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Um estudo sobre lei dos senos, lei dos cossenos e suas aplicações

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Academic year: 2021

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO DE ENSINO SUPERIOR DO SERID ´O-CERES

COORDENAC¸ ˜AO DO CURSO DE MATEM ´ATICA

UM ESTUDO SOBRE LEI DOS SENOS, LEI

DOS COSSENOS E SUAS APLICAC

¸ ˜

OES

Rayanne Dantas Maia

Trabalho de Conclus˜ao de Curso

(2)

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO DE ENSINO SUPERIOR DO SERID ´O-CERES

COORDENAC¸ ˜AO DE MATEM ´ATICA

UM ESTUDO SOBRE LEI DOS SENOS, LEI DOS

COSSENOS E SUAS APLICAC

¸ ˜

OES

por

Rayanne Dantas Maia

Monografia apresentada `a Coordenac¸˜ao do Curso de Matem´atica do CERES, da Universidade Federal do Rio Grande do Norte, como exigˆencia parcial para obtenc¸˜ao do t´ıtulo de graduac¸˜ao em Licenciatura em Matem´atica.

CAIC ´O-RN Dezembro/2015

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Maia, Rayanne Dantas.

Um estudo sobre lei dos senos, lei dos cossenos e suas aplicações / Rayanne Dantas Maia. - Caicó: UFRN, 2015. 40f: il.

Orientador : Luis Gonzaga Vieira Filho.

Monografia (Licenciatura em Matemática) Universidade Federal do Rio Grande do Norte. Centro de Ensino Superior do Seridó -Campus Caicó.

1. Lei dos senos. 2. Lei dos cossenos. 3. Aplicabilidade das leis. I. Filho, Luis Gonzaga Vieira. II. Título.

RN/UF/BSE07 CDU 51

Catalogação da Publicação na Fonte

Universidade Federal do Rio Grande do Norte - UFRN Sistema de Bibliotecas - SISBI

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UM ESTUDO SOBRE LEI DOS SENOS, LEI DOS

COSSENOS E SUAS APLICAC

¸ ˜

OES

por

Rayanne Dantas Maia

Monografia apresentada `a Coordenac¸˜ao do Curso de Matem´atica do CERES, da Universidade Federal do Rio Grande do Norte, como exigˆencia parcial para obtenc¸˜ao do t´ıtulo de graduac¸˜ao em Licenciatura em Matem´atica.

Aprovado por:

Universidade Federal do Rio Grande do Norte Centro de Ensino Superior do Serid ´o Coordenac¸˜ao do Curso de Matem´atica

Caic ´o - RN

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Dedicat ´oria

A Deus, aos meus pais Katia Cilene e Raimundo, a minha av´o Maria.

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Agradecimentos

Em primeiro lugar quero agradecer a Deus pelo dom da vida e por ter me dado forc¸as nos momentos dif´ıceis dessa caminhada.

Aos meus pais Katia Cilene e Raimundo Maia, que sempre estiveram presente em todos os momentos da minha vida, aconselhando e direcionando o melhor caminho a seguir. Aos meus tios Bernardino Carreiro e Luzia Maia, pois sem a motivac¸˜ao e `a forc¸a de vocˆes talvez hoje eu n˜ao estivesse concluindo o curso de licenciatura em Matem´atica, muito obrigada por tudo, nunca serei capaz de retribuir o que fizeram por mim. Aos meus pais adotivos Marlene e Djalma, que abriram as portas de sua casa e me re-ceberam como uma filha, palavras n˜ao s˜ao capazes de descrever o meu agradecimento a vocˆes.

Aos meus irm˜aos Rayzza, Rute e Miguel, pelo carinho e atenc¸˜ao que tem para comigo. A todos os familiares, por toda a preocupac¸˜ao e carinho que tiveram comigo durante essa trajet ´oria acadˆemica.

Ao meu noivo Thales Freitas, pelo companheirismo, paciˆencia e forc¸a nos momentos dif´ıceis na caminhada.

Aos meus amigos que estiveram presente durante essa caminhada, em todos os mo-mentos. H´a vocˆes meu muito obrigada pelo carinho durante toda essa trajet ´oria de altos e baixos, mas tamb´em de muitas vit ´orias.

Ao meu padastro Jos´e Francisco, pelo carinho e cuidado.

Ao meu padrinho Nailson e toda a sua fam´ılia pelo carinho que tiveram comigo du-rante esses anos ajudando no que foi poss´ıvel.

A todos os professores que contribu´ıram para a minha formac¸˜ao acadˆemica de modo especial ao meu professor orientador Luis Gonzaga Vieira Filho, pelos conhecimentos transferidos.

(7)

Resumo

Este trabalho apresenta um estudo sobre a lei dos senos e lei dos cossenos, sendo esta uma parte da trigonometria que trabalha com a resoluc¸˜ao de problemas em quais-quer triˆangulos. No primeiro momento, trataremos de pontos que foram relevantes e que contribu´ıram para o desenvolvimento da trigonometria, no segundo momento ser´a apresentado a demonstrac¸˜ao da lei dos senos e lei dos cossenos, e finalmente as aplicac¸ ˜oes das leis mostrando assim sua vasta aplicac¸˜ao. Para desenvolver este tra-balho foi realizada uma pesquisa em fontes impressas e eletr ˆonicas, sendo esse um levantamento bibliogr´afico.

(8)

Abstract

This paper presents a study on the law of sines and law of cosines, which is a part of trigonometry working with problem solving in any triangles. At first, we will deal points that were relevant and contributed to the development of trigonometry, the second time will be presented to demonstrate the law of sines and law of cosines, and finally the application of the laws thus showing its wide application. To develop this work a survey was conducted in printed and electronic sources, making a biblio-graphical survey.

(9)

Lista de Figuras

1.1 C´ırculo de raio unit´ario . . . 7

1.2 Triˆangulo retˆangulo . . . 8

2.1 Triˆangulo acutˆangulo . . . 10

2.2 Triˆangulo obtusˆangulo . . . 12

2.3 Circunferˆencia de raio r . . . 15

2.4 Triˆangulo com ˆangulo ˆA agudo . . . 16

2.5 Triˆangulo com ˆangulo ˆA obtuso . . . 17

3.1 Representac¸˜ao do problema I . . . 20

3.2 Representac¸˜ao do problema II . . . 21

3.3 Representac¸˜ao do problema III . . . 22

3.4 Representac¸˜ao do problema IV . . . 23

3.5 Representac¸˜ao da problema IV . . . 24

3.6 Representac¸˜ao do problema V . . . 25

(10)

“A Matem´atica, quando a compre-endemos bem, possui n˜ao somente a verdade, mas tamb´em a suprema beleza.”

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Sum´ario

1 RETROSPECTIVA HIST ´ORICA 3

1.1 Primeiros ind´ıcios da hist ´oria da trigonometria . . . 3

1.2 As contribuic¸ ˜oes de Hiparco de Nic´eia e Ptolomeu `a trigonometria . . . 5

1.3 As contribuic¸ ˜oes dos hindus e ´arabes `a trigonometria . . . 7

1.4 Contribuic¸ ˜oes de alguns estudiosos para a trigonometria . . . 8

2 LEI DOS SENOS E LEI DOS COSSENOS 10 2.1 Lei dos senos . . . 10

2.2 Lei dos cossenos . . . 15

3 APLICAC¸ ˜OES 19 3.1 Problema I . . . 20 3.2 Problema II . . . 21 3.3 Problema III . . . 22 3.4 Problema IV . . . 23 3.5 Problema V . . . 25 3.6 Problema VI . . . 26

(12)

INTRODUC

¸ ˜

AO

A trigonometria ´e um ramo da matem´atica que apresenta os m´etodos de resoluc¸˜ao de problemas entre triˆangulos e investiga func¸ ˜oes trigonom´etricas, nesse trabalho ser´a apresentado de modo mais especifico a lei dos senos e lei dos cossenos que ´e uma ramificac¸˜ao da trigonometria utilizada para resoluc¸˜ao de problemas nos quais se pre-tende determinar os lados ou ˆangulos dos triˆangulos.

