GEOMETRIA : métodos

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5.7.14

Resolver um problema de construção usando análise e síntese (7)

Problema:
Determinar um ponto $\;P\;$ sobre uma reta que contém um diâmetro $\;AB\;$ de uma dada circunferência $\;(O)\;$ tal que, sendo $\;T\;$ o ponto de tangência da tangente à circunferência tirada por $\;P, \;$ $\;PT = 2PA.\;$

Th. Caronnet, Exércices de Géométrie. 2^ème livre- La Circonférence. Vuibert. Paris:1947

Para obter a solução por construção, temos de fazer a análise do problema a partir do problema como se ele estivesse resolvido.
Análise do problema:
Com o problema resolvido, teríamos uma circunferência $\;(O)\;$, um ponto $\;P\;$ no exterior de $\;(O)\;$ sobre um diâmetro $\;AB\;$, uma tangente num ponto $\;T\;$ da circunferência a passar por $\;P\;$, sendo $\;PT=2PA.\;$
Sabemos também que $\;PA \times PB =PT^2\;$ (potência de um ponto $\;P\;$ relativamente à circunferência $\;(O).\;$)
Assim, de $\;PT^2 =4PA^2= PA\times PB$ se tira $\;4PA=PB=BA+PA\;$ e, em consequência, $\;3PA=AB\;$ ou $\; \displaystyle PA=\frac{AB}{3}.\;$

A construção (sintética, a seguir) é sugerida pelas relações descobertas na análise do problema resolvido. Pode segui-la fazendo variar os valores de $\;n\;$ no cursor $\;\fbox{n=1,..., 6}.\;$

A análise feita, diz-nos que, nas condições do problema, $$PT=2PA \Longrightarrow \displaystyle PA=\frac{AB}{3}.\;$$
Seguindo o que nos é sugerido, começamos por dividir $\;AB\;$ em três partes iguais.
E tomamos para ponto $\;P\;$ um dos pontos de interseção da circunferência $\,\left(A, \;\displaystyle \frac{AB}{3}\right).\;$ com a reta $\;AB\;$, isto é $\;P : 3PA =AB.\;$
Determinamos os pontos $\;T\;$ e $\;U\;$ de tangência das tangentes a $\;(O)\;$ que passam por $\;P\;\;\;\;$
Será que $\;3PA=AB \Longrightarrow 2PA=PT\;?\;$. Como $\;BP=BA+AP\;$ e, por construção, $\;3PA=AB\;$, $\;BP =4PA\;$
Por ser $\;PA\times PB = PT^2,\;$ temos $\;4PA^2=PT^2,\;$ e, em consequência $\;2PA=PT\;\;\;\;$ □

2.7.14

Resolver um problema de construção usando análise e síntese (5)

Problema: Construir um trapézio de que se conhecem os quatro lados

Th. Caronnet, Exércices de Géométrie. 2_ème livre- La Circonférence. Vuibert. Paris:1947

Para obter a solução por construção, temos de fazer a análise do problema a partir do problema como se ele estivesse resolvido.
Análise do problema:
Suponhamos o problema resolvido: Teríamos um trapézio $\;[ABCD]\;$ que tem por lados $\;AB=a, \;BC=b, \; CD=c, \; DA=d, \;$ sendo $\;AB \;$ a base maior e $\;CD\;$ a base menor do trapézio. Tirando por $\;C\;$ uma paralela a $\;DA\;$, ela corta $\;AB\;$ em $\;E.\;$ Do triângulo $\;[BCE]\;$ conhecemos os comprimentos dos seus três lados: $\;EB=AB-AE=a-c, \;BC=b, \; EC=AD=d\;$.
A construção (sintética, a seguir) é sugerida pelas relações descobertas na análise. Pode segui-la fazendo variar os valores de $\;n\;$ no cursor $\;\fbox{n=1,..., 8}.\;$

A análise feita, diz-nos que um triângulo de lados $\;b, \;d, \;|a-c|\;$ é parte do trapézio que pode ser construída e a partir do qual se pode construir um trapézio com os lados dados.
Começamos por tomar um ponto $\;B\;$ qualquer
O ponto $\;C\;$ pode ser um ponto qualquer da circunferência de raio $\;b\;$ e centro em $\;B\;$
Relativamente a esses $\;B\;$ e $\;C\;$, o ponto $\;E\;$ referido na análise do problema é um dos pontos da interseção da circunferência de centro $\;B\;$ e raio igual a $\;|a-c|\;$ (diferença das bases do trapézio) com a circunferência de centro $\;C\;$ e raio $\;d.\;$
Temos um triângulo $\;[BCE]\;$, a partir do qual se pode construir o trapézio.
O que falta para termos o trapézio que procuramos resume-se a obter os dois vértices do paralelogramo de $\;[AECD]\;$ de que conhecemos $\;CE=d =AD, \;CE \parallel AD, \; AE=c=CD, \;AE \parallel CD.\;$
$\; A \in BE.(B, \;a)\;$
A paralela a $\;CE\;$ tirada por $\;A\;$ interseta a paralela a $\;BE\;$ tirada por $\;C\;$ no ponto $\;D\;$.
E, finalmente, podemos apresentar o polígono $\;[ABCDE]\;$ que é o trapézio requerido. □

A existência de solução do problema está ligada às condições de existência do triângulo $\;[BCE]\;$, a saber
$\;|a-c| < b+d, b<|a-c|+d, d<|a-c|+b \;$ que é o mesmo que $\;|b-d|< |a-c| < b+d . \;$
No caso dos dados originalmente apresentados, consideramos$\;c < a\;$ e portanto $\;|a-c|=a-c\;$, isto é, que $\;a\;$ e $\;c\;$ são respetivamente a base maior e a base menor do trapézio.

