ATIVIDADE PROGRAMADA COMPLEMENTAR- APC

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ATIVIDADE PROGRAMADA COMPLEMENTAR- APC 11 Atividade elaborada para o período de Distanciamento Social em virtude

do COVID-19 (Corona Vírus)

Lembrete ao aluno - ao receber esta atividade, entre em contato com o seu líder de turma para confirmação do recebimento.

Após análise dos resultados do 1° Semestre, no intuito de melhorar a Aprendizagem, é preciso realizar as APCs. Entre em contato com sua coordenação para maiores informações sobre a recuperação.

Disciplina: Matemática

Professor(a): Emerson de Lima Garcia

Turmas: 3M

Competências e habilidades: Compreender a definição de reta, para que possam calcular o seu coeficiente angular e linear; Calcular distância entre ponto e reta; Compreender a definição de circunferência para que possam identificar o seu centro e o raio r.

Conteúdo: Geometria analítica.

Metodologia: Os alunos deverão ler a teoria descrita nesta APC e em seguida resolver os exercícios. Os alunos poderão também assistir as vídeo aulas disponíveis no google classroom.

E-mail do professor ou Classroom: emersonlimagarcia@gmail.com

Horário de atendimento a dúvidas: Quarta e Quinta das 19:00 ás 21:00.

Valor da atividade: 4,0

Período para realização: 24/08 até 28/08 e de 31/08 até 04/09

Prazo de entrega: 04/09

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1 Geometria Anal´ıtica: Retas

1.1 Inclina¸

c˜

ao de uma reta

Seja α a medida do angulo que a reta r forma com o eixo x. A medida α do angulo é denominado inclina¸cão da reta r. Quanto a inclina¸cão de retas não paralelas ao eixo x, podemos ter:

Se a reta r é paralela ao eixo x, dizemos que sua inclina¸cão é zero, ou seja, α = 0◦.

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1.2 Coeficiente angular de uma reta

Consideramos uma reta r de inclina¸cão α em rela¸cão ao eixo x. O coeficiente angular ou a declividade dessa reta r é o número real m que expressa a tangente trigonométrica de sua inclina¸cão α, ou seja:

m = tan α.

Vamos observar os v´arios casos, considerando 0◦ ≤ α < 180◦_:

Vejamos agora que ´e poss´ıvel calcular o coeficiente angular de uma reta a partir das coordenadas de dois de seus pontos.

Como para α = 0◦ (reta horizontal) a declividade é 0 e para α = 90◦ (reta vertical) não há declividade, vamos analisar os casos de 0◦ < α < 90◦ e 90◦ < α < 180◦:

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Seja r a reta determinada por A(x1, y1) e B(x2, y2) e seja C(x2, y1). No triˆangulo

retˆangulo ABC ( o angulo C ´e reto), temos que:

tan α = d(C, B) d(A, C) = ∆y ∆x = y2 − y1 x2 − x1 ⇒ m = y2− y1 x2− x1 .

A(x1, y1), B(x2, y2) e C(x2, y1). No triângulo retângulo ABC ( o angulo C é reto),

temos que: tan(180◦− α) = d(C, B) d(C, A) = ∆y ∆x = y2− y1 x1− x2

Como tan(180◦− α) = − tan α, vem: − tan α = y2− y1 x1− x2 ⇒ tan α = y2 − y1 −(x1 − x2) ⇒ m = y2− y1 x2− x1 .

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Observe que x2 6= x1, ja que r n˜ao ´e paralela ao eixo y. Podemos concluir que, se

A(x1, y1) e B(x2, y2) são dois pontos distintos quaisquer na reta r, que não é paralela ao

eixo y (x1 6= x2), a declividade ou coeficiente angular de r, que indicaremos por m, ´e dada

por: m = ∆y ∆x = y2− y1 x2− x1 .

Assim, temos duas maneiras de obter o coeficiente angular de uma reta, quando ele existir:

• Conhecendo a inclina¸c˜ao α da reta, calculamos m = tan α;

• Conhecendo dois pontos A(x1, y1) e B(x2, y2) da reta, calculamos

m = y2− y1 x2− x1

.

