segunda-feira, 7 de maio de 2007
O MUNDO DAMATEMATICA
Considere uma circunferência de raio unitário com centro na origem de um sistema cartesiano ortogonal e o ponto A=(1,0).
O ponto A será tomado como a origem dos arcos orientados nesta circunferência e o sentido positivo considerado será o anti-horário.
A região contendo esta circunferência e todos os seus pontos interiores, é denominada círculo trigonométrico.
Nos livros de língua inglesa, a palavra círculo se refere à curva envolvente da região circular enquanto circunferência de círculo é a medida desta curva. No Brasil, a circunferência é a curva que envolve a região circular.
Os eixos OX e OY decompõem o círculo trigonométrico em quatro quadrantes que são enumerados como segue:
2o. quadranteabscissa: negativaordenada: positiva90º<ângulo<180º name="tr08">
Arcos com mais de uma volta
Em Trigonometria, algumas vezes precisamos considerar arcos cujas medidas sejam maiores do que 360º. Por exemplo, se um ponto móvel parte de um ponto A sobre uma circunferência no sentido anti-horário e para em um ponto M, ele descreve um arco AM. A medida deste arco (em graus) poderá ser menor ou igual a 360º ou ser maior do que 360º. Se esta medida for menor ou igual a 360º, dizemos que este arco está em sua primeira determinação.
Acontece que o ponto móvel poderá percorrer a circunferência uma ou mais vezes em um determinado sentido, antes de parar no ponto M, determinando arcos maiores do que 360º ou arcos com mais de uma volta. Existe uma infinidade de arcos mas com medidas diferentes, cuja origem é o ponto A e cuja extremidade é o ponto M.
Seja o arco AM cuja primeira determinação tenha medida igual a m. Um ponto móvel que parte de A e pare em M, pode ter várias medidas algébricas, dependendo do percurso.
Se o sentido for o anti-horário, o ponto M da circunferência trigonométrica será extremidade de uma infinidade de arcos positivos de medidas
m, m+2, m+4, m+6, ...
Se o sentido for o horário, o ponto M será extremidade de uma infinidade de arcos negativos de medidas algébricas
m-2, m-4, m-6, ...
e temos assim uma coleção infinita de arcos com extremidade no ponto M.
Generalizando este conceito, se m é a medida da primeira determinação positiva do arco AM, podemos representar as medidas destes arcos por:
µ(AM) = m + 2k
onde k é um número inteiro, isto é, k pertence ao conjunto Z={...,-2,-3,-1,0,1,2,3,...}.
Família de arcos: Uma família de arcos {AM} é o conjunto de todos os arcos com ponto inicial em A e extremidade em M.
Exemplo: Se um arco de circunferência tem origem em A e extremidade em M, com a primeira determinação positiva medindo 2/3, então os arcos desta família {AM}, medem:
Determinações positivas (sentido anti-horário)
k=0
µ(AM)=2/3
k=1
µ(AM)=2/3+2=8/3
k=2
µ(AM)=2/3+4=14/3
k=3
µ(AM)=2/3+6=20/3
...
...
k=n
µ(AM)=2/3+2n=(2+6n)/3
Determinações negativas (sentido horário)
k=-1
µ(AM)=2/3-2=-4/3
k=-2
µ(AM)=2/3-4=-6/3
k=-3
µ(AM)=2/3-6=-16/3
k=-4
µ(AM)=2/3-8=-22/3
...
...
k=-n
µ(AM)=2/3-2n=(2-6n)/3
Arcos côngruos e Ângulos
Arcos côngruos: Dois arcos são côngruos se a diferença de suas medidas é um múltiplo de 2.
Exemplo: Arcos de uma mesma família são côngruos.
Ângulos: As noções de orientação e medida algébrica de arcos podem ser estendidas para ângulos, uma vez que a cada arco AM da circunferência trigonométrica corresponde a um ângulo central determinado pelas semi-retas OA e OM.
Como no caso dos arcos, podemos considerar dois ângulos orientados um positivo (sentido anti-horário) com medida algébrica a correspondente ao arco AM e outro negativo (sentido horário) com medida b=a-2 correspondente ao arco AM.
