, de forma análoga, o cateto adjacente a é o cateto oposto a . Hipotenusa Cateto oposto a ou Cateto adjacente a Cateto adjacente a ou Cateto oposto a Razões trigonométricas dos ângulos 30°, 45°e 60° Na trigonometria em triângulos, uma grande di- versidade de problemas pode ser resolvida a partir do conhecimento das razões trigonométricas dos ângulos 30°, 45° e 60°. Essas razões serão obtidas por meio de proprieda- des geométricas presentes no triângulo equilátero e no quadrado. Antes, porém, será necessário recordar o Teorema de Pitágoras, válido em qualquer triângulo retângulo. Aula 01 5Matemática 1B Teorema de Pitágoras Em qualquer triângulo retângulo, o quadrado da medida da hipotenusa é igual à soma dos quadra- dos das medidas dos catetos: a b c a2 = b2 + c2 Razões trigonométricas de 45° Considere o quadrado de lado medindo x: d 45° 45° x x • Diagonal em função do lado: a2 = b2 + c2 d2 = x2 + x2 d2 = 2x2 d = x 2 • sen 45° = cos 45° sen 45° = cos 45° = x d sen 45° = cos 45° = x x 2 sen 45° = cos 45° = 2 2 • tg 45° tg 45° = x x tg 45 ° = 1 Razões trigonométricas de 30° e 60° Considere o triângulo equilátero de lado medindo x: 30° 60° x h x/2 • Cálculo da altura em função do lado: a2 = b2 + c2 x h x h x h x 2 2 2 2 2 2 3 4 3 2 = +⎛ ⎝ ⎜ ⎞ ⎠ ⎟ = ⇒ = • sen 30° = cos 60° sen 30° = x x 2 sen 30° = cos 60° = 1 2 • sen 60° = cos 30° sen 60° = h x sen 60° = x x 3 2 sen 60 ° = cos 30° = 3 2 • tg 60° tg 60° = h x 2 tg 60° = x x 3 2 2 tg 60° = 3 • tg 30° tg 30° = x x 2 3 2 tg 30° = 1 3 3 3 tg 30° = 3 3 6 Semiextensivo Os resultados obtidos podem ser resumidos no seguinte quadro: 30° 45° 60° sen 1 2 2 2 3 2 cos 3 2 2 2 1 2 tg 3 3 1 3 01. Dado o triângulo retângulo ABC cujas medidas dos catetos, em cm, estão indicadas na figura, calcule as razões trigronométricas seno, cosseno e tangente dos ângulos agudos. C A B 5 12 02. (UNIFOR – CE) – Os pneus de uma bicicleta têm raio R e seus centros distam 3R. Além disso, a reta t passa por P e é tangente à circunferência do pneu, forman- do um ângulo com a reta s que liga os dois centros. p t S Pode-se concluir que cos é igual a: a) 2 3 3 d) 2 2 3 b) 3 2 2 e) 3 3 c) 3 3 2 Situações para resolver 03. (UNIFOR – CE) – Uma pessoa está a 80 3 m de um prédio e vê o topo do prédio sob um ângulo de 30°, como mostra a figura abaixo. Se o aparelho que mede o ângulo está a 1,6 m de distância do solo, então pode- mos afirmar que a altura do prédio,em metros, é: 1, 60 m 30° 80√3 m a) 80,2 d) 82,5 b) 81,6 e) 83,2 c) 82,0 04. (MACK – SP) – 60°60° A B C FED Se na figura, AD 3 2 e CF 14 6 , então a medida de AB é: a) 8 6 d) 28 b) 10 6 e) 14 5 c) 12 6 05. (FAMECA – SP) – Uma barra metálica reta pode girar em sentido horário ou anti-horário, sempre conectada a um mesmo pivô. O dispositivo em que se encontra a barra tem um anteparo impondo limites para os giros nos dois sentidos, como indica a figura. anteparo barra metálica pivô 48 cm anteparo giro máximo em sentido horário 45° anteparo giro máximo em sentido anti-horário 30° x { A parte da barra que ultrapassa o anteparo na situa- ção de giro máximo em sentido anti-horário, indicada na figura por x, tem medida, em centímetros, igual a a) 16(3 2 – 2 3) c) 8(3 2 – 2 3) e) 4(3 2 – 2 3) b) 16(2 2 – 3 ) d) 6(3 2 – 3 ) Aula 01 7Matemática 1B Testes Assimilação 01.01. (UNICAMP – SP) – Ao decolar, um avião deixa o solo com um ângulo constante de 15°. A 3,8 km da cabeceira da pista existe um morro íngreme. A figura abaixo ilustra a decolagem, fora de escala. Aeroporto 15° 3,8 km Podemos concluir que o avião ultrapassa o morro a uma altura, a partir