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GEOMETRIA COM CONSTRUÇÕES GEOMÉTRICAS Professora Me. Regiane Aparecida Nunes de Siqueira Professor Esp. Fernando Marcussi GRADUAÇÃO Unicesumar C397 CENTRO UNIVERSITÁRIO DE MARINGÁ. Núcleo de Educação a Distância; SIQUEIRA, Regiane Aparecida Nunes de; MARCUSSI, Fernando. Geometria com Construções Geométricas. Regiane Apareci- da Nunes de Siqueira; Fernando Marcussi. Maringá-Pr.: UniCesumar, 2018. Reimpressão 2021. 152 p. “Graduação - EaD”. 1. Geometria. 2. Construções Geométricas . EaD. I. Título. ISBN 978-85-459-1005-3 CDD - 22 ed. 516 CIP - NBR 12899 - AACR/2 Ficha catalográfica elaborada pelo bibliotecário João Vivaldo de Souza - CRB-8 - 6828 Impresso por: Reitor Wilson de Matos Silva Vice-Reitor Wilson de Matos Silva Filho Pró-Reitor Executivo de EAD William Victor Kendrick de Matos Silva Pró-Reitor de Ensino de EAD Janes Fidélis Tomelin Presidente da Mantenedora Cláudio Ferdinandi NEAD - Núcleo de Educação a Distância Diretoria Executiva Chrystiano Minco� James Prestes Tiago Stachon Diretoria de Graduação e Pós-graduação Kátia Coelho Diretoria de Permanência Leonardo Spaine Diretoria de Design Educacional Débora Leite Head de Produção de Conteúdos Celso Luiz Braga de Souza Filho Head de Curadoria e Inovação Tania Cristiane Yoshie Fukushima Gerência de Produção de Conteúdo Diogo Ribeiro Garcia Gerência de Projetos Especiais Daniel Fuverki Hey Gerência de Processos Acadêmicos Taessa Penha Shiraishi Vieira Gerência de Curadoria Carolina Abdalla Normann de Freitas Supervisão de Produção de Conteúdo Nádila Toledo Coordenador de Conteúdo Antoneli da Silva Ramos Designer Educacional Rossana Costa Giani Iconografia Isabela Soares Silva Projeto Gráfico Jaime de Marchi Junior José Jhonny Coelho Arte Capa Arthur Cantareli Silva Editoração Robson Yuiti Saito Qualidade Textual Produção de Materiais Ilustração Bruno Cesar Pardinho Viver e trabalhar em uma sociedade global é um grande desafio para todos os cidadãos. A busca por tecnologia, informação, conhecimento de qualidade, novas habilidades para liderança e so- lução de problemas com eficiência tornou-se uma questão de sobrevivência no mundo do trabalho. Cada um de nós tem uma grande responsabilida- de: as escolhas que fizermos por nós e pelos nos- sos farão grande diferença no futuro. Com essa visão, o Centro Universitário Cesumar assume o compromisso de democratizar o conhe- cimento por meio de alta tecnologia e contribuir para o futuro dos brasileiros. No cumprimento de sua missão – “promover a educação de qualidade nas diferentes áreas do conhecimento, formando profissionais cidadãos que contribuam para o desenvolvimento de uma sociedade justa e solidária” –, o Centro Universi- tário Cesumar busca a integração do ensino-pes- quisa-extensão com as demandas institucionais e sociais; a realização de uma prática acadêmica que contribua para o desenvolvimento da consci- ência social e política e, por fim, a democratização do conhecimento acadêmico com a articulação e a integração com a sociedade. Diante disso, o Centro Universitário Cesumar al- meja ser reconhecido como uma instituição uni- versitária de referência regional e nacional pela qualidade e compromisso do corpo docente; aquisição de competências institucionais para o desenvolvimento de linhas de pesquisa; con- solidação da extensão universitária; qualidade da oferta dos ensinos presencial e a distância; bem-estar e satisfação da comunidade interna; qualidade da gestão acadêmica e administrati- va; compromisso social de inclusão; processos de cooperação e parceria com o mundo do trabalho, como também pelo compromisso e relaciona- mento permanente com os egressos, incentivan- do a educação continuada. Seja bem-vindo(a), caro(a) acadêmico(a)! Você está iniciando um processo de transformação, pois quando investimos em nossa formação, seja ela pessoal ou profissional, nos transformamos e, consequentemente, transformamos também a sociedade na qual estamos inseridos. De que forma o fazemos? Criando oportu- nidades e/ou estabelecendo mudanças capazes de alcançar um nível de desenvolvimento compatível com os desafios que surgem no mundo contemporâneo. O Centro Universitário Cesumar mediante o Núcleo de Educação a Distância, o(a) acompanhará durante todo este processo, pois conforme Freire (1996): “Os homens se educam juntos, na transformação do mundo”. Os materiais produzidos oferecem linguagem dialógica e encontram-se integrados à proposta pedagógica, con- tribuindo no processo educacional, complementando sua formação profissional, desenvolvendo competên- cias e habilidades, e aplicando conceitos teóricos em situação de realidade, de maneira a inseri-lo no mercado de trabalho. Ou seja, estes materiais têm como principal objetivo “provocar uma aproximação entre você e o conteúdo”, desta forma possibilita o desenvolvimento da autonomia em busca dos conhecimentos necessá- rios para a sua formação pessoal e profissional. Portanto, nossa distância nesse processo de cresci- mento e construção do conhecimento deve ser apenas geográfica. Utilize os diversos recursos pedagógicos que o Centro Universitário Cesumar lhe possibilita. Ou seja, acesse regularmente o Studeo, que é o seu Ambiente Virtual de Aprendizagem, interaja nos fóruns e enquetes, assista às aulas ao vivo e participe das dis- cussões. Além disso, lembre-se que existe uma equipe de professores e tutores que se encontra disponível para sanar suas dúvidas e auxiliá-lo(a) em seu processo de aprendizagem, possibilitando-lhe trilhar com tranqui- lidade e segurança sua trajetória acadêmica. A U TO RE S Professora Me. Regiane Aparecida Nunes de Siqueira Possui Graduação em Licenciatura em Matemática pela Universidade Estadual de Ponta Grossa (2002), Especialização em Educação Científica e Tecnológica pela Universidade Tecnológica Federal do Paraná (2007), Mestrado em Ciências. Área de Concentração: Física pela Universidade Estadual de Ponta Grossa (2007) e Doutorado em Ciências. Área de Concentração: Física pela Universidade Estadual de Ponta Grossa (2015). Compõe o corpo docente das Faculdades Ponta Grossa - FacPG e Sagrada Família - FASF, da Universidade tecnológica Federal do Paraná - UTFPR e da Secretaria de Estado da Educação do Paraná - SEED. Professor Esp. Fernando Marcussi Possui graduação em Matemática pela Universidade Estadual de Maringá (2010), Especialização em Auditoria e Controladoria pelo Centro Universitário Cesumar (2014) e Especialização em EAD e as Tecnologias Educacionais a Distância pelo Centro Universitário Cesumar (2017). Atualmente é Professor Mediador do Centro Universitário Cesumar e Professor com dedicação Parcial do Instituto Eficaz. Tem experiência na área de Matemática Aplicada, Cálculo e Matemática Financeira. SEJA BEM-VINDO(A)! O livro Geometria com Construções Geométricas é destinado aos alunos do Curso de Li- cenciatura em Matemática e visa ao ensino da Geometria com a utilização de materiais tais como régua, compasso e transferidor. O objetivo deste livro é criar condições para que você, estudante, possa compreender as ideias básicas da Geometria atribuindo significado a elas, além de saber aplicá-las na reso- lução de problemas do mundo real. Todos os conceitos básicos foram explorados de maneira instituível e compreensível. As re- ceitas prontas e o formalismo excessivo foram evitados, porém, foi mantido o rigor coerente com o nível superior para o qual o livro está sendo proposto. Dessa forma, este livro foi desenvolvido a fim de apresentar a Geometria de maneira a atender aos seguintes aspectos: • Definir a área de abrangência da Geometria. • Apresentar os conceitos fundamentais de cada tema constante da área de abrangên- cia da disciplina. • Indicar como os temas devem ser inseridos no Ensino da Matemática fazendo uso de materiais. Para este fim, o livro foi organizado em 5 unidades e cada unidade composta por Intro- du- ção, Conteúdos, Considerações Finais,Atividades de Autoestudo, Leitura Comple- mentar e Material Complementar. Antes de resolver as Atividades de Autoestudo, é necessário que você estude a teoria, ana- lise e refaça os exemplos. Também é importante refletir sobre as considerações propostas em cada unidade. A Leitura Complementar está relacionada com a unidade e dá uma ideia do tema estu- dado além de poder apresentar uma abordagem histórica sobre o assunto discutido. O livro engloba todos os assuntos costumeiramente trabalhados no curso de Geome- tria, além de auxiliá-lo(a) formação para o Ensino da Matemática fazendo uso dos mate- riais. As sugestões e críticas que visem ao aprimoramento deste trabalho ser ao sempre bem-vindas. Os autores APRESENTAÇÃO GEOMETRIA COM CONSTRUÇÕES GEOMÉTRICAS SUMÁRIO 09 UNIDADE I CONCEITOS ELEMENTARES DE GEOMETRIA ALIADOS A CONSTRUÇÕES FUNDAMENTAIS 15 Introdução 16 Conceitos 17 Proposições 19 Retas 29 Ângulos 38 Considerações Finais 42 Gabarito UNIDADE II CONSTRUÇÃO DE RETAS, ÂNGULOS, TRIÂNGULOS, QUADRILÁTEROS 47 Introdução 48 Construção de Retas 51 Construção de Ângulos 54 Triângulos 62 Construção de Triângulos 64 Quadriláteros 67 Construção de Quadriláteros 68 Considerações Finais 73 Gabarito SUMÁRIO 10 UNIDADE III REGIÕES POLIGONAIS, CIRCUNFERÊNCIAS E SEMELHANÇA DE FIGURAS 79 Introdução 80 Regiões Poligonais 84 Construção de Polígonos 87 Circunferências 91 Construção de Circunferências 93 Semelhança de Figuras 94 Construção de Figuras Semelhantes 96 Considerações Finais 103 Gabarito UNIDADE IV POLIEDROS, PRISMA, PIRÂMIDE 111 Introdução 112 Poliedros 114 Prismas 117 Pirâmide 120 Considerações Finais 126 Gabarito SUMÁRIO 11 UNIDADE V CILINDRO, CONE E ESFERA 133 Introdução 134 Cilindro 136 Cone 139 Esfera 142 Considerações Finais 148 