GElSON IEZZI
FUNDAMENTOS DE '"
7
MATEMATICA
ELEMENTAR
GEOMETRIA ANALíTICA
68 exercícios resolvidos com resposta
289 exercícios propostos com resposta
216 testes de vestibular com resposta
\.
Capa
Roberto Franklin Rondino
Sylvio Ulhoa Cintra Filho
Rua Inhambu, 1235 - S. Paulo
APRESENTACÃO
I
Composição e desenhos
AM Produções Gráficas Ltda.
Rua Castro Alves, 135 - S. Paulo
Artes
Atual Editora Ltda.
Fotolitos
Marka Silk Screen Ltda.
Rua Albuquerque Maranhão. 272 - S. Paulo
Impressão e acabamento
Companhia Melhoramentos de São Paulo
Indústrias de papel
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ATUAL EDITORA LTOA
Rua José Antônio Coelho,
785
Telefones:
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CEP
04011 - São Paulo - SP - Brasil
Os autores
"Fundamentos de Matemática Elementar" é uma coleção em dez volumes
elaborada com a pretensão de dar ao estudante uma visão global da Matemática,
ao n (vel da escola de
'Z?
grau. Desenvolvendo os programas em geral adotados para
o curso colegial, os "Fundamentos" visam aos alunos em preparativos para exames
vestibulares, aos universitários que necessitam rever a Matemática Elementar e
também, como
é óbvio, àqueles alunos de colegial mais interressados na "rainha
das ciências".
No desenvolvimento dos inúmeros cap(tulos dos livros de "Fundamentos"
procuramos seguir uma ordem lógica na apresentação de conceitos e propriedades.
Salvo algumas exceções bem conhecidas da Matemática Elementar, as proposições
e teoremas estão sempre acompanhados das respectivas demonstrações.
Na estruturação das séries de exerc(cios, buscamos sempre uma ordenação
crescente de dificuldade. Partimos de problemas simples e tentamos chegar a questões
que envolvem outros assuntos já vistos, obrigando o estudante a uma revisão. A
seqüência do texto sugere uma dosagem para teoria e exerc(cios. Os exerc(cios
resolvidos, apresentados em meio aos propostos, pretendem sempre dar explicação
sobre alguma novidade que aparece. No final do volume o aluno pode encontrar
a resposta para cada problema proposto e asim, ter seu reforço positivo ou partir
à procura do erro cometido.
/'; última parte de cada volume é constitu(da por testes de vestibulares até
1.977 selecionados e resolvidos o que pode ser usado para uma revisão da matéria
estudada.
Queremos consignar aqui nossos agradecimentos sinceros ao Prof. Dr. Fernando
Furquim de Almeida cujo apoio foi imprescind(vel para que pudéssemos homenagear
nesta coleção alguns dos grandes matemáticos, relatando fatos notáveis de suas
vidas e sua obras.
Finalmente, como há sempre uma enorme distância entre o anseio dos autores
e o valor de sua obra, gostar(amos de receber dos colegas professores uma
apre-ciação sobre este trabalho, notadamente os comentários crl'ticos, os quais
agra-decemos.
fndic~ psra catálogo sistE'rnãtico: 1. Matematica 510
CIr-Brasil. Catalogação-na-Fonte câmarc_ IIl-3silcüa do Livro, S1'
CDD-510 Fundamentos de matemática elementar (por) Gelaon
leui (e outros) são Paulo, Atual Ed .• 1977-7& Co-autores: Carlos Murakami. Osvaldo DoIee e 5a-muel Hazzanôa autoria dos vohDlles individuais va-ria entre os 4 aut.ores.
Conteúdo: v.l. Conjuntos. funções. 1977.-v.2. Logaritmos. 1977,-v.3. TrigoTIOllletria.
1978,-v.4. SequUências, matrizes determinantes. sistemas.
1977.-v.5. C(mlbínatôria, probabilidade. 1977.-v.6. Complexos, polinômios, equações. 1977.-v.7. Geometria analítica. 1979.
1. Matematica (29 grau) I.Dolce, Osvaldo, 1938-11. Iezzi, Gelson, 1939- 111. Hazzan, Samuel, 1946-IV. Murakami. Carlos,
1943-977 .1-7
,
INDICE
CAPITULO I - COORDENADAS CARTESIANAS NO PLANO
I. Noções básicas
.
11. Posições de um ponto em relação ao sistema
.
111.
Distância entre dois pontos
.
IV. Razão de secção
.
V. Coordenadas do ponto divisor
.
VI. Condição para alinhamento de três pontos
.
VII. Complemento-Cálculo de determinantes
.
V
111.
Demonstração de teorema de geometria plana
.
CAPITULO 11 - EQUAÇAO DA RETA
I. Equação geral
.
11.
Intersecção de duas retas
.
111. Posições relativas de duas retas
.
IV. Feixe de retas concorrentes
.
V. Feixe de retas paralelas
.
VI. Formas da equação da reia
.
CAPfTULO 111 - TEOREMA ANGULAR
I. Coeficiente angular
.
11.
Cálculo de m
.
111. Equação de uma reta passando por P(xo'Yo)
.
IV.. Condição de paralelismo
.
V. Condição de perpendicularismo
.
VI. Ângulo de duas retas
.
l-G
3-G
6-G
10-G
12-G
18-G
21-G
24-G
25-G
30-G
31-G
38-G
43-G
45-G
CAPITULO IV - DISTÂNCIA DE PONTO A RETA
I. Translação de sistema
.
11. Distância entre ponto e reta
.
111. Área do triângu lo . . . .
IV. Variação de sinal da função E(x, y)
=ax
+
by
+
c
.
V. Inequações do
1'?
grau
.
VI. Bissetrizes dos ângulos de duas retas
.
VII. Complemento-Rotação de sistema
.
CAPITULO
V -
CIRCUNFERENCIA
77-G
78-G
83-G
87-G
90-G
93-G
98-G
RESPOSTAS
Cap(tulo I
Cap(tulo 11
Capl'tulo I11
Capl'tulo IV
Capl'tulo V
Capfwlo VI
Cap(tulo VII
TESTES
183-G
184-G
185-G
188-G
190-G
191-G
194-G
I. Equação reduzida
_
: .
11. Equação normal
.
111. Reconhecimento
.
IV. Ponto e circunferência
.
V. Inequações do
2'?
grau
.
VI. Reta e ci rcunferência
'
.
VII. Duas circunferências
.
CAPITULO VI - PROBLEMAS SOBRE CIRCUNFERENCIAS
99-G
100-G
100-G
106-G
108-G
112-G
117-G
Ponto e reta
195-G
Circunferência
209-G
Cônicas
216-G
Lugares geométricos
221-G
Respostas
229-G
I.
Problemas de tangência
123-G
11. Determinação de circunferências . . . ..
129-G
111. Complemento
140-0
CAPITULO VII - CONICAS
I. Ell'pse
143-G
11. Hipérbole
148-G
111. Parábola . . . ..
153-G
IV. Reconhecimento de uma cônica
158-G
V. Intersecções de cônicas
164-G
VI. Tangentes a uma cônica
:..
165-G
CAPITULO VIII - LUGARES GEOMETRICOS
l.
Equação
de
um
L.G
, 171-G
René Descartes
Geometria e Ãlgebra fazem as pazes
CAPÍTULO I
COORDENADAS
CARTESIANAS NO PLANO
Nestas condições definimos:
a) abscissa de P é o número real xp
=OP [
b) ordenada de P é o número real Yp
=OP
2c) coordenadas de P são os números reais xp e yp, geralmente indicados
na forma de um par ordenado (xp, yp) onde Xp é o primeiro termo.
d) eixo das abscissas é o eixo x (ou
Ox)e) eixo das ordenadas é o eixo y (ou Oy)
f)
sistema de eixos cartesiano ortogonal (ou ortonormal ou retangular) é o
sistema xOy.
g) origem do sistema é o ponto O
h) plano cartesiano é o plano
O'René Descartes nasceu na França, de famllia nobre, recebeu suas primeiras
instruções no colégio jesulta de La Fleche, graduando·se em Direito, em Poitier.