da sua base, de a) 3,8 tan (15°) km. c) 3,8 cos (15°) km. b) 3,8 sen (15°) km. d) 3,8 sec (15°) km. 01.02. (UNISC – RS) – O topo de uma torre é visto sob um ângulo de 30°, a uma distância de 30 metros de sua base. A altura desta torre, em metros, sendo sen30° = 1 2 , cos30° = 3 2 e tg30° = 3 3 , é igual a: a) 10 3 d) 20 3 b) 15 3 e) 30 3 c) 15 01.03. (UNIUBE – MG) – a b b b b a a a a b c c c c ab b b a a Observando as figuras, marque a alternativa CORRETA. a) c2 = b2 b) b2 = 4ab c) (a + b)2 = c2 d) c2 = a2 + b2 e) a2 + c2 = b2 01.04. (UNIEVANGÉLICA – GO) – Suponha que um sí- tio esteja situado no mapa, conforme a figura a seguir. Sabendo-se que a reta que liga o povoado de Santa Rita a Anápolis é perpendicular à reta que liga Anápolis ao sítio, qual a distância, em quilômetros, do sítio ao povoado de Santa Rita? Sítio 60 ° 30 K m Anápolis Santa Rita a) 30 b) 60 c) 20 3 d) 15 8 Semiextensivo 01.05. (IFPE) – Andando pela rua onde mora, Bira notou que havia um prédio em obras onde foi construída uma rampa para retirada de entulhos do segundo andar do edifício. A rampa forma um ângulo de inclinação de 30° com o chão, conforme a figura abaixo. 6 m 30° Dado: sen 30° = 1 2 Sabendo que o topo da rampa está a uma altura de 6 m do chão, qual o comprimento da rampa, em metros? a) 18 c) 4 3 e) 6 b) 12 d) 6 2 Aperfeiçoamento 01.06. (UNIFOR – CE) – Na figura abaixo, têm-se os tri- ângulos retângulos ABC, BCD e BDE. Se os lados têm as medidas indicadas na figura, então a medida do lado BE, em centímetros, é a) 3 b) 2 c) 5 d) 6 e) 7 E D 1 cm 1 cm 1 cm 2 cm C A B 01.07. (UNIFOR – CE) – Um homem que, quando em pé, tem os olhos a uma altura de 1,70 m, utilizou a seguinte estratégia para determinar a altura de um edifício: posicionou-se em um ponto ‘A’ do qual viu o topo do edifício sob um ângulo de 30°, sendo o ângulo medido a partir da horizontal que passa por seus olhos. Depois recuou até um ponto ‘B’ de onde viu o topo do edifício sob um ângulo de 15° medido sob as mesmas condições do primeiro ângulo. Mediu a distância do ponto ‘A’ ao ponto ‘B’ e, sabendo que o terreno é plano, o homem calculou a altura do edifício. Se a distância entre ‘A’ e ‘B’ é 76,6 m, então a altura do edifício, em metros, é: a) 50,6 c) 40 e) 35 b) 45,7 d) 38,3 01.08. (IBMEC – SP) – Uma estação de trens é constituída por dois galpões cujas fachadas têm a forma de dois semicírculos que se tangenciam, conforme a figura a seguir. Terminal 1 Terminal 2 Os raios dos semicírculos das fachadas dos terminais 1 e 2 medem, respectivamente, 30 m e 20 m. Uma empresa está fazendo um estudo para instalar um sistema de ar condicionado nos galpões. Para diminuir o impacto da insolação, pretende-se instalar um telhado tangenciando os dois terminais, conforme indicado pela linha tracejada na figura. A medida do telhado, correspondente ao comprimento dessa linha tracejada, é igual a: a) 60 3m c) 30 2m e) 20 6 m b) 60 2m d) 20 3m Aula 01 9Matemática 1B 01.09. (UFPB) – A figura abaixo mostra um corte longitudinal de uma rampa de acesso a um edifício comercial de certo mu- nicípio. Nessa figura, o triângulo ABC é retângulo em A, sendo i o ângulo que a rampa faz com a horizontal. A inclinação de uma rampa de acesso como essa é definida por tg(i) × 100%, onde tg(i) representa a tangente do ângulo i, e o código de obras desse município estabelece que, em rampas com inclina- ção entre 6% e 10%, deve ser utilizado material antiderrapante. C A i B Com objetivo de avaliar a necessidade de utilização de ma- terial antiderrapante em rampas, foram feitas as medições AB e AC de