Gabarito 151 Conclusão 152 Referências U N ID A D E I Professora Me. Regiane Aparecida Nunes de Siqueira Professor Esp. Fernando Marcussi CONCEITOS ELEMENTARES DE GEOMETRIA ALIADOS A CONSTRUÇÕES FUNDAMENTAIS Objetivos de Aprendizagem ■ Compreender os conceitos elementares da geometria: ponto, reta e plano ■ Determinar posições relativas entre os elementos fundamentais ■ Construir os elementos fundamentais Plano de Estudo A seguir, apresentam-se os tópicos que você estudará nesta unidade: ■ Conceitos ■ Proposições ■ Retas ■ Ângulos INTRODUÇÃO A palavra Geometria vem do grego: geo - terra, metria - medida e indica o ramo da matemática destinado a resolver questões de forma, tamanho e posição rela- tiva de figuras e ainda questões com propriedades do espaço. A geometria teve início de forma independente em culturas antigas, como sendo um con- junto de conhecimentos práticos sobre comprimento, área e volume. Por volta do século III a.C., a geometria foi posta em uma forma axio- mática por Euclides, cujo tratamento, cha- mado de geometria euclidiana, estabeleceu um padrão que perdurou por séculos. A geometria é aplicada em diversas áreas da atividade humana. Uma evidên- cia muito forte desse uso é encontrada na arquitetura. A geometria de posição é fundamental para viabilizar a elaboração de projetos estruturais cujas formas arquitetônicas situam-se entre o limite da Matemática e da Física. A natureza desperta a admiração do homem por sua beleza, harmonia de cores e perfei- ção das formas, incentivando-o a estudar essas formas encontradas e com- preender suas relações perfeitas. O homem começou a imitar a natureza em suas próprias construções, produzindo assim edificações cada vez mais rígidas e perfeitas. A geometria desenvolve o pensar geométrico ou o raciocínio visual. Se essa matéria é deixada de lado, alguns transtornos podem ser causados no dia a dia do aluno, pois em seu cotidiano este deve ter noção de paralelismo, perpendicu- larismo, medição (comprimento, perímetro, área, volume), simetria, seja pelo visual (formas), seja pelo uso no lazer, na profissão ou na comunicação oral. A importância da geometria na vida do homem é constante e hoje o seu estudo é inserido no ensino da Matemática desde os primeiros anos escolares. No entanto, são notórias a dificuldade no aprendizado e a falta de motivação no estudo da geometria. A utilização de materiais como régua e compasso no estudo da geometria pode auxiliar no desenvolvi- mento cognitivo, trazendo assim uma melhor aprendizagem e compreensão da geometria. A seguir, serão apresentados alguns conceitos geométricos fundamentais que irão auxi- liar o(a) futuro(a) professor(a) de matemática a compreender a geometria e dessa forma trabalhar com seus alunos a fim de desenvolver o pen- sar geométrico ou o raciocínio visual. Introdução Re pr od uç ão p ro ib id a. A rt . 1 84 d o Có di go P en al e L ei 9 .6 10 d e 19 d e fe ve re iro d e 19 98 . 15 CONCEITOS ELEMENTARES DE GEOMETRIA ALIADOS A CONSTRUÇÕES FUNDAMENTAIS Reprodução proibida. A rt. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. IU N I D A D E16 CONCEITOS Os conceitos geométricos são estabelecidos por meio de definições. Os concei- tos pri-mitivos são construídos sem definição. Serão adotados sem definir os conceitos de ponto, reta e plano. Para o ponto, a reta e o plano têm-se conhe- cimentos intuitivos decorrentes da experiência e observação, são adotadas sem definição, ou seja, existe ponto, existe reta e existe plano. Notação com letras: Ponto - é concebido como algo sem dimensão, sem massa e sem volume, representado por letras maiúsculas latinas: A, B, C... Reta - é concebida sem espessura, sem começo e sem fim e representadas por letras mi- núsculas latinas: a, b, c... Plano - é concebido sem espessura e sem fronteiras, representado por letras gregas mi- núsculas: α, β, γ... Proposições Re pr od uç ão p ro ib id a. A rt . 1 84 d o Có di go P en al e L ei 9 .6 10 d e 19 d e fe ve re iro d e 19 98 . 17 Notação gráfica: Fonte: Dolce (1993). PROPOSIÇÕES As proposições geométricas são aceitas mediante demonstrações. As proposi- ções primitivas, também denominadas postulados ou axiomas, são aceitas sem demonstrações. Postulado da existência: 1. Numa reta, bem como fora dela, existem infinitos pontos. 2. Num plano existem infinitos pontos. A expressão infinitos pontos tem significado de tantos pontos quanto se queira. GEOMETRIA DE POSIÇÃO NO PLANO No estudo da Geometria é comum, e adequado, usar objetos do cotidiano como modelos aproximados para os conceitos geométricos. Por exemplo, para a ideia de ponto, costuma- se pensar em uma marca de giz na lousa ou em um ponto-final. CONCEITOS ELEMENTARES DE GEOMETRIA ALIADOS A CONSTRUÇÕES FUNDAMENTAIS Reprodução proibida. A rt. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. IU N I D A D E18 Para a ideia de reta, costuma-se usar um fio esticado. E para a ideia de plano é comum usar uma folha de papel. POSTULADOS POSTULADO DA DETERMINAÇÃO DA RETA Dois pontos determinam uma única (uma, e só uma) reta que passa por eles. Fonte: Souza (2013). POSTULADO DA DETERMINAÇÃO DO PLANO Três pontos não colineares determinam um único plano que passa por eles. Fonte: Souza (2013). POSTULADO DA INCLUSÃO Se uma reta tem dois pontos distintos num plano, então essa reta está contida nesse mesmo plano. Fonte: Souza (2013). Retas Re pr od uç ão p ro ib id a. A rt . 1 84 d o Có di go P en al e L ei 9 .6 10 d e 19 d e fe ve re iro d e 19 98 . 19 DEFINIÇÕES ■ Pontos coplanares são pontos que pertencem ao mesmo plano. ■ Figura é qualquer conjunto de pontos. ■ Figura plana é qualquer figura que tem todos os seus pontos no mesmo plano. ■ A geometria plana estuda as figuras planas. ■ Duas retas são concorrentes, quando elas têm um único ponto comum. ■ Duas retas distintas num plano são paralelas quando não têm ponto em comum. RETAS RELAÇÃO ENTRE UM PONTO E UMA RETA O ponto A pertenceà reta s. Fonte: Souza (2013). O ponto B não pertence à reta s. CONCEITOS ELEMENTARES DE GEOMETRIA ALIADOS A CONSTRUÇÕES FUNDAMENTAIS Reprodução proibida. A rt. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. IU N I D A D E20 RELAÇÃO ENTRE PONTOS Dados os pontos A e B pertencentes a uma reta r, enquanto o ponto C não per- tence à reta r. Indicamos que A ∈ r, B ∈ r e C ∉ r. Dizemos que os pontos A e B estão alinhados e, portanto, são ditos colineares. Da mesma forma, se os pontos A, B e C são colineares (existe uma reta que passa pelos três). D E Fonte: Souza (2013). Os pontos A, D e E não são colineares (não existe reta que passa pelos três simultaneamente). Dois pontos são sempre colineares. RELAÇÃO ENTRE DUAS RETAS DE UM PLANO As retas c e m são distintas e paralelas. Fonte: Souza (2013). As retas b e c são concorrentes. Retas Re pr od uç ão p ro ib id a. A rt . 1 84 d o Có di go P en al e L ei 9 .6 10 d e 19 d e fe ve re iro d e 19 98 . 21 Fonte: Souza (2013). As retas p e n são concorrentes e perpendiculares, ou seja, são concorrentes entre si e formarem um ângulo reto. p n Fonte: Souza (2013). As retas a e r são coincidentes (paralelas iguais). Fonte: Souza (2013). CONCEITOS ELEMENTARES DE GEOMETRIA ALIADOS A CONSTRUÇÕES FUNDAMENTAIS Reprodução proibida. A rt. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. IU N I D A D E22 Uma transversal a duas retas r e s, é uma reta que as interceptam em dois pon- tos distintos, mas as retas r e s não precisam ser necessariamente paralelas para que uma reta seja transversal a outras duas retas, conforme é ilustrado abaixo, onde temos t interceptando r e s nos pontos P e Q, respectivamente, e r e s se interceptando no ponto R. Fonte: Franco (2006) Sejam r e t duas retas e A um ponto pertencentes a um plano a. Se essas retas estão contidas em a, então todos os seus pontos pertencem a a. Dessa forma, indicamos: A ∈ a, r ⊂ a e t ⊂ a. Neste caso, dizemos que r e t são coplanares. Fonte: o Autor. SEGMENTO DE RETA Dados dois pontos distintos, a reunião do conjunto desses dois pontos com o conjunto dos pontos que estão entre eles é um segmento de reta. A noção de “estar entre” é uma noção primitiva que obedece aos postula- dos ou axiomas que seguem: Retas Re pr od uç ão p ro ib id a. A rt . 1 84 d o Có di go P en al e L ei 9 .6 10 d e 19 d e fe ve re iro d e 19 98 . 23 Quaisquer que sejam os pontos A, B e P : 1. Se P está entre A e B, então A, B e P são colineares. 2. Se P está entre A e B, então A, B e P são distintos dois a dois. 3. Se P está entre A e B, então A não está entre P e B nem B está entre A e P . 4. Quaisquer que sejam os pontos A e B, se A é distinto de B, então existe um ponto P que está entre A e B. Fonte: Dolce (1993). SEMIRRETA Dados dois pontos distintos A e B, a reunião do segmento de reta AB com o con- junto dos pontos X tais que B está entre A e X é a semirreta AB indicada por . Fonte: Dolce (1993). SEGMENTOS CONSECUTIVOS Dois segmentos de reta são consecutivos se, e somente se, uma extremidade de um deles é também extremidade do outro (uma extremidade de um coincide com uma extremidade do outro). Fonte: Dolce (1993). CONCEITOS ELEMENTARES DE GEOMETRIA ALIADOS A CONSTRUÇÕES FUNDAMENTAIS Reprodução proibida. A rt. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. IU N I D A D E24 SEGMENTOS COLINEARES Dois segmentos de reta são colineares se, e somente se, estão numa mesma reta. SEGMENTOS ADJACENTES Dois segmentos consecutivos e colineares são adjacentes se, e somente se, pos- suem em comum apenas uma extremidade (não têm pontos internos comuns). Fonte: Dolce (1993). CONGRUÊNCIA DE SEGMENTOS A congruência (símbolo ≡) de segmentos é uma noção primitiva que satisfaz os seguintes postulados: 1. Reflexiva: Todo segmento é congruente a si mesmo: AB ≡ AB. 2. Simétrica: Se AB ≡ CD, então CD ≡ AB. 3. Transitiva: Se AB ≡ CD e CD ≡ EF , então AB ≡ EF . POSTULADO DO TRANSPORTE DE SEGMENTOS Dados um segmento AB e uma semirreta de origem A´, existe sobre esta semir- reta um único ponto B´ tal que A´B´ seja congruente a AB. Retas Re pr od uç ão p ro ib id a. A rt . 