Foi participante ativo de várias campanhas militares como a de Maurice, o
Prlncipe de Nassau, a do Duque Maximiliano I da Baviera e a do exército francês
no cerco de La Rochelle. Foi amigo dos maiores sábios da época como Faulhaber,
Desargues e Mersenne e é considerado o "Pai da F ilosofia Moderna".
Em 1637 escreveu seu mais célebre tratado, o
"Discurso do Método"
onde
expõe sua teoria de que o universo era todo feito de matéria em movimento e
qualquer fenômeno poderia ser explicado através das forças exercidas pela
maté-ria contigua. Esta teomaté-ria só foi superada pelo raciocinio matemático de Newton.
Suas idéias filosóficas e cientificas eram muito avançadas para a época mas
sua matemática guardava caracterlsticas da antigüidade tendo criado a Geometria
Analltica numa tentativa de volta ao passado.
Durante o perlodo em que Descartes permaneceu com o exército bávaro, em
1619, descobriu a fórmula sobre poliedros que usualmente leva o nome de Euler:
v
+
f
=
a
+
2 onde v,f e a são respectivamente o número de vértices, faces e arestas
deum poliedro simples.
Em 1628 já estava de posse da Geometria Cartesiana que hoje se confunde
com a Analltica, embora os objetivos do autor fossem diferentes tanto que em seu
"Discurso"
se mostra imparcial quando discute os méritos da Geometria e da
Álgebra. Seu objetivo era por processos algébricos libertar a Geometria da utilização
de tantos diagramas que fatigavam a imaginação, e dar significado às operações da
Álgebra, tão obscura e confusa para a mente, através de interpretações geométricas.
Descartes estava convencido de que todas as ciências matemáticas partem do
mesmo principio básico e aplicando seus conceitos conseguiu resolver o problema
das três e quatro retas de Pappus. Percebendo a eficiência de seus métodos publicou
"A Geometria",
que consta de três livros, onde dá instruções detalhadas para
resol-ver equações quadráticas geometricamente, por meio de parábolas; trata das.ovais
de Descartes importantes em Óptica e ensina como descobrir raizes racionais e
achar solução algébrica de equações cúbicas e quadráticas.
Em 1649, convidado pela Rainha Cristina da Suécia, estabeleceu uma Acade·
mia de Ciências em Estocolmo e como nunca gozou de boa saúde não suportou o
inverno escandinavo, morrendo prematuramente em 1650.
I.
NOÇÕES BÁSICAS
1.
Consideremos dois eixos x e y
per-pendiculares em O, os quais determinam
o plano
0'.Dado um ponto P qualquer, P
E0',conduzamos por ele duas retas:
x'
li
x e y'Ii
yDenominemos P
1a intersecção de
x com y' e P
2a intersecção de y com
x'.y
o
y'
x
no plano cartesiano lembrando que, no par ordenado, o primeiro número
repre-senta a abscissa e o segundo a ordenada do ponto.
2.
Exemplo
Vamos localizar os pontos
5
E(-7, -3), F(4, -5), G("2'
0(-3,4),
2?
Parte
Dado o par ordenado de números reais
(xp, yp),
existem
P, E x e
P
2E Y tais que OP,
=
xp
e OP
2=
yp.
Se construirmos x'
/I
x por P
2e y'
/I
y por P
"
essas retas vão concorrer
em P. Assim, a todo par (xp, yp)
corresponde um único ponto P, P E
Ci.Esquema: (xp, yp)
~ (PI,P
2 ) ~P
y
--- i---
-"114.21i
+--_~____L_~
J
_
O x
'\ j""
(a, b)
*-
(b, a)4.
Notemos que os pares ordenados
(4, 2) e (2, 4)
não são iguais. Eles se
diferenciam pela ordem de seus termos e,
portanto, não representam o mesmo
pon-to do plano cartesiano.
De maneira mais geral, se a e b·
são números reais distintos, então:
5.
A principal conseqüência do teorema do item 3
é
que em Geometria
Ana-lítica Plana:
a) "dar um ponto P" significa dar o par ordenado (xp, yp);
b) "pedir um ponto P" significa pedir o par de coordenadas (xp, yp);
I
-f--e-+
__
1 1 1
-x
--1
--t---i
I
!
I
r-I I
t I I t I
I t
I
I
I
,
c
A
-
f----o
B
I
I I
i
tI I
-!----t---
---I
--e
--f---~-L
II
j
I
---+----+---+---+--)
._--
1--;
.
-~ -- -'--H
I
Fc) todo ponto P procurado representa duas incógnitas (xp e yp) .
3. Teorema
11.
POSiÇÕES DE UM PONTO EM RELAÇÃO AO SISTEMA
Entre o conjunto dos pontos P do plano cartesiano e o conjunto dos
pa-res ordenados (xp, yp) de números reais existe uma corpa-respondência biunívoca.
Demonstração
la Parte
As definições dadas anteriormente indicam que a todo ponto P, P E
Ci,cor responde um único par de pontos (P" P
2 )sobre os eixos x e y
respecti-vamente e,
~rtanto,um único par ordenado de números reais (xp, yp) tais
que xp
~OP,
e yp
~OP
2 .Esquema: P
--->(P" P
2 ) --->(xp, yp)
6.
Os eixos x e y dividem o plano
y
cartesiano em quatro regiões angulares
chamadas quadrantes, que recebem os no-
29 quadrante lI? quadrantemes indicados na figura.
É
evidente que:
PE 1
<:>
quadrante
==
xp ;;;.
O
e yp
;;;'0
Ox
PE
2<:>
quadrante
==
xp
';;;0
e yp
;;;'0
PE
3<:>
quadrante
==
xp
';;;0
e yp
';;;0
3<'> quadrante 49 quadranteP E
4<:>
quadrante
==
xp
;;;'0
e yp ,;;;
O
nula:
Ox
~{(a,
O)I
a E IR}
Isto significa que o eixo das abscissas é o conjunto dos pontos de ordenada
Notemos que, para todo a real, o
ponto
(a, -a)
pertence
à bissetriz b
24 •b
24 ~{(a, -a)
I
a
EIR}
Isto significa que a bissetriz b
24é o conjunto dos pontos de coordenadas
_L_....L_--.l._-Cl-..,.----,--,ri-simétricas.
10.
Um ponto pertence
à
bissetriz dos
'quadrantes pares se, e somente se, tiver
coordenadas simétricas:
Um ponto pertence ao eixo das ordenadas se, e somente se, sua abscissa é
P E Ox
=
yP
~O
7.
Um ponto pertence ao eixo das abscissas se, e somente se, sua ordenada
é nula:
Notemos que, para todo número real a, o ponto (a,
O)pertence ao eixo
das abscissas.
a.
nula:
nula:
P E Oy
=
xp
~O
Isto significa que o eixo das ordenadas é o conjunto dos pontos de abscissa
Oy
~ {(O,b) I b E
IH}11.
Se uma reta é paralela ao eixo das abscissas, então todos os Seus pontos
têm a mesma ordenada.
Se uma reta é paralela ao eixo das ordenadas, então todos os seus pontos
têm a mesma abscissa.
Também valem as reciprocas dessas duás propriedades.
Notemos que, para todo número real b, o ponto
(O,b) pertence ao eixo
das ordenadas.
EXERC(CIO
Pergunta-se quais são pertencentes:
a) ~o primeiro quadrante;
bl ao segundo quadrante; c) ao terceiro quadrante; d) ao quartoquadrante; e) ao eixo das abscissas;
f) ao eixo das ordenadas;
g) à bissetriz dos quadrantes ímpares; h) à bissetriz dos quadrantes pares.
9.
Um ponto pertence
à bissetriz dos
quadrantes (mpares se, e somente se,
ti-ver coordenadas iguais:
P E b
13=
xp
YPIsto significa que a bissetriz b
13é o conjunto dos pontos de coordenadas
iguais:
b
13 ~{(a, a) I a E IR}
Notemos que, para todo a real,
o ponto (a, a) pertence
à bissetriz b
13 .G.l Dados os pontos:
A1500, 5001 61-600, -600) C1715, -7151 01-1002,1002)
ElO, O)
F1711,01 GiO, -517) H 1-321, O)
111.