três rampas desse edifício, obtendo os valores mostrados na tabela abaixo: RAMPA AC AB 1 30 cm 4 m 2 25 cm 5 m 3 20 cm 3 m A partir dessas informações, e considerando o que estabelece o referido código, será preciso utilizar material antiderrapante apenas na(s) rampa(s): a) 1 c) 1 e 2 e) 2 e 3 b) 2 d) 1 e 3 01.10. (FGV – SP) – Um triângulo tem lados medindo 1 cm, 2 cm e 2,5 cm. Seja h a medida da altura relativa ao maior lado. O valor de h2 expresso em cm2 é, aproximadamente, igual a: a) 0,54 c) 0,58 e) 0,62 b) 0,56 d) 0,60 01.11. (UFRN) – A figura abaixo representa uma torre de altura H equilibrada por dois cabos de comprimentos L1 e L2 , fixados nos pontos C e D, respectivamente. C D B A H L1 L2 60°30° Entre os pontos B e C passa um rio, dificultando a medição das distâncias entre esses pontos. Apenas com as medidas dos ângulos C e D e a distância entre B e D, um engenheiro calculou a quantidade de cabo (L1 + L2) que usou para fixar a torre. O valor encontrado, usando 3 1 73, e BD = 10 m, é: a) 54,6 m. b) 44,8 m. c) 62,5 m. d) 48,6 m. 10 Semiextensivo 01.12. (UEGO) – Do alto de um edifício de 24 metros de altura, um engenheiro vê o topo de um outro edifício mais alto, observando-o sob um ângulo de 30°. Sabendo que a distância entre os dois edifícios é de 100 3 metros, a altura do edifício mais alto é: a) 100 3 m b) 100 m c) 124 m d) 124 3 m Aprofundamento 01.13. (PUCCAMP – SP) – Uma loja que vende rodas e pneus para automóveis resolveu fazer uma promoção. Para divulgá- -la, o funcionário da loja montou, com seis pneus iguais e de raio de medida x cm, um desenho conforme aparece na Figura 1. Uma placa retangular, de altura h, com a palavra PROMOÇÃO será desenhada ao lado da imagem dos pneus ,de forma que ela ocupe exatamente a altura do desenho, conforme mostra a Figura 2. Figura 1 Figura 2 h Adotando no cálculo final 3 1 7, , a altura h, em centí- metros, é igual a: a) 3x. d) 5,4x. b) 3,4x. e) 6x. c) 4,2x. 01.14. (INSPER – SP) – O acesso à garagem de um edifício é guardado por um portão retangular que fica normalmente fechado. Para abrir a passagem para os veículos que por ali circulam, o portão sobe e se inclina, conforme figuras a seguir. portão fechado A B C D P1 Q1 Distantes 0,5 m do nível da calçada (pontos A e B), os pontos P1 e Q1 indicam as posições das extremidades de um eixo que sustenta o portão. portão aberto A B CP2 Q2 O portão, que tem 3 m de altura, sobe e simultaneamente gira 60 graus em torno desse eixo, até ficar totalmente aberto, suspenso nas posições indicadas por P2 e Q2. Se o portão, quando totalmente aberto, deve deixar uma passagem livre de pelo menos 2 m de altura, a menor dis- tância dos pontos P2 e Q2 em relação ao nível da calçada, indicada pelos pontos A e B, deve ser de a) 2,05 m. c) 2,25 m. e) 2,45 m. b) 2,15 m. d) 2,35 m. Aula 01 11Matemática 1B 01.15. (PUCCAMP – SP) – A figura indica um avião supersôni- co voando de A para C a 12 km de altitude e com velocidade constante de 1872 km/h. P A Linha de voo do avião (paralela à linha do chão) Linhado chão B C 45° 15°30° Desprezando-se a curvatura da Terra e adotando no cálculo final 3 1 7, , o tempo que esse avião leva para ir de B até C, em segundos, é igual a a) 6. b) 8. c) 10. d) 12. e) 14. 