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Os triângulos possuem alguns elementos com propriedades importantes, como: medianas, bissetrizes e alturas, esses elementos são conhecidos como cevianas notáveis de um triângulo.

Teorema 2.2.1. As medianas de um triângulo se encontram em um único ponto.

Demonstração: Consideremos o triângulo ABC e os pontos Ma, Mb e Mc

pontos médios dos lados BC, CA e AB, respectivamente.

Figura 2.6 – Baricentro.

Sabemos que as medianas de um triângulo interseccionam seus lados nos pontos médios, daí: AMc BMc, BMa CMa e AMb  CMb. Temos então que:

MaB MaC  MbC MbA  McA McB  1

Logo, pelo Teorema de Ceva, as medianas de um triângulo se encontram em um único ponto. Este ponto G chamamos de baricentro do triângulo.

Teorema 2.2.2.As medianas de um triângulo são concorrentes em um ponto que dista de

cada vértice dois terços da distância deste vértice ao ponto médio do lado oposto.

Demonstração: Seja P o ponto de intersecção das medianas BMb e CMc do

triângulo ABC.

Figura 2.7 – Demonstração do Teorema 2.3.

Sejam D e E os pontos médios de BP e CP respectivamente. Temos:

AMc McB e AMb  MbC.

Logo, pelo Teorema da Base Média do Triângulo aplicado no triângulo ABC, temos: MbMc k BC e MbM c 

BC

Figura 2.8 – Demonstração do teorema 2.3.

No triângulo BP C temos:

BD  DP e CE  EP , logo DE k BC e DE  BC

2 .

Podemos concluir que McMb  DE e MbMc k DE, logo MbMcDE é um

paralelogramo. Daí: DP  P Mb e então: BP  2P Mb (2.7) EP  P Mc e então: CP  2P Mc (2.8)

Seja W o ponto de intersecção das medianas AMa e CMc.

Analogamente, temos que:

CW  2W Mc (2.9)

AW  2W Ma (2.10)

De 2.8 e 2.9 temos P  W .

Seja G  P  W a intersecção de AMa, BMb e CMc. De 2.7, 2.8 e 2.10 vem

que: AG 2GMa, BG 2GMb CG 2GM3. Então, AG 2 3 AMa, BG 2 3  BMb e CG 2 3 CMc.

Logo, as medianas de um triângulo são concorrentes em um ponto que dista de cada vértice dois terços da distância deste vértice ao ponto médio do lado oposto.

Teorema 2.2.3. As três retas suportes das alturas de um triângulo se encontram em um

único ponto.

Demonstração: Devemos considerar três casos: quando o triângulo é acutân- gulo, quando o triângulo é obtusângulo e quando o triângulo é retângulo.

Seja um triângulo acutângulo ABC de alturas AHa, BHb e CHc.

Figura 2.9 – Ortocentro.

Vejamos que, temos os pares de triângulos semelhantes: ∆CHcA  ∆AHbB,

∆BHcC  ∆BHaA e ∆CHaA  ∆CHbB, todos semelhantes pelo caso A.A (ângulo,

ângulo).

No primeiro par, ∆AHcC  ∆AHbB, pois =BAC é comum e =AHcC 

=AHbB  90. Daí temos a relação:

AHc

AHb

 AC

AB (2.11)

No segundo par, ∆BHcC  ∆BHaA, pois =ABC é comum e =BHcC 

=AHaB  90. Daí temos a relação:

BHa

BHc

 AB

BC (2.12)

No terceiro par, ∆CHaA  ∆CHbB, pois =ACB comum e =AHaC 

=CHbB  90. Daí temos a relação:

CHb

CHa

 BC

AC (2.13)

Agora, multiplicando membro a membro os termos das relações 2.11, 2.12 e 2.13 temos: AHc AHb  BHa BHc  CHb CHa  AC AB  AB BC  BC AC  1.

Portanto, temos: AHc HcB  BHa HaC CHb HbA  AHc HcB  BHa HaC CHb HbA  AHc AHb  BHa BHc  CHb CHa  1.

Logo, pelo Teorema de Ceva, as alturas de um triângulo acutângulo se encontram em um único ponto. Este ponto H chamamos de ortocentro do triângulo.

Para o caso do triângulo obtusângulo, a prova é análoga ao caso anterior. Neste caso, o ortocentro se encontra fora do triângulo.

No triângulo retângulo o ortocentro coincide com o vértice do ângulo reto. Uma demonstração se encontra em [NETO] [23] p. 100.

A seguir apresentamos o enunciado do Teorema da Bissetriz Interna, o qual será últil para demonstração do Teorema que se segue.