1 84 d o Có di go P en al e L ei 9 .6 10 d e 19 d e fe ve re iro d e 19 98 . 25 ADIÇÃO DE SEGMENTOS Dados dois segmentos AB e CD, tomando-se numa semirreta qualquer de ori- gem R os segmentos adjacentes RP e PT tais que RP ≡ AB e P T ≡ CD, (I.1) o segmento RT é a soma de AB com CD. O segmento RS, que é a soma de n segmentos congruentes a AB, é múlti- plo de AB segundo n (RS = n. AB). Se RS = n.AB, então AB é submúltiplo de RS segundo n. COMPARAÇÃO DE SEGMENTOS Dados dois segmentos AB e CD, pelo postulado do transporte é possível obter na semirreta um ponto P tal que AP ≡ CD. Têm-se três hipóteses a considerar: Fonte: Dolce (1993). 1ª) O ponto P está entre A e B. Neste caso, AB é maior que CD (AB > CD). 2ª) O ponto P coincide com B. Caso em que AB é congruente a CD (AB ≡ CD). 3ª) O ponto B está entre A e P . Caso em que AB é menor que CD (AB < CD). CONCEITOS ELEMENTARES DE GEOMETRIA ALIADOS A CONSTRUÇÕES FUNDAMENTAIS Reprodução proibida. A rt. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. IU N I D A D E26 PONTO MÉDIO DE UM SEGMENTO Um ponto M é ponto médio do segmento AB se, e somente se, M está entre A e B e AM ≡ MB. M ∈ AB e MA ≡ MB (I.2) DISTÂNCIAS DISTÂNCIA ENTRE DOIS PONTOS Dados dois pontos distintos, A e B, a distância entre A e B é a medida do seg- mento AB. Fonte: Paiva (2013) Será adotada a notação AB para o segmento e AB para a medida do segmento. DISTÂNCIA DE UM PONTO A UMA RETA Dados um ponto P e uma reta r, pode-se traçar uma reta que passa por P e é perpendicular a r no ponto A. A distância do ponto P à reta r é a distância entre os pontos P e A. Fonte: Paiva (2013). Retas Re pr od uç ão p ro ib id a. A rt . 1 84 d o Có di go P en al e L ei 9 .6 10 d e 19 d e fe ve re iro d e 19 98 . 27 DISTÂNCIA DE UM PONTO A UM PLANO Dados um ponto P e um plano a, é possível determinar P´, que é a projeção ortogonal de P sobre a. A distância do ponto P ao plano a é a distância entre os pontos P e P´. Fonte: Paiva (2013). DISTÂNCIA ENTRE DUAS RETAS DISTINTAS E PARALELAS Segundo postulado de Euclides, por um ponto P fora de uma reta a, existe uma e uma só reta paralela à reta a. Dadas as retas r e s, distintas e paralelas, a distância entre r e s é a distância de qualquer ponto de uma delas à outra reta. Fonte: Paiva (2013). A distância entre duas retas concorrentes é nula, isto é, igual a zero. DISTÂNCIA DE UMA RETA A UM PLANO QUANDO A RETA É PARA- LELA AO PLANO E NÃO ESTÁ CONTIDA NELE Dados a reta r e o plano α tais que r//α, a distância da reta r ao plano α é a dis- tância de qualquer ponto de r ao plano α. CONCEITOS ELEMENTARES DE GEOMETRIA ALIADOS A CONSTRUÇÕES FUNDAMENTAIS Reprodução proibida. A rt. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. IU N I D A D E28 Fonte: Paiva (2013). DISTÂNCIA ENTRE DOIS PLANOS DISTINTOS E PARALELOS Dados dois planos distintos, α e β, tais que α//β, a distância entre esses dois pla- nos é a distância de qualquer ponto de um deles ao outro plano. Fonte: Paiva (2013). OBSERVAÇÃO: Quando dois planos distintos não são paralelos (nem coinciden- tes), então eles se interceptam segundo uma reta, e a distância entre eles é zero. DISTÂNCIA ENTRE DUAS RETAS REVERSAS Dizemos que duas retas são reversas entre si se não existe plano que as contenha. Dadas duas retas reversas, r e s, considerando um ponto qualquer de r e o plano que contém s e é paralelo a r. A distância entre r e s é a distância desse ponto a esse plano. Fonte: Paiva (2013). Ângulos Re pr od uç ão p ro ib id a. A rt . 1 84 d o Có di go P en al e L ei 9 .6 10 d e 19 d e fe ve re iro de 19 98 . 29 ÂNGULOS DEFINIÇÃO Um ângulo é a reunião de duas semirretas que têm a mesma origem, mas estão con- tidas numa mesma reta. Se um ângulo é formado pelas semirretas e então as semirretas são chamadas lados do ângulo, e o ponto A é chamado vértice do ângulo. Tal ângulo é denominado ângulo BAC ou ângulo CAB e representado por BÂC ou CÂB, respectivamente. Algumas vezes, quando está claro no texto, é simplesmente denominado ângulo A e representado por Â. Fonte: Rezende (2008). Na definição acima, ângulo é simplesmente um conjunto que é a união de duas semirretas de mesma origem não contidas na mesma reta. Esta definição é adequada para quase todo o desenvolvimento da Geometria Euclidiana. Os ângulos orienta- dos, nos quais são destacados o lado inicial e final, definem um ângulo de medida zero quando os lados inicial e final são coincidentes ou um ângulo de medida 180, quando os lados são opostos. Ângulos orientados, ou mais geralmente, ângulos cuja medida é um número real qualquer, são usados também na trigonometria. ÂNGULOS CONSECUTIVOS Dois ângulos são consecutivos se, e somente se, um lado de um deles é também lado do outro (um lado de um deles coincide com um lado do outro). Assim, temos que os ângulos AÔB e AÔC são consecutivos. CONCEITOS ELEMENTARES DE GEOMETRIA ALIADOS A CONSTRUÇÕES FUNDAMENTAIS Reprodução proibida. A rt. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. IU N I D A D E30 Fonte: o Autor. ÂNGULOS ADJACENTES Dois ângulos consecutivos são adjacentes se, e somente se, não têm pontos inter- nos comuns. Assim, os ângulos AÔC e CÔB são ângulos adjacentes. Fonte: o Autor. ÂNGULOS OPOSTOS PELO VÉRTICE Dois ângulos são opostos pelo vértice se, e somente se, os lados de um deles são as respectivas semirretas opostas aos lados do outro. Temos que os ângulos AÔB e CÔD são opostos pelo vértice, assim como AÔD e BÔC. Ângulos Re pr od uç ão p ro ib id a. A rt . 1 84 d o Có di go P en al e L ei 9 .6 10 d e 19 d e fe ve re iro d e 19 98 . 31 Fonte: o Autor. Note que duas retas concorrentes determinam dois pares de ângulos opostos pelo vértice. ÂNGULOS ALTERNOS INTERNOS E CORRESPONDENTES Consideremos duas retas r e s cortadas por uma transversal t, nos pontos P e Q, respectivamente. Sejam A, B, C, D, E e F, conforme desenho abaixo. Os pares de ângulos (A F , E B) e (C F , E D) são denominados ângulos alternos internos. Os pares de ângulos (E A, E D), (E C, E B), (C F , B F ) e (A F , D F ) são denominados ângulos correspondentes. Fonte: Franco (2006). CONCEITOS ELEMENTARES DE GEOMETRIA ALIADOS A CONSTRUÇÕES FUNDAMENTAIS Reprodução proibida. A rt. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. IU N I D A D E32 CONGRUÊNCIA E COMPARAÇÃO A congruência (símbolo ≡) entre ângulos é uma noção primitiva que satisfaz os seguintes postulados: 1. Reflexiva: Todo ângulo é congruente a si mesmo:  ≡ Â. 2. Simétrica: Se  ≡ , então ≡ Â. 3. Transitiva: Se  ≡ e ≡ , então  ≡ . POSTULADOS DO TRANSPORTE DE ÂNGULOS Dados um ângulo AÔB e uma semirreta de um plano, existe sobre este plano, e num dos semiplanos que permite determinar, uma única semir- reta que forma com um ângulo A´Ô´B´ congruente ao ângulo AÔB. COMPARAÇÃO DE ÂNGULOS Dados ângulos AÔB e C D, pelo postulado do transporte é possível obter, no semi- plano que tem origem em e contém B, uma semirreta ´ tal que AÔD´ ≡ C D. Têm-se três hipóteses a considerar : 1ª) A semirreta ´ é interna a AÔB. Neste caso AÔB é maior que C D (AÔB > C D). 2ª) A semirreta ´ coincide com . Neste caso AÔB é congruente a CÔD (AÔB ≡ CÔD). 3ª) A semirreta ´ é externa a AÔB. Neste caso AÔB é menor que CÔD (AÔB < CÔD). Ângulos Re pr od uç ão p ro ib id a. A rt . 1 84 d o Có di go P en al e L ei 9 .6 10 d e 19 d e fe ve re iro d e 19 98 . 33 ADIÇÃO DE ÂNGULOS Se a semirreta é interna ao ângulo AÔC, o ângulo AÔC é soma dos ângu- los AÔB e BÔC. o Fonte: o Autor. AÔC = AÔB + AÔC Dados dois ângulos AÔB e CÔD, se existem RÛS ≡ AÔB e SÛT ≡ CÔD tais que US é interna a RÛT, diz-se que o ângulo RÛT é a soma de AÔB e CÔD. O ângulo RÛS que é a soma de n ângulos AÔB, se existir, é chamado múlti- plo de AÔB segundo n (RÛS = n.AÔB). Se AÔB = n · CÔD, se diz que CÔD é submúltiplo de AÔB segundo n. BISSETRIZ DE UM ÂNGULO Uma semirreta interna a um ângulo AÔB é bissetriz do ângulo AÔB se, e somente se, AÔC ≡ BÔC. A bissetriz de um ângulo é uma semirreta interna ao ângulo, com origem no vértice do ângulo e que o divide em dois ângulos congruentes. PROPOSIÇÃO 1: Dois ângulos opostos pelos vértice são congruentes. De fato, considerando o desenho apresentado acima, devemos mostrar que AÔD ≡ CÔB. Assim, como o ângulo CÔA é raso, então CÔB e BÔA são suplementares. CÔB + BÔA = 180º CONCEITOS ELEMENTARES DE GEOMETRIA ALIADOS A CONSTRUÇÕES FUNDAMENTAIS Reprodução proibida. A rt. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. IU N I D A D E34 Por outro lado, BÔD também é um ângulo raso, então BÔA e AÔD são suplementares. BÔA + AÔD = 180º Assim, pelas duas equações: CÔB + BÔA = BÔA + AÔD CÔB = AÔD Obtendo assim o desejado. MEDIDA DE UM ÂNGULO - AMPLITUDE A medida de um ângulo AÔB será indicada por m(AÔB). A medida de um ângulo é um número real positivo associado ao ângulo de forma que: 1ª) Ângulos congruentes têm medidas iguais e, reciprocamente, ângulos que têm medidas iguais são congruentes. AÔB ≡ CPD ⇔ m(AÔB) = m(CPD) 2ª) Se um ângulo é maior que outro, sua medida é maior que a medida deste outro. AÔB > CPD ⇔ m(AÔB) > m(CPD) Ângulos opostos pelo vértice Para melhor compreensão, assista, no vídeo, à demonstração desta proposição. https://vimeo.com/253991180/52244d61da Ângulos Re pr od uç ão p ro ib id a. A rt . 1 84 d o Có di go P en al e L ei 9 .6 10 d e 19 d e fe ve re iro d e 19 98 . 