DISTÂNCIA ENTRE DOIS PONTOS
13. Exemplo
114.
Convém observarmos que, como a ordem dos termos nas diferenças de
abs-cissase ordenadas não influi no cálculo de d, uma forma simples da fórmula
da distância é:
Calcular a distância entre os pontos A(-2,
5)e B
(4, -3).12.
Dados dois pontos A(x" yIl e B(X2' Y2), calculemos a·distância dentre
eles.
1~
Caso:
AB
li
Ox
YI
A
B
•
•
d
=
dA, BI
=
I
X2 - XI
I
I, I,01
AI
B,
..
X
Y
~
Caso:
AB
li
Oy
B2
T
d
=
dA2 B2
=
IY2 - YII
AI --- A
O
X
:f?
Caso:
AB
*'Iox
e AB »:IOY
Yd
='11
(X2-xIl 2 + iY2 _ y,)2
==
'11
(4+
2)2
+
(-3 - 5)2=
'11
36
+
64
=10
Observemos que, se mudarmos a
ordem das diferenças, d não se altera:
d
=V(XI-X2)2+(YI-Y2)'
=
'11
(-2 - 4)2+
(5+
3)2=
'11
36
+
64
=10
A
O
Y
--- B
X
O
Temos inicialmente:
..
X
O
Xonde
Llx
=X2 - XI
LlY=Y2-Y,
ou
ou
Llx = X, - X2
(éindiferente)
Lly
=Y, - Y2
(é indiferente)
AC
IiOx
BC
IiOy
=
=
Xc
YC
==YI}
X2
=
C(X2, yIl
De acordo com ·os casos iniciais, temos:
dAC
=Ixc - xA I
=I
X2 - xII
dBC
=I
YB - Yc I
=I
Y2 - YI
I
Aplicando o teorema de Pitágoras ao triângulo ABC temos:
d2
=dic +
d~c
=(X2 - xIl 2 + (Y2 _ y,)2
EXERCICIOS
G.2 Calcular a distância entre os pontos A(1, 31 e Bl-l, 41.
G.3 Calcular a distância do ponto PI--6, BIàorigem do sistema cartesiano.
então:
G.4 Calcular a distância entre os pontos Ala - 3, b+4) e Bla+2, b - 8).G.5 Calcular o perímetro do triângulo ABC, sendo dados A12, 1), B(-I, 31 e C14, -2).
G.6 Provar que o triângulo cujos vértices são A12, 2), BI-4, -6) e C(4, -12) é retângulo.
Solução
Para demonstrar que um triângulo é retângulo basta provar que as medidas dos seus la-dos verificam a relação de Pitágoras: "o quadrado da medida do' maior lado é igual à soma dos quadrados das medidas dos outros dois lados".
G)
Ix - 8)2 + Iv - 111 2~
Ix +41 2 + Iv + 5)2~ - 16x+ 64+
r -
22x +121 ~ x2 +Sx -24x - 32v ~ -14413x +4V lS (1)
+ 16 + V2 + lOV + 25
2
dAB 1&)2 + (i'>y)2 (2 + 4)2 + 12 + 6)2 = 100
d~C
1&)2'+ 16v)2 (4 + 4)2 + 1-6 + 12)2 = 100 dtA 1&)2 +(6V)2 (2 - 4)2 + 12 + 12)2 =200- d 2 d 2 d 2 entao CA = AB + BC
(3)
Ix +41 2 + Iv +5)2~
Ix +6)2 + Iv - 91 2~ +Sx + 16 + V2 +10V + 25 =x2 + 12x + 36 +
t -
lSv +Sl-4x +2Sv ~ 76
=
-G.7 Determinar x de modo queOtriângulo ABC seja retângulo em B. São dados: AI4,5), Bll, 1) e Clx, 41.
x -7V -19 (2)
G.8 Se P(x, V) eqüidista de AI-3, 71 e B(4, 3), qual é a relação ..xistente entre x e V?
De 121, temos x ~ 7V - 19 que substituindo em (1) dá:
31 7v - 191 +4v = 18
=
25V = 75=
V~ 3=
x 7, 3 - 19 =2 R""posta: P(2, 3).então'
dpA =dpB ==> Ix
+
31 2+
Iv - 7)2 (x - 4)2 + Iv - 3)2 G.13 Dados os pontos Mia, O) e NIO, a), determinar P de modo que o triângulo MNP seja equilátero.Resposta: 14x - 8v +33 = O
G.9 Dados Alx, 5), B(-2, 3) e C14, 11, obter x de modo que A seja eqüidistante de B e C.
G.ll Determinar o ponto P, da bissetriz dos quadrantes pares, que eqüidista de A(8, -8) e B(12, -2).
x
Solução
Y
{1) A E v
A(x, V) .2) AC
1
AB ==>={11 x2
=
O 2 2 B2) d AC +d AB d BC
C
Ix
+
41 2+
Iv - 1)2 + Ix - 2)2 +Iv - 3)2 12 +41 2 +13 _ 1)2 De (2) temos:G.14 Dados os pontos B12, 3) e CI-4, 11, determinar o vértice A do triângulo ABC, sabendo que ê o ponto do eixo y do qual se vê BC sob ângulo reto.
16
+
V2 - 6v+
9=
==
~ +6x +~ +
Y: -
14V + 49 = x2 - Sx + 16x - 14V+"
49) - I-Sx + 16 - 6v) = O 14K - 8v + 33 = OG.10 Determinar o ponto P, pertencente ao eixo das abscIssas. sabendo queé eqüidistante dos pontos AIl, 31 e B(-3, 5).
Levando em Conta que x =- O, temos:
16 + (V2 - 2V + 1) +4 + (V2 - 6v +91 = 36 t 4
2V2 - Sv - 10 =O ==> V2 - 4v - 5 = O ==> V~ -1 ou V= 5
Resposta: A(O, -1) ou AlO, 5)
G.15 Dados A(-2, 4) e B(3, -1) vértices consecutivos de um quadrado. determinar os outros dois vértices.
G.16 Dados AIS, 7) e C(-2, -31, extremidades da diagonal de um quadrado, calcular as coordenadas dos vértices B e O, sabendo que xB
>
xO"I
B~f'
Ú<
I
J
·~sv
o
circuncentro (centro da circunferência circunscrita ao triângulo) é um ponto Peqüidistante dos três vértices.
Plx, vi (1) dpA =dPB
l<'J
dpB = dpCSolução
G~2 Dados os pontos AIS, 11), BI-4, -5) e C(-6, 9), obter o -circuncentro do triân-gulo ABC.
IV.
RAZÃO DE SECÇÃO
15. Dados três pontos--salineares A, B e C (com A
cF
BcF
C), chama-se razãode secção do segmento AB pelo ponto C o número real r tal que:
17. Uma pergunta importante é "como se poderia calcular o valor de r quando
\ são dadas as coordenadas de A, B e C?"
Uma primeira idéia seria escreVer:
AC
V
(X3 x,I'+
(y] _ YI)'r ---~
CB
V
(X3 -x,)'
+
(Y3 - y,)'18.
Contornamos essas dificuldades com a seguinte teoria2'?)
é muito trabalhosa por causa da fórmula da distância.3
0) dados A, B e r, não é possI"vel determinar C pois ten'amos duasincóg-nitas (xc' YC) e uma só equação.
mas esta não é uma boa saI"da pois:
isto é, a fórmula acima daria
incorrerlamos em erro.
IACI dAC
ICB
I
d
CB 'é exterior a
AS
AC
1'?)
r ~ ~ e nãoCB
sempre r;:"
O
e quando CExemplo
Para esclarecermos a definição dada, consideremos sobre um eixo e os
pon-tos C, D, E, F, G, H, I, J tais que os segmenpon-tos
ciS,
DE, EF. FG, GH,HI
ejJtêmcomprimento ~. Tomemos A ~ F e B~ H e calculemos as razões (ABC), (ABD),
(ABE), (ABF), (ABG), (ABH), (ABI), (ABJ).