Existem também ângulos com mais de uma volta e as mesmas noções apresentadas para arcos se aplicam para ângulos.
Arcos de mesma origem, simétricos em relação ao eixo OX
Sejam os arcos AM e AM' na circunferência trigonométrica, com A=(1,0) e os pontos M e M' simétricos em relação ao eixo horizontal OX. Se a medida do arco AM é igual a m, então a medida do arco AM' é dada por: µ(AM')=2-m.
Os arcos da família {AM}, aqueles que têm origem em A e extremidades em M, têm medidas iguais a 2k+m, onde k é um número inteiro e os arcos da família {AM'} têm medidas iguais a 2k-m, onde k é um número inteiro.
Arcos de mesma origem, simétricos em relação ao eixo OY
Sejam os arcos AM e AM' na circunferência trigonométrica com A=(1,0) e os pontos M e M' simétricos em relação ao eixo vertical OY. Se a medida do arco AM for igual a m, então a medida do arco AM' será dada pela expressão µ(AM')=-m.
Os arcos da família {AM'}, isto é, aqueles com origem em A e extremidade em M', medem 2k+-m=(2k+1)-m onde k é um número inteiro.
Arcos com a mesma origem e extremidades simétricas em relação à origem
Sejam os arcos AM e AM' na circunferência trigonométrica com A=(1,0) e os pontos M e M' simétricos em relação a origem (0,0).
Se a medida do arco AM é igual a m, então a medida do arco AM' é dada por: µ(AM')=+m. Arcos genéricos com origem em A e extremidade em M' medem:
µ(AM') = 2k + + m = (2k+1) + m
TRIGONOMETRIA DO TRIANGULO RECTANGULO
Felizes aqueles que se divertem com problemas que educam a alma e elevam o espírito. (Fenelon) | |
Trigonometria e aplicações
Introduzimos aqui alguns conceitos relacionados com a Trigonometria no triângulo retângulo, assunto comum na oitava série do Ensino Fundamental. Também dispomos de uma página mais aprofundada sobre o assunto tratado no âmbito do Ensino Médio.
A trigonometria possui uma infinidade de aplicações práticas. Desde a antiguidade já se usava da trigonometria para obter distâncias impossíveis de serem calculadas por métodos comuns.
Algumas aplicações da trigonometria são:
Determinação da altura de um certo prédio.
Os gregos determinaram a medida do raio de terra, por um processo muito simples.
Seria impossível se medir a distância da Terra à Lua, porém com a trigonometria se torna simples.
Um engenheiro precisa saber a largura de um rio para construir uma ponte, o trabalho dele é mais fácil quando ele usa dos recursos trigonométricos.
Um cartógrafo (desenhista de mapas) precisa saber a altura de uma montanha, o comprimento de um rio, etc. Sem a trigonometria ele demoraria anos para desenhar um mapa.
Tudo isto é possível calcular com o uso da trigonometria do triângulo retângulo.
Triângulo Retângulo
É um triângulo que possui um ângulo reto, isto é, um dos seus ângulos mede noventa graus, daí o nome triângulo retângulo. Como a soma das medidas dos ângulos internos de um triângulo é igual a 180°, então os outros dois ângulos medirão 90°.
Observação: Se a soma de dois ângulos mede 90°, estes ângulos são denominados complementares, portanto podemos dizer que o triângulo retângulo possui dois ângulos complementares.
Para ver mais detalhes sobre triângulos clique aqui.
Lados de um triângulo retângulo
Os lados de um triângulo retângulo recebem nomes especiais. Estes nomes são dados de acordo com a posição em relação ao ângulo reto. O lado oposto ao ângulo reto é a hipotenusa. Os lados que formam o ângulo reto (adjacentes a ele) são os catetos.
Termo | Origem da palavra |
---|---|
Cateto | Cathetós: (perpendicular) |
Hipotenusa | Hypoteinusa: Hypó(por baixo) + teino(eu estendo) |
Para padronizar o estudo da Trigonometria, adotaremos as seguintes notações:
Letra | Lado | Triângulo | Vértice = Ângulo | Medida |
---|---|---|---|---|
a | Hipotenusa | A = Ângulo reto | A=90° | |
b | Cateto | B = Ângulo agudo | B<90° | |
c | Cateto | C = Ângulo agudo | C<90° |
Para ver mais detalhes sobre ângulos clique aqui.