Esse trabalho tem por objetivo mostrar ao leitor que o conhecimento da tr´ıade, “surgimento, demonstrac¸˜ao e aplicac¸˜ao”, da lei dos senos e lei dos cossenos consti-tui um olhar mais cr´ıtico do objeto de estudo apresentado, percebendo assim suas contribuic¸ ˜oes e utilidades para o conhecimento.

O interesse em investigar e escrever sobre a lei dos senos e lei dos cossenos, se deu por recordac¸ ˜oes da ´epoca de estudante quando ao ver o professor expondo o conte ´udo, apesar de ach´a-lo interessante, n˜ao compreendia a raz˜ao pela qual poderia tornar o determinado conte ´udo ´util em diversas situac¸ ˜oes cotidianas nas quais poderia ser aplicado, hoje pelo pouco de experiˆencia que tenho com a sala de aula como professora de matem´atica percebo a mesma dificuldade em meus alunos, por isso resolvi escrever um trabalho que apresentasse diversas situac¸ ˜oes nas quais se podem aplicar a lei dos senos e lei dos cossenos, para isso ´e importante conhecer o determinado conte ´udo de uma forma geral, fazendo uma breve explanac¸˜ao do seu surgimento, apresentar as demonstrac¸ ˜oes da lei dos senos e lei dos cossenos com o intuito de reconhecer como chegou `as suas determinadas f ´ormulas que s˜ao um meio facilitador na resoluc¸˜ao de problemas, em diversas situac¸ ˜oes nas quais s˜ao aplicadas.

O presente trabalho apresenta-se da seguinte forma: 1. Introduc¸˜ao, 2. Retros-pectiva hist ´orica da trigonometria, os primeiros ind´ıcios, o processo de evoluc¸˜ao at´e torn´a-se um ramo da matem´atica e as contribuic¸ ˜oes de v´arios estudos para essa ´area, 3. Demonstrac¸ ˜oes da lei dos senos e lei dos cossenos, onde se apresenta o conceito e suas demonstrac¸ ˜oes, 4. Aplicac¸ ˜oes, relata a importˆancia e situac¸ ˜oes diversas nas quais as leis dos senos e lei dos cossenos s˜ao aplicadas, seguida de exemplos, 5. Considerac¸ ˜oes finais, 6. Referˆencias bibliogr´aficas. A pesquisa caracterizou-se por um levantamento bibliogr´afico, em fontes impressas como livros, artigos, e fontes eletr ˆonicas.

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Cap´ıtulo 1

RETROSPECTIVA HIST ´

ORICA

1.1

Primeiros ind´ıcios da hist ´oria da trigonometria

A palavra trigonometria ´e de origem grega, onde “trigono” significa que tem trˆes ˆangulos e “metria” ´e medida. Acredita-se que o termo foi criado, em 1595, pelo matem´atico alem˜ao Bartholomaus Pitiscus (1561-1613) (MORAIS FILHO, 2014), ou seja, a trigonometria ´e um ramo da matem´atica que estuda os lados e ˆangulos de um triˆangulo e as func¸ ˜oes trigonom´etricas. Sua origem ´e incerta, seu surgimento n˜ao foi algo apresentado pronto, para chegar ao seu est´agio atual, ocorreram grandes avanc¸os e contribuic¸˜ao de grandes estudiosos e tudo isso se deve a necessidade dos povos antigos em resolver problemas relacionados `a astronomia, agrimensura e navegac¸ ˜oes. S˜ao poucos os registros hist ´oricos sobre os antigos estudos realizados nesse ramo da matem´atica, pois utilizavam apenas o registro escrito que era bastante prec´ario e perdeu-se no decorrer dos anos.

A trigonometria como toda descoberta matem´atica n˜ao se desenvolveu de ma-neira repentina, e muito menos teve um ´unico protagonista, contou com contribuic¸˜ao de diversas civilizac¸ ˜oes que foram: babil ˆonicas, eg´ıpcias, gregas, hindus e ´arabes. Mo-tivados pela compreens˜ao do universo, a trigonometria passou a ser uma ferramenta auxiliadora para descobertas fascinantes e que contribu´ıram para o desenvolvimento da arquitetura, da navegac¸˜ao, da astronomia, da geografia, mas foi o interesse pela astronomia que impulsionou o estudo da trigonometria.

Os primeiros ind´ıcios da trigonometria surgiram no Egito e na babil ˆonia. No Egito aproximadamente 1650 a.C. foi encontrado o papiro de Ahmes, mais conhecido como papiro de Rhind, problemas envolvendo a cotangente de um ˆangulo diedro da base de uma pirˆamide. Esse conceito era utilizado na construc¸˜ao das pirˆamides onde se calculava a inclinac¸˜ao de suas faces, o que levou os eg´ıpcios a introduzirem o conceito de

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noc¸ ˜oes culminaram nas func¸ ˜oes tangente e cotangente. Tamb´em foram encontrados na Babil ˆonia a tabela de Plimpton 322,que contem essencialmente a t´abua das secantes na t´abua cuneiforme (esse nome devido os n ´umeros serem escritos na forma de cunha).

Como mencionado anteriormente, os primeiros registros sobre a trigonometria n˜ao surgiu somente no Egito, mas tamb´em na Babil ˆonia. O interesse dos babil ˆonicos pela astronomia, era desenvolver ferramentas de c´alculos para serem utilizadas como meio de ligac¸˜ao do calend´ario com as ´epocas de plantio o que acarretou no desenvolvimento da agricultura.

Assim, pode-se observar que mesmo a trigonometria n˜ao tendo esse nome es-pec´ıfico j´a era bastante explorada pelos povos antigos, pois ´e imposs´ıvel estudar as fases da lua, os pontos cardeais e as estac¸ ˜oes do ano sem usar triˆangulos.

Na Gr´ecia os grandes s´abios contribu´ıram para a construc¸˜ao do conhecimento geom´etrico, entre eles pode se destacar Thales de Mileto (625-546 a.C.), com estudo da semelhanc¸a que contribuiu para a trigonometria e Pit´agoras (570-495 a.C.) que provou o teorema que recebe, em sua homenagem, seu nome: “Em todo triˆangulo retˆangulo o quadrado do comprimento da hipotenusa ´e igual `a soma dos quadrados das medidas dos catetos”. Deste teorema surge o teorema fundamental da trigonometria. (COSTA, 2015). Desse modo, pode-se afirmar que a trigonometria esta intimamente ligada `a geometria. Na obra Os Elementos de Euclides tamb´em ´e poss´ıvel encontrar proposic¸ ˜oes que relacionam a lei dos cossenos para ˆangulos agudos e obtusos s ´o que de forma geom´etrica, e teoremas relacionados ao que hoje conhecemos como lei dos senos e lei dos cossenos.