Observa¸cão: Agora você pode utilizar outro método para verificar o alinhamento de três pontos, comparando os coeficientes angulares das retas que passam pelos pontos dois a dois. Por exemplo, na verifica¸cão do alinhamento de três pontos A(x1, y1), B(x2, y2) e

C(x3, y3), podemos verificar se ocorre,

y2− y1

x2− x1

= y3− y2 x3− x2

.

1.3 Equa¸

c˜

ao fundamental da reta

J´a vimos que dois pontos distintos determinam uma reta, ou seja, dados dois pontos distintos, existe uma ´unica reta que passa pelos dois pontos.

Da mesma forma, um ponto P0(x0, y0) e a declividade m determinam uma reta r.

Considerando P (x, y) um ponto genérico dessa reta, veremos que se pode chegar a uma equa¸cão, de incógnitas x e y, a partir dos números x0, y0 e m, que será chamada equa¸cão

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Considerando um ponto P (x, y) qualquer sobre a reta e tan α = m, temos: tan α = d(C, P ) d(P0, C) ⇒ m = y − y0 x − x0 ⇒ y − y0 = m(x − x0) Observa¸c˜oes:

1. A equa¸c˜ao y − y0 = m(x − x0) independe de m ser positivo ou negativo e da

localiza¸c˜ao do ponto P0.

2. Se a reta é paralela ao eixo x temos m = 0 e a equa¸cão da reta será dada por y = y0.

3. Se a reta é paralela ao eixo ytodos os pontos da reta tem a mesma abscissa e a equa¸cão será dada por x = x0.

1.4 Formas da equa¸

c˜

ao da reta

A partir de agora, estudaremos quatro formas de representar a equa¸cão da reta: a equa¸cão reduzida, a equa¸cão geral, a equa¸cão segmentaria e a equa¸cão paramétrica. Já vimos que a equa¸cão fundamental da reta que passa por um ponto P0(x0, y0) com declividade m é

dada por y − y0 = m(x − x0). Se escolhermos o ponto particular (0, n), isto ´e o ponto em

que a reta intersecta o eixo y, para o ponto (x1, y1) temos:

y − n = m(x − 0) ⇒ y − n = mx ⇒ y = mx + n

O número real n, que é a ordenada do ponto em que a reta intersecta o eixo y, é chamado coeficiente linear da reta.

Essa forma é especialmente importante porque permite obter o coeficiente angular de uma reta a partir de uma equa¸cão, além de expressar claramente a coordenada y em fun¸cão de x. Essa equa¸cão é conhecida como equa¸cão reduzida da reta.

Agora, consideremos uma reta r que n˜ao passa por (0, 0), intersecta o eixo x no ponto A(a, 0), e intersecta o eixo y no ponto B(0, b). Conforme a figura abaixo.

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Calculando o coeficiente angular, temos:

m = 0 − b

a − 0 ⇒ m = − b a

Usando a forma reduzida y = mx + n, em que m = −b

a n = b, vem:

y = −b

ax + b ⇒ ay = −bx + ab ⇒ bx + ay = ab Dividindo os dois membros por ab (a 6= 0 e b 6= 0), temos:

bx ab + ay ab = ab ab ⇒ x a + y b = 1

Esta é a forma segmentária da equa¸cão da reta que não passa por (0, 0) e intersecta os eixos nos pontos (a, 0) e (0, b). Observamos também que toda reta do plano possui uma equa¸cão da forma:

ax + by + c = 0

nesta equa¸cão a, b e c são constantes e a e b não são simultaneamente nulos. Essa equa¸cão é denominada equa¸cão geral da reta. Por exemplo a reta:

a) y = −3

4x + 1 pode ser escrita na forma geral 3x + 4y − 4 = 0

b) x 2 +

y

2 = 1 pode ser dada na forma geral 5x + 2y − 10 = 0

c) x = 2 que ´e uma reta vertical, pode ser dada por 1x + 0y − 2 = 0;

d) y = 5, que ´e paralela ao eixo x, pode ser dada por 0x + 1y − 5 = 0.

Observa¸c˜ao 1. Fique atento!