01.16. (UECE) – Considere, no plano, duas retas paralelas r e s cuja distância entre elas é 3 cm. Tome em s um segmento de reta cuja medida é 1cm e em r um ponto X tal que a distância de X a um dos extremos do segmento de reta considerado é 5 cm. As possíveis distâncias de X ao outro extremo do segmento são a) 3 2 cm e 34 cm. b) 3 2 cm e 2 3 cm. c) 2 3 cm e 34 cm. d) 3 2 cm e 4 2 cm. 01.17. (UNIFACS – BA) – Os retângulos na figura representam uma seção transversal de duas caixas de mesmo compri- mento e altura, estando uma delas apoiada sobre a outra. h h c c P 45° Sendo o comprimento e a altura respectivamente iguais a c = 12 cm e h = 4 cm, então a distância, em cm, do ponto P até a horizontal está entre 01) 14 e 15. 02) 13 e 14. 03) 12 e 13. 04) 11 e 12. 05) 10 e 11. 01.18. (UFPR) – Duas escadas foram usadas para bloquear um corredor de 2,4 m de largura, conforme indica a figura. parede 1 parede 2 h 2,4 m Uma mede 4 m de comprimento e outra 3 m. A altura h, do ponto onde as escadas se tocam, em relação ao chão, é de aproximadamente a) 1,15 m. d) 2,08 m. b) 1,40 m. e) 2,91 m. c) 1,80 m. 12 Semiextensivo Discursivos 01.19. (PUCRJ) – Seja ABC um triângulo equilátero de lado 1 cm em que O é o ponto de encontro das alturas. Quanto mede o segmento AO? 01.20. No triângulo ABC, AB = 13, BC = 14, CA = 15, M é o ponto médio de AB e H é o pé de uma das alturas do triângulo ABC, conforme indicado na figura a seguir. B H A M C Nas condições dadas, determine o perímetro do triângulo BMH. Aula 01 13Matemática 1B 01.01. a 01.02. a 01.03. d 01.04. b 01.05. b 01.06. e 01.07. c 01.08. e 01.09. d 01.10. c 01.11. a 01.12. c 01.13. d 01.14. c Gabarito 01.15. c 01.16. a 01.17. 04 01.18. a 01.19. 3 3 cm 01.20. 18 14 Semiextensivo Introdução Os problemas relativos a triângulos não são restritos a triângulos retângulos. Observe, por exemplo, a ilustra- ção a seguir: A B C Margem direita Margem esquerda 60° 75° 45° AB = 100 m Uma região ABC (forma triangular) precisa ser demarca- da. O topógrafo encontra-se na margem esquerda do rio e, com o auxílio de um teodolito, consegue obter as medidas dos ângulos A e B. Usando uma trena, obtém AB = 100 m. Como obter, sem atravessar o rio, as medidas de AC e BC? O objetivo principal desta aula é dar condições a você de chegar a tais resultados. Lei dos senos Em qualquer triângulo, as medidas dos lados são proporcionais aos senos dos ângulos opostos. A constante de proporcionalidade é igual à medida do diâmetro da circunferência circunscrita ao triângulo: a senA b senB c senC R2 Observe a figura: A B C c b a R Na Matemática, quando queremos verificar a vera- cidade de um resultado, utilizamos uma demonstração. Acompanhe a demonstração para um triângulo não retângulo ABC: A B C hB a bc HB • Traçamos a altura hB (relativa ao lado AC), dividindo o triângulo ABC em dois triângulos retângulos: ABHB e BCHB • No triângulo ABHB, temos: sen A = h c B hB = c ∙ sen A (1) • No triângulo BCHB, analogamente: sen C = h a B hB = a ∙ sen C (2) • Comparando (1) e (2): c ∙ sen A = a ∙ sen C c sen C a sen A (3) • Traçamos a altura hA (relativa ao lado BC), dividindo o triângulo ABC em dois triângulos retângulos: ABHA e ACHA A B Ca bc hA HA Matemática 15Matemática 1B Triângulos II 1BAula 02 • No triângulo ABHA, temos: sen B = h c A hA = c ∙ sen B (4) • Analogamente, no triângulo ACHA: sen C = h b A hA = b ∙ sen C (5) • Comparando (4) e (5): c ∙ sen B = b ∙ sen C c sen C b sen B (6) • Agora, comparando (3) e (6), obtemos: a sen A b sen B c sen C (7) E o diâmetro da circunferência circunscrita ao triân- gulo? Inscrevemos o triângulo ABC numa circunferência e, a partir de um de seus vértices, traçamos o diâmetro: A B C B’ 2R b • O ângulo B tem a mesma medida do ângulo B’, por serem ângulos inscritos relativos ao mesmo arco AC. O triângulo AB’C é retângulo em C, por estar inscrito numa semicircunferência. Assim: sen B = sen B’ sen B = b