Assim, Boyer (1996, p.108) afirma que

Nas obras de Euclides n˜ao h´a uma trigonometria no sentido da palavra, mas h´a teoremas equivalentes a leis ou f ´ormulas trigonom´etricas espec´ıficas. As proposic¸ ˜oes II.2 e II.3 de Os elementos, por exemplo, s˜ao as leis de cosseno para ˆangulos obtuso e agudo respectivamente[...] Os teoremas sobre comprimentos de corda s˜ao essencialmente a lei dos senos.

Referˆencias `a trigonometria tamb´em foram encontradas no oriente, aproximada-mente 1110 a.C. . Acredita-se que os triˆangulos retˆangulos eram utilizados para calcular distˆancias e medir comprimentos e profundidade, para isso, evidˆencias mostram que eles utilizavam as relac¸ ˜oes trigonom´etricas, o conceito de ˆangulo e como medi-lo, mas n˜ao foram encontrados registros que expliquem o m´etodo que eles utilizavam para calcular essas medic¸ ˜oes e as unidades de medidas utilizadas.

Pode-se observar que os estudos na ´area da trigonometria foram impulsionados pelo interesse na astronomia. Por volta do ano 200 a.C. os astr ˆonomos Erat ´ostenes

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de Cirene (276-196 a.C.) contemporˆaneo de Arquimedes e Aristarco (310-230 a.C.) interessados em descobrir a distˆancia entre dois pontos da superf´ıcie terrestre e calcular o raio da terra, usaram semelhanc¸a de triˆangulos e relac¸ ˜oes trigonom´etricas, e com isso produziram a mais not´avel medida da antiguidade para a circunferˆencia o que foi um marco importante, pois da´ı percebe-se a necessidade de uma trigonometria mais sistematizada entre ˆangulos e cordas. Vale ressaltar que o trabalho de Erat ´ostenes s ´o foi poss´ıvel depois de determinado o conceito de ˆangulo e como medi-lo.

Contudo, observa-se que, apesar da trigonometria n˜ao ter sido apresentada de forma sistematizada, ela j´a vinha sendo estudada e aplicada por muitos estudiosos em situac¸ ˜oes diversas, nota-se tamb´em que a lei dos senos e lei dos cossenos estavam presente nas obras antigas, embora n˜ao fosse vista como uma ´area da trigonometria e formuladas como se conhece hoje.

1.2

As contribuic¸ ˜oes de Hiparco de Nic´eia e Ptolomeu `a

trigonometria

Por volta de 180 a.C. a primeira amostra documentada sobre a trigonometria sur-giu, quando Hips´ıcles, influenciado pela cultura da babil ˆonia dividiu o zod´ıaco em 360 partes. Acredita-se que Hiparco de Nic´eia generalizou essa ideia para o c´ırculo, dividindo em 360 partes iguais, e nomeou arco de 1 grau a cada parte da circunferˆencia e, mais ainda, dividiu cada grau em 60 partes obtendo o arco de minuto. Bastante in-fluenciado pela cultura babil ˆonica, Hiparco acreditava que a melhor base de contagem era a base 60.

Foi por volta da metade do s´eculo II a.C. que o astr ˆonomo Hiparco de Nic´eia (180-125 a.C.), estudou e sistematizou relac¸ ˜oes entre os elementos de um triˆangulo, ele foi o primeiro a construir a primeira tabela trigonom´etrica, incluindo a t´abua de cordas, com os valores das cordas de v´arios ˆangulos de 0o a 180o. Hiparco observou que em um dado c´ırculo de (raio arbitr´ario) a raz˜ao do arco para a corda diminui na medida que o arco diminui de 180opara 0o, suas observac¸ ˜oes contribu´ıram para um avanc¸o na astronomia e posteriormente em novo campo da matem´atica, a trigonometria, devido a isso recebeu o t´ıtulo de “pai da trigonometria”.

S˜ao not´aveis as contribuic¸ ˜oes de Hiparco de Nic´eia para o desenvolvimento da trigonometria, mas foi com a ajuda do astr ˆonomo Cl´audio Ptolomeu que ela atingiu seu ´apice, sua obra, chamada de Syntaxis mathematica (Colec¸˜ao matem´atica), popu-larmente conhecida como Almagesto - palavra ´arabe que significa “O maior” ou “O grande tratado”, esse nome foi devido aos tradutores ´arabes considerarem a maior e

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mais importante obra existente da ´epoca relacionada `a trigonometria da antiguidade. A obra ´e composta por 13 volumes, que tem como base o trabalho do astr ˆonomo grego Hiparco, cujos livros se perderam. Isso aparece num coment´ario do trabalho mais antigo de Teon de Alexandria, que viveu dois s´eculos depois e pesquisou sobre as descobertas dos gregos anteriores.

O Almagesto tem por objetivo descrever matematicamente o funcionamento do sistema solar, aplicando a teoria geocˆentrica, ou seja, que a terra ´e o centro, sua id´eia perdurou at´e Cop´ernico (1473-1543) e Johanm Kleper (1571-1630), que introduziram a teoria heliocˆentrica, ou seja, que o sol ´e o centro do sistema solar. Segundo Edward Kennedy “para os matem´aticos o Almagesto tem interesse devido `as identidades tri-gonom´etricas que Ptolomeu divisou para ajud´a-lo a reunir dados da t´abua de cordas” (1992, p. 28), esse material tornou-se uma grande ferramenta de estudo para os ma-tem´aticos, visto que foi a primeira obra que apresentou as cordas trigonom´etricas, e os m´etodos para a sua construc¸˜ao, pois os outros materiais se perderam com o tempo.

Dos livros que comp ˜oem o Almagesto, o primeiro cont´em as informac¸ ˜oes as-tron ˆomicas preliminares, em meio a esta se encontram os estudos sobre a trigonome-tria descrita nos cap´ıtulos dez e onze. No capitulo dez Ptolomeu explica todos os procedimentos para a construc¸˜ao da tabela de corda, os demais livros eram dedicados a astronomia. A tabela de Ptolomeu ´e mais completa que a de Hiparco, contendo ˆangulos de meio em meio grau de 0oa 180o.

No primeiro livro tamb´em se encontra a proposic¸˜ao geom´etrica conhecida como Teorema de Ptolomeu: “Se ABCD ´e um quadril´atero (convexo) inscrito em uma

circunferˆencia, ent˜ao

AB· CD + BC· DA = AC· BD;

isto ´e, a soma dos produtos de lados opostos de um quadril´atero inscrit´ıvel ´e igual ao produto das diagonais”(BOYER E MERZBACH, 2012, p. 126). Esse foi o teorema utilizado por Cl´audio Ptolomeu para expans˜ao da trigonometria. Com esse resultado Ptolomeu chegou ao que hoje s˜ao equivalentes as F ´ormulas do seno da diferenc¸a

sen(α − β) = senαcosβ-senβcosα, racioc´ınio semelhante levou a determinar o seno da

soma, sen(α+β)=senαcosβ+senβcosα , e de modo an´alogo cos(α±β) = cosαcosβ∓senαsenβ, devido a essas descobertas as quatro f ´ormulas s˜ao hoje conhecidas como F ´ormulas de Ptolomeu (BOYER E MERZBACH 2012).

Outra f ´ormula utilizada por Ptolomeu para a construc¸˜ao de sua tabela trigo-nom´etrica foi a seno do arco metade, sen

2 = 1−cosα2 . Segundo Boyer “Ptolomeu estava preparado para construir uma tabela de cordas t˜ao precisa quanto se poderia desejar, pois tinha o equivalente de nossas f ´ormulas fundamentais.”(2012, p. 127). Vale ressaltar que nessa ´epoca ainda n˜ao conhecia a relac¸˜ao seno, mas sim a relac¸˜ao corda.