Teorema 2.2.4 Teorema da bissetriz interna: Em um triângulo, a bissetriz de um

ângulo interno divide o lado oposto em partes proporcionais aos lados adjacentes. Este

Teorema se encontra em [REZENDE] [26].

Teorema 2.2.5 As bissetrizes de um triângulo se encontram em um único ponto.

Demonstração: Considere o triângulo ABC e as bissetrizes dos ângulos internos ASa, BSb e CSc. Pelo Teorema da Bissetriz Interna temos as relações:

Figura 2.10 – Incentro. BSa SaC  AB AC (2.14) CSb SbA  BC AB (2.15) ASc ScB  AC BC (2.16)

Agora, multiplicando membro a membro os termos das relações 2.14, 2.15 e 2.16 temos:

BSa SaC  CSb SbA  ASc ScB  AB AC  BC AB  AC BC  1.

Logo, pelo Teorema de Ceva, as bissetrizes de um triângulo se encontram em um único ponto.

Este ponto I chamamos de incentro do triângulo o qual por propriedade das bissetrizes, é equidistante dos três lados do triângulo.

Assim, todo triângulo admite uma circunferência que é tangente ao seus lados a qual chamamos de circunferência inscrita ao triângulo e seu centro é o incentro, ponto I de intersecção das bissetrizes dos triângulos

Figura 2.11 – Circunferência inscrita ao triângulo.

Há também um quarto ponto, o circuncentro ou centro da circunferência circunscrita ao triângulo que equidista dos três vértices do triângulo. O circuncentro de um triângulo é obtido pelo encontro das três mediatrizes dos lados do triângulo.

Estes quatro pontos: o baricentro, o incentro, o ortocentro e o circuncentro são mais conhecidos, no dia a dia, como pontos notáveis do triângulo.

2.3

Aplicações

Veremos aqui algumas aplicações a partir dos pontos notáveis de um triângulo. Aplicação 2.3.1 Vamos determinar a distância entre o incentro e o circuncentro de um triângulo retângulo cuja hipotenusa mede 13 cm e um dos catetos mede 12 cm.

Como o triângulo é retângulo, através do Teorema de Pitágoras podemos encontrar a medida do outro cateto:

a2  b2 c2, substituindo: 132  122 c2, logo c2  169  144 então c  5 cm.

Sabemos que o circuncentro é o encontro das mediatrizes dos lados do triângulo, no caso do triângulo retângulo, o circuncentro coincide com o ponto médio da hipotenusa.

Primeiramente, a mediatriz do lado BC, que passa pelo ponto médio G, é paralela ao lado AC e, pelo Teorema da Base Média do Triângulo, ela intersecciona a hipotenusa AB no ponto médio E.

O ponto E pertence a mediatriz de BC e também pertence a mediatriz de AB. Logo E é o circuncentro do triângulo ABC.

Figura 2.12 – Aplicação 2.3.1.

O incentro I é o encontro das bissetrizes e também o centro da circunferência inscrita.

Queremos descobrir a medida de EI.

Figura 2.13 – Aplicação 2.3.1.

Pela relação entre o raio r da circunferência inscrita e as medidas dos lados de um triângulo retângulo, ver em [MANETTA] [19], temos: r  b c a

2 

12 5 13

2 

2 cm, logo o raio da circunferência inscrita mede 2 cm.

Sejam P e R, pontos de tangência da circunferência inscrita aos lados AC e

AB, respectivamente. Traçando o segmento IR raio da circunferência, obtemos o triângulo

Figura 2.14 – Aplicação 2.3.1.

Pela propriedade do segmento tangente por um ponto exterior à circunferência temos: AP  AR. Como AP  AC  CP então AP  12  2  10 e, AP  AR  10 cm. No triângulo ERI temos:

RI  2 e ER  AR  AE; ER  10  6, 5  3, 5 cm.

Pelo Teorema de Pitágoras:

pEIq2  pERq2 pRIq2, substituindo: pEIq2  3, 52 22, logo pEIq2  16, 25, então EI  4, 03 cm.

Concluímos que a distância entre o incentro e o circuncentro é de aproximada- mente 4,03.

Aplicação 2.3.2.: Se G é o baricentro de um triângulo ABC, os triângulos

GAB, GBC e GAC possuem a mesma área.