R2 2R = b sen B (8) • Comparando (7) e (8), completamos a demonstração: a sen A b sen B c sen C R2 Lei dos senos Observe, no exemplo, a utilização da lei dos senos na resolução de um triângulo: Exemplo: No triângulo ABC, a seguir, calcule a medida x indi- cada. x 5 cm 30° 45° Resolução: Pela lei dos senos, temos: x sen sen x x cm 45 5 30 2 2 5 1 2 5 2 ° = ° = = A lei dos senos pode ser utilizada em qualquer triân- gulo. No caso de triângulos retângulos, basta considerar sen 90 1° = . Lei dos cossenos Em qualquer triângulo, o quadrado da medida de um lado é igual à soma dos quadrados das medidas dos outros dois lados, menos duas vezes o produto das medidas desses lados pelo cosseno do ângulo formado por eles: A CB a c b a2 = b2 + c2 – 2 ∙ bc ∙ cos A b2 = a2 + c2 – 2 ∙ ac ∙ cos B c2 = a2 + b2 – 2 ∙ ab ∙ cos C 16 Semiextensivo Vamos provar apenas a terceira relação, consideran- do o ângulo C agudo. • Traçamos a altura AH — , obtendo os triângulos retân- gulos AHC e AHB: A B C H h a c b • No triângulo AHC, temos: cos C = HC b HC = b ∙ cos C (1) b2 = HC2 + h2 h2 = b2– HC2 (2) • No triângulo AHB, temos: c2 = h2 + (a – HC)2 c2 = h2 + a2 – 2 ∙ a ∙ HC + HC2 • Substituindo (1) e (2) na equação anterior: c2 = b2 – HC2 + a2 – 2 ∙ a ∙ b ∙ cos C + HC2 c2 = a2 + b2 – 2 ∙ ab ∙ cos C Lei dos cossenos A lei dos cossenos também pode ser utilizada em triângulos retângulos, considerando cos 90° = 0. Nesse caso, a lei dos cossenos reduz-se ao Teorema de Pitágoras (c2 = a2 + b2). Observe, a seguir, um exemplo da utilização da lei dos cossenos. Exemplo: Obtenha, no triângulo a seguir, a medida x indicada. 7 cm 5 cm x 30° e Resolução: Pela lei dos cossenos: x2 = 52 + 72 – 2 ∙ 5 ∙ 7 ∙ °cos 30 x2 = 25 + 49 – 70 ∙ 3 2 x2 74 – 35 ∙ 1,73 ( 3 1,73) x2 13,45 x 3,67 cm Aplicação Para exemplificar uma aplicação, vamos resolver o problema proposto no início da aula. A B C 60° 75° 100 45° Na figura anterior, queremos determinar as medidas de AC e BC: • Lei dos senos no triângulo ABC: 100 45 60 75sen BC sen AC sen° = ° = ° • Cálculo de BC: 100 2 2 3 2 100 3 2 50 6 BC BC BC m • Cálculo de AC: Como não sabemos ainda o valor de sen 75°, para o cálculo de AC, o uso da lei dos senos não é conveniente. Podemos, entretanto, traçar a altura BH relativa ao lado AC e analisar os triângulos retângulos ABH e BCH. Aula 02 17Matemática 1B A H B C 60° 30° 45° 100 50√ 6 45° No triângulo ABH: sen 30° = AH AH AH m 100 1 2 100 50⇒ ⇒ ⇒ = cos 30° = BH BH BH m 100 3 2 100 50 3⇒ = ⇒ = O triângulo BCH é isósceles, logo BH = HC. Como AC = AH + HC, temos: AC = AH + BH AC = 50 + 50 3 AC = 50 ∙ (1 + 3) m Observações: Em aulas futuras, você aprenderá que sen 75° = 6 2 4 . Com essa informação, o pro- blema poderia ter sido resolvido diretamente pela lei dos senos. Seno e cosseno de ângulos obtusos Eventualmente, em algumas situações, será necessá- rio calcular senos e cossenos de ângulos cujas medidas estão compreendidas entre 90° e 180°. De momento, vamos mostrar como podem ser obtidos esses valores. Posteriormente, com o estudo avançado da trigonometria, você entenderá a justifica- tiva de tais resultados. • O seno de um ângulo obtuso é igual ao seno do suplemento desse ângulo, ou seja: sen = sen (180° – ) Exemplo: sen 120° = sen (180° – 120°) = sen 60° = 3 2 • O cosseno de um ângulo obtuso é igual ao oposto do cosseno do suplemento desse ângulo, ou seja: cos = – cos (180° – ) Exemplo: cos 150° =– cos 180° – 150° = – cos 30° = – 3 2 Lei dos cossenos na Física Na Física, existe uma aplicação importante da lei dos cossenos no cálculo da resultante de duas forças. Considere