35 3ª) Se um ângulo corresponde soma de outros ângulos, a medida desse ângulo corresponde a soma das medidas desses ângulos. AÔB ≡ AÔB + CPD ⇔ m(AÔB) = m(AÔC) m(CÔB) À medida de um ângulo dá-se o nome de amplitude do ângulo. Em geral, asso- cia-se um número a um ângulo estabelecendo a razão (quociente) entre este ângulo e outro ângulo tomado como unidade. UNIDADES DE MEDIDA DE ÂNGULOS Ângulo de um grau (1º) é o ângulo submúltiplo segundo 90 (noventa) de um ângulo reto. ângulo de um grau 90 ângulo reto = Um ângulo reto tem 90 graus (90º). A medida de um ângulo agudo é menor que 90º. A medida de um ângulo obtuso é maior que 90º e menor que 180º. Fonte: o Autor. Ângulo de um minuto (1´) é o ângulo submúltiplo segundo 60 (sessenta) do ângulo de um grau. 1´ 60 1º= Um grau tem 60 minutos (60´). Ângulo de um segundo (1´´) é o ângulo submúltiplo segundo 60 (sessenta) do ângulo de um minuto. CONCEITOS ELEMENTARES DE GEOMETRIA ALIADOS A CONSTRUÇÕES FUNDAMENTAIS Reprodução proibida. A rt. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. IU N I D A D E36 1´´ 60 1´= Um minuto tem 60 segundos (60´´). Ângulo de um grado (1gr) é o ângulo submúltiplo segundo 100 (cem) de um ângulo reto. ângulo de um grado 100 ângulo reto = Dos submúltiplos do grado, dois se destacam: ■ o centígrado (0,01gr), também chamado minuto de grado, e ■ o decimiligrado (0,0001gr), também chamado segundo de grado. ÂNGULOS COMPLEMENTARES E ÂNGULOS SUPLEMENTARES Dois ângulos são complementares se, e somente se, a soma de suas medidas for 90º. Um deles é o complemento do outro. Dois ângulos são suplementares se, e somente se, a soma de suas medidas for 180º. Um deles é o suplemento do outro. ÂNGULO NULO E ÂNGULO RASO Pode-se estender o conceito de ângulo para se ter o ângulo nulo (cujos lados são coincidentes) ou o ângulo raso (cujos lados são semirretas opostas). Conversão de ângulos (graus, minutos, segundose grados) Para melhor compreensão, assista, no vídeo, à resolução deste exemplo. https://vimeo.com/253992101/d97cee6614 Ângulos Re pr od uç ão p ro ib id a. A rt . 1 84 d o Có di go P en al e L ei 9 .6 10 d e 19 d e fe ve re iro d e 19 98 . 37 Plano Cartesiano - No plano cartesiano os pontos são localizados por meio de dois eixos perpendiculares, e cada ponto fica perfeitamente determi- nado por sua posição. O princípio de representação dos pontos no plano cartesiano é que a cada posição no plano fica associado um ponto. René Descartes (1596-1650), filósofo famoso por sua frase: “Penso, logo existo”, estabeleceu relações entre curvas no plano e equações algébricas com duas incógnitas. As propriedades geométricas das curvas foram assim, “traduzi- das” por meio de equações, e os resultados da Álgebra foram interpretados geometricamente. Descartes estava empenhado em descobrir uma fórmula que disciplinasse o raciocínio e unificasse o conhecimento. Outro estudioso da Matemática que contribuiu para o desenvolvimento da Geometria analítica foi o francês Pierre de Fermat (1601-1665). Assim como Descartes, Fermat associou equações a curvas e superfícies. Embora seja comum a ideia de que a Geometria analítica é uma redução da Geometria à Álgebra, os escritos de Descartes mostram que sua preocupação era a construção geométrica e a possibilidade de encontrar um correspondente geométrico para as operações algébricas. Já com relação a Fermat, o uso de coordenadas surge da aplicação da Álgebra da Renascença a problemas geométricos da Antiguidade. Isso mostra que os caminhos percorridos por eles foram independentes. A marca de giz na lousa ou o ponto-final no caderno têm dimensões (em- bora sejam pequenas), enquanto o ponto geométrico não tem dimensões. Reflita sobre as limitações físicas do lápis como modelo de reta e da folha de papel como modelo de plano. Fonte: o Autor. CONCEITOS ELEMENTARES DE GEOMETRIA ALIADOS A CONSTRUÇÕES FUNDAMENTAIS Reprodução proibida. A rt. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. IU N I D A D E38 CONSIDERAÇÕES FINAIS A geometria é o ramo da Matemática que trata do estudo da medida, forma, tamanho e posição relativa de figuras e ainda questões com propriedades do espaço. Aqui foi possível conhecer alguns conceitos fundamentais da geometria para dar início ao seu estudo. Neste capítulo foi possível conhecer a origem da geometria bem como, sua importância como conteúdo da disciplina de Matemática. Foram apresentados os conceitos elementares da geometria. Também foi abordado sobre retas sendo identificado as posições relativas entre os elementos fundamentais sendo eles o ponto, a reta e o plano. E finalmente foi abordado sobre ângulos. Foram apresentadas proposições, que são aceitas mediante demonstrações e; proposições primitivas, também denominadas postulados, aceitas sem demons- trações. Na sequência foi apresentado a geometria de posição o plano, sendo apresentada a relação entre um ponto e uma reta, a relação entre pontos, a rela- ção entre duas retas e um plano. Ainda foi definido segmento de reta e semirreta e apresentado os segmentos consecutivos, colineares e adjacentes. Também foi definido segmentos congruen- tes, adição e compara- ção de segmentos. No estudo de distâncias foi abordado sobre distância entre dois pontos, distância de um ponto a uma reta, distância de um ponto a um plano, distância ente duas retas distintas paralelas, distância de uma reta a um plano quando a reta é paralela ao plano e não está contida nele, dis- tância entre dois planos distintos e paralelos e distância entre duas retas reversas. Ao tratar de ângulos foi abordado ângulos consecutivos, adjacentes e opos- tos pelo vértice. Além de congruência e comparação de ângulos foi visto adição de ângulos, bissetriz de um ângulo. Também foi tratado de ângulos reto, agudo e obtuso; as unidades de medida de ângulos; ângulos complementares e ângu- los suplementares e por fim ângulos nulo e ângulo raso. No capítulo seguinte será discutido sobre a construção de retas e ângulos, além de ser definido triângulos e quadriláteros e apresentado exemplos de construção de triângulos e quadriláteros fazendo uso de materiais como régua e compasso. 39 Das questões de 1 a 6, classifique as afirmações em verdadeira (V) ou falsa (F). 1. ( ) Duas retas perpendiculares a um mesmo plano são coplanares. 2. ( ) Por um ponto passa uma única reta perpendicular a um plano dado. 3. ( ) Se uma reta está contida em um plano, toda perpendicular a ela será per- pendicular ao plano. 4. ( ) Se dois planos distintos, a e β, são paralelos, então toda reta r perpendicu- lar a um deles é perpendicular ao outro. 5. ( ) Por um ponto passa um único plano perpendicular a uma reta dada. 6. ( ) Se uma reta é perpendicular a um plano, ela é perpendicular a todas as retas desse plano. 7. Na figura abaixo, as retas r e s são paralelas. Nessas condições, encontre a me- dida do angulo 0, apresentando seus cálculos. 8. Dado um ângulo a = 42º, quais os valores dos ângulos complementar e suple- mentar referente a esse ângulo a? Apresente e explique os passos utilizados. 9. Consideremos três ângulos AÔC, AÔB e BÔC, onde AÔB e BÔC medem 50º e 60º, respectivamente. Determine a medida de AÔC. 10. Dados o angulo α = 60,18°. Determine seu respectivo representante em graus, minutos e segundos. 40 A Geometria, ao longo de toda a sua história, acompanhou o ser humano na busca pelo co- nhecimento da natureza que o cerca. Quando a civilização grega chegou ao ápice, os gre- gos assumiram o desenvolvimento da Geometria. Passaram a privilegiar o co- nhecimento dedutivo e não o empírico, como ocorria até então. E questões que sempre intrigaram a humanidade, como o tamanho do raio da Terra, a distância entre a Terra e a Lua ou entre Terra e o Sol, já estimadas em outras épocas por outros sábios, passaram, a partir de então, a ser tratadas com o auxílio dos conhecimentos geométricos. Com o fim da hegemonia grega, o mundo passou por quase 15 séculos de trevas. Ape- nas com a queda de Constantinopla e o início do Renascimento, os textos gregos vol- taram à Europa, trazidos pelos que fugiam da invasão turca. E com o seu ressurgimento também voltaram as contribuições da Geometria aos outros campos do conhecimento científico. O grego Aristarco de Samos (310 a.C. - 230 a. C.) foi brilhante em perceber como compa- rar as distâncias entre a Terra e a Lua e entre a Terra e o Sol usando triângulos retângulos, semelhança de triângulos e proporções. Eratóstenes (276 a.C. - 196 a. C.) não era grego, mas estudou em Atenas e viveu em Alexandria, importante centro cultural da época. Fi- cou conhecido por sua versatilidade e por uma engenhosa ideia para calcular o raio da Terra, baseado na proporcionalidade entre medida e comprimento de arcos, nos ângulos correspondentes em paralelas cortadas por transversais e na razão entre comprimento da circunferência e seu diâmetro. O polonês Nicolau Copérnico (1473 - 1543) retomou as hipóteses heliocêntricas de Aris- tarco (que na época não vingaram) e elaborou toda uma teoria em que os planetas te- riam órbitas circulares em torno do Sol, calculando os períodos de revolução dos plane- tas e suas distâncias até o Sol, com base na proporcionalidade de arcos e semelhança de triângulos (já na forma de Trigonometria). O alemão Johannes Kepler (1571 - 1630) aperfeiçoou as ideias de Copérnico ao afirmar que as órbitas planetárias são na verdade elípticas e apre- sentou as três leis conhecidas hoje como “leis de Kepler”, repletas de proporcionalidades, áreas e elípses. A Geometria estudada hoje é essencialmente a mesma que serviu de alicerce para que os estudiosos do passado conseguissem cada vez mais adquirir conhecimento e enten- der melhor a natureza que nos cerca. Se hoje sabe-se muito sobre ela e seus fenômenos, isso é resultado do esforço e da dedicação de muitos sábios da Antiguidade,alguns dos quais considerados os maiores astrônomos, geômetras ou matemáticos de suas épocas. Fonte: Dante (2013). Material Complementar MATERIAL COMPLEMENTAR Coleção Explorando o Ensino - Matemática - Ensino Médio: coletânea de artigos extraídos da Revista do Professor de Matemática (RPM) - uma publicação da Sociedade Brasileira de Matemática (SBM), com apoio da Universidade de São Paulo. <http://portal.mec.gov.br>. Acesso em: 5 mar. 2018. GABARITO 1. ( ) Duas retas perpendiculares a um mesmo plano são coplanares. Verdadeiro, pois como as retas são perpendiculares a um mesmo plano, con- sequentemente elas são paralelas, assim poderemos encontram um plano do qual as duas retas pertencem. 