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28.5.18

Estudo do Problema de Castillon

Problema: Inscrever numa dada circunferência um triângulo [DEF] em que cada um dos seus lados passa por um único de três pontos dados A, B, C : por exemplo \;A\in FE, \;B \in ED, \;C \in DF\;



Em síntese, a construção, que a seguir se apresenta, passo a passo, não é óbvia por não serem óbvios os elementos que vão sendo determinados em cada passo. Os autores de F.G.-M., Exércices de Géométrie…. 6ème éd., J. de Gigord. Paris:1920, (http://gallica.fr)- a propósito, esclarecem: "A síntese permite a quem sabe, expôr o que conhece; é habitual usá-la nos elementos de geometria, na demonstração de teoremas; mas a síntese não pode ser usada na resolução de problemas porque não pode indicar a priori cada uma das construções a fazer. A análise é por excelência, o método para descobrir; e, por conseguinte, usa-se constantemente na solução das questões que ainda não estudámos."
Fazendo variar o cursor \;\fbox{n= 1, 2, … 10}\; pode seguir sucessivos passos da construção, envolvendo potências de pontos relativamente à circunferência dada que servem para provar igualdade de ângulos interessantes cuja utilidade é desvendada pela análise do problema resolvido (ou pelo resultado obtido :-).





Transcrevemos a seguir uma adaptação do excerto de metodologia para a resolução deste problema seguindo
F.G.-M., Exércices de Géométrie…. 6ème éd., J. de Gigord. Paris:1920, (http://gallica.fr)-
acompanhadas das figuras ilustrativas que lá se encontram.


Problema de Castillon: 51. On donne trois points \;A, \;B, \;C,\; et une circonférence; inscrire dans cette circonférence un triangle \;DEF,\; tel que chaque côté passe par un des points donnés.



Considerado o problema resolvido, a imagem ao lado esclarece que, sendo \;GF\; paralela a \;BC\; e que \;GE\; interseta \;BC\; em \;H,\; sendo iguais os ângulos (\;BHE\; ou) \;\angle B\hat{H}G\; e \: \angle H\hat{G}F\; alternos internos no sistema de retas paralelas \;GF,\; BC\; cortadas pela secante \;HG\; e também \;\angle H\hat{G}F; e \;BDC\; são iguais por estarem inscritos num mesmo arco \;ETF.\; Assim sendo, são semelhantes os triângulos \;BHE\; e \;BCD\; com o ângulo \;B\; comum e os ângulos \;BHE\; e \;CDB\; iguais. E, pelo menos, o ponto \;H\; pode ser determinado por \;HB.BC=BT^2.\;
Começamos por aí.
É preciso determinar um dos pontos \;D,\; E\; ou \;F\; para que o problema fique resolvido.

Por isso, podemos dizer que precisamos de resolver o seguinte
Problème
52. On donne deux points \;A, \;H,\; une circonférence et une droite \;BC.\; Déterminer sur cette circonférence un point \;E,\; tel qu'en le joignant aux deux points donnés \;A,\; H,\; la corde \;FG\; soit parallèle à la droite \;BC.\; Soit le problème résolu et \;FG\; parallèle à \;BC.\;



Consideremos o problema resolvido e \;FG\; paralela a \;BC.\; De forma análoga ao feito no caso anterior, acrescentamos à ilustração (das condições do problema resolvido) uma paralela a \;HA\; tirada por \;F,\; que intersecta a circunferência dada em \;L\; e traçamos a reta \;LG\; que intersecta \;HA\; em \;M.\;

Nestas condições, temos \; \angle G\hat{F}L = \angle D\hat{H}M, \; \mbox{e} \; \angle F\hat{L}M+\angle L\hat{M}H = \pi,
\; \angle G\hat{E}F +\angle F\hat{L}M = \pi \; \;\mbox{sendo por isso,}\;\;\angle G\hat{M}H = \angle H\hat{E}A\;
e, em consequência,
\Delta [HGM] \sim \Delta [HEA],\; dos quais \angle \hat{H}\; é ângulo comum. E é essa semelhança que nos permite escrever \frac{\overline{HM}}{\overline{HE}} = \frac{\overline{HG}}{\overline{HA}} \; \Leftrightarrow \overline{HM} \times \overline{HA}= \overline{HE} \times \overline{HG}= \overline{HT}^2 que nos permite determinar sobre \;HA\; o ponto \;M,\; colinear de \;G, \;L\; sendo
\;\angle B\hat{H}M = \angle G\hat{F}GL\; \Leftarrow \;(BH \parallel GF \wedge HM \parallel FL )