duas forças de módulos F1 e F2 aplicadas num ponto, formando entre si um ângulo . Obtenha, pela regra do paralelogramo, o módulo da resultante R indicada na figura. F1 F2 R A lei dos cossenos será aplicada no triângulo desta- cado a seguir: F1 F2 F1 180 ° – R2 = F21 + F 2 2 – 2 ∙ F1 ∙ F2 ∙ cos 180° – Como cos 180° – = – cos , temos: R2 = F21 + F 2 2 – 2 . F1 ∙ F2 ∙ – cos R2 = F1 2 + F2 2 + 2 ∙ F1 ∙ F2 ∙ cos A diferença de sinal entre o cálculo do vetor resul- tante (lei dos cossenos na Física) e a lei dos cossenos na Matemática deve-se ao fato de que o ângulo que é usado na Matemática é , enquanto que, na Física, é (180° – ). A lei é a mesma, apenas o ângulo considerado é diferente. Na Física, o sinal é positivo 18 Semiextensivo 01. Considere o triângulo ABC a seguir: 75° 45° CA B 2√3 m Determine a medida: a) do ângulo interno relativo ao vértice C, em graus; b) de AB, em metros; c) do raio da circunferência circunscrita ao triângulo ABC, em metros. 02. (UECE) – Se a medida de um dos ângulos internos de um paralelogramo é 120° e se as medidas de dois de seus lados são respectivamente 6 m e 8 m, então a medida, em metros, da diagonal de maior compri- mento deste paralelogramo é: a) 2 37 b) 3 37 c) 2 48 d) 3 48 03. Determine as medidas x e y indicadas na seguinte figura: 105° 45° y x √6 Situações para resolver Aula 02 19Matemática 1B Testes Assimilação 02.01. (CESGRANRIO – RJ) – Os lados de um triângulo são 3, 4 e 6. O cosseno do maior ângulo interno desse triângulo vale: a) 11/24 d) –3/8 b) –11/24 e) –3/10 c) 3/8 02.02. (VUNESP – SP) – Na figura, os pontos A, B e C estão sobre uma circunferência de raio 1cm, e o ângulo ACB mede 45°. 45° C B A Nessas condições, o comprimento da corda AB , em cm, vale: a) 2 b) 1 2 2 c) 2 2 d) 1 2 4 e) 2 1 02.03. (CESGRANRIO – RJ) – No triângulo ABC, os lados AC e BC medem 8 cm e 6 cm, respectivamente, e o ângulo A vale 30°. O seno do ângulo B vale: a) 1/2 b) 2/3 c) 3/4 d) 4/5 e) 5/6 02.04. (UEL – PR) – Se um triângulo ABC está inscrito numa circunferência de raio r, vale a relação BC AB AC 2rˆ ˆ ˆsen A senBsen C = = = Considere agora a figura seguinte, na qual há um triângulo inscrito em uma circunferência de centro O: 45° 5 cm 30° x O A medida indicada por x é, em centímetros: a) 10 2 b) 5 3 c) 7,5 d) 5 2 e) 2,5 20 Semiextensivo 02.05. (UNIFOR – CE) – Na figura abaixo tem-se um triân- gulo cujas medidas dos lados são dadas em centímetros: 3 4 2θ Se θ é ângulo assinalado, então cos θ é igual a: a) –1 b) –3/4 c) –1/2 d) –1/3 e) –1/4 Aperfeiçoamento 02.06. (UNIMONTES – MG) – Considere o triângulo isósceles ABC da figura abaixo. É CORRETO afirmar que o cosseno do ângulo  vale a) 1 9 b) 2 9 c) 1 3 d) 2 3 A BC aa 4 3 a 02.07. (IFPE) – Sandro é velejador e está participando de uma competição. O barco de Sandro está se deslocando em linha reta e ele identifica os pontos A, B e C marcados na carta náutica por onde o seu barco vai passar. Quando o barco está no ponto A, ele avista um farol (F) na costa e mede o ângulo ˆFAC de 30°. Após navegar 4 milhas náuticas, o barco chega no ponto B. Ele calcula o ângulo ˆFBC e encontra 75°. Qual a distância, em milhas náuticas, do ponto B ao farol? a) 2 b) 2 2 c) 4 d) 4 2 e) 8 02.08. (INSPER – SP) – Considere o quadrilátero convexo ABCD mostrado na figura, em que AB = 4 cm, AD = 3 cm e m(Â) = 90°. A B C D Se a diagonal BD está contida na bissetriz do ângulo ˆABC e BD = BC, então a medida do lado CD, em centímetros, vale a) 2 2 b) 10 c) 11 d) 2 3 e) 15 Aula 02 21Matemática 1B 02.09. (FGV – SP) – Seja ABCD um quadrado, e P e Q pon- tos