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1.3

As contribuic¸ ˜oes dos hindus e ´arabes `a trigonometria

A trigonometria recebeu contribuic¸ ˜oes dos hindus, que aproximadamente 400 d.C., escreveram uma obra chamada de Surya Siddhanta, que quer dizer sistema do sol, a Surya foi uma obra de muita importˆancia, pois apresentou uma trigonometria diferente de Ptolomeu. Nesta, a relac¸˜ao apresentada era entre a metade da corda e a metade do ˆangulo central correspondente, chamada por eles de jiva (Definic¸˜ao: jiva ´e a relac¸˜ao entre o cateto oposto e sua hipotenusa, ou seja, Jivaθ2 = catetoopostohipotenusa) que diferenciou-se de Ptolomeu que relacionava as cordas de um c´ırculo com os ˆangulos centrais correspondentes. A figura 1.1 representa a definic¸˜ao do jiva hindu.

Figura 1.1: C´ırculo de raio unit´ario

A metade da corda dividida pelo raio da circunferˆencia ´e o jiva da metade do arco

Jivaθ2 = 2rc , que conhecemos hoje como, senθ2 = 2rc.

Depois desta descoberta na trigonometria, ocorreram muitos avanc¸os e melhoria das func¸ ˜oes trigonom´etricas incluindo a nova nomenclatura da func¸˜ao, ou seja, passou de func¸˜ao corda para func¸˜ao seno. A partir da´ı os hindus demonstraram as identidades trigonom´etricas, encontrado em Varahamihira, no ano 505 d.C., o que hoje equivale a

sen2θ + cos2θ = 1.

Os ´arabes tamb´em tiveram sua contribuic¸˜ao para o desenvolvimento da trigono-metria. O pr´ıncipe Al Battani (aproximadamente 850 a 929 d. C.), ou Albategnius, chamado o Ptolomeu da Bagdad, destacou-se por introduzir o raio da circunferˆencia unit´aria e com isso conseguiu provar que a raz˜ao jiva ´e v´alida para qualquer triˆangulo retˆangulo independentemente da medida da sua hipotenusa, com essa id´eia conseguiu que a trigonometria hindu fosse tamb´em adotada pelos ´arabes. A figura 1.2 representa o c´alculo realizado por Al Battani.

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Figura 1.2: Triˆangulo retˆangulo

A palavra jiva tem origem indiana e para melhor compreender como ela passou a ser chamada de seno, nos explica Kennedy (1992, p. 19).

Ardhajya o que significa “semicordas” em sˆanscrito. Esta designac¸˜ao foi abreviada para jya e transliterada em trˆes caracteres ´arabes, jyb – o que pode ser lido como jayb, que em ´arabe “bolso” ou “golfo”. Assim foi interpretada pelos europeus, que a traduziram para o latim sinus da´ı o nosso o seno.

O interesse de Al Battani ao realizar essa descoberta n˜ao estava totalmente ligado `a trigonometria, mas seu real interesse estava em calcular a altitude do sol. Notamos que no decorrer da hist ´oria a trigonometria n˜ao aparece como uma ´area isolada, mas como um objeto importante nos estudos da astronomia, ´e importante destacar que apesar dessa ligac¸˜ao, ocorreu um grande progresso da trigonometria mesmo ainda n˜ao sendo vista como uma ´area independente da astronomia.

Ap ´os Al Battani o matem´atico ´arabe Ab ˆu’l Wˆefa assume um importante papel para a trigonometria, pois foi ele o respons´avel por iniciar a organizac¸˜ao, sistematizac¸˜ao de provas e teoremas trigonom´etricos, pode-se destacar a demonstrac¸˜ao de um dos principais teoremas, tais como f ´ormulas para ˆangulo duplo ou metade. Devido `a formulac¸˜ao clara da lei para triˆangulos esf´ericos, era atribu´ıda a Ab ˆu’l Wˆefa a lei dos senos, apesar de sua essˆencia j´a ser apresentada nas obras de Ptolomeu.

1.4

Contribuic¸ ˜oes de alguns estudiosos para a

trigonome-tria

A trigonometria ´e uma ´area que recebeu contribuic¸ ˜oes de grandes estudiosos para chegar a ser um ramo da matem´atica, e n˜ao mais uma ´area vinculada `a astronomia. Somente por volta do s´eculo XIII, ela passa a ser independente, e se desenvolver fundamentada na geometria, ganha uma nova direc¸˜ao.

(19)

O astr ˆonomo Persa Nasir Edden contribuiu para o desenvolvimento da trigono-metria e `a astronomia, que segundo Boyer ”foi o respons´avel pelo primeiro tratado sistem´atico sobre trigonometria plana e esf´erica, tratando o material como um assunto independente e n˜ao apenas como um servidor da astronomia.”(1996, p.166), sua obra n˜ao foi bastante difundida por n˜ao ser conhecida pelos europeus.

O matem´atico europeu Leonardo de Pisa (1170-1250), mais conhecido como Fibo-nacci ou “filho de BoFibo-naccio”, que sofreu grande influˆencia dos ´arabes e hindus, foi considerado o mais habilidoso do s´eculo XIII, onde desempenhou um papel impor-tante que est´a presente em sua obra Practica Geometriae, que trata da aplicac¸˜ao da trigonometria na agrimensura.

Outro matem´atico bastante influente no estudo da trigonometria foi Johann Mul-ler (1436-1476), mas conhecido como Regiomontanus, ele foi o respons´avel pela obra chamada De triangulis, que apresenta uma exposic¸˜ao sistem´atica de m´etodos para resoluc¸˜ao de problemas envolvendo triˆangulos. No segundo livro de sua obra Regio-montanus apresenta a demonstrac¸˜ao da lei dos senos.

Al´em de astr ˆonomo, Cop´ernico realizou contribuic¸ ˜oes para o estudo da trigono-metria, respons´avel pela obra De revolutionibus orbium coelestium, publicada em 1543 no ano da sua morte, contem conceitos importantes sobre a trigonometria. Os teoremas presentes na obra de Cop´ernico influenciaram os trabalhos de Regiomontanus, mas seu seguidor Rheticus associou as id´eias de Cop´ernico e Regiomontanus juntamente com suas ideias e elaborou um tratado onde a trigonometria atingiu sua independˆencia, cha-mada Opus palatinum de triangulis, a obra apresentou uma trigonometria concentrada nos lados de um triˆangulo retˆangulo, as seis func¸ ˜oes trigonom´etricas.

Partindo das obras de seus predecessores Regiomontanus e Rheticus, Franc¸ois Vi´ete, foi o primeiro a considerar a trigonometria como um ramo independente da matem´atica.

No decorrer do processo de evoluc¸˜ao da trigonometria, nota-se que esta ´e uma ´area que sempre esteve relacionada com outras ´areas de conhecimento. Ocorreu todo um processo de construc¸˜ao dessa ´area para chegar a sua independˆencia e ao seu est´agio atual.