2. ( ) Por um ponto passa uma única reta perpendicular a um plano dado. Verdadeiro. Por definição, por dois pontos passa uma única reta, perpendicular ou não. 3. ( ) Se uma reta está contida em um plano, toda perpendicular a ela será per- pendicular ao plano. Falso. Dada a junção entre dois planos a e β onde a reta r ∈ a ∈ β, se esta junção não for perpendicular, poderemos ter uma reta s ∈ a ou s ∈ β perpendicular a r, porém não será perpendicular ao plano a ou β. 4. ( ) Se dois planos distintos, a e β, são paralelos, então toda reta r perpendicular a um deles é perpendicular ao outro. Verdadeiro. Suponhamos que a reta r seja perpendicular a α e não seja perpen- dicular a β, desta forma conclui-se que a e β são concorrentes. (ABSURDO!) 5. ( ) Por um ponto passa um único plano perpendicular a uma reta dada. Verdadeiro, pois seja um plano r que passa por um ponto e seja perpendicular a uma reta dada r. Tome um outro plano perpendicular a r e passando pelo mes- mo ponto, assim os planos que seriam paralelos entre si se intersetam no ponto dado (ABSURDO!) 6. ( ) Se uma reta é perpendicular a um plano, ela é perpendicular a todas as retas desse plano. Falso, pois tome uma reta r que é perpendicular ao plano π. Seja P o ponto de intersecção da reta r com o plano π. Tomando uma reta t pertencente ao plano π e que P ∈ t. Essa reta será reversa a reta r e não perpendicular à reta r. 7. Temos aqui retas paralelas cortadas por uma transversal. Assim, traçando um reta paralela a s pelo ponto onde as transversais se encontram, conseguimos dividir 0 em duas partes (a1 e a2). Assim, pela propriedade de ângulos alternos internos, temos a1 = 45º e a2 = 30º, portanto 0 = 45º + 30º = 75º. 8. Devemos obter ângulos de 48º e 138º. Temos que dois ângulos são complemen- tares se, e somente se, a soma de suas medidas for 90º. Um deles é o comple- mento do outro e dois ângulos são suplementares se, e somente se, a soma de suas medidas for 180º. Um deles é o suplemento do outro. Assim o complemen- tar de 42º é 48º e o suplementar de 42º é 138º. GABARITO GABARITO 43 9. Note que, uma semi-reta SÔB divide um ângulo AÔC, então a medida do ângulo AÔC é igual a soma das medidas dos ângulos AÔB e BÔC, ou seja, m(AÔC) = m(AÔB)+ m(BÔC) 0 = 50º + 60º = 110º. 10. Temos que a = 60, 18º = 60º + 0, 18º, assim 0, 18º = 10, 8´ = 10´ + 0, 8´. Por outro lado, 0, 8´ = 48´´. Reagrupando os termos temos: a = 60, 18º = 60º10´48´´. U N ID A D E II Professora Me. Regiane Aparecida Nunes de Siqueira Professor Esp. Fernando Marcussi CONSTRUÇÃO DE RETAS, ÂNGULOS, TRIÂNGULOS, QUADRILÁTEROS Objetivos de Aprendizagem ■ Conhecer as propriedades geométricas das figuras planas e suas representações grá- fica e algébrica. ■ Construir figuras planas fazendo uso de régua, compasso e demais ferramentas ma- temáticas. ■ Compreender os conceitos, procedimentos e estratégias matemáticas para solucionar problemas. Plano de Estudo A seguir, apresentam-se os tópicos que você estudará nesta unidade: ■ Construção de retas. ■ Construção de ângulos. ■ Triângulos. ■ Construção de triângulos. ■ Quadriláteros. ■ Construção de quadriláteros. INTRODUÇÃO As construções geométricas apareceram na antiguidade e tiveram grande impor- tância no desenvolvimento da Matemática. Há 2000 anos a palavra número significava somente número natural. Não havia números negativos e as frações não eram consideradas números, apenas razões entre números. Se não havia ainda a noção de número racional, os números reais estavam longe de ser definidos. Contudo os gregos tiveram uma grande ideia. A de representar uma grandeza qualquer por um segmento de reta. Esta ideia é equivalente a dizer que todo número real positivo está associado a um ponto de uma semirreta graduada. Assim, as operações de adição e subtração de segmentos são inteiramente intuitivas e a multiplicação de dois segmentos podia ser visualizada como a área de um retângulo. Nas construções geométricas são permitidos apenas a régua (não graduada) e o compasso. A régua serve apenas para desenhar uma reta passando por dois pontos dados e o com- passo serve apenas para desenhar uma circunferência cujo raio é dado por um segmento e cujo centro é um ponto dado. Estes instru- mentos não podem ser utilizados de nenhuma outra maneira. Sendo assim, as construções geométricas que utilizam uma régua não gra- duada e um compasso devem seguir algumas regras básicas: 1. Conhecendo-se dois pontos distintos, é possível traçar uma reta utili- zando a régua. 2. Com o compasso, é possível traçar uma circunferência com centro em um ponto conhe- cido e que passa por um segundo ponto determinado. A pureza das construções com régua e compasso é a mesma da geometria analí- tica que também resolve, de forma equivalente, problemas de geometria usando as coordenadas (pontos dados), a equação da reta (régua) e a equação da cir- cunferência (compasso). É permitido obter pontos que podem ser construídos através de uma sequ- ência finita de operações: intersecções de retas, intersecções de circunferências e intersecções de retas com circunferências. Com esses pontos obtidos, é possí- vel traçar novas retas e novas circunferências e assim sucessivamente. Introdução Re pr od uç ão p ro ib id a. A rt . 1 84 d o Có di go P en al e L ei 9 .6 10 d e 19 d e fe ve re iro d e 19 98 . 47 CONSTRUÇÃO DE RETAS, ÂNGULOS, TRIÂNGULOS, QUADRILÁTEROS Reprodução proibida. A rt. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. IIU N I D A D E48 Para começar a desenhar, há dois problemas básicos que precisam ser aprendidos: 1- Traçar por um ponto dado uma reta perpendicular a uma reta dada. 2- Traçar por um ponto dado uma reta paralela a uma reta dada. Será verificado como resolver estes problemas na sequência. CONSTRUÇÃO DE RETAS CONSTRUÇÃO DE RETAS PARALELAS Para traçar por um ponto P uma reta paralela a uma reta r, é necessário traçar um círculo de centro em P cortando a reta r em A e B. Em seguida, traçar círcu- los de mesmo raio com centros em A e B, obtendo, um dos pontos de interseção. A reta é perpendicular à reta r. Fonte: Revista do Professor de Matemática (2014). Construção de Retas Re pr od uç ão p ro ib id a. A rt . 1 84 d o Có di go P en al e L ei 9 .6 10 d e 19 d e fe ve re iro d e 19 98 . 49 CONSTRUÇÕES DE RETAS PERPENDICULARES Para traçar por um ponto P uma reta perpendicular a uma reta r, é necessário pro- ceder da seguinte forma: Traçar três círculos, sempre com o mesmo raio: o primeiro com centro em P , determinando um ponto A na reta r, o segundo com centro em A, determinando um ponto B na mesma reta e o terceiro com centro em B, deter- minando um ponto B sobre o primeiro círculo. A reta é paralela a reta r. CONSTRUÇÃO DA MEDIATRIZ A mediatriz de um segmento de reta AB é a reta perpendicular a AB que passa pelo ponto médio de AB. Para construir a mediatriz usando régua e compasso, é neces- sário traçar dois círculos de mesmo raio, com centros em A e B e abertura maior do que m(AB)/2, que se cruzam nos pontos P e Q. A reta é a mediatriz de AB. CONSTRUÇÃO DE RETAS, ÂNGULOS, TRIÂNGULOS, QUADRILÁTEROS Reprodução proibida. A rt. 184 do CódigoPenal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. IIU N I D A D E50 Fonte: Revista do Professor de Matemática (2014). QUARTA PROPORCIONAL Denotamos por 4a proporcional de três segmentos dados, ao produto de dois deles dividido pelo 3º. Conclui-se que, dados três segmentos a, b e c, existem três segmentos que são 4as proporcionais de a, b e c: x c a . b , y b a . c e z a b . c= = = Portanto, quando se pede uma 4a proporcional deve-se especificar qual das três seguintes se deseja, fornecendo a respectiva expressão. Assim, dados a, b e c, a 4a proporcional x c a . b= é obtida após três passos. Como há vários modos de se obter uma 4a proporcional, evitamos qualquer equi- voco procedendo sempre como apresentado a seguir: 1. Transforma-se a expressão dada x c a . b= numa expressão do tipo (*)c a b x= , tomando o cuidado de deixar a incógnita no 2º membro da equação, pois quando se usa esta regra, a incógnita não pode ficar adjacente ao vértice, como veremos a seguir. Construção de Ângulos Re pr od uç ão p ro ib id a. A rt . 1 84 d o Có di go P en al e L ei 9 .6 10 d e 19 d e fe ve re iro d e 19 98 . 51 2. Colocam-se nos lados de um ângulo arbitrário os segmentos dados imi- tando sua colocação na expressão (*). Esta é uma regra muito útil. 3. Uma paralela (determinada pelos processos já mencionados ou pelo transporte o ângulo α, tema que veremos a seguir) determina o seg- mento procurado x. Fonte: o Autor. CONSTRUÇÃO DE ÂNGULOS CONSTRUÇÃO DA BISSETRIZ DE UM ÂNGULO A bissetriz de um ângulo AÔB é a semirreta OC tal que m(AÔC) = m(CÔB), isto é, a semirreta que divide o ângulo AÔB em dois outros iguais. Para construir a bissetriz usando régua e compasso, é necessário traçar um círculo de centro em 4ª Proporcional Para melhor compreensão, assista, no vídeo, à resolução deste exemplo. https://vimeo.com/253992422/82628370d3 CONSTRUÇÃO DE RETAS, ÂNGULOS, TRIÂNGULOS, QUADRILÁTEROS Reprodução proibida. A rt. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. IIU N I D A D E52 O que determina os pontos X e Y nos lados do ângulo AÔC. Em seguida, traçar dois círculos de mesmo raio com centros em X e Y de tal forma que eles se cru- zem em ponto C. A semirreta é a bissetriz do ângulo AÔC. Fonte: Revista do Professor de Matemática (2014) TRANSPORTE DE ÂNGULOS Dado um ângulo α, podemos transporta-lo a uma semi-reta Or qualquer. De fato, com um raio arbitrário, traçam-se dois arcos: um com centro no vértice V de α, obtendo A e B, e o outro com o centro O, obtendo C. A seguir traça-se o arco ( ,AB), obtendo-se D que se liga com O. Fonte: o Autor Construção de Ângulos Re pr od uç ão p ro ib id a. A rt . 1 84 d o Có di go P en al e L ei 9 .6 10 d e 19 d e fe ve re iro d e 19 98 . 53 Podemos argumentar a veracidade desse fato, por construção, que OD = OC = VA = VB e CD = AB, logo os triângulos ADC e VAB são congruentes, e portanto α´ = α. CONSTRUIR ÂNGULOS DE 30º, 45º E 60º a) 60º e 120º Dada uma reta r e uma circunferência com cento em O (sobre r) e raio arbitrário, ou seja, (O, arbitrário), a interseção entre a reta e a circunferência obtém-se A. Agora dada outra circunferência com centro em A e raio AO, ou seja, (A, AO), obtemos B. Ligando-se O com B, obtemos os dois ângulos procurados. Fonte: o Autor A justificativa que o ângulo formado seja de 60º é o fato do triângulo OAB ser equilátero. b) 30º e 150º Essa construção pode ser realizada bissecando um ângulo de 60º ou com uma cir- cunferência de centro H e raio arbitrário sobre r, obtemos o ponto J e o ponto O. Agora dada outra circunferência de centro em J e raio HO, obtemos K. Ligando-se O e K obtemos os ângulos procurados. CONSTRUÇÃO DE RETAS, ÂNGULOS, TRIÂNGULOS, QUADRILÁTEROS Reprodução proibida. A rt. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. IIU N I D A D E54 Fonte: o Autor. Como o ângulo central J K = 60º, logo, o ângulo JÔK= 30º. Ou, basta notar que o triângulo HKO é isósceles com base em OK e ÔH = KH, onde, K O = 120º. b) 45º e 135º Essa construção pode ser realizada bissecando um ângulo de 90º ou construir um triângulo retângulo isósceles. Fonte: o Autor. TRIÂNGULOS É possível afirmar que o triângulo é o polígono fundamental, pois qualquer outro polígono pode ser considerado uma composição de triângulos dispostos lado a lado. Triângulos Re pr od uç ão p ro ib id a. A rt . 1 84 d o Có di go P en al e L ei 9 .6 10 d e 19 d e fe ve re iro d e 19 98 . 55 CLASSIFICAÇÃO DOS TRIÂNGULOS Os triângulos podem ser classificados quanto aos seus ângulos e quanto aos seus lados. Quanto aos ângulos: um triângulo pode ser classificado em: Triângulo retângulo: possuiu um ângulo interno reto. Triângulo acutângulo: possui os três ângulos internos agudos. Triângulo obtusângulo: possui um ângulo interno obtuso. Triângulo retângulo: tem um ângulo interno reto. Triângulo acutângulo: tem os três ângulos internos agudos. Triângulo obtusângulo: tem um ângulo interno obtuso. Fonte: Dante (2013). Quanto aos lados: um triângulo pode ser classificado em: Triângulo equilátero: tem o três lados congruentes entre si. Triângulo isósceles: tem dois lados congruentes entre si. Triângulo escaleno: tem os três lados com medidas diferentes entre si. Triângulo equilátero: tem os três lados congruentes entre si. Triângulo isóceles: tem dois lados congruentes entre si. Triângulo escaleno: tem os três lados com medidas diferentes entre si. Fonte: Dante (2013). ELEMENTOS DE UM TRIÂNGULO Altura de um triângulo: é o segmento de reta que une, perpendicularmente, um vértice à reta que contém o lado oposto a esse vértice. CONSTRUÇÃO DE RETAS, ÂNGULOS, TRIÂNGULOS, QUADRILÁTEROS Reprodução proibida. A rt. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. IIU N I D A D E56 B P N L M C H A Altura relativa ao lado CB (ou relativa ao vértice A) Altura relativa ao lado PN (ou relativa ao vértice M) Fonte: Dante (2013). Bissetriz interna de um triângulo: é o segmento de reta que está contido na bis- setriz de um ângulo interno e liga um vértice ao lado oposto. Bissetriz interna relativa ao vértice A (ou relativa ao lado CB) BC A I Fonte: Dante (2013). Mediana de um triângulo: é o segmento de reta que liga um vértice ao ponto médio do lado oposto. Mediana relativa ao vértice A (ou relativa ao lado CB) BC A M (ponto médio) Fonte: Dante (2013). Mediatriz em um triângulo: é a reta perpendicular a um dos lados pelo ponto médio desse lado. Mediatriz relativa ao lado CB (ponto médio) A BC M Fonte: Dante (2013). Triângulos Re pr od uç ão p ro ib id a. A rt . 1 84 d o Có di go P en al e L ei 9 .6 10 d e 19 d e fe ve re iro d e 19 98 . 57 ÂNGULOS EM UM TRIÂNGULO Soma dos ângulos internos de um triângulo: considere um triângulo qualquer ABC, cujos ângulos internos Â, e têm medidas α, β e θ, respectivamente. Traçando por B a reta , paralela a , determinam-se ângulos alternos congruentes. A B C A B ED C Fonte: Dante (2013). Como o ângulo D E é raso, pode-se concluir que: α + β + θ = 180º. Assim: A soma das medidas dos ângulos internos de um triângulo qualquer é 180º. TEOREMA DO ÂNGULO EXTERNO DE UM TRIÂNGULO Na figura seguinte, o ângulo DÂB é adjacente e suplementar de um ângulo interno do triângulo ABC; por isso DÂB é chamado de ângulo externo desse triângulo. Soma dos ângulos internos de um triângulo Para melhor compreensão, assista, no vídeo, à resolução deste exemplo. https://vimeo.com/253998048/d24a65a149 CONSTRUÇÃO DE RETAS, ÂNGULOS, TRIÂNGULOS, QUADRILÁTEROS Reprodução proibida. A rt. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. IIU N I D A D E58 A B DC Ângulo externo relativo ao vértice A Fonte: Dante (2013). Há uma importante relação entre a medida de um ângulo externo e as medidas dos ângulos internos de um triângulo. Para obtê-la pode-se traçar por B a retar paralela a CA e indicar por α e β as medidas dos ângulos internos e , respec- tivamente, e por e a medida do ângulo externo relativo ao vértice A. A BF r e DC Fonte: Dante (2013). Os ângulos B A e C F têm medidas iguais, por serem alternos internos forma- dos por duas retas paralelas e uma transversal. Pelo mesmo motivo, os ângulos BÂD e A F também têm medidas iguais, isto é: m(BÂD) = m(A F ) ⇒ e = α + β Demonstrado assim o teorema: A medida de um ângulo externo de um triângulo é igual a soma das medi- das dos ângulos internos não adjacentes a ele. PROPRIEDADE DOS TRIÂNGULOS Triângulo isósceles: é todo triângulo que possui dois lados congruentes entre si. O extremo comum a esses lados é chamado de vértice do triângulo isósceles, e o lado oposto a esse vértice é a base do triângulo isósceles. P1 - Se um triângulo apresenta dois lados com medidas iguais, os ângulos Triângulos Re pr od uç ão p ro ib id a. A rt . 1 84 d o Có di go P en al e L ei 9 .6 10 d e 19 d e fe ve re iro d e 19 98 . 59 internos opostos a esses lados têm medidas iguais. P2 - Se um triângulo apresenta dois ângulos internos com medidas iguais, então os lados opostos a esses ângulos têm medidas iguais. A B C Fonte: Dante (2013). Pelas propriedades P1 e P2 tem-se: AB = AC ⇔ ≅ . P3 - A mediana, a bissetriz e a altura relativas à base do triângulo isósceles são segmentos coincidentes e estão contidas na mediatriz relativa a essa base. Se AB = AC e M é ponto médio de BC, então o segmento AM é a mediana, bis- setriz e altura relativas ao vértice A e a reta é mediatriz relativa à base BC. A B CM Ponto médio Fonte: Dante (2013). Triângulo equilátero: é todo triângulo que possui os três lados congruentes entre si. Assim, todo triângulo equilátero também é isósceles, pois tem dois lados congruentes entre si. P1 - Cada ângulo interno de um triângulo equilátero mede 60º. CONSTRUÇÃO DE RETAS, ÂNGULOS, TRIÂNGULOS, QUADRILÁTEROS Reprodução proibida. A rt. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. IIU N I D A D E60 Fonte: o Autor. P2 - A altura, a mediana a bissetriz relativa à base está representada pelo seg- mento AH,que possui medida h 2 l 3= (pelo Teorema de Pitágoras). Fonte: o Autor. P3 - O baricentro (ponto de intersecção das medianas), o ortocentro (ponto de intersecção das alturas), o incentro (ponto de intersecção das bissetrizes internas) e o circuncentro (ponto de intersecção das mediatrizes) coincidem e está representado pelo ponto G. Fonte: o Autor. P4 - O baricentro divide cada mediana em duas partes, tais que a que contém o vértice é o dobro da outra (isto vale em qualquer triângulo). Triângulo retângulo: é todo triângulo que possui um ângulo interno reto. Os lados do triângulo que formam esse ângulo reto são chamados de catetos, e o terceiro lado é a hipotenusa. P1 - Os ângulos agudos de um triângulo retângulo são complementares. Triângulos Re pr od uç ão p ro ib id a. A rt . 1 84 d o Có di go P en al e L ei 9 .6 10 d e 19 d e fe ve re iro d e 19 98 . 61 + = 90º Fonte: Dante (2013). P2 - Em todo triângulo retângulo, a mediana relativa à hipotenusa mede metade da hipote- nusa. A C M B (ponto médio) AM = BC 2 Fonte: Dante (2013). Para justificar P2, imagine um retângulo ABCD, a partir da figura acima. As diagonais de um retângulo são congruentes e o ponto comum às duas é o ponto médio de cada uma. Logo, M é o ponto médio da hipotenusa BC do tri- ângulo ABC. Como AM 2 AD= e AD = BC, conclui-se AM 2 BC= . Portanto, a mediana AM divide o triângulo retângulo ABC em dois triân- gulos isósceles. ÁREA DA REGIÃO TRIANGULAR A área de uma região triangular é metade da região limitada por um paralelo- gramo de mesma base e mesma altura. Isto é, 2 . 2 1A B H B . H= = a área de uma região triangular é a metade do produto da medida da base pela medida da altura correspondente. CONSTRUÇÃO DE RETAS, ÂNGULOS, TRIÂNGULOS, QUADRILÁTEROS Reprodução proibida. A rt. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. IIU N I D A D E62 Fonte: o Autor. ÁREA DE UM TRIÂNGULO EQUILÁTERO No triângulo equilátero, todos os lados são congruentes (l), todos os ângulos internos são congruentes (60º) e toda altura é também mediana e bissetriz. O triângulo AMC é retângulo em M e, portanto, vale a relação de Pitágoras 2l h l2 2 2= + b l , então h 2 l 3= . Logo, a área do triângulo ABC é dada por 2 2 . 2 3 4 3A BC.h l l l2= = = Exemplo: Qual a área de um triângulo equilátero de lado 2 cm? A área é dada por 4 3 4 2 3 4 4 3A l 2 2 2 = = = , assim 3A cm2= . CONSTRUÇÃO DE TRIÂNGULOS TRIÂNGULO EQUILÁTERO A primeira proposição do primeiro livro Elementos de Euclides ensina como construir um triângulo equilátero, dado um dos seus lados: Construção de Triângulos Re pr od uç ão p ro ib id a. A rt . 1 84 d o Có di go P en al e L ei 9 .6 10 d e 19 d e fe ve re iro d e 19 98 . 63 Fonte: Dante (2013). Com centro em A e raio AB construa o círculo C1. Com centro em B e raio BA, construa o círculo C2. Seja X um dos pontos de interseção entre os dois círcu- los. O triângulo ABX é equilátero. TRIÂNGULO OBTUSÂNGULO Fonte: o Autor. Com centro em A e raio AB construa o círculo C1. Com centro em B e raio BA, construa o círculo C2. Seja os pontos de interseção entre os dois círculos. O tri- ângulo AXY é obtusângulo. CONSTRUÇÃO DE RETAS, ÂNGULOS, TRIÂNGULOS, QUADRILÁTEROS Reprodução proibida. A rt. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. IIU N I D A D E64 QUADRILÁTEROS Na Geometria Plana Euclidiana, quadrilátero é um polígono de quatro lados, cuja soma dos ângulos internos é 360º, e a soma dos ângulos externos, assim como de qualquer outro polígono, é 360º. Alguns quadriláteros: QUADRADO É um quadrilátero regular, ou seja, uma figura geométrica com quatro lados de mesma medida e quatro ângulos retos. A área de uma região quadrada Q cujo lado mede l é dada pelo quadrado de l, isto é, A = l2 Exemplo: Determine a área de um quadrado de lado 5 cm. A = l2 = 52 = 25 cm2 PARALELOGRAMO É um polígono de quatro lados (quadrilátero) cujos lados opostos são iguais e paralelos. Por consequência, tem ângulos opostos iguais. Fonte: Dante (2013). A área da região limitada por um paralelogramo é igual ao produto da medida de uma de suas bases pela medida da altura correspondente a essa base esco- lhida, isto é, A = bh. Fonte: Dante (2013). Quadriláteros Re pr od uç ão p ro ib id a. A rt . 1 84 d o Có di go P en al e L ei 9 .6 10 d e 19 d e fe ve re iro d e 19 98 . 65 A = 5·3 = 15 cm2 Exemplo: Determine a área de um paralelogramo de base 5 cm e altura 3 cm. A =- 5.3 = 15 cm2 RETÂNGULO É um paralelogramo, cujos lados formam ângulos retos entre si e que, por isso, possui dois lados paralelos verticalmente e os outros dois paralelos horizontal- mente. Pode-se considerar o quadrado como um caso particular de um retângulo em que todos os lados têm mesma medida. Fonte: o Autor. A área da região limitada por um retângulo é igual ao produto da medida de uma de suas bases pela medida da altura correspondente a essa base escolhida, isto é, A = bh, assim como a área do paralelogramo, visto que um retângulo é um caso especial de um paralelogramo. Exemplo: Determine a área de um retângulo de base 8 cm e altura 2 cm. A = 8·2 = 16 cm2 TRAPÉZIO É um quadrilátero com dois lados paralelos entre si, que são chamados de base maior e base menor. CONSTRUÇÃO DE RETAS, ÂNGULOS, TRIÂNGULOS, QUADRILÁTEROS Reprodução proibida. A rt. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. IIU N I D A D E66 Fonte: Souza (2013). A área de uma região trapezoidal é igual à semissoma das medidas das bases vezes a medida da altura, ou seja, 2 ( ) .A B h h= + . 2 (8 3) . 4 22A cm2= + = Exemplo: Determine a área de um trapézio de base maior 8 cm, base menor 3 cm e altura 4 cm.LOSANGO Losango ou rombo é um quadrilátero equilátero, ou seja, é um polígono formado por quatro lados de igual compri- mento. Um losango é também um paralelogramo. Todo losango é um paralelogramo, e um losango com ângu- los retos é um quadrado. Uma superfície cujos limites são um losango, ou semelhantes a um losango, designa-se por superfície rômbica. A área da região limitada por um losango é dada pela metade do produto das medidas das diagonais, ou seja, 2 .A D d= Exemplo: Determine a área de um losango de diago- nal maior 8 cm e diagonal menor 3 cm. 2 (8 . 3) 12A cm2= = Fonte: Souza (2013). Construção de Quadriláteros Re pr od uç ão p ro ib id a. A rt . 1 84 d o Có di go P en al e L ei 9 .6 10 d e 19 d e fe ve re iro d e 19 98 . 67 Os ângulos aparecem nos registros da Grécia antiga associados ao estudo dos elementos de um círculo, relacionados com arcos e cordas. As propriedades dos ângulos centrais de uma circunferência eram conhecidas desde o tempo de Eudoxo - astrônomo, matemático e filósofo grego que viveu no século IV a.C., que teria usado medidas de ângulos em diversos cálculos, como a de- terminação das dimensões da Terra e a distância relativa entre o Sol e a Terra. Sabendo que a área de um triângulo pode ser expressa por 2 . . (a)A a b sen= onde α é o ângulo formado pelos lados a e b do triângulo, o que se pode concluir quanto ao seno de 90º em um triângulo retângulo? CONSTRUÇÃO DE QUADRILÁTEROS Construir um paralelogramo ABCD, dadas as medidas de dois lados consecuti- vos e o ângulo formado por eles. Fonte: Revista do Professor de Matemática (2014). Sejam m1 e m2 as medidas respectivas dos lados AB e AD. Constroem-se as circun- ferências de centro D e raio m1, e de centro B e raio m2. C é o ponto de interseção dessas duas circunferências. ABCD é o paralelogramo procurado. CONSTRUÇÃO DE RETAS, ÂNGULOS, TRIÂNGULOS, QUADRILÁTEROS Reprodução proibida. A rt. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. IIU N I D A D E68 CONSIDERAÇÕES FINAIS Nesta unidade, foi possível descobrir que as construções geométricas apare- ceram na antiguidade e tiveram grande importância no desenvolvimento da Matemática. E ainda, que nas construções geométricas são permitidos apenas a régua (não graduada) e o compasso. Foi possível conhecer métodos para construir retas perpendiculares e parale- las fazendo uso de régua e compasso. Também foi possível construir a mediatriz de um segmento de reta. E na construção de ângulos, foi construída a bissetriz do ângulo. No estudo de triângulos, foi vista a classificação dos triângulos quanto aos ângulos em retângulo, acutângulo e obtusângulo e também quanto aos lados em equilátero, isósceles e escaleno. Foi possível conhecer os elementos de um triân- gulo, sendo eles: altura, bissetriz interna, mediana e mediatriz. Também no estudo de triângulos foram abordados os ângulos de um tri- ângulo, em que foi possível verificar que a soma dos ângulos internos de um triângulo é sempre 180º. E quanto a um ângulo externo qualquer de um triân- gulo é sempre igual à soma das medidas dos ângulos internos não adjacentes a ele. Ainda sobre triângulos foi possível estudar as propriedades dos triângulos e calcular a área de uma região triangular, com o caso especial da área de um triângulo equilátero. Na sequência, foram verificados métodos para construção de triângulos fazendo uso de régua e compasso. Também foram abordados quadriláteros bem como a construção de quadriláteros fazendo uso de régua e compasso. No estudo de quadriláteros, foi verificada a área de alguns quadriláteros sendo eles: qua- drado, paralelogramo, retângulo, trapézio e losango. Sendo assim, nesta unidade foi possível conhecer as propriedades geométri- cas das figuras planas e suas representações gráfica e algébrica. Também foram construídas figuras planas fazendo uso de régua e compasso. E, dessa forma, foi possível compreender os conceitos, procedimentos e estratégias matemáticas para solucionar problemas. 69 1. De uma placa de alumínio foi recortada uma região triangular equilátera de lado 20 cm. Qual é a área dessa região que foi recortada? 2. Um tetraedro regular é um sólido formado por quatro triângulos equiláteros. Qual é a área total da superfície do tetraedro regular abaixo? Fonte: Souza (2013). 3. Qual é a área de toda a parte escura da figura? Qual é a área da região clara? Fonte: Souza (2013). 4. Construir um losango a partir de uma diagonal AC. a) Crie dois pontos A e C. b) Construa uma circunferência c de centro A e de raio a maior que AC/2. c) Construa uma circunferência c´ de mesmo raio que c e de centro C. As cir- cunferências c e c´ interceptam-se nos pontos B e D. A reta BD é mediatriz do segmento d) AC. e) Construa o quadrilátero ABCD e demonstre que ABCD é um losango. 70 5. Um terreno tem forma de um trapézio de bases 20 m e 14 m, e altura 11 m. Nesse terreno, foi construída uma piscina retangular de 8 m por 5 m. No restante do terreno, foram colocadas pedras minerais. Qual foi a área onde se colocou pedra? 6. Alguns jornais calculam o número de pessoas presentes em atos públicos consi- derando que cada metro quadrado é ocupado por 4 pessoas. Qual a estimativa do número de pessoas presentes numa praça de 4000 m2 que tenha ficado lota- da para um comício, segundo essa avaliação? 7. Mostre, por construção, que a soma dos ângulos internos de um triângulo é igual a 180º. 8. Construa, com auxilio de régua e compasso, os ângulos de 15º, 60º e 75º. 9. Construa as 4as proporcionais x c a . b= , y b a . c= e z a b . c= , onde a = 1cm, b = 2cm e c = 3cm. 10. Dado um segmento m, obter os segmentos 2m , 3m e 4m . 