médios de BC e CD, respectivamente. CPB A D Q β Então, senβ é igual a: a) 5 5 b) 3 5 c) 10 5 d) 4 5 e) 5 6 02.10. (UFPR) – Calcule o seno do maior ângulo de um triângulo cujos lados medem 4, 6 e 8 metros. a) 1/4 b) 1/2 c) 15 4 d) 10 4 e) 3 2 02.11. (UNESP – SP) – Um professor de geografia forneceu a seus alunos um mapa do estado de São Paulo, que informava que as distâncias aproximadas em linha reta entre os pontos que representam as cidades de São Paulo e Campinas e entre os pontos que representam as cidades de São Paulo e Guaratinguetá eram, respectivamente, 80 km e 160 km. Um dos alunos observou, então, que as distâncias em linha reta entre os pontos que representam as cidades de São Paulo, Campinas e Sorocaba formavam um triângulo equilátero. Já um outro aluno notou que as distâncias em linha reta entre os pontos que representam as cidades de São Paulo, Gua- ratinguetá e Campinas formavam um triângulo retângulo, conforme mostra o mapa. SP Campinas Sorocaba 80 km São Paulo 160 km Guaratinguetá Com essas informações, os alunos determinaram que a distância em linha reta entre os pontos que representam as cidades de Guaratinguetá e Sorocaba, em km, é próxima de a) 80 2 5 3⋅ + ⋅ b) 80 5 2 3⋅ + ⋅ c) 80 6 d) 80 5 3 2⋅ + ⋅ e) 80 7 3 22 Semiextensivo 02.12. (UDESC) – Um guindaste industrial simples, usado para elevar cargas até o topo de uma máquina em uma fábrica, é formado por duas partes principais: uma haste rígida de 8 m de comprimento fixada ao solo em uma de suas extremidades; e um pistão hidráulico que pode variar de 2 m a 3 m de comprimento, fixado em uma de suas extremidades ao solo, em um ponto a 1 m da base da haste principal, e na outra extremidade em um ponto da haste a 3 m de sua base, conforme figura. Todas as três junções (haste com o solo, pistão com o solo e haste com o pistão) são rotativas (como uma dobradiça). 5 m 3 m Haste principal Pistão Solo Juntas rotativas 1 m √7 m De acordo com a figura, a altura que a ponta elevada da haste principal atingirá quando o pistão hidráulico estiver estendido em 7 m será de: a) 4 3 m b) 8 7 3 m c) 4 m d) 4 7 m e) 5 3 2 m Aprofundamento 02.13. (UDESC) – Quadros interativos são dispositivos de interface humana que permitem ao usuário interagir com as imagens projetadas sobre uma tela grande, geradas por um computador. O uso desses quadros é cada vez mais comum em instituições de ensino, substituindo o quadro para giz ou o quadro branco. Uma das tecnologias que possibilita essa interação funciona a partir de um sensor instalado em um dos cantos da tela onde a imagem é projetada, e de uma caneta eletrônica especial que, ao ser acionada, emite dois sinais simultâneos: um pulso sonoro (ultrassom) e um pulso luminoso (infravermelho). O pulso de ultrassom é usado para calcular a distância da ponta da caneta até o sensor, enquanto o pulso de infravermelho indica ao sistema o ângulo entre a base da tela e o segmento de reta que une o sensor à ponta da caneta. Considere um quadro interativo de 3 metros de largura por 2 metros de altura, representado no primeiro quadrante de um plano cartesiano, com o sensor instalado na origem. Um usuário aciona a caneta em três pontos distintos da tela, gerando as leituras de distância e de ângulo apresentadas na tabela: PONTO DISTÂNCIA ÂNGULO A B C 2 m 2 m 1 m 60° 30° 30° O triângulo com vértices nos pontos A, B e C é: a) escaleno. b) equilátero. c) isósceles de base BC. d) isósceles de base AB. e) retângulo em A. Aula 02 23Matemática 1B 02.14. (UECE) – Sejam x, y e z as medidas dos lados do triân- gulo XYZ e R a medida do raio da circunferência circunscrita ao triângulo. Se o produto dos senos dos ângulos internos do triângulo é k x y z R 3 , então o valor de k é: a) 0,500. b) 0,250. c) 0,125. d) 1,000. 