(20)

Cap´ıtulo 2

LEI DOS SENOS E LEI DOS

COSSENOS

Pelo o exposto no cap´ıtulo anterior, percebe-se que no princ´ıpio, apesar de n˜ao ter um nome espec´ıfico, a trigonometria estava muito presente na vida da humanidade. A lei dos senos e a lei dos cossenos como parte da trigonometria j´a vinha sendo explorada. Os Elementos de Euclides foi o primeiro trabalho no qual as leis foram abordadas, a primeira demonstrac¸˜ao sistem´atica da lei dos senos foi realizada por Ab ˆu’l Wˆefa, nesse cap´ıtulo ser˜ao apresentadas as demonstrac¸ ˜oes.

2.1

Lei dos senos

Teorema 2.1 Em qualquer triˆangulo ABC, as medidas dos lados s˜ao proporcionais aos senos dos ˆangulos opostos, ou seja:

a sen ˆA = b sen ˆB = c sen ˆC (2.1)

onde a, b e c s˜ao as medidas dos lados BC, AC e AB, respectivamente.

Demonstrac¸˜ao:

Para demonstrar o Teorema 2.1, analisaremos os seguintes casos: 1oCaso: O triˆangulo ABC acutˆangulo:

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Seja h= AH1a altura baixada do v´ertice A sobre o segmento BC e p= BH2a altura baixada do v´ertice B sobre o segmento AC, como ilustrado na figura 2.1. Como os triˆangulos BH2C e AH2B s˜ao ambos retˆangulos em H2, obtemos as seguintes relac¸ ˜oes: • No triˆangulo BH2C, temos: sen ˆC= BH2 BC , ou seja, sen ˆC= p a. Da´ı, p= a · sen ˆC. (2.2) • No triˆangulo AH2B, temos:

sen ˆA= BH2 AB , ou seja, sen ˆA= p c. Da´ı, p= c · sen ˆA. (2.3) Comparando as equac¸ ˜oes (2.2) e (2.3) , teremos:

a· sen ˆC = c · sen ˆA. (2.4) Multiplicando ambos os lados da equac¸˜ao (2.4) por (sen ˆA· sen ˆC)−1, com sen ˆA· sen ˆC , 0,

temos:

a sen ˆA =

c

sen ˆC. (2.5)

Por outro lado, dos triˆangulos AH1B e AH1C, ambos retˆangulos em H1. Podemos obter as seguintes relac¸ ˜oes:

• No triˆangulo AH1B,temos:

sen ˆB= AH1 AB ,

ou seja,

(22)

Da´ı,

h= c · sen ˆB. (2.6) • No triˆangulo AH1C, temos:

sen ˆC= AH1 AC , ou seja, sen ˆC= h b. Da´ı, h= b · sen ˆC. (2.7) Comparando as equac¸ ˜oes (2.6) e (2.7) , teremos:

b· sen ˆC = c · sen ˆB. (2.8) Multiplicando ambos os lados da equac¸˜ao (2.8) por (sen ˆB· sen ˆC)−1, com sen ˆB· sen ˆC , 0, temos:

b sen ˆB =

c

sen ˆC. (2.9)

Das equac¸ ˜oes (2.5) e (2.9) obtemos , por transitividade, que a

sen ˆA

=

b sen ˆB. Portanto, a sen ˆA = b sen ˆB = c sen ˆC.

2oCaso: Triˆangulo obtusˆangulo

Seja h= AH2a altura baixada do v´ertice A sobre o segmento BC, e p= BH1a altura baixada do v´ertice B `a semirreta CA. Fazendo AH1 = x e CH1 = b + x como ilustrado na figura 2.2.

(23)

Dos triˆangulos retˆangulos AH2B e AH2C, ambos retˆangulos em H2, podemos obter as seguintes relac¸ ˜oes:

• No triˆangulo AH2B, temos:

sen ˆB= AH2 AB , ou seja, sen ˆB= h c. Da´ı, h= c · sen ˆB. (2.10) • No triˆangulo AH2C, temos:

sen ˆC= AH2 AC , ou seja, sen ˆC= h b. Da´ı, h= b · sen ˆC. (2.11) Comparando as equac¸ ˜oes (2.10) e (2.11), teremos:

b· sen ˆC = c · sen ˆB. (2.12) Multiplicando ambos os lados da equac¸˜ao (2.12) por (sen ˆB· sen ˆC)−1, com sen ˆB· sen ˆC , 0, temos:

b sen ˆB =

c

sen ˆC. (2.13)

Por outro lado, dos triˆangulos retˆangulos AH1B e CH1B, ambos retˆangulos em H1, podemos obter as seguintes relac¸ ˜oes:

• No triˆangulo AH1B, temos:

sen(180o− α) = BH1 AB, ou seja, sen(180o− α) = p c. Da´ı, p= c · sen(180o− α). (2.14) Fazendo uso do Teorema de Ptolomeu, temos:

(24)

como cos180o= −1 e sen180o= 0, substituindo em (2.15), teremos:

sen(180o− α) = senα.

Como ˆA= α, temos:

sen(180o− ˆA)= sen ˆA.

Da´ı, podemos reescrever a equac¸˜ao (2.14) da seguinte forma:

p= c · sen ˆA. (2.16) • No triˆangulo CH1B, temos: sen ˆC= BH1 BC , ou seja, sen ˆC= p a. Da´ı, p= a · sen ˆC. (2.17) Comparando as equac¸ ˜oes (2.16) e (2.17), teremos:

a· sen ˆC = c · sen ˆA, (2.18) multiplicando ambos os lados da equac¸˜ao (2.18) por (sen ˆA·sen ˆC)−1, com sen ˆA·sen ˆC , 0,

temos:

a sen ˆA =

c

sen ˆC. (2.19)

Das equac¸ ˜oes (2.13) e (2.19) obtemos , por transitividade, que a

sen ˆA

=

b sen ˆB. Portanto, a sen ˆA = b sen ˆB = c sen ˆC.

Outra demonstrac¸˜ao para lei dos senos pode ser obtida a partir de um triˆangulo inscrito em uma circunferˆencia, vejamos: como todo triˆangulo ´e inscrit´ıvel numa cir-cunferˆencia, considere o triˆangulo ABC, inscrito numa circunferˆencia de raio r e centro O. Como mostra a figura 2.3.

Trac¸ando o diˆametro AD e considerando o triˆangulo ACD, como o ˆangulo ˆC est´a

inscrito na circunferˆencia e AD ´e o diˆametro dessa circunferˆencia, ent˜ao ˆC= 90o. Logo ACD ´e um triˆangulo retˆangulo em ˆC, e deste podemos obter a seguinte relac¸˜ao:

sen ˆD= AC AD,

(25)

Figura 2.3: Circunferˆencia de raio r

ˆB e ˆD est˜ao inscritos em um mesmo arco, logo ˆB ≡ ˆD, ent˜ao podemos reescrever a equac¸˜ao (2.20) da seguinte forma:

sen ˆB= b 2r, b sen ˆB = 2r. (2.21) De modo an´alogo, a sen ˆA = 2r e c sen ˆC = 2r. Portanto, a sen ˆA = b sen ˆB = c sen ˆC.