8.3.14

Usando lugares geométricos para resolver problemas de construção (8)

Problema:Construir um triângulo de que se conhecem um ângulo, o lado a ele oposto e a mediana relativa ao lado conhecido.

Na construção a seguir, apresentamos os passos da resolução do problema de construção..
1.
Dados: dois pontos $\;B\;C\;$,segmento $\;a=BC\;$,comprimento da mediana $\;m_{BC}$, ângulo de amplitude $\;\alpha\;$.
2.
A resolução do problema resume-se a encontrar pontos $\;A\;$ , 3º vértice do triângulo $\;ABC\;$ de que se conhecem $\;B,\;C\;$, sabendo que $\;\angle B\hat{A}C\;$ terá de ser igual a $\;\alpha\;$ e $\;AM_{BC}=m_{BC}\;$

O 5º lugar geométrico da lista diz-nos que os pontos, dos quais partem retas para os extremos $\;B,\;C\;$ de um segmento fazendo um ângulo $\;\alpha\;$, estão sobre dois arcos congruentes de duas circunferências com uma corda - $\;a=BC\;$ - comum.
O lugar geométrico dos pontos à distância $\; m_{BC}\;$ de $\;M_{BC}\;$, ponto médio de $\;BC\;$, estão na circunferência de centro $\;M_{BC};$ e raio $\; m_{BC}\;$ (1º lugar geométrico da lista)

3.
A interseção dos lugares geométricos (5º e 1º, para os dados do problema) são os pontos $\;A, \; \; A_1 ,\; A_2 ,\; A_3\;$.
Há, em consequência, quatro triângulos $\;ABC, \; \; A_1 BC ,\; A_2 BC,\; A_3 BC\;$, a vermelho na figura, que satisfazem as condições requeridas

6.3.14

Usando lugares geométricos para resolver problemas de construção (6)

Problema: Construir uma circunferência tangente a duas retas paralelas dadas e a passar por um ponto dado.

Na construção a seguir, apresentamos os passos da resolução do problema de construção..
1.
Temos inicialmente duas retas paralelas $\;a,\;b\;$ e um ponto $\;P\;$ dados .
2.
A resolução do problema resume-se a encontrar pontos $\;O\;$ a igual distância das retas paralelas e do ponto $\;P\;$.

O 2º lugar geométrico da lista diz-nos que os pontos equidistantes de uma reta $\;m\;$ estão sobre retas paralelas a ela. Assim, é óbvio que o lugar geométrico dos pontos $\;M\;$ equidistantes das retas $\;a, \; b\;$ à distãncia $\;d\;$ uma da outra, será a reta a elas paralela e a meia distância $\; \displaystyle \frac{d}{2}\;$ entre $\;a\;$ e $\;b\;$. Os pontos $\;O\;$ procurados estão, por isso, sobre $\;m\;$.
O lugar geométrico dos pontos à dstância $\; \displaystyle \frac{d}{2}\;$ de $\;P\;$ estão na circunferência de centro $\;P\;$ e raio $\; \displaystyle \frac{d}{2}\;$ (1º lugar geométrico da lista)

3.
A interseção dos lugares geométricos (1º e 2º, para os dados do problema) são os pontos $\;O_1 \;\mbox{e} \; O_2 \;$ Há, em consequência, duas circunferências de raio $\; \displaystyle \frac{d}{2}\;$ e centros $\;O_1 \;\mbox{e}\; O_2 \;$ que são soluções do problema.

12.1.14

Instrumentos euclidianos

As próximas entradas ilustrarão o uso dos instrumentos e métodos de construção euclidianos.

No Livro I dos Elementos, Euclides dá as seguintes definições:

I.Ponto é o, que não tem partes, ou o, que não tem grandeza alguma.
II. Linha é o, que tem comprimento sem largura.
III. As extremidades da linha são pontos.
IV. Linha recta é aquella, que está posta egualmente entre as suas extremidades.
...
XV. Círculo é uma figura plana, fechada por uma só linha, a qual se chama circumferencia: de maneira que todas as linhas rectas, que de um certo ponto existente no meio da figura, se conduzem para a circumferencia, são eguais entre si

e, mais adiante, apresenta-nos os seguintes postulados

I. Pede-se como cousa pessoal, que se tire de um ponto qualquer para outro qualquer ponto uma linha recta
II.E que uma linha recta determinada se continue em direitura de si mesma, até onde seja necessário.
III. E que com qualquer centro e qualquer intervallo se descreva um círculo

Estes postulados garantem todas as construções primitivas com as quais todas as construções dos Elementos de Euclides se podem compor. Constituem-se em regras do jogo das construções de Euclides, restringindo todas as construções às que podem ser feitas:com instrumentos "euclideanos": uma régua de arestas para traçar tanto quanto o desejemos uma reta determinada por dois pontos; um compasso que nos permite determinar uma circunferência de um dado centro e passando por um dado ponto.