.~ ~ ~ A ~ ~B~ ~
-
,
H,c,
A,
I
oi
(11
Aplicando o teorema de Tales às transversais AB e A, B, do feixe depa-ralelas AA" BB" CC, e notando que
----+ ----+
se AC e CB concordam ou não em
sen-- sen-- + - - +
tido o mesmo ocorre com A,C, e C,B" temos:
la Caso:
AB
não é paralelo a Ox e nem a Oy. e-2
(não existe)
-3
J2~
O
AH HBÃI
IBAJ JB
H
(ABI)
(ABJ) (ABH)
AG ~
(ABG) ~~~-~
GB ~
G F
3
5
1
21
3
O
E
3~
O
H C
(ABF) (ABC)
(ABD)
(ABE)
(21
Aplicando analogamente o Teorema de Tales para as transversais AB e
A, B, do feixe de paralelas AA" BB" CC" temos:
Se tivermos A(x" VI), B(x" y,l e C(x-" V]), então teremos a partir de
(1) e (2):
1-
-1.I)
r>
O
11)
<
O 111) r OIV) 1
V)
'V
C, r----+
16. O sinal da razão r não depende da orientação do eixo que contém AB
----+
nem do sistema cartesiano; depende de uma camparação de sentidos entre AC
...
e CB. Podem ser verificadas facilmente as seguintes propriedades da razão de secção.
->
=
C é inteiror a AB-+
=
C é exterior a AB=
C~A->
=
C é médio de AB-+
;IJ
caso:
ABé paralelo a Ox
Neste caso, temos
Y, = Y2 = Y3e somente podemos escrever:
Y3 - YI
r= - - -
=
r· Y2 - r •Y3 = Y3 - Y,=
Y3+
r • Y3 = Y,+
r • Y2==
Y2 - Y3-+
P
caso:
ABé paralelo a Oy
Neste caso, temos x,
= X2 = X3e somente podemos escrever:
AExemplo
-+
Obter as coordenadas do ponto C que divide
ABna razão 2, quando
(1, 5)e
B(4, 17).Y3
X,
+
r x2+
r YI+
r Y21
+
r+
2
4 93
+
2
=35
+
2
17 3913
1
+
2
3} -
CI3, 131
19.
Exemplo
Dados
A(3, 7), B(5, 11)e
C(6, 13)calculemos a razão
(ABC):pelas projeções no eixo Ox
6 - 3
=--=-3
5-6
21.
No caso particular de C ser o ponto médio de
ABentão r
=1 é:
... X_l_+_X_2__
1
1
Y_l_+_Y_2_)(3
2
.
.
Y3=
2
pelas projeções no eixo Oy
Y3 - YI r =
--'....::_-'-'-Y2 - Y3
13 -
7
11-13=-3Exemplo
Obter o ponto médio do segmento
ABquando
A = (7, -1)e
B = (-3,11).É
evidente que só poder(amos obter
resultado~iguais.
V.
COORDENADAS DO PONTO DIVISOR
20.
Dados
A(X"yd,
B(X2' Y2)e'r(r
*
-1),calculemos as coordenadas
(X3' Y3) -+do ponto C que devide
ABna razão r. Temos:
X,
+
X2 X3 =2
Y,+
Y2Y3
2
(7)
+
(-3)2
(-1)
+
(11)2
2
5
} -
CI2,51
X3 -
x,
+
+
r
~=
r •
X2 -r •
"j= "3 - Xl==
X3r·
X3 = Xlr·
X2=
X2 - X3
==>
12-G
EXERC(CIOS
G.17· Calcular a razão IABCI sendo dados os pontos A(2, 31, B(1 -21 e C(
~,
--}-I,G.t8 Dados A(4. 31 e BI2, 1), seja C a intersecção da reta AB com o eixo das abscis-sas, Calcula\ a razão (ABCl.
G.19 Determinar as coordenadas dos pontos que dividem o segmento AB em três partes iguais, sabendo que A ~ (-1, 71 e B ~ (11, -B),
o
comprimento da mediana AM é a distância entre A eM:Solução
Resposta: d AM ~ 5
,,-G.23 Dados os vértices consecutivos, AI-2, 1) e B14, 4), de um paralelogramo, e o ponto
E (3, -1), intersecção de suas diagonais, determinar os outros dois vértices.
~ 1
C divide o segmento AB na razão
2:
H)
+ 1+1(11) 9xA + r xB 2
3 Xc
1 + r + -1
""3
2 2
(7) + (.!.)1-8) 6
YA + r' YB 2 2
2
YC 1 + r 1 ~3~
1 +
2 2
. - - - - .
----~ ---o~
20 ) Ao'/- o
C
O
~
D divide o segmento AB na razão 2:
YA + r' • YB YO ~ 1 +r'
c
portanto, CI-2, 21 portanto, B(O, O)
XN ~
---r-
xB + Xc=
-1 ~-2- O + xC=
Xc ~ -2YN ~ - - 2 -YB + YC
=
~
2=
YC~ 2 XM ~ xA + xB=
1 ~ 2 + xB=
xB ~ O2 2
-YM ~ YA + YB2
=
2 ~ - 2 -4 + YB=
YB ~ O2':') N é o ponto'médio de BC então: Solução
10) M é o ponto médio de AB então:
G.24 Do triângulo ABC são dados: o vértice A(2, 4), o ponto M(l, 2) médio do lado AB e o ponto NI-l, 1) médio do lado BC. Calcular o perfmetro do triângulo ABC.
'-oB
~ ~
~
7 3 -9~""3 ~-3
1-1) + 2 • 11 1 + 2
7 +2 • (-8)
1
+
2XA + r' • xB.
1 +r'
XO
Observemos também que D é ponto médio de BC:
2 XO ~ xB + xC
2
Resposta: C13, 2)
111) + (3) 2 e 017, -3)
7 YO ~ YB + YC 1-8)2
+
2 -330 ) perímetro ~ d AB + d BC + dCA ~
~
V
(2 - 0)2 + 14 - 0)2 + Y'i-0"'+'-'-2)-2-+-10---2-)2 +V
12 + 2)2 + (4 - 2)2~
.Ji.O
+Vã
+.Ji.O
~
4V5 + 2v2~
212V5 + v2)Resposta: 2 12V5 + v2)
G.20 Determinar os pontos que dividem AB em quatro partes iguais quando A (-1, -3)
e B ~ 123, 33), G.25 Se M12, 1), N(3, 3) epectivamente, de um triânguloP(6, 2)ABe,são os pontos médios dos lados AB, BC e CA, res'determinar as coordenadas de A, B e C.
C
Solução
O baricentro G é a intersecção das medianas do triângulo.
Tomando um triângulo ABC e construin-do as medianas AM e BN, formamos os triângulos ABG e MNG que são se-melhantes, portanto:
AG AB .
.K.-.
2GM MN - Q,- B
2
G.26 Calcular as coordenadas do baricentro do triângulo ABC cujos vértices são Alxl, YII, B(X2, Y2) e C(X3, Y31.
M
B L._-#-_.L..._!!---'-C 3+5
-2- ~4
7+(-1) ~ 3 2 -XB +xC
2 YB + YC
2 Solução
O ponto M é tal que:
G.22 Calcular o comprimento da mediana AM do triângulo ABC cujos vértices são os pon-tos AIO,O), B13, 71 e CI5, -1),
G.21 Até que ponto O segmento de extremos AI+1, -1I e BI4, 51 deve ser prolongado no sentido
M,
para qLie seu comprimento triplique?isto é, G divide a mediana
AM"
na razão 2. Aplicando a fórmula do ponto divisor, temos:XI + 2 x2 + x3
xA + 2xM 2 xI + x2 + x3
xG 1 + 2 2 3
YI + 2 Y2 +Y3
YA + 2YM 2 YI + Y2 +Y3
YG =
1 + 2 3 3
Resposta:
x2 + 14 - V3x12 _ 16
=
x2 + 16 - 8V3x + 3x 2 - 16=
=
4x 2 - 8V3x~
O=
x - O ou x = 2v'3=
===> Y =4 ou y = -2 (respectivamente)
Resposta: BI2V3, 21 e CiO, 41 ou C12v3. -21
G.30 Num triângulo ABC são dados:
Ii A12, Oi
111 MI-l, 41 ponto médio de AB III1 dAC = 10
IVI dBC .-
1OV2
A conclusão tirada no problema anterior, isto é, o fato de que "as coordenadas do baricentro são as médias aritméticas das coordenadas dos vértices" poderá ser utilizada
doravante em outros problemas de Anal ítica.