Sabemos que se dois triângulos ou mais tem bases e altura respectivamente com medidas iguais, eles têm áreas iguais. Observemos os triângulos AMcC e BMcC, eles

têm bases congruentes pois, Mc é ponto médio da base, e mesma altura H, logo eles têm

mesma área, ou seja:

ÁreapAMcCq  ÁreapBMcCq (2.17)

Figura 2.15 – Aplicação 2.3.2.

altura relativa h, daí:

ÁreapAMcGq  ÁreapBMcGq (2.18)

Temos ainda:

ÁreapAMcCq  ÁreapAMcGq  ÁreapGACq

ÁreapBMcCq  ÁreapBMcGq  ÁreapGBCq (2.19)

De 2.17, 2.18 e 2.19 podemos concluir que:

ÁreapGACq  ÁreapGBCq (2.20)

Analogamente, analisando os triângulos AMaB e AMaC, obtemos ÁreapAMaBq 

ÁreapAMaCq e também analisando os triângulos BMaG e CMaG, obtemos ÁreapBMaGq 

ÁreapCMaGq.

Então concluímos que:

ÁreapGABq  ÁreapGACq (2.21)

De 2.20 e 2.21 por transitividade concluímos: ÁreapGACq  ÁreapGBCq  ÁreapGABq.

Aplicação 2.3.3: Seja ABC um triângulo de ortocentro H e circuncentro O. Vamos mostrar que a bissetriz interna relativa ao lado BC também bissecta o ângulo

HAO.

Figura 2.16 – Aplicação 2.3.3.

Sejam AN a bissetriz relativa ao lado BC e α1, α2, β1 e β2 as medidas dos ângulos =BAH, =NAH, =OAC e =NAO, respectivamente.

Como sabemos, o circuncentro é equidistante dos vértices do triângulo, logo

OA OB  OC e os triângulos AOB, BOC e AOC são isósceles. Temos então:

=ABO  α1 α2 β2 =ACO  β1

=OBC  =ABC  pα1 α2 β2q e

=OCB  =ABC  pα1 α2 β2q (2.22)

Podemos também observar as relações:

α1 α2  β1 β2  =BAC 2 (2.23) No triângulo AF B: α1  90 =ABC (2.24) No triângulo AF C: α2 β1 β2  90 =ACB (2.25) De 2.22 e 2.23 temos:

=ABC  α1  α2 β2 β1  =ACB, de 2.23 temos:

=ABC  =BAC 2  β2 β1  =ACB; novamente de 2.23: =ABC  =BAC 2  =BAC 2 β1 β2  =ACB;

1  =BAC =ACB  =ABC;

1  180 =ABC  =ABC;

β1  90 =ABC.

Logo, de 2.23 e 2.24, podemos concluir que α1  β1 e então α2  β2, sendo a bissetriz interna do ângulo =A também bissetriz do ângulo =HAO.

Proposição 2.3.1. Sejam ABC um triângulo qualquer, I seu incentro, Ia seu ex – incentro

relativo à BC e M o ponto onde a circunferência circunscrita a ABC intersecta IIa. Então

Figura 2.17 – Proposição 2.3.1.

Demonstração: Temos que =MAB  =MAC  =A

2 , como os ângulos são iguais, pelo Teorema do ângulo Inscrito, as cordas M C e M B são congruentes, daí M é o ponto médio do arco BC que não contém A e M C  MB.

Ainda pelo Teorema do Ângulo Inscrito, onde qualquer par de cordas com um extremo comum, que determine o mesmo arco na circunferência, determinará também o mesmo ângulo inscrito, temos:

=BMI  =BMA  =ACB.

=IBM  =IBC =CBM  =ABC

2 =CAM  =ABC 2 =BAC 2 . Então:

=BIM  180 =IBM  =BMI  180 =ABC

2 

=BAC

2  =ACB 

=BAC =ABC =ACB =ABC

2  =BAC 2  =ACB  =ABC 2 =BAC 2  =IBM.

Então, o triângulo IBM é isósceles de base IB. Assim, IM  BM  CM. Agora, vamos mostrar que BM  MIa.

Figura 2.18 – Demonstração da proposição 2.3.1.

Sabemos que BIa e CIa são bissetrizes dos ângulos externos relativos ao lado

BC.

Colocando sobre o prolongamento do lado AB um ponto D, =CBD é externo ao triângulo ABC e =CBIa =IaBD.

O ângulo =CBD tem medida igual à soma das medidas dos ângulos internos do triângulo não adjacentes a ele, então:

=CBD  =BAC =ACB e =CBIa  =IaBD =BAC

2

=ACB

2 .

Vimos anteriormente que, =MBC  =BAC

2 , logo =MBIa 

=ACB

2 .

Observando o triângulo AM B, temos que =IaM B é ângulo externo e

=IaM B 

=BAC 2

=BAC

2 =ABC  =BAC =ABC.

Observando o triângulo IaM B, temos:=IaM B  =BAC =ABC e

=MBIa 

=ACB

2 .

Então=MIaB  =ACB

2 , portanto o triângulo IaM B é isósceles de base BIa. Concluímos que M B  MC  MI  MIa.