Podemos chegar na equa¸cão geral da reta pela fórmula do alinhamento de três pontos. Seja os pontos A(a, b) e B(c, d), as extremidades de uma reta r. Considerando um terceiro ponto genérico P (x, y), pertencente a r, podemos determinar a equa¸cão da reta que passa

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pelos pontos A, B e P calculando o alinhamento entre eles, isto ´e, fazendo: x y 1 a b 1 c d 1 = 0

Calculando esse determinante e igualando a zero temos:

bx + cy + ad − bc − xd − ay = 0 ⇒ (b − d)x + (c − a)y + (ad − bc) = 0 Tomando (b − d) = Q, (c − a) = R e (ad − bc) = S com R, Q e S pertencentes aos n´umeros reais. Podemos reescrever a express˜ao acima da forma:

Qx + Ry + S = 0,

na qual ´e a equa¸c˜ao geral da reta.

As equa¸cões paramétricas são formas de representar retas por meio de um parâmetro, ou seja, uma variável vai fazer a liga¸cão entre duas equa¸cões que foram obtidas da equa¸cão de uma mesma reta.

  

x = f (t) y = g(t)

Se f (t) e g(t) são fun¸cões afins, então essas equa¸cões representam uma reta.

Exemplo: Sabendo-se que as equa¸cões paramétricas de uma reta são

   x = 3 − t y = 2 + t ,

obtenha uma equa¸c˜ao geral dessa reta. Solu¸c˜ao:

Isolando t na equa¸c˜ao x = 3 − t, temos t = 3 − x.

substituindo t = 3 − x na equa¸cão y = 2 + t, vem: y = 2 + 3 − x ⇒ x + y − 5 = 0. Portanto, a equa¸cão geral da reta é x + y − 5 = 0.

1.5 Posi¸

c˜

oes relativas de duas retas no plano

1.5.1 Retas paralelas

Sendo α1 a inclina¸c˜ao da reta r e α2 a inclina¸c˜ao da reta s, temos:

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Se as inclina¸cões são iguais, as retas são paralelas (r k s). Veja as figuras a seguir, que mostram duas retas distintas e não verticais, que são paralelas.

α1 = α2 ⇔ tan α1 = tan α2 ⇔ m1 = m2 ⇔ r k s

Duas retas distintas e não verticais, r e s, são paralelas se, e somente se, seus coeficientes angulares são iguais (m1 = m2)

1.5.2 Retas concorrentes

Duas retas do mesmo plano com coeficientes angulares diferentes não são paralelas; logo, são concorrentes.

Duas retas distintas e não verticais, r e s, são concorrentes se, e somente se, seus coeficientes angulares são diferentes (m1 6= m2).

1.5.3 Intersec¸c˜ao de duas retas

Na figura abaixo mostra duas retas r e s, do mesmo plano, que se intersectam no ponto P (a, b).

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Como P pertence as duas retas, suas coordenadas devem satisfazer simultaneamente ´

as equa¸cões dessas duas retas. Portanto, basta resolver o sistema para encontrar as coordenadas do ponto P de interseçcão.

Observa¸cão 2. Pela resolu¸cão de sistemas podemos verificar a posi¸cão relativa de duas retas de um mesmo plano. Assim, temos:

• Sistema poss´ıvel e determinado(um ´unico ponto comum): retas concorrentes; • Sistema poss´ıvel e indeterminado (infinitos pontos comuns): retas Coincidentes. • Sistema imposs´ıvel (nenhum ponto comum): retas paralelas distintas;

1.6 Perpendicularidade de duas retas

A figura abaixo mostra a reta r de inclina¸c˜ao α1, e a reta s de inclina¸c˜ao α2 tal que r e s

s˜ao perpendiculares.

Se uma reta s, com coeficiente angular m2, ´e perpendicular a uma reta r, com

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r ⊥ s ⇔ m2 = − 1 m1 (com m1, m2 6= 0) ou r ⊥ s ⇔ m1· m2 = −1

1.7 Distancia de um ponto a uma reta

1.7.1 F´ormula da distˆancia de um ponto a reta

Para um ponto P (xp, yp) e uma reta r de equa¸c˜ao ax + by + c = 0, chegamos a uma

fórmula que facilita o cálculo da distância d do ponto P até a reta r.

d = |ax√p+ byp + c| a2_{+ b}2 .

Exemplo 1.1. Vamos calcular a distancia do ponto P (3, 2) at´e a reta r : 3x + 4y + 1 = 0.