2.2

Lei dos cossenos

Teorema 2.2 Para todo triˆangulo ABC, o quadrado da medida de um lado qualquer ´e igual a soma dos quadrados das medidas dos outros dois lados, subtra´ıda do dobro do produto das medidas desses dois lados pelo cosseno do ˆangulo formado por eles, ou seja, em um triˆangulo onde a, b e c, s˜ao as medidas dos lados BC, AC e AB, respectivamente. Temos,

a2 = b2+ c2− 2bccos ˆA (2.22) Demonstrac¸˜ao:

Dado um triˆangulo qualquer ABC, com medidas a, b e c, dos lados BC, AC e AB respectivamente. Vamos demonstrar que a2 = b2 + c2 − 2bccos ˆA. Consideremos os

seguintes casos:

(26)

Figura 2.4: Triˆangulo com ˆangulo ˆA agudo

Seja h= BH a altura baixada de B sobre o lado AC, onde H pertence ao segmento AC. Fazendo AH = x e HC = b − x como ilustrado na figura 2.4. Podemos obter a seguinte relac¸˜ao do triˆangulo AHB, retˆangulo em H:

cos ˆA= AH AB, ou seja, cos ˆA= x c. Da´ı, x= c · cos ˆA. (2.23) Aplicando o Teorema de Pit´agoras nos triˆangulos retˆangulos AHB e BHC, ambos retˆangulos em H, obtemos:

• No triˆangulo AHB, temos que:

c2 = h2+ x2.

Escrevendo h2em func¸˜ao de c2e x2, teremos:

h2= c2− x2. (2.24) • No triˆangulo BHC, temos que:

a2 = h2+ (b − x)2,

ou seja,

a2 = h2+ b2− 2bx + x2. (2.25) Substituindo e equac¸˜ao (2.23) e (2.24) em (2.25), teremos:

a2 = c2− x2+ b2− 2bc · cos ˆA+ x2,

ou seja,

a2= b2+ c2− 2bc · cos ˆA. (2.26) Portanto a equac¸˜ao (2.22) ´e v´alida quando o ˆangulo ˆA ´e agudo.

(27)

Figura 2.5: Triˆangulo com ˆangulo ˆA obtuso

Seja h = BH a altura baixada do v´ertice B a semirreta CA, onde H pertence a semirreta CA. Fazendo AH= x e HC = b + x como ilustrado na figura 2.5. Podemos obter as seguintes relac¸ ˜oes do triˆangulo AHB, retˆangulo em H.

cos(180o− α) = AH AB, ou seja, cos(180o− α) = x c. Da´ı, x= c · cos(180o− α). (2.27) Fazendo uso do Teorema de Ptolomeu, teremos:

cos(180o− α) = cos180o· cosα + sen180o· senα. (2.28) Como cos180o = −1 e sen180o= 0, substituindo em (2.28), teremos:

cos(180o− α) = −cosα. (2.29) Note ainda que ˆA= α, assim

cos(180o− ˆA)= −cos ˆA.

Podemos reescrever a equac¸˜ao (2.27) da seguinte forma:

x= −c · cos ˆA. (2.30) Aplicando o Teorema de Pit´agoras nos triˆangulos retˆangulos BHA e BHC, ambos retˆangulos e H, obtemos:

• No triˆangulo BHA,

c2 = h2+ x2.

Escrevendo h2em func¸˜ao de c2e x2, teremos:

(28)

• No triˆangulo BHC,

a2 = h2+ (b + x)2,

ou seja,

a2 = h2+ b2+ 2bx + x2. (2.32) Substituindo as equac¸ ˜oes (2.30) e (2.31) em (2.32), teremos:

a2 = c2− x2+ b2− 2bccos ˆA+ x2,

ou seja,

a2= b2+ c2− 2bccos ˆA. (2.33) Logo a equac¸˜ao (2.22) ´e v´alida, quando o ˆangulo ˆA ´e obtuso.

Um caso particular da lei dos cossenos ´e o Teorema de Pit´agoras. De fato, basta tomarmos ˆA= 90o, como cos90o= 0, ent˜ao

a2 = b2+ c2− 2bccos90o

a2 = b2+ c2 (2.34) Como a equac¸˜ao (2.22) ´e v´alida para um ˆangulo agudo, obtuso e reto, temos que a equac¸˜ao ´e v´alida para qualquer triˆangulo.

(29)

Cap´ıtulo 3

APLICAC

¸ ˜

OES

Nesse cap´ıtulo ser˜ao apresentadas diversas situac¸ ˜oes, onde se pode aplicar a lei dos senos, lei dos cossenos, e mostrar a funcionalidade dessas leis como um meio facilitador na resoluc¸˜ao de diversas situac¸ ˜oes problemas.

Como visto no primeiro cap´ıtulo desse trabalho, o leitor tem a oportunidade de se aprofundar um pouco na hist ´oria da trigonometria e perceber o quanto a mesma foi um instrumento ´util na vida das pessoas.

No princ´ıpio o real interesse dos povos antigos em estudar a trigonometria es-tava na necessidade em resolver problemas relacionados `a agrimensura, navegac¸˜ao e astronomia, na verdade `a aplicabilidade da trigonometria para descobertas na astro-nomia ´e o que impulsionou o estudo aprofundado nessa ´area do conhecimento. O que comec¸ou a ser visto como uma ferramenta auxiliadora para a astronomia tornou-se um fator contribuinte para outras ´areas, tais como arquitetura, engenharia civil, f´ısica, c´alculo de distˆancias inacess´ıveis, e at´e mesmo na m ´usica. Segundo (Boyer, C.D, 1971) “A aplicabilidade da trigonometria nos v´arios campos da atividade humana ´e atual-mente, incontest´avel. Mas provavelmente os que fizeram os primeiros estudos sobre triˆangulos n˜ao vislumbraram esses horizontes”, apesar de n˜ao enxergar a dimens˜ao em aplicac¸˜ao que a trigonometria possui com o passar dos tempos ela tornou-se uma ferramenta indispens´avel para soluc¸˜ao de diversos problemas.

Para alguns ´e f´acil perceber a dimens˜ao em que a lei dos senos, e lei dos cossenos pode ser aplicada, enquanto que para outros n˜ao passa de um mero conte ´udo que deve ser visto na escola, e que n˜ao possui nenhuma utilidade para a vida.

A lei dos senos e dos cossenos ´e uma ferramenta muito utilizada pelos engenheiros, para a construc¸˜ao de um mapa top ´ografo, no c´alculo de distˆancias inacess´ıveis, ´areas de terreno, per´ımetro, mas para que sejam realizados esses c´alculos ´e necess´ario que se conhec¸a algumas medidas de lados e ˆangulos, algumas dessas medidas s˜ao encon-tradas usando equipamentos chamados de teodolito, fita m´etrica e trena. O teodolito

(30)

´e um instrumento utilizado para medir ˆangulos, tanto nos planos horizontal como vertical sendo composto basicamente por um telesc ´opio que pode ser girado em eixos perpendiculares. Em alguns exemplos veremos a necessidades desses equipamentos na resoluc¸˜ao de problemas.

3.1

Problema I

Medir a distˆancia de um ponto do Rio de Janeiro a um ponto vis´ıvel de Niter ´oi. Enunciado: De um ponto A na praia do Flamengo no Rio de Janeiro, avista-se um ponto P na praia de Icara´ı em Niter ´oi (estes dois pontos est˜ao em lados opostos do canal de entrada da Ba´ıa de Guanabara). De um ponto B na Praia do Flamengo, distante 1 km de A tamb´em se avista o ponto P Figura 3.1. Um observador no Rio de Janeiro mediu os ˆangulos BAP=119oe ABP=52o. Qual ´e a distˆancia entre A e P?