Nomenclatura dos catetos
Os catetos recebem nomes especiais de acordo com a sua posição em relação ao ângulo sob análise. Se estivermos operando com o ângulo C, então o lado oposto, indicado por c, é o cateto oposto ao ângulo C e o lado adjacente ao ângulo C, indicado por b, é o cateto adjacente ao ângulo C.
Ângulo | Lado oposto | Lado adjacente | |
---|---|---|---|
C | c cateto oposto | b cateto adjacente | |
B | b cateto oposto | c cateto adjacente |
Um dos objetivos da trigonometria é mostrar a utilidade do conceitos matemáticos no nosso cotidiano. Iniciaremos estudando as propriedades geométricas e trigonométricas no triângulo retângulo. O estudo da trigonometria é extenso e minucioso.
Propriedades do triângulo retângulo
Ângulos: Um triângulo retângulo possui um ângulo reto e dois ângulos agudos complementares.
Lados: Um triângulo retângulo é formado por três lados, uma hipotenusa (lado maior) e outros dois lados que são os catetos.
Altura: A altura de um triângulo é um segmento que tem uma extremidade num vértice e a outra extremidade no lado oposto ao vértice, sendo que este segmento é perpendicular ao lado oposto ao vértice. Existem 3 alturas no triângulo retângulo, sendo que duas delas são os catetos. A outra altura (ver gráfico acima) é obtida tomando a base como a hipotenusa, a altura relativa a este lado será o segmento AD, denotado por h e perpendicular à base.
A hipotenusa como base de um triângulo retângulo
Tomando informações da mesma figura acima, obtemos:
o segmento AD, denotado por h, é a altura relativa à hipotenusa CB, indicada por a.
o segmento BD, denotado por m, é a projeção ortogonal do cateto c sobre a hipotenusa CB, indicada por a.
o segmento DC, denotado por n, é a projeção ortogonal do cateto b sobre a hipotenusa CB, indicada por a.
Projeções de segmentos
Introduziremos algumas idéias básicas sobre projeção. Já mostramos, no início deste trabalho, que a luz do Sol ao incidir sobre um prédio, determina uma sombra que é a projeção oblíqua do prédio sobre o solo.
Tomando alguns segmentos de reta e uma reta não coincidentes é possível obter as projeções destes segmentos sobre a reta.
Nas quatro situações apresentadas, as projeções dos segmentos AB são indicadas por A'B', sendo que no último caso A'=B' é um ponto.
Projeções no triângulo retângulo
Agora iremos indicar as projeções dos catetos no triângulo retângulo.
m = projeção de c sobre a hipotenusa.
n = projeção de b sobre a hipotenusa.
a = m+n.
h = média geométrica entre m e n. Para saber mais, clique sobre média geométrica.
Relações Métricas no triângulo retângulo
Para extrair algumas propriedades, faremos a decomposição do triângulo retângulo ABC em dois triângulos retângulos menores: ACD e ADB. Dessa forma, o ângulo A será decomposto na soma dos ângulos CÂD=B e DÂB=C.
Observamos que os triângulos retângulos ABC, ADC e ADB são semelhantes.
Triângulo | hipotenusa | cateto maior | cateto menor |
---|---|---|---|
ABC | a | b | c |
ADC | b | n | h |
ADB | c | h | m |
Assim:
a/b = b/n = c/h a/c = b/h = c/m b/c = n/h = h/m
logo:
a/c = c/m equivale a c² = a.m a/b = b/n equivale a b² = a.n a/c = b/h equivale a a.h = b.c h/m = n/h equivale a h² = m.n
Existem também outras relações do triângulo inicial ABC. Como a=m+n, somando c² com b², obtemos:
c² + b² = a.m + a.n = a.(m+n) = a.a = a²
que resulta no Teorema de Pitágoras:
a² = b² + c²
A demonstração acima, é uma das várias demonstrações do Teorema de Pitágoras.
Funções trigonométricas básicas
As Funções trigonométricas básicas são relações entre as medidas dos lados do triângulo retângulo e seus ângulos. As três funções básicas mais importantes da trigonometria são: seno, cosseno e tangente. O ângulo é indicado pela letra x.