E, assim, o problema de Castillon depende agora da resolução do
Problème
53. Par un point donné \;M,\; mener une sécante telle que l'angle inscrit \;L\hat{F}G\;, qui correspond à la corde interseptée \;GL,\; soit égale à un anglé donnée \;A\hat{H}B.\;



Por um ponto qualquer da circunferência dada, tiramos paralelas a \;BH\; e a \;MH\; ou seja inscrevemos na circunferência um ângulo de amplitude igual a \; \angle B\hat{H}M\;
Em seguida traçamos a corda correspondente a esse ângulo inscrito. As cordas correspondentes a ângulos inscritos iguais em amplitude a ele, são iguais e tangentes a uma circunferência concêntrica à dada. Determinada essa nova circunferência pelo centro e pelo pê da perpendicular da corda do dito ângulo inscrito com amplitude igual a \; \angle B\hat{H}M,\; o problema de Castillon fica resolvido tirando por \;M\; a tangente a ela que intersectará a circunferência inicialmente dada nos pontos \;G, L\;

Por esse ponto \;G\;, finalmente determinado, a paralela a \;BC\; por ele tirada intersecta a circunferência inicial em \;F.\;
\;D\; ficará determinado na circunferência pela reta \;CF\; e
o ponto \;E\; ficará determinado sobre a circunferência pela reta \;DB\; ou pela reta \;FA.\;\blacksquare

21.3.16

Construir um paralelogramo de que se conhecem as diagonais e um lado


Problema:
Construir um paralelogramo \;[ABCD]\; de que conhecemos os comprimentos de um dos seus lados \;a=AB\; e das suas diagonais \; d_1=AC, \; d_2= BD.

Um paralelogramo tem os lados opostos paralelos e de comprimentos iguais: \;AB\parallel CD \wedge AB=CD; \; BC\parallel DA \wedge BC=DA\; e cada uma das suas diagonais encontra a outra no seu ponto médio, ou seja, há um ponto
\;M : \;\;\;\;AM = MC = \frac{d_1}{2},\;\;\; BM = MD = \frac{d_2}{2}\;

Pode seguir os passos da construção, fazendo variar o valor de \;n\; no seletor ao fundo da janela.


@geometrias, 21 março 2016, Criado com GeoGebra




Temos dados bastantes para construir um triângulo \;[AMB]\; de lados \;a=AB, \;\frac{d_1}{2}=AM, \; \frac{d_2}{2}=BM.\;\;\;\;\; E a partir dele, tudo se retira:
\;\left(M,\;\frac{d_1}{2}, \right).AM \rightarrow C, \;\;\;\left(M,\;\frac{d_2}{2}\right).BM \rightarrow D\;

200. Construire un parallèlogramme connaissant ses deux diagonales et un côté.l
Th. Caronnet. Éxércices de Géométrie. Deuxièmes Livre: La circonférence 5ème édition. Librairie Vuibert. Paris:1947

13.3.16

Construir um trapézio de que se conhecem os comprimentos dos lados


Problema:
Construir um trapézio de que conhecemos os comprimentos dos seus lados \;a=AB, \;b=BC,\;c=CD,\;d=DA\; sendo as bases paralelas \;AB,\;CD\;

Sendo \;AB\; e \;CD\; as bases paralelas de um trapézio \;ABCD, \; uma paralela tirada por \;C\; a \;DA\; corta \;AB\; em \;E\; digamos. Claro que \;E\; está à distancia \;AD=d\; de \;C.\; e este pode ser determinado pela intersecção das circunferências (E, d) e (B,b). Como \;AB\parallel CD\; e \;CE\parallel DA, \; \;\;\; AE=CD=c\; e \;BE=a-c.