71 O Origami, de origem desconhecida, tem etimologia japonesa e significa dobrar (ori) papel (kami). No Brasil, utiliza-se também a palavra dobradura, mas o termo Origami é mundial- mente conhecido e utilizado. A aplicação de Origami no ensino da Geometria pode auxiliar no desenvolvimento cog- nitivo, trazendo assim uma melhor aprendizagem e compreensão da Matemática por meio da manipulação de um pedaço de papel. O origami é uma arte tradicional de origem japonesa que consiste na criação de figu- ras geométricas representativas de objetos, seres humanos, animais, etc. sem o uso do com- passo, tesoura ou cola, apenas com dobraduras do papel. Esse tipo de artesanato é muito comum no Japão, porém se espalhou pelo mundo todo. Por meio da técnica do origami modular, a qual se baseia na confecção de várias partes iguais ou módulos que são encaixados para formar cada peça, é possível construir os cin- co poliedros de Platão e muitos outros. Os poliedros de Platão somente podem ser construídos por meio de módulos de Origa- mi que se encaixam uns nos outros, formando as faces. A designação desses poliedros deve- se ao filósofo grego Platão, que descobriu, por volta de 400 a.C., que há somente cinco poliedros cujas faces são todas polígonos regulares congruentes entre si. Muitos conceitos geométricos estão presentes na arte da dobradura, como definição de: plano, ponto, retas paralelas, retas concorrentes, bissetriz, diagonal, entre outras, que po- dem ser compreendidas por meio da visualização dos ângulos e das linhas vincadas no papel. O relacionamento entre a Geometria e o Origami se faz por meio da implementação de dobraduras para apresentação de resultados da Geometria e o uso da Geometria para justificar as construções. Com o Origami é possível trabalhar com mais uma metodo- logia de ensino e estudo da Geometria Elementar, com o uso de uma técnica milenar, concreta e divertida, além de acessível a qualquer pessoa. Fonte: Dante (2013). MATERIAL COMPLEMENTAR O Portal Só Matemática apresenta conteúdos matemáticos e sugestões de uso de tecnologias e jogos em sala de aula. <www.somatematica.com.br>. Acesso em: 5 mar. 2018. GABARITO 73 1) 4 3 4 20 3 4 400 3A l 2 2 = = = . Assim 100 3A cm2= 2) Área de um triângulo equilátero: 43 4 6 3 4 36 3 9 3A l 2 2 = = = = Como a área total é igual à área de quatro triângulos: 4 . 9 3 36 3A cm2T = = 3) Parte Escura Parte Clara Área de um triângulo Seja X o lado da figura não colorida: 2A b . h= a2 = b2 + c2 2 2 . 2A = x2 = 22 + 22 4 2A = x 2 = 4 + 4 = 8 A = 2 x2 = 8 = 2 2 Área Total Área Total AT = 2 · 4 A = l2 = ( 2 2 ) AT = 8 cm 2 A = 4 . 2 = 8 cm2 4) 4.1) •A •B 4.2) 4.3) GABARITO GABARITO 4.4) Demonstração: ABCD é um losango. De fato, os seguimentos, AB, BC e DA possuem a mesma medida, pois AB = AD = r, onde r é o raio da circunferência c e CB = CD = r´, onde r´ é o raio da circunferência c´. Como r = r´ por cons- trução então AB = AD = CB = CD. Agora, vamos mostrar que AD é paralelo à BC e AB é paralelo à DC. Note que, m(CÂB) = m(A B), pois o triângulo ABC é isósceles com AB = BC. E m(CÂD) = m(A D) porque o triângulo ADC é isósceles com AD = DC. Como AC é comum aos triângulos ABC e ABC, e ainda, AB = BC = CB = CD. Os triângulos ABC e ADC são congruentes, assim m(DÂC) = m(A B). Pelo teorema de Tales temos que a reta que passa pelos pontos A e D é paralela a reta que passa pelos pontos B e C. Logo, AB é paralelo à BC. Pelo mesmo raciocínio, temos que AB é paralelo à BC.Assim, ABCD é um losango. 5) Área do Trapézio Área retangular Restante do terreno 2 .A B b h + = ] g A = B · h Área do Trapézio - Área do retângulo 2 (20 14) . 11A = + A = 8 . 5 187 m2 - 40 m2 2 374A = A = 40 m2 147 m2 A = 187 m2 GABARITO 75 6) Como cada metro quadrado é ocupado por 4 pessoas, em um total de 4000 m2, então: 4 x 4000 = 16.000 pessoas ou 4 1 x 4000 x = 4 . 4000 x = 16.000 pessoas 7) Tome um triângulo ABC quaisquer e trace uma reta paralela r a um dos lados passando pelo vértice oposto a esse lado, ou seja, dado o lado AB, uma reta pa- ralela passando por C. Tome os pontos C’ (a esquerda de C) e C” (a direita de C) que pertencem a r. Como os lados AC e AB são transversais dessas retas paralelas, os ângulos BÂC ≡ A C´ e A C, pois são alternos internos. Veja que o angulo C´´ CC´´´ é raso, ou seja, mede 180º, assim C´´ A + A B + B C´´ = 180º, ou melhor,  + + = 180º. 8) Iniciamos com o ângulo de 60º, traça-se um lado, posicionando-se o vértice. Centro no vértice, abertura qualquer, traça-se um arco que corta o lado já traça- do, definindo o ponto 1. Centro em 1, com a mesma abertura, cruza-se o arco já traçado, obtendo-se o ponto 2. Partindo do vértice e passando pelo ponto 2, traçamos o outro lado do ângulo. Para o de 30º, traça-se um ângulo de 60º e em seguida a sua bissetriz. Para um ângulo de 75º, somamos 15º e 60º, obtendo-o. 9) Use o conceito de quarta proporcional, apresentado na unidade, utilizando as medidas solicitadas. 10) Basta construir um triangulo retângulo com catetos medindo m, assim a hipote- nusa terá medida m 2 . Agora utilizando a medida m 2 como um dos catetos do triângulo retângulo e m a medida do outro cateto, teremos m 3 . Por fim, utilizando a medida m 3 como um dos catetos do triângulo retângulo e m a medida do outro cateto, teremos m 4 . U N ID A D E III Professora Me. Regiane Aparecida Nunes de Siqueira Professor Esp. Fernando Marcussi REGIÕES POLIGONAIS, CIRCUNFERÊNCIAS E SEMELHANÇA DE FIGURAS Objetivos de Aprendizagem ■ Conhecer as características de figuras planas. ■ Identificar um polígono e reconhecer seus elementos. ■ Reconhecer figuras planas semelhantes. Plano de Estudo A seguir, apresentam-se os tópicos que você estudará nesta unidade: ■ Polígonos. ■ Construção de polígonos. ■ Circunferências. ■ Construção de circunferências. ■ Semelhança de figuras. ■ Construção de figuras semelhantes. INTRODUÇÃO Nesta unidade serão abordados polígonos, circunferências e figuras semelhan- tes. O estudo de circunferências é feito desde a antiguidade e pode ser aplicado a diversas áreas. Um importante exemplo da aplicação do estudo da circunferên- cia é o cálculo do comprimento da circunferência da Terra feito por Eratóstenes. Eratóstenes (276 - 195 a. C.) percebeu que em Siena a sombra de uma vareta vertical era invisível por coincidir com a base da vareta, mas no mesmo momento, em Alexandria, uma vareta vertical projetava uma sombra visível. Em Siena, ao meio dia, a vareta não produzia sombra. Em Alexandria, nesse mesmo horário, a vareta produzia sombra. Então Eratóstenes verificou que a medida α do ângulo determinado pela vareta e pelo raio de Sol era 1/50 de um círculo e que o ângulo determinado pelas duas varetas tinha a mesma medida. Como os ângulos eram congruentes e a distância entre as duas cidades, Siena e Alexandria era de 5000 estádios, Eratóstenes multiplicou essa distância por 50 e obteve 250000 estádios como o comprimento da circunferência da Terra. O valor encontrado por Eratóstenes foi apenas 15% maior do que o real, o que é bem razoável pelo método disponível na época. O erro ocorreu por duas razões: a distância entre as duas cidades não era exatamente 5000 estádios, nem as duas cidades se localizam no mesmo merediano. Se esses dois fatos fossem verdadeiros, o erro seria de aproximadamente 2%. Neste exemplo é possível verificar que o estudo da Geometria teve início há muito tempo. A origem da Geometria é imprecisa, contudo há uma certeza: um marco histórico na construção da Geometria ocorreu no século III a. C., quando o matemático grego Euclides de Alexandria organizou todo o conhecimento geo- métrico então disponível, grande parte de sua própria criação, em uma obra de treze volumes, denominada Os elementos. Introdução Re pr od uç ão p ro ib id a. A rt . 1 84 d o Có di go P en al e L ei 9 .6 10 d e 19 d e fe ve re iro d e 19 98 . 79 Fonte: Franco (2006). REGIÕES POLIGONAIS, CIRCUNFERÊNCIAS E SEMELHANÇA DE FIGURAS Reprodução proibida. A rt. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. IIIU N I D A D E80 REGIÕES POLIGONAIS Uma noção primitiva de região plana é estabelece-la como um objeto matemá- tico que de termina área. Existe diferença entre região plana e subconjunto do plano. Por exemplo, uma reta é um subconjunto do plano mas não determina uma área, enquanto um paralelogramo determina uma região plana (e também é um subconjunto do plano). Assim toda região plana é um subconjunto do plano mas a recíproca não é verdadeira. As noções de interior e fronteira ficarão mais claras quando trabalharmos com regiões poligonais e circulares, pois são essen- cialmente da topologia, o que não faz parte do conteúdo deste livro. Definição: Seja P um ponto do plano e R uma região plana. Se P está no interior de R diremos que P é ponto interior de R. Se P está na fronteira de R diremos que P é ponto fronteira de R. Se P não é ponto interior e nem fronteira de R diremos que P é ponto exterior de R. O desenho a seguir ilustra uma região plana com seu interior e sua fronteira. Podemos definir uma região triangular como Regiões Poligonais Re pr od uç ão p ro ib id a. A rt . 1 84 d o Có di go P en al e L ei 9 .6 10 d e 19 d e fe ve re iro d e 19 98 . 81 a região plana determinada pelo triângulo e pelo conjunto dos pontos do plano formado por todos os segmentos cujas extremidades estão sobre os lados do tri- ângulo. O triângulo é chamado fronteira da região triangular. O conjunto de pontos de uma região triangular que não pertencem a sua fronteira é chamado de interior da região triangular. Desta forma, um triângulo divide o plano em duas regiões: os pontos que pertencem à região triangular e os pontos que não pertencem. Você deve estar se perguntando: “onde estão os polígonos?”. De fato, todo polígono com n lados determina n-2 triângulos, onde nenhum desses triângulos possuem pontos interiores em comum e seus vértices são os vértices do polígono. Dessa forma, podemos introduzir a definição de polígono: DEFINIÇÃO: Um polígono é chamado fronteira da região
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