Função | Notação | Definição |
---|---|---|
seno | sen(x) | medida do cateto oposto a x medida da hipotenusa |
cosseno | cos(x) | medida do cateto adjacente a x medida da hipotenusa |
tangente | tan(x) | medida do cateto oposto a x medida do cateto adjacente a x |
Tomando um triângulo retângulo ABC, com hipotenusa H medindo 1 unidade, então o seno do ângulo sob análise é o seu cateto oposto CO e o cosseno do mesmo é o seu cateto adjacente CA. Portanto a tangente do ângulo analisado será a razão entre seno e cosseno desse ângulo.
|
Relação fundamental: Para todo ângulo x (medido em radianos), vale a importante relação:
cos²(x) + sen²(x) = 1
Os números governam o mundo. (Platão)
Construída por Delson S. Imuka Atualizada em 14/out/2004. |
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PROBLEMAS CRIATIVO
Testes e Problemas Criativos Problema 01: Uma vasilha cilíndrica circular com capacidade para 1 litro está cheia de suco.
Problema 02: Palitos e mais palitos
Dada a figura em cor maravilha com 12 palitos, mova 3 palitos para obter três quadrados.
Usando 9 palitos de fósforo, construa o 100.
Retirar 3 palitos do desenho em azul para obter 3 quadrados.
Acrescente 8 palitos a 3 palitos para obter oito.
Mover 5 palitos na figura verde para obter 3 quadrados.
Usando 6 palitos de mesmo tamanho, construir 4 triângulos equiláteros.
Mova 2 palitos na figura em laranja para obter 5 quadrados.
Problema 05: Qual é a fórmula que fornece a soma:
Problema 06: Como se pode repartir para três pessoas, 21 tonéis de vinho, se 7 tonéis estão vazios, 7 tonéis estão cheios e 7 tonéis estão pela metade, de modo que no final da divisão cada pessoa tenha a mesma quantidade de vinho e de tonéis.
Problema 07: Como se pode repartir igualmente para duas pessoas, 8 litros de vinho que estão em uma vasilha maior, sabendo-se que as pessoas possuem somente duas vasilhas vazias, uma com capacidade para 5 litros e outra com capacidade para 3 litros.
Como se pode repartir em duas partes iguais o vinho, usando apenas estas três vasilhas?
Sugestão: Considere que para um certo casal, o homem comprou h objetos e a mulher m objetos.
Problema 20: Demonstre geometricamente que (-1).(-1)=+1 utilizando o desenho abaixo.
Sugestão: Desenvolver (a-b)(a-b)= a.a+a.(-b)+(-b).a+(-b).(-b) e utilizar o fato que a.(-b)=(-b).a=-ab a.a é a área do quadrado de lado a.
Linha 1 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 Linha 2 2 3 6 7 10 11 14 15 18 19 22 23 26 27 30 31 Linha 3 4 5 6 7 12 13 14 15 20 21 22 23 28 29 30 31 Linha 4 8 9 10 11 12 13 14 15 24 25 26 27 28 29 30 31 Linha 5 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 Problema 25: Com três 5 e as operações elementares, obtenha:
Problema 28: Considere um jogo de dominó com as suas 28 peças. Qual é a soma dos pontos de todas as
Problema 33: Você conhece um método prático para elevar ao quadrado um número terminado em 5?
33 + 43 + 53 = 63 e 93 + 103 = 13 + 123
Identifique outros números naturais para os quais valem as relações:
x3 + y3 + z3 = w3 e x3 + y3 = z3 + w3
Problema 36 (Teorema de Sofia Germain): Demonstrar que se a é um número natural maior do que 1, então todo número da forma
é composto, isto é, é produto de dois números naturais.
Problema 37: Sobre números Primos:
Problema 42: Qual é a solução da equação:
Problema 44: Quais são os números e qual é o maior número que se pode obter com a combinação de:
...*1* ×..3*2 ------ ...*3* ..3*2* ..*2*5 ------ 1*8*30Problema 46: Qual é a área da região "vermelha" (abaixo)?
Construída por Delson Imuka. Atualizada em 09/maio/2007.
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