Pode seguir os passos da construção, fazendo variar o valor de \;n\; no seletor ao fundo da janela.


@geometrias, 13 março 2016, Criado com GeoGebra


Tomando um ponto \;A\; e uma reta \;r\; quaisquer para suporte de \;AB, \; determinamos \, B:\; (A, a).r\; e \;E: (A,c).r\;
O problema de construção do trapézio fica resolvido determinando \;C\; como
terceiro vértice do triângulo de lados \;EB=a-c, \;b,\;d.\;
O vértice \;D\; é a intersecção da paralela a \;EC\; tirada por \;A\; com a paralela a \;AB\; tirada por \;C\;

202. Construire un trapèze connaissant ses quatre côtés.l
Th. Caronnet. Éxércices de Géométrie. Deuxièmes Livre: La circonférence 5ème édition. Librairie Vuibert. Paris:1947

14.2.16

Numa circunferência inscrever um triângulo retângulo


Problema:
São dados dois pontos \;P,\;Q\; e uma circunferência \;(O)\;
Inscrever na circunferência \;(O)\; um triângulo retângulo tal que a reta de um cateto passe \;P\; e a reta do outro cateto passe por \;Q.\;

©geometrias. 14 fevereiro 2016, Criado com GeoGebra

Pode acompanhar a construção da resolução do problema fazendo variar os valores de n no seletor centrado e no fundo da janela de visualização.



Se um dos lados de um ângulo reto tem de passar por \;P\; e outro por \;Q\; então o seu vértice será um ponto da circunferência de diâmetro \;PQ.\; Como o ângulo reto tem vértice sobre a circunferência \;(O)\; este é um dos pontos da interseção das duas circunferências citadas - a que chamamos \;A\;. Os restantes vértices serão \;B\; na interseção de \;(O)\; com \;AP\; e \;C\; na interseção de \;(O)\; com \;AQ.\;
No caso da nossa figura, o problema tem duas soluções.

148. Inscrire dans un cercle un triangle rectangle dont les cotês de l'angle droit ou leurs prolongements passent par deux points donnés P et Q
Th. Caronnet. Éxércices de Géométrie. Deuxièmes Livre: La circonférence 5ème édition. Librairie Vuibert. Paris:1947

11.2.16

Circunferência por 2 pontos com tangentes iguais tiradas por 2 ponto distintos


Problema:
São dados quatro pontos \;A,\;B,\;C,\;D.\;
Construir a circunferência que passa por \;A,\;B\; e cujas tangentes tiradas por \;C\; e por \;D\; têm o mesmo comprimento.

©geometrias. 10 fevereiro 2016, Criado com GeoGebra

Pode acompanhar a construção da resolução do problemas fazendo variar os valores de n no seletor centrado e no fundo da janela de visualização.



Este é mais um dos problemas que se resolve, analisando-o como se o tivessemos resolvido. Claro que, como temos dois pontos \;A, \;B\; da circunferência-solução, sabemos que o seu centro \;O\; é um ponto equidistante de \;A\; e de \;B\;.
Também sabemos que \;CH =DG\; se H for o ponto de tangência da tangente tirada por \;C\; e \;G\; for o ponto de tangência da tangente à circunferência tirada por \;D\; e sabemos que \;OG=OH\; (raios) e que \;OG \perp GD\; e \;OH \perp HC.\;. E, em consequência, serão iguais os triângulos \;[CHO]\; retângulo em \;H\; e \;[DGO]\; retângulo em \;G\;. Assim sendo, serão iguais as hipotenusas \;OC = OD\;. Ou seja \;O\; é um ponto equidistante dos pontos dados, \;C\; e \;D\;, da mediatriz de \;CD\;
Deste modo, \;O\; fica determinado como interseção das mediatrizes de \;AB\; e de \;CD\; e a circunferência requerida tem este centro \;O\; e passa por \;A\;

147. On donne quatre points A, B, C, D. Construire un cercle passant par A et B et tel que les tangentes issues de C et D soient égales.
Th. Caronnet. Éxércices de Géométrie. Deuxièmes Livre: La circonférence 5ème édition. Librairie Vuibert. Paris:1947 >