Obter o vértice C do triângulo.
G.31 Provar que os pontos médios dos lados do quadrilátero de vértices A(a, b), Bk, d), C(e, fi e O(g, h) são vértices de um paralelogramo.
G,27 O baricentro de um triângulo é GI1,6) e dois de seus vértices são A12, 5) e B14, 71.
Determinar o terceiro vértice.
Determinar os vértices B e C de um triângulo equilátero ABe, sabendo Que o
pon-to médio do lado AB é MIV3. 1) e A é a origem do sistema,
b+d+f+h 4 a+c+e+~ 4 +~ 2 2 2
b + h
+ 2
c +e
2
d +f
2
xN
+
xO2
YN + YO
2
Solução
1?) Aplicando a fórmula do ponto médio determinemos M, N, PeQ:
B N
MI a +2 c, b +2 d I; I--~
__
C! / " \
c+e ,/i /~ , "'" \
NI -2-' d ; f );
M!~!
/ R.s..
"~,,\,P
e+g ~).PI-2- , 2 ' ," \
\
Ola+g ~) !
_'V--
JD2 ' 2 . Ai- C
2?l Provemos que as diagonais do Quadrilátero MNPQ se cortam ao meIO, Isto é, os seus pontos médios, R eS, são coincidentes:
B M
A
5
o ponto médio do lado BC é NI-
2'
-1IDeterminar os vértices A, B, C.
0+ YB
--2-v'3= O- 2 - -+ xB
=
=
XM 2
=
xB =2";-:;
_ YA + YB
YM - 2
=
YB =2Solução 101 Obter B
xA + xB
.• I ' GI 4 4)
O baricentro de um trlangu o e -
3'
"3 '
1
e o ponto médio do lado AB é MIO,
21.
G,29 G.28
R S
=
MNPO é paralelogramoé um
pa-e DIO -,
2.
21a+c+e+g -4 b+d+f+h -4 f + h
2 2
b +d + 2
XM +xp
2
VM + yp
2
s {
xSYS
O quadrilátero de vértIces
G,32
Q= d AB =
V
12V3 - 0)2 + 12 - 0)2 4{ 1) dAC Q { 11 Ix - 0)2 + Iv - 0)2 16
=
Clx, vi 21
dBC Q
=
21 Ix -2,,;31 2 + Iy - 21 2 = 16 => { 11 x2+ y2 1621 x2 +V2 - 4V3x - 4Y=O
De 11) em (2) resulta: 16 - 4V3x - 4y O
=
Y 4 - V3xTernos
que substituindo em (1) dá: ralelogramo? Justifique.
10=0
I
=
IA,
8, C coHneare$1
VI.
CONDiÇÃO PARA ALINHAMENTO DE TRÊS PONTOS
;!!
parte:
Hipótese Tese
22.
TeoremaTrês pontos A(x[, YI), B(X2' Y2), C(X3' Y3) são colineares se, e somente se,
Preliminar:
transformemos a hipótese para uma forma mais conveniente:D
~O
=
X3(YI - Y2) - Y3(XI - X2)+
(XIY2 - X2yt! ~O
=
D
O.
(H)Hipótese Tese
Demonstração
Consideremos os
3
casos possl'veis:19
caso:
dois dos pontos coincidem (C A, por exemplo)1?
parte
:
IA.
B, Ccolinllare$
Demonstração
Consideremos os
3
casos possíveis:ou X3 - Xl ~
O
=
X3 ~ Xl ~ X2=
A, B, Cpertencem
à
mesma reta paralela a Oy, istoé,
A, B, C são colineares.
ou Y2 - Y3
O
=
Y2 ~ Y3=
B ~ Cexiste uma reta contendo B ~ C e A, isto
é,
A. B, C são colineares.
ou X3 - XI
O
e Y2 - Y3 ~O
=
B ~ C e A, B, Cpertencem
à
mesma reta para leia a Oy. istoé,
A. B, C são colineares.
de (H), temos (X3 - xt! • (Y2 - Y3) ~
O
então19
caso:
=
D ~ O (tem 1~ e 3~ linhas iguais)2'?
caso:
os três pontos são distintos e pertencem a uma reta paralela a umdos eixos(#Ox, por exemplo) então
Y[ Y2 ~ Y3
=
D ~ O (tem 2~ e 3~ colunas proporcionais)_ {XI entao
YI
:f?
caso:
os três pontos são distintos e pertencem a uma reta não paralela a Ox nem a Oy.Seja r a razão em que C divide AB(r
*'
-1). Temos:X3 - XI Y3 - YI
r ~
=
(X3 - xt! (Y2 - Y3) ~X2- X3 Y2-Y3
~ (X2 - X3) (Y3 - yt!
=
X3Y2 - XI Y2+
Xl Y3 -X2V3 + X2YI - X3Yl =O=
X3(Yl - Y2) - Y3(XI - X2)+
(XIY2 - X2yt!~
O
=
lo
=
01
v
D (segundo leorema de Laplacel
Ver nota sobre o teorema de Laplace no final deste capítulo.
de (H),temos (X3 - xt! • (Y2 - Y3) ~ O então:
ou X3 - Xl ~ O
=
X3 ~ Xl=
A ~ Cexiste uma reta contendo A ~ C e B, isto
é,
A. B. C são colineares.
ou Y2 - Y3 ~
O
=.
Y2 ~ Y3 ~ YI=
A, B, Cpertencem
à
mesma reta paralela a Ox, istoé,
A, B, C são colineares.
ou X3 - Xl ~
O
e Y2 - Y3 ~O
=
A ~ C . e A, B, Cpertencem
à
mesma paralela a Ox, istoé,
A, B, C são colineares.
jJ
caso:
I
X2 - Xl *-Oe
V3
-
VI *-O
I
VII.
COMPLEMENTO - CALCULO DE DETERMINANTES
de
(H)
temos (X3 - XI) • (Y2 - Y3) *-O
= {
X3 - XI *-O
V2 - Y3 *-
O
ainda de (H), (X3 - xd (Y2 - Y3) ~ (X2 - X3) (Y3 - yd vem:
Um determinante de 2~ ordem
comparando (1) e (2), temos:
o
~
I:
-~
I
~
1 • 7 - (-5) • 4~
7+
20~
27Exemplo
Um determinante de 3~ ordem
é
calculado pela fórmula:(1 )
(2)
X3 - XI ~
V3
-
YI *--1X2- X3 Y2-Y3
chamemos de r a estes dois quocientes iguais e consideremos o ponto C'(X4, Y4)
--->
que divide AB na razão r.
Pelo item 18, temos:
X4 - XI X3
-
XI Y4-
YIY3 - YI
-- r ~ e
=
r ~==
X2 - X4 X2
-
X3 Y2-
V4Y2
-
Y3=
X3 ~ X4 e Y3=
Y4
=
C=
C'uma vez que A, B, C' são colineares e C = C', então A, B, C são colineares.
23. Exemplos
l?)iMostrarque A(-l,l), B(l,3) e C(7,9) sãocolineares.
ali a12 al3
O
a21 ~2 a23a31 a32 a33
de acordo com o Teorema de da seguinte maneira:
Xl YI 1
1-
1 1-I~
O X2 Y2 1 ~ 1 3
~I
- I
~
11I
+X3 Y3 1 7 9
+
I
~
~
I
~
+6 + 6 - 12 =O
=
A, B, Ccolinearesmejro fator em cada produtoj
4?) somam-se os três produtos obtidos.