Solu¸cão: Basta então substituirmos na fórmula:

d = |ax√p + byp+ c| a2_{+ b}2 ⇒ d = |3 · 3 + 4 · 2 + 1| √ 32_{+ 4}2 ⇒ d = |18| √ 25 ⇒ d = 18 5

1.8 Area de uma regi˜

´

ao triangular

1.8.1 Fórmula da área de uma região triangular

Se os vértices de um triangulo são os pontos A(x1, y1), B(x2, y2) e C(x3, y3), então a área

dessa regi˜ao triangular ´e dada por:

S = 1 2· |D|, em que D = x1 y1 1 x2 y2 1 x3 y3 1

Note que esse determinante D foi estudado na parte de alinhamento entre três pontos. Perceba que se os pontos que formam os vértices do triangulo estivem alinhados significa que não temos um triangulo, e sim uma reta. Portanto ao fazer o calculo da área resultara em zero.

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2 Geometria anal´ıtica: Circunferˆ

encia.

2.1 Defini¸

c˜

ao e equa¸

c˜

ao

Uma circunferˆencia com centro O(a, b) e raio r ´e o conjunto de todos os pontos P (x, y) do plano equidistante de O, ou seja:

d(P, O) =p(x − a)2_{+ (y − b)}2 _{= r}

Elevando ambos os membros ao quadrado, temos:

(x − a)2+ (y − b)2 = r2 ⇒ (equa¸cão da circunferência de centro (a, b) e raio r) Observa¸cão 3. No caso particular do centro da circunferência ser a origem, então a equa¸cão é dada por:

x2+ y2 = r2.

Ao desenvolvermos a equa¸c˜ao da circunferˆencia (x − a)2_{+ (y − b)}2 _{= r}2 _{obtemos o que}

se chama equa¸c˜ao geral ou normal da circunferˆencia.

x2− 2ax + a2_{+ y}2_{− 2by + y}2_{− r}2 _{= 0} _⇒ _x2_{+ y}2_{− 2ax − 2by + (a}2_{+ b}2_{− r}2_).

Exemplo: A equa¸c˜ao x2_{+ y}2_{− 2x + 4y − 4 = 0 ´e a equa¸c˜}_{ao geral de uma circunferˆ}_encia

porém, não nos fornece quem é o centro e o raio.

Temos dois métodos para identificar o raio e o centro da circunferência a partir da equa¸cão geral.

1. Método de completar quadrados Nesse método, o objetivo é obter os quadrados perfeitos (x − a)2 e (y − b)2 a partir das informa¸cões apresentadas na equa¸cão geral. Vejamos como ele funciona com a equa¸cão geral x2_{+ y}2_{− 2x + 4y − 4 = 0:}

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• agrupam-se na equa¸c˜ao geral os termos em x e os termos em y, isolando no outro membro o termo independente. ´E interessante deixar um espa¸co depois dos termos em x e dos termos em y, e dois espa¸cos no outro termo:

• Somam-se a ambos os termos da equa¸cão valores convenientes, de modo que os temos em x e os termos em y se transformem, cada qual, em um quadrado perfeito. Na pratica, usamos os espa¸cos vagos para escrever esses números. O número que completa o quadrado perfeito em x é o quadrado da metade do coeficiente de x, se o coeficiente de x2 _{for 1. Assim, como o coeficiente de x ´}_e

-2, metade de -2 ´e -1e o quadrado de -1 ´e 1, somamos 1 em ambos os membros:

• da mesma forma, o n´umero que completa o quadrado perfeito em y ´e o quadrado da metade do coeficiente de y, se o coeficiente de y2 _{for 1. Assim, como o}

coeficiente de y é 4, metade de 4 é 2 e o quadrado de 2 é 4, somamos 4 em ambos os membros:

Assim temos os seguintes quadrados perfeitos:

Portanto, a equa¸c˜ao x2 + y2 − 2x + 4y − 4 = 0 representa uma circunferˆencia de centro (1, −2) e raio 3.

Observa¸c˜ao 4. Se os coeficientes de x2 _{e y}2 _n˜_{ao forem 1, basta dividir toda equa¸}_c˜_ao

geral por um n´umero conveniente de forma a torn´a-los 1.