Figura 3.1: Representac¸˜ao do problema I

FONTE:Temas e Problemas(2011)

Soluc¸˜ao: Como pretende-se calcular a distˆancia entre o ponto A na praia do Fla-mengo no Rio de Janeiro ao ponto P na praia de Icara´ı em Nitero´ı, podemos aplicar a lei dos senos para determinar essa distˆancia

1

sen ˆP = x

sen52o. (3.1)

Para determinar a medida do ˆangulo ˆP, sabe-se que a soma dos ˆangulos internos de

um triˆangulo ´e 180o, temos:

119o+ 52o+ ˆP = 180o, ou seja,

ˆ

P= 9o.

Substituindo ˆP= 9ona equac¸˜ao (3.1), temos: 1

sen9o =

x sen52o

(31)

como sen9o = 0, 1564 e sen52o = 0, 7880, temos:

x= 0, 7880

0, 1564, ou seja,

x= 5, 04.

Logo a distˆancia entre A e P ´e aproximadamente 5,04 km

3.2

Problema II

Medir a distˆancia entre dois pontos, ambos inacess´ıveis.

Enunciado: De uma praia ´e poss´ıvel ver duas ilhas X e Y. Um observador assinala nesta praia dois pontos A e B distantes 1 km entre si, e com seu instrumento mede os seguintes ˆangulos: XAY=62o, YAB=54o, ABX=46oe XBY=74o. Qual ´e a distˆancia entre X e Y?

Soluc¸˜ao: Para determinar a distˆancia do ponto X ao ponto Y, aplicaremos a lei dos senos e lei dos cossenos. A figura 3.2 ilustra a situac¸˜ao descrita no problema.

Figura 3.2: Representac¸˜ao do problema II

Como AXB = 18o, sen18o = 0, 309 e sen46o = 0, 719, aplicando a lei dos senos no triˆangulo AXB, temos:

1 sen18o = AX sen46o, ou seja, AX= 0, 719 0, 309. Da´ı, AX= 2, 32km.

Do mesmo modo, aplicando a lei dos senos no triˆangulo AYB, como AYB= 6o, sen6o= 0, 105 e sen120o = 0, 866, temos:

1

sen6o =

AY sen120o,

(32)

ou seja,

AY= 0, 866

0, 105. Da´ı,

AY= 8, 28km.

Como AX= 2, 32, AY = 8, 28, XAY = 62oe cos62o= 0, 469, aplicando a lei dos cossenos no triˆangulo AXY, podemos determinar a distˆancia do ponto X ao ponto Y, temos:

XY2= AX2+ AY2− 2 · AX · AY · cos(X ˆAY),

ou seja,

XY2= 2, 322+ 8, 282− 2 · 2, 32 · 8, 28 · 0, 469.

Da´ı,

XY= 7, 4km.

Portanto a distˆancia procurada ´e de aproximadamente 7,4 Km.

3.3

Problema III

Uma estrada que est´a sendo constru´ıda em um plano horizontal e ser´a formada pelos trechos retos XP, PQ e QY como mostra a Figura 3.3. No trecho PQ ser´a constru´ıdo um t ´unel para atravessar a montanha. Os engenheiros devem saber tanto em P quanto em Q, que direc¸˜ao devem tomar para construir o t ´unel AB de forma que o trecho PABQ seja reto. Eles ent˜ao fixaram um ponto C do plano horizontal, vis´ıvel tanto de P quanto de Q e determinaram as seguintes medidas: CP= 1, 2km, CQ = 1,8km e PCQ = 27o. Calcule os ˆangulos CPQ e CQP.

Figura 3.3: Representac¸˜ao do problema III

(33)

Soluc¸˜ao: Seja CPQ = α e CQP = β, para determinar as medidas desses ˆangulos, primeiro vamos calcular a medida do lado PQ. Aplicando a lei dos cossenos no triˆangulo PCQ, temos:

PQ2= PC2+ QC2− 2 · PC · QC · cos(P ˆCQ)

como cos(C ˆPQ)= cos27oe cos27o= 0, 891, temos:

PQ2 = 1, 22+ 1, 82− 2 · 1, 2 · 1, 8 · 0, 891.

Da´ı,

PQ= 0, 911km.

Agora, para determinar a medida deα, vamos aplicar a lei dos senos no triˆangulo PCQ, temos:

QC senα =

PQ

sen27o, (3.2)

como QC= 1, 8km, PQ = 0, 911km e sen27o = 0, 454, substituindo na (3.2), obtemos: 1, 8 senα = 0, 911 0, 454, ou seja, senα = 0, 897.

Como senα = 0, 897, ent˜ao α = 63, 8o. Consequentemente, β = 89, 2o. Portanto os ˆangulos procurados s˜ao aproximadamenteα = 63, 8oeβ = 89, 2o.

3.4

Problema IV

Duas lanchas rebocam um barco de passageiros que se encontra com problemas em seus motores. Sabendo – se que a forc¸a resultante ´e igual a 30 kN, encontre suas componentes nas direc¸ ˜oes AC e BC.

Figura 3.4: Representac¸˜ao do problema IV

(34)

Soluc¸˜ao: Considere os vetores FAC e FBC correspondentes as componentes

procu-radas no problema. Trac¸ando os vetores FBP e FAP, paralelas aos vetores FAC e FBC

respectivamente, teremos:

Figura 3.5: Representac¸˜ao da problema IV

Como FBC//FAPent˜ao os ˆangulos P ˆCB≡ C ˆPA. Logo C ˆPA = 40o, consequentemente

P ˆAC= 110o. Assim, aplicando a lei dos senos no triˆangulo PAC, temos:

FR sen110o = FAC sen40o, ou seja, 30 0, 94 = FAC 0, 643. Da´ı, FAC = 20, 52KN.

Logo, a componente AC=20,52KN.

Do mesmo modo, como FBC//FAPos ˆangulos P ˆCA≡ C ˆPB. Logo C ˆPB = 30o,

consequen-temente P ˆBC= 110o. Assim, aplicando a lei dos senos nos triˆangulos PBC, temos:

FR sen110o = FBC sen30o, ou seja, 30 0, 94 = FBC 0, 5. Da´ı, FBC = 15, 96KN. Logo a componente BC=15,96KN

(35)

3.5

Problema V

Um top ´ografo, a partir dos pontos A e B, distantes de 20m, realiza a medic¸˜ao dos ˆangulos horizontais a duas balizas colocadas em D e C, com o aux´ılio de um teodolito. Calcule a distˆancia entre as balizas (CEFET, 1984).

Figura 3.6: Representac¸˜ao do problema V

Soluc¸˜ao: Como D ˆAB = 100o e A ˆBD = 30o, consequentemente B ˆDA = 50o. Apli-cando a lei dos senos no triˆangulo ADB, temos:

AB sen50o =

AD

sen30o. (3.3)

Como sen50o= 0, 766 e sen30o= 0, 5, substituindo em (3.3), temos: 20 0, 766 = AD 0, 5, ou seja, AD= 13, 05m. (3.4)

Do mesmo modo, como C ˆAB = 40o e A ˆBC = 115o, consequentemente B ˆCA = 25o. Aplicando a lei dos senos no triˆangulo ACB, temos:

AB sen25o =

AC

sen115o. (3.5)

Como sen25o= 0, 422 e sen115o= 0, 906, substituindo em (3.5), temos: 20 0, 422 = AC 0, 906, ou seja, AC= 42, 93. (3.6)

(36)

Para determinar a distˆancia entre as balizas CD, vamos aplicar a lei dos cossenos no triˆangulo DAC, ou seja,

DC2= AD2+ AC2− 2 · AD · AC · cos60o. (3.7) Substituindo as equac¸ ˜oes (3.4) e (3.6) em (3.7), temos:

DC2 = 13, 052+ 42, 932− 2 · 13, 05 · 42, 93 · 0, 5,

ou seja,

DC= 38, 11.