Exemplos
l?)'Desenvolvimento de
O
pela 3~ linha:2?) Para que valores de x os pontos A(x, x), B(3, 1) e C(7, -3), são
colineares? al31 + (-1) • a 32 jaa23 a21ll al31 + (+1) • a331 alia23 a21 a121a22 =
a13) - a32(all • a23 - a21 • a13) + a33(all • a22 - a21 • a12) =
I~
x
~
I
=O
A, B, C colineares
=
O
1-3
O
x •I
1~
I -
xI~
I
+I~
1I
~
4x + 4x-3 -3
~ 8x - 16 ~ O ~ x ~ 2
- 16
~ a31 (a12 • a23 -
an
2?) Calcular
O
o
1
2
3
5
2
2
4 3 1
Temos, pela
1~linha:
D~+l·l~
~1-3·1~
~1+2'1~
~I
+1
(5 •1 - 3 . 2) - 3(2 . 1 -
4 •2) + 2(2 .
3 - 4 • 5)1
(5 -6) - 3(2 - 8) + 2(6 - 20)
~-1 + 18 - 28
~-11
G.39 Dados A(3, 1) e 8(5, 5), obterO ponto em que a reta AS intercepta o eixo das
orde-nadas.
G.4D Dados A(2, -3) e 8(8, 1 l, obter o ponto em que a reta AS intercepta a bissetriz dos quadrantes ímpares.
G.41 Dados A(7,4) e B{-4, 2), obter o ponto em que a reta AS intercepta a bissetriz dos quadrantes pares.
EXERC(CIOS G.42 Dados AI-3,41, BI2,91, C12, 71 e 014, 51, obter a intersecção das re.tas AB e CO.
G.35 Determinar y para que os pontos AI3, 5), BI-3, 81 e C14, y) sejam colineares.
8
==
y9
=
1+y 1112x 2 =====> x
2x +2y - 18=O
=
x+Y=9 121=0
=
x Y
2 7
4 5
=
5x - 5y+35 o O=
x - yo -7Como P, C. O colineares, temos:
Somando 111 e (2). vem: Resposta: P11, 81
I
-3;
~ ~Ioo
4 1==
Solução
Seja P(x, y) a intersecção das retas.' Como P, B, A colineares, temos:
l
I
7 O -6 O
são col ineares? C
li
o O==
o O
=
-12 - 6y + 39 o O==
~
I
Y 1
O
==
I-~
58y
- yl3 + 3) + 124 + 151 9
=
Y°"2
2 7 14
col ineares
=415 - 8)
= 6 y = 27 A, B, C Solução
G.34 Os pontos All,3), B12,5) e C149,100)
G.33 Calcular os determinantes:
Resposta: y
"2
9 G.43 Determinar Plxo, vol colinear simultaneamente com AI-l, -21 e B12, 1I e comCI-2, 11 e 011, -4).
G.36 Mostrar que Ala, 2a - 1), Bla + 1, 2a + 1) e Cla+ 2, 2a+3) são colineares para
todo valor real dado a a. G.44 Determinar o ponto P da reta AB que está á dlStáncia 5 da origem. Dados A(O, -25)e BI-2, -111.
G.37 Se· AIO, ai, Bla, -41 e Cll, 21, para que valores de a existe o triângulo ABC' Solução
(
1) Ix - 01 2+ Iy - 0)2 o 25
=
21I
Ox -25V 11I
= O-2 -11 1 P, A, B colineares
{ li
Plx, y)
2)
De (2): -14x - 2y - 50 ~ O
=
y o -7x - 25 que substituindo em 111 dá:x2 + (-7x -.25)2 =25
=
x2+ 49x 2 + 350x +625 = 25=
==
50x2 + 350x + 600 o O=
x =-3 ou x =-4 ====:> y = -4 ou y = +3 (respectivamente)
Resposta: PI-3, -4) ou PI-4, 3)
-41
2 = O. I
a1então l-a
I
a -4
2 xA YA
0= xB YB
Xc yc isto é:
-ala - 1I+ 12a + 41 = O
=
a2 - 3a - 4 = O donde a -1 ou a 4 Resposta: a real, acf
-1 e acf
4.Solução
Existe o triângulo se a E IR e os pontos A, B, C não são colineares. Impondo o alinhamento:
G.38 Dados All, 11 e B(10, -21, obter o ponto em que. a reta AB intercepta o eixo das abscissas.
G.45 Determinar na reta AS os pontos eqüidistantes dos eixos cartesianos. DadOS: A(-1,5) e B14, -21
VIII.
DEMONSTRAÇÃO DE TEOREMAS DE GEOMETRIA
PLANA
19) Faz-se a figura correspondente ao teorema
29)
Escolhe-se um sistema cartesiano em posição conveniente
39) Fixam-se as coordenadas dos pontos da figura impondo as hipóteses
49) Faz-se a demonstraçi\o
CAPÍTULO
II
EQUAÇÃO DA RETA
EXERCICIOS
25. Teorema
UA
toda reta r do plano cartesiano está associada ao menos uma equação
da forma ax
+
bV
+
c
=O onde a, b, c são números reais, a
=1=O ou b
=1=O,
e (x, V) representa um ponto genérico de r
U •G.46 Demonstrar que a mediana
à metade da hipotenusa.
Coordenadas:
A(Q. O), Bla, OI, C(Q, b)
Temos:
XB + Xc a
xM 2 2
YB + YC b
YM =
-2 2
relativa à hipotenusa de um triângulo retângulo é igual
Y
C
I.
EQUAÇÃO GERAL
Provar analiticamente que o segmento, cujas extremidades são os pontos médios dos
lados de um triângulo, é paralelo ao terceiro lado e igual à metade deste. Demonstrar que as diagonais de um trapézio isósceles são iguais.
Coordenadas
X
o
O
x
V
x,
V,
X2 V2Desenvolvendo esse determinante pela regra de Laplace, temos:
Demonstração
Sejam
Q(X" V,)e
R(X2, V2)dois
pontos distintos do plano cartesiano. Isto
significa que
X" Vl, X2, V2são números
reais (constantes) conhecidos.
Seja r a reta definida pelos pontos
Qe R. Se
P(x,
V)
é um ponto que
percorre r, então x e V são variáveis.
Como P,
Q,R são colineares temos
ne-cessariamente:
x
B
BC 2 AM
A
}-Alo, O), Bla, O). Clb, c) e D(a - b. c)
y
Demonstração
,
-j
b Va2 +b2 dAM = 11--0 )2+1"2- 0 )2= 2 d SC = V la - 0)2 + (Q - b)2 = Va2 + b2Demonstração
d
AC =V'(b---0-')2'--+-(-c-_-0-)-=-2 = V b2 + c2 } d BD =
V
la - b - a)2 + (c - 0)2 =~
=?AC
= BDG.48
G.47
G.49 (EPUSP-47) Demonstrar que, num trapézio, os pontos médios das bases, a
inter-secção das diagonais e o ponto de interinter-secção dos lados não paralelos são colineares.
G_50 IEPUSP-44) Derr:onstrar que, num quadrilátero ABCD, os pontos médios das
diago-nais e o ponto médio do segmento cujos extremos são os pontos de intersecção de dois
lados opostos são colineares.
I
V,1\
I
x,
1+
I
x,
V,I
=O
x -
- V •V2
1
X2 X2 V2(Vl - V2)
- x
+
(X2x,)
V+
(X,V2' - X2V,)O
'--.,----J '--.,----J - y - - - /a b c
que é equivalente
à anterior. Assim, a equação da reta é
mais simples) ou qualquer equação equivalente a esta.
Se escolhermos (4,3) e
(O, -1)vem:
=
O
=
4x - 4V - 4
X -
Y - 1
=O
(a Oy
O
0 = x-y-1
X V
4
3
O -1
X V
2
1
1
O
2<?)