2. Método da compara¸cão Nesse método, devemos comparar os coeficientes dos termos das duas equa¸cões: a equa¸cão teórica e a equa¸cão dada:

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Dessa forma:

−2a = −2 ⇒ a = 1 −2b = 4 ⇒ b = −2

a2+ b2− r2 _{= −4} _{⇒ 1}2_{+ (−2)}2_{− r}2 _{= −4} _{⇒ r}2 _{= 9} _{⇒ r = 3.}

Então o centro da circunferência é (1, −2) e o raio é 3.

2.2 Posi¸

c˜

oes relativas entre reta e circunferˆ

encia

Consideremos as três poss´ıveis posi¸cões de uma reta em rela¸cão a uma circunferência:

1. A reta t ´e secante a circunferˆencia:

Nesse caso, a distancia do centro da circunferência à reta é menor que o raio. A reta e a circunferência tem dois pontos comuns.

Observa¸c˜ao 5. Propriedades de reta e da circunferˆencia secantes:

• OM ⊥ AB

• M ´e ponto m´edio de AB (AB = 2AM )

• Teorema de Pit´agoras : (OM )2_{+ (BM )}2 _{= (BO)}2

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Nesse caso, a distancia do centro da circunferência à reta é igual ao raio. A reta e a circunferência tem um único ponto comum.

3. A reta t é exterior à circunferência:

Nesse caso, a distancia do centro da circunferência à reta é maior que o raio. A reta e a circunferência não tem ponto comum.

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Exerc´ıcios

1. Determine o coeficiente angular (ou declividade) da reta que passa pelos pontos:

a) A(3, 2) e B(−3, −1).

b) A(2, −3) e B(−4, 3).

c) P1(3, 2) e P2(3, −3).

d) P1(−1, 4) e P2(3, 2).

2. Determine a equa¸c˜ao da reta que satisfaz as seguintes condi¸c˜oes:

a) A declividade ´e 4 e passa pelo ponto A(2, −3).

b) A inclina¸c˜ao ´e 45◦ e passa pelo ponto P (4, 1).

c) Passa pelo ponto M (−2, −5) e tem coeficiente angular 0.

d) Passa pelos pontos A(3, 1) e B(−5, 4).

3. Passe a equa¸c˜ao da reta para a forma indicada:

a) x 3 +

y

2 = 1 para a forma reduzida. b) y − 6 = 1

2(x + 4) para a forma geral.

c) 3x + 9y − 36 = 0 para a forma segment´aria.

d)    x = 3 − t y = t + 2

para a forma geral.

4. Se as retas de equa¸c˜oes (a + 3)x + 4y − 5 = 0 e x + ay + 1 = 0 s˜ao paralelas, calcule o valor de a.

5. Num sistema de eixos cartesianos ortogonais , x + 3y + 4 = 0 e 2x − 5y − 2 = 0 são, respectivamente, as equa¸cões das retas r e s. Determine as coordenadas do ponto de interseçcão de r

6. Determine a equa¸cão da reta que passa pelo ponto P e é perpendicular à reta r em cada um dos seguintes casos:

a) P (−3, 2) e equa¸c˜ao de r : 3x + 4y − 4 = 0;

b) P (2, 6) e equa¸c˜ao de r : 2x − y + 3 = 0;

c) P (3, 5) e equa¸c˜ao de r : y − 4 = 0.

7. Nos seguintes casos, calcule a distancia do ponto P `a reta r :

a) P (0, 3) e 4x + 3y + 1 = 0

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c) P (3, −2) e 2x + y + 6 = 0

d) P (6, 4) e y − 2 = 0

8. Determine a área da região triangular que tem como vértices os pontos A(4, 0), B(−1, 1) e C(−3, 3)

9. Obtenha o raio e o centro das circunferˆencias a seguir:

a) 2x2_{+ 2y}2_{− 8x + 12y − 6 = 0}

b) x2 + y2− 6x − 2y − 6 = 0 c) x2_{+ y}2 _{− 4x − 8y + 16 = 0}

d) x2_{+ y}2_{+ 12x − 4y − 9 = 0}

10. A reta r de equa¸cão x+y−3 = 0 e a circunferência de equa¸cão (x+2)2_+(y−1)2 _{= 10}

são secantes nos pontos A e B. Determinem a área do triangulo cujos vértices são o centro da circunferência e os pontos A e B.