Logo a distˆancia entre as duas balizas ´e de aproximadamente 38,11m.

3.6

Problema VI

Para a execuc¸˜ao de um determinado projeto mediu-se o comprimento do segmento AC tendo-se obtido 1210,46 m. Foram depois estacionados dois teodolitos nos pontos B e D do terreno, situados em lados opostos de AC, tendo-se observado os seguintes ˆangulos:

D ˆBA= 49, 6478o C ˆBD= 75, 2577o A ˆDB= 70, 3605o B ˆDC= 32, 9414o

Calcular o comprimento BD, sabendo que os quatro pontos definem o quadril´atero [ABCD].(grifo)

Soluc¸˜ao: Para determinar a distˆancia do ponto B ao ponto D, aplicaremos as lei dos senos e lei dos cossenos. A figura 3.7 ilustra a situac¸˜ao descrita no problema.

(37)

Sejam AD = y, DC = z e BD = x, como ˆA = 59, 9917oe ˆC = 71, 8009o, aplicando a lei dos senos no triˆangulo ADB, temos:

x

sen59, 9917o =

y sen49, 6478o. Como sen59, 9917o = 0, 866 e sen49, 6478o= 0, 762, temos:

y= 0, 762x

0, 866 . (3.8)

Do mesmo modo, aplicando a lei dos senos no triˆangulo CDB, temos:

x

sen71, 8009o =

z sen75, 2577o. Como sen71, 8009o = 0, 949 e sen75, 2577o= 0, 967, temos:

z= 0, 967x

0, 949 . (3.9)

Aplicando a lei dos cossenos no triˆangulo ADC, obtemos:

1210, 462 = y2+ z2− 2yz · cos ˆD. (3.10) Como ˆD= 103, 3019, substituindo as equac¸˜oes (3.8) e (3.9) em (3.10), temos:

(0, 762x 0, 866 )2+ ( 0, 967x 0, 949 )2− 2 · 0, 762x 0, 866 · 0, 967x 0, 949 · cos103, 3019o= 1210, 462 Dai, x 811, 5m.

(38)

Cap´ıtulo 4

CONSIDERAC

¸ ˜

OES FINAIS

Esta pesquisa teve por objetivo ampliar o conhecimento sobre o objeto de estudo apresentado, que foi a lei dos senos e lei dos cossenos, nos quais foram explorados pontos essenciais para um melhor entendimento sobre o conte ´udo, que s˜ao eles: surgi-mento, demonstrac¸˜ao e aplicac¸ ˜oes.

´E not´avel a dificuldade encontrada tanto por partes dos professores quanto dos alunos quando se trata de qualquer assunto que esteja relacionado `a trigonometria, por n˜ao perceber a vasta aplicac¸˜ao que a mesma possui, pensa-se que o determinado assunto n˜ao possui nenhuma utilidade e n˜ao faz sentido em aprender.

No decorrer do trabalho vˆe-se que a trigonometria comec¸ou a ser explorada, pois tinha grande utilidade na vida humana seja em quest ˜oes relacionadas `a agricultura ou a astronomia, da´ı pode-se concluir a influˆencia que a mesma possui na vida da humanidade, e que muitas vezes passa despercebida por n˜ao terem uma experiˆencia aprofundada com o conte ´udo, com base nisso o trabalho foi escrito mostrando algumas aplicac¸ ˜oes pr´aticas onde a lei dos senos e lei dos cossenos ´e aplicada.

Para que o leitor tenha a intimidade, e esclarec¸a as suas d ´uvidas relacionadas `a lei dos senos e lei dos cossenos, ´e que se apresentam caracter´ısticas que s˜ao necess´arias para uma melhor compreens˜ao das leis, tais como os primeiros ind´ıcios do surgimento, a primeira obra na qual as leis foram apresentadas, a comprovac¸˜ao da sua existˆencia atrav´es da demonstrac¸˜ao e aplicac¸ ˜oes tanto na ´area da matem´atica como na f´ısica e topografia.

´E importante ressaltar as contribuic¸˜oes de trabalhar a lei dos senos e lei dos cossenos no ensino m´edio de modo a tornar o conhecimento do aluno significativo, e uma maneira alternativa de expor isso para os alunos ´e trabalhando desde o surgimento at´e a aplicac¸˜ao das leis em diversas situac¸ ˜oes, para que se perceba que elas est˜ao muito al´em da matem´atica.

(39)

estudo apresentado, tornando a aprendizagem significativa e constituindo no leitor um olhar cr´ıtico sobre o conte ´udo, e perceba o quanto se faz necess´ario o estudo da lei dos senos e lei dos cossenos.

(40)

Referˆencias Bibliogr´aficas

[1] BOYER, Carl B.; MERZBACH, Uta C. Hist ´oria da Matem´atica. 3. ed. S˜ao Paulo: Blucher, 2012. 504 p.

[2] BOYER, Carl B. . Hist ´oria da Matem´atica. 2. ed. S˜ao Paulo: Edgard Blucher, 1996. [3] BOYER, C.D. Historia da Matem´atica. S˜ao Paulo, Edgard Bucher, 1971

[4] COSTA, Nielce Meneguelo Lobo da. A Hist ´oria da Trigonometria. Dispon´ıvel em:

<http://www.ufrgs.br/espmat/disciplinas/geotri/modulo3/mod3 pdf/historia triogono.pdf> Acesso em: 12 de agosto de 2015

[5] DANTE, Luiz Roberto. Matem´atica: Contexto e Aplicac¸ ˜oes. S˜ao Paulo: ´atica, 2012. 384 p

[6] EVES, Howard. Introduc¸˜ao a hist ´oria da matem´atica. 5. ed. Campinas: Unicanp, 2011.

[7] KENNEDY, Edwards S.T ´opicos de historia da matem´atica para uso em sala de

aula. 3. ed. S˜ao Paulo: Atual, 1992. 4

[8] MORAIS FILHO, Daniel Cordeiro de. Manual de Redac¸˜ao Matem´atica: Com um

dicion´ario etimol ´ogico de palavras usadas na Matem´atica. Rio de Janeiro: Sbm, 2014. 172 p.

[9] MORGADO, Augusto C´esar; LIMA, Elon Lages; CARVALHO, Paulo Cezar Pinto; WAGNER, Eduardo. Temas e Problemas. 3. ed. Rio de Janeiro: Solgraf, 2011. 193 p. [10] PARIS, Wanderson S. <http://www.cronosquality.com/aulas/ms/ms01.pdf>.

Acesso em: 15 de agosto de 2015.

[11] ROQUE, Tatiana; CARVALHO, Jo˜ao Bosco Pitombeira de. T ´opicos de Hist ´oria da

Matematica. Rio de Janeiro: Sbm, 2012. 452 p.

[12] VEIGA, Luis Augusto Koenig; ZANETTI, Maria Aparecida Z.; FAGGION, Pedro Luis. Fundamentos de Topografia. 2007. Dispon´ıvel

(41)

em:<www.ebah.com.br/content/ABAAAANdQAL/topografia>. Acesso em: 14 ago. 2015.

[13] COIMBRA, Departamento de Matem ´Atica Universidade de. TOPOGRAFIA:

Licenciatura em Eng. Civil. 2004/2005. Dispon´ıvel em:<http://www.mat.uc.pt/

Referências

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