31.1.16

Construir uma circunferência tangente a uma reta e passe por dois pontos (2)


Problema:
São dados dois pontos \;A,\;B\; ambos à mesma distância de uma dada reta \;r.\;
Construir uma circunferência que passe pelos pontos \;A, \;B\; e é tangente a \;r. \;

©geometrias. 31 janeiro 2016, Criado com GeoGebra

Pode seguir a construção da solução do problema, fazendo variar os valores de n no seletor apresentado à direita baixa do retângulo de visualização



Se \;A,\;B\; estão à mesma distância de \;r, \; \;AB \parallel r.\; O centro da circunferência que passa por \;A,\;B\; é um ponto da mediatriz de \;AB \; que intersecta \;r\; em \;D.\; Como a mediatriz de \;AB\; é perpendicular a \;AB\; também é perpendicular à sua paralela \;r.\; Por isso o ponto \;D\; é o ponto de tangência da circunferência que passa por \;A, \;B\; e é tangente a \;r.\; Assim o centro da circunferência que procuramos é o ponto comum a \;CD\; e a mediatriz de \;AD\; ou de \;BD\;

151. On donne une droite D et d'un même côté, sur une même perpendiculaire à D, deux points A et B. Construire un cercle passant par A et B et tangent à la droîte D.
Th. Caronnet. Éxércices de Géométrie. Deuxièmes Livre: La circonférence 5ème édition. Livbrairie Vuibert. Paris:1947

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. 2ème 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}.\;

© geometrias, 5 de Julho de 2014, Criado com GeoGebra



  1. A análise feita, diz-nos que, nas condições do problema, PT=2PA \Longrightarrow \displaystyle PA=\frac{AB}{3}.\;
  2. Seguindo o que nos é sugerido, começamos por dividir \;AB\; em três partes iguais.
  3. 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.\;
  4. 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. 2ème 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}.\;

© geometrias, 2 de Julho de 2014, Criado com GeoGebra



  1. 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.
  2. Começamos por tomar um ponto \;B\; qualquer
  3. O ponto \;C\; pode ser um ponto qualquer da circunferência de raio \;b\; e centro em \;B\;
  4. 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.\;
  5. 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.\;
  6. \; A \in BE.(B, \;a)\;
  7. A paralela a \;CE\; tirada por \;A\; interseta a paralela a \;BE\; tirada por \;C\; no ponto \;D\;.
  8. 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.

28.6.14

Resolver problema de construção, usando análise e síntese (4)


Problema:     Construir um triângulo isósceles de que se conhecem o circulo circunscrito e a soma da base com a altura correspondente.
Th. Caronnet, Exércices de Géométrie. 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.
  1. Suponhamos o problema resolvido: Teremos um triângulo isósceles \;[ABC]\; (AB=AC),\; inscrito no círculo circunscrito \;(O)\; dado e tal que a altura \;AD=h\; e a base \;BC=a\; têm soma dada \;s=a+h.\;
    • Num triângulo isósceles a altura \;AD\; bisseta a base \;BC,\; por isso passa pelo circuncentro \;O\;. Podemos escrever \;AD+2BD=s.\; Quando prolongamos \;AD\; até \;E\; tal que \;DE=BC,\; temos \;AE=s\; e \;2BD=DE,\; donde \;\displaystyle \frac{BD}{BE} =\frac{1}{2}.
    • Se prolongarmos \;EB\; até encontrar no ponto \;F\; a tangente a \;(O)\; tirada por \;A\;, temos um novo triângulo \;[EAF]\;, retângulo em \;A\;, que é obviamente semelhante ao triângulo \;[EDB]: \;\;\; \displaystyle \frac{AF}{AE}=\frac{DB}{DE} = \frac{1}{2};\;\; \;\;AE=s\; e \;\displaystyle AF=\frac{s}{2}.\;
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,..., 6}.\;

© geometrias, 28 de Junho de 2014, Criado com GeoGebra



  1. É dado um segmento de comprimento \;s=a+h\; e uma circunferência de centro \;O\; circunscrita do triângulo procurado.
  2. Assim, começamos por tomar para vértice \