Obter a equação da reta da
fi-Devemos escolher dois pontos
da-dos para montar o determinante
junta-mente com o ponto (x,
V)variável. Se
escolhermos
(2, 1)e
(1,O)
vem:
gura.
Fazendo YI - Y2
=a, X2 - XI
=b e XI Y2 - X2VI
=c, decorre que todo
ponto P
Er deve verificar a equação
ax
+
by
+
c
=
O
I
1<?)
Ficou provado que toda reta (por mais "esquisita" que seja sua posição)
tem equação gera
I.2<?)
Convém notar que a mesma reta admite várias (infinitas) equações gerais
pois, se usarmos
Q'(xí,
ví)
e
R'(xí, Yí)
para definirmos r, com
Q'
'*
Q
e
R'
'*
R,
obteremos provavelmente uma outra equação: a'x
+
b'V
+
c'
=O.
Veremos, no item 35, que
a'x
+
b'y
+
c'
=O é, entretanto, equivalente a
ax
+
by
+
c
=O
26. Comentários
chamada equação geral de r.
Isto significa que a toda reta r do plano cartesiano está associado um
con-junto de equações equivalentes entre si.
3
0 )Os coeficientes a e b não podem ser simultaneamente nulos pois:
a
0 = Y,b
=O
=
X2
e Q
'*
R por hipótese.
28. Teorema
"A toda equação da forma ax
+
bV
+
c
=O, com a, b, c
EIR, a
'*
O
ou
b
'*
O,
está associada uma única reta r do plano cartesiano cujos pontos
P( X,
V)são as soluções da equação dada".
27.
Exemplos
-bVI -
C-bY2 -
C-bV3 -
C(-bV3 - c) - (-bYI - c)
(-bV2 - c) - (-bV3 - c)
====> axI
==
aX2
===> aX3Temos ainda:
aXI
+
bYI
+
c
=O
aX2
+
·bY2
+
c
O
aX3
+ bY3 + c
O
X3 - X,
X2 - X3
Y3 - YI
Y2 - V3
portanto P
"
P2 e P3 são colineares.
Demonstração
Faremos a demonstração apenas para o caso geral em que a
'*
O e b
'*
O.
Sejam P"X"
vd,
P2(X2, Y2) e P3(X3, Y3) três pontos dois a dois
distin-tos que satisfazem a equação dada. Então temos:
x
O
X+
V - 7~
~
4x
+
4V -
28
=O
O Y
7
3
XO
4
1<?)
Obter a equação da reta que
pas-sa por Q(4,
3)e R(O,
7).Entendemos por equação da reta
a condição que as coordenadas do
P( X, V)
devem satisfazer para
seja colinear com Q e R. Se
R são colineares, então:
QR
ponto
que P
P,
Q eisto é, todo ponto da reta QR deve apresentar soma das coordenadas igual a sete.
29. Comentários
1'?) Este teorema mostra que, dada a equação ax
+
by
+
c
=O, o
conjun-to dos pares (x, y) que a satisfazem é uma reta.
Está provado que todo ponto
P
3(variável), que satisfaz a condição
ax
+
by
+
c
=O, pertence necessariamente à reta P,P
2(que existe e é única),·
à
qual daremos o nome r.
EXERCfclOS
31.
O anulamento de um dos coeficientes da equação geral da reta revela uma
propriedade especial da reta. Assim, temos:
I)
a =
O ===> YI - Y2=
O ===> YI=
Y2 ===>r
li
x
isto é, quando a equação não tem o termo em x (exemplos:
3y - 4
O,
7y
+
11 = O),a reta é paralela ao eixo das abscissas.
11) b
=
O
~
xi
-
Xl=
O
===> XI=
X2 ===> rli
Y
isto é, quando a equação não tem o termo em Y (exemplos:
7x
-f5
=O,
9x - 4
= O),a reta é paralela ao eixo das ordenadas.
111) c
=
O
===>ax
+
by
=
O
===> (O,O) satisfaz a equação pois
a • O
+
b • O
=O
===>(O, O) E r
isto é, quando a equação não tem o termo independente (exemplos: 3x
+
4y
=O,
2x - 13y
= O),a reta passa pela origem .
Já vimos que a
=O e b
=O é impossível, mas é possível:
IV)
(a=
O
e c=
O)
=
(rli
x e(O, O) E
r) ==> r=
xV) (b
=O e c
=O)
=
(r
li
y e
(O,O) E r)
==>r
y
Assim:
x
=
O, 7x
=
O,
Y2.
x
=
O
são equações do eixo dos y.
y
=
O, 5y
=
O, -513y
=
O são equações do eixo dos x.
y
x
=
O
==
O
+
2y -
6
=
O
==
==
y
=
3
x
=
6
==
6
+ 2y -
6
=
O
==
=
y =O
isto é, os pontos
(O,3) e
(6, O)definem a reta.
ExemploConstruir o gráfico dos pontos que
verificam a equação x
+
2y -
6
=o.
. Como já sabemos, o grafico é uma
reta e, para localizá-Ia, basta localizar dois
de seus pontos. Assim, temos:
2'?) Este teorema mostra também que
SÓos pontos que satisfazem
à equação
ax
+
by
+
c
=O pertencem à reta, portanto, um ponto está sobre uma reta
somente se suas coordenadas verificam a equação da reta.
30.
A principal conseqüência dos teoremas dos itens 25 e 28! é que em
Geo-metria Analítica Plana:
a)
"dar uma reti}' significa dar uma das equações da reta;
b)"pe~ir
uma reta" significa pedir uma das equações da reta.
Exemplo
Verificar se A(2,2), B(4,
1) é'"C(7, -1) pertencem
à reta r de equação
x
+
2y -
6
=O.
Basta substitu ir x e y na equação dada pelas coordenadas de cada ponto e
verificar se a igualdade obtida é verdadeira ou falsa:
Resposta: 3x - y = O, x + y - 4 = O, y = O. = O=>4y = O~ Y= O
= O=> 3x +3y - 12= O ~ x +y - 4 = O ~ O=>3x - y = O
x y
1 3
O O
reta BC
x y
1 3
4 O
reta CA
x y
4 O
O O
G.51 Determinar as equações das retas suportes dos lados do triângulo cujos vértices
são A(O, O), B(l, 3) e C(4,01.
Solução
Cada reta édefinida por dois vértices:
reta AB
AEr B E r
C
~
r(verdadeira)
(verdadeira)
(falsal
(2)
+
2(2) -
6
=O
(4)
+
2(1) - 6 = O (7)+
2(-1) -
6 = O A ---+B ---+ C ---+
passa pela origem. Qual é a relação
Vamos resolver o sistema pelo
mé-todo da ad ição:
x -
V +
O
(D
+
®
2x
+ V -
2O
3x
1
O
=
X -1
3
~)
3
4
3'
P( .!.
3'
O=
V~(D.!.-V+1
3
Logo a intersecção de r com s
é
GJ2' Determinar a equação da reta definida pelos pontos AI2
~
I e BI-~
-2)
2' 2 2' 2'
Dodos A(-5. -51. B(l, 51, C(19, OI e (r)5x - 3y O, verificar se r passa pelo
baricentro do triângulo ASC.
Provar que os pontos A(a; b+el, B(b; a+c) e e(e; a+b) são colineares e dctcrminnr a equação da feta Que os contém.
G.53 A reta determinada por AIa, OI e BIO,bl passa por C13,
41.
Oual éa relaçãoen-/ .trt'! a e b?
~
A ,eta determinada por A(p, ql e B(3, -21entrp. p e q?
111. POSiÇÕES RELATIVAS DE DUAS RETAS
Solução
Conforme vimos no G.26. as coordenadas do baricentro são:
XG XA + XB +
xc
1-51t (1) + (1913 3 ~ 5
YG YA+YB+YC (-51 + (51 + (O)
3 3 O 33.