02.15. (FGV – SP) – Um triângulo isósceles tem os lados congruentes com medida igual a 5. Seja a medida do ângulo da base, para a qual a área do referido triângulo é máxima. Podemos afirmar que: a) 10° ≤ < 20° b) 20° ≤ < 30° c) 30° ≤ < 40° d) 40° ≤ < 50° e)50° ≤ < 60° 02.16. (IFSP) – Uma empresa de fornecimento de energia, ao instalar a rede elétrica em uma fazenda, precisou colocar dois postes em lados opostos de um lago para permitir a passagem da fiação. Com isso, surgiu um pequeno pro- blema: para fazer o projeto da rede, seria necessário saber a distância entre os postes, e a presença do lago impedia a medição direta dessa distância. Um dos engenheiros posicionou-se em um local onde era possível visualizar os dois postes e medir a distância entre eles. Com um aparelho apropriado, ele mediu o ângulo entre a linha de visão dele e os postes, obtendo 120°. Um auxiliar mediu a distância do poste mais afastado do engenheiro e obteve 100 m; outro auxiliar mediu o ângulo entre a linha do poste mais próximo do engenheiro e a linha entre os postes, obtendo 45°. Com essas informações, o engenheiro sorriu. Ele já conseguiria calcular a distância aproximada entre os postes. Assinale a alternativa que a apresenta. a) 300 m. b) 150 m. c) 122,47 m. d) 112,17 m. e) 95,26 m. 24 Semiextensivo 02.17. (UNICAMP – SP) – Na figura abaixo, ABC e BDE são triângulos isósceles semelhantes de bases 2a e a, respecti- vamente, e ângulo CÂB = 30°. Portanto, o comprimento do segmento CE é: C 2a aA B E D a) a 5 3 b) a 8 3 c) a 7 3 d) a 2 02.18. (FUVEST – SP) – No triângulo retângulo ABC, ilus- trado na figura, a hipotenusa AC mede 12 cm e o cateto BC mede 6 cm. A B CM Se M é o ponto médio de BC, então a tangente do ângulo MÂC é igual a: a) 2 7 d) 2 2 7 b) 3 7 e) 2 3 7 c) 2 7 Discursivos 02.19. Um ponto P é interno ao quadrado ABCD, de diagonal AC. As distâncias de P aos vértices A, B e C valem, respecti- vamente, 2, 7 e 9. Determine a distância do ponto P ao vértice D. Aula 02 25Matemática 1B 02.20. (FGV – SP) – a) Determine o perímetro do triângulo na forma decimal aproximada, até os décimos. Se quiser, use algum destes dados: 352 = 1225; 362 = 1296; 372 = 1369. 6 cm 8 cm 60° b) Um aluno tinha de fazer um cartaz triangular, em cartolina. Decidiu construir o triângulo com as seguintes medidas dos lados: 6 cm, 8 cm e 16 cm. Ele conseguirá fazer o cartaz? Por quê? Gabarito 02.01. b 02.02. a 02.03. b 02.04. d 02.05. e 02.06. a 02.07. b 02.08. b 02.09. b 02.10. c 02.11. b 02.12. a 02.13. a 02.14. c 02.15. d 02.16. c 02.17. c 02.18. b 02.19. d = 6 02.20. a) 21,2 cm Sendo x a medida do terceiro lado, desconhecido, utilizando a lei dos cossenos, tem-se: x2 = 62 + 82 – 2 ∙ 6 ∙ 8 ∙ cos 60° x2 = 36 + 64 – 96 ∙ 0,5 x2 = 52 x 52 (x > 0) x = ⋅4 13 x 2 13 x = ⋅2 1300 100 x = ⋅2 1300 100 x ≅ ⋅2 1296 100 x ≅ ⋅2 36 10 x 7 2, cm Logo, o perímetro aproximado é igual a 6 + 8 + 7,2 = 21,2 cm. b) Não conseguirá construir o triângulo, pois em todo triângulo a medida de um lado deve ser menor que a soma das medidas dos outros dois (Desi- gualdade Triangular). 2a. solução: Lei dos cossenos: 8 cm6 cm 16 162 = 62 + 82 – 2 ∙ 6 ∙ 8 ∙ cos 156 = –96 ∙ cos cos cosα α= − ⇒ = − 156 96 13 8 Entretanto, para qualquer ângulo deve-se ter –1 < cos < 1. Observe que cosα = − < − 13 8 1, ou seja, não existe tal triângulo. 26 Semiextensivo
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