Dadas duas retas r e s cujas equações são:
Desenhar no plano cartesiano as retas cujas equações são dadas abaixo:
Rf~sposta: G
ti
rSubstituindo G(5, O) na equação de r, temos:
5151 - 3(01 ~ O (falsal
=
Gfi{
relas podem ocupar apenas três posições relativas no plano cartesiano. Essas
posições são definidas com base no número de pontos comuns às retas, isto é:
r e s concorrentes
==>um único ponto comum
r e s paralelas e distintas
==>nenhum ponto comum
r e s coincidentes
==>infinitos pontos comuns
cl x - Y+ 5 = Ofi x-y-4=Õ
bl x + Y = 5 e) 2y + x
=
O ai Y~ 2xdi x • Y+ 3 ~ O
11. INTERSECÇÃO DE DUAS RETAS
32.
Todo ponto de intersecção de duas retas tem de satisfazer às equações de
ambas as retas, portanto, obtemos o ponto comum
P(x
o, Vo)a duas retas
concorrentes resolvendo o sistema formado pela suas equações:
(5)
)(r) a, . x
+
b, •~
+
c,
~
Ot(s) az' x
+
bz .
V
+
Cz
~
O
Y
o
r
X
s
Y Y
x
O
r
~s
x
Exemplo
Obter a intersecção das retas:
(r) x - y
+
1 ~ O e (s) 2x+
y - 2O
Com o símbolo
r X s
indicaremos que
r e s são concorrentes; com
r
n
s
~1>
indicaremos que r e s são paralelas e distintas; com r
~s
indica-remos que
r e s são coincidentes (ou paralelas coincidentes).
Notemos que r
li
s significa r
n
s
~1>
ou
r
~s.
34. Todo ponto comum a r e s é solução do sistema (2::). Resolvendo
o sistema (2::) pelo método da adição, temos:
(Dx
b2=
a l b2 x+
b l b2 V=
c l b2}8
@x
(-b j )=
-a2 b jX - bl b2 V=
-c2 b j+
(ai b2 - a2 b dx
=
lei
b2 - c2bdCDx
(- a2)=
-ala2 x - b l a2V=
-C l a2}@x
a j=
ala2x+
alb2v=
alc28
(ai b2 - a2 bdv (al~ - a2 cd
Fazendo:
Quando a2
*
O, b2*
O e C2*
O, temos:=1
ai blI
alb2=
a2 bl ai blD O <==> <==>
-a2 b2 a2 b2
Dl
=
I
c, bl
I
O <==> Cj b2=
~bl <==> b j CIC2 b2 b2 C2
=I
:~
Cl1=
O ai ClD2 <==> a,~
=
a2 Cl <==>~ ~ ~
e a teoria pode ser simplificada para:
1~)
As retas (r) x+
2V+
3=
O e (s) 2x+
3V+
4=
O sãoconcorren-tes pois
ai b2 - a2 b l a j b,
j
Da2 b2
Cl b2 - c2b l c l b l
I
Dl~ b2
ai c l
I
=at c2- a2cI D2
a2 c2
o sistema (2: ) fica reduzido a:
(~)e'x
Dl@)
D·V D2
@
cuja discussão é imediata.
r)(s
<==>r=s <==>
36.
Exemplosai
*
b
laz
bz
ai
=
E.L
*
CIa2
b
2 ~ai
=
J2.
=
CIa2
b
2 ~35. São possíveis três casos:
isto
O
são paralelassão concorrentes pois
*0
isto é,
1
= -2*
33 6
1
O
e (s) 2x+
4V+
6 =O
são coinciden·isto é -
1
-2 32 4 6
(s) V
+
4 = O:~
I I
~ ~
I
=1
D
=
ai
=
bl _ CIa2
1l;' -
~'4~)As retas (r) x - 2 =
O
e~
=~
*..:..J...
a2 b2 ~
3~) As retas (r) x
+
2V+
3tes pois
2~) As retas (r) x
+
2V+
3 =O
e (s) 3x+
6V+
1
e dL;tintas pois
*
O } <==> (l:) não tem solução <==> rn
s<==> (l:) tem infinitas
solu~3es
<==> r = sI'?
caso:
D
*
O
<==> (2::) tem uma única solução <==> rX
s2?
caso:
:P.
caso:
32-G
5?)As retas (ri x
+
y+
m ~O
e (s) x+
y+
2O
são paralelas poisaI bl isto é,
1
1
-~' -
-a2
1
1
para m 2, temos (coincidentes)
para m
'*
2 emE
IR, temos rn
s ~r/J
(paralelas distintas)G.ij1 Demonstrar que as retas
Irl x - 2y = O, (s) x + 2y - 8 = O e (t) 11 + klx + 211 - kly - 8 O
são concorrentes no mesmo ponto P,
V
k E IR.Solução
1?) Obtemos a intersecção de r e s
EXERCICIOS
r
Xx - 2y = Ol
+ 2y - 8 = Oresolvend~ x 4 c y 2 4 P(4, 2)
Determinar a para que as retas de equações x + 2y - 2a = O. ax - Y - 3 e 2x - 2y - a =O sejam concorrentes no mesmo ponto.
/
G.59
IMAPOFE 1- 741 Determinar a intersecção das retas x + 2y o 3 e 2x + 3y
As retas suportes dos lados do triângulo ABC são (AB) 3x - 4y o O,
IBC) x + y - 7 ~ O e (CAI 4x - 3y o O.
Mostrar que ABC é um triângulo isósceles.
5.
G.6,2
/
2°1 Provamos que PEt
(1 + k)xp + 211 - klyp - 8 11 + kl4 + 2 (1 - k)2-8 -4 + -4k + -4 - -4k - 8 = O,
V
kE IRO
O
O
/
/
/
I
Se B Es, então as coordenadas verificam a equação de s.
Fé.!-YB = b, decorre: xB ~ -5Y8 :::::} x8
Solução
1?) Se A E r, então as coordenadas de A verificam a equação de r.
Fa-zendo xA ;:.: a, decorre:
YA = 3 xA ~ y A ~ 3a ~ Ala, 3al
Determinar m de modo que as retas de equações 3x +y - m =O, 3x - y +
e 5x - y - 1 = O definam um tr'lângulo.
Demonstrar que as retas de equações 2x + 3y =O, 12k + 1 Ix + 13k - 2)y + 5
e x _ 2y + 5 :;::. O são concorrentes no mesmo ponto, qualquer Que seja k.
1t
G.65 Oual é a equação da reta que passa por P13, 11, intercepta Irl 3x - y = O em A e (5) x+ 5y =: O em B tais que P é médio do segmento AB.{A} = AB
n
CA ----;.{3X
-
4y = O4x - 3y = O
{3X - 4y = O
{B} AB
n
BC ----;.x +y - 7 =O
{C} BC
n
CA ----;. {"+ Y- 7 = O 4x - 3y o O2°1 Calculemos as medidas dos lados Ai;! e AC
dABOv'(Q-412+(0-3)2~5}
--2 ~-2 =>AB
=o
AC dAC o v'lO - 31 + lo - 41 = 5~
Resolvendo os três sistemas formados, temos: A " lO, O), 8 o 14, 3) c C o 13, 4)
Solução
1?) Cada vértice do triângulo é a intersecção de duas retas suportes:
1°) Determinemos P, intersecção da 1~ com a 2~
{2X +3y - 1 - O
resolvendo
-+ x -1 e y +1 ---->P(-l. +11 x + y = O
2'?) Pro'Jemos que P pertence à 3~ reta
3xp + 4yp - 1 31-11 + 4(+11 - 1 _. -3 + 4
,
- nResolvendo o sistema formado por (1) e (2), temos a -= 1e b = -1, portanto,
A _ 11, 3) c 8 ~ (5. -11. XA + x8
~3 a - 5b ~a-5b=6 11I
xp =
2 2
YA + Y8 ~~3a +b = 2
,
121~1
yp
-2 2
4C:l AequJçJo da reta AB é: _ O~ 4x +4y - 18 O
x Y
1 3
5 -1 ~x+y-4=O
P é ponto médio de AB, então: 3'?)
O. O e 3x +4y - 1
o, x + y
2~ + 3y - 1 Provar que as retas de equações
concorrem na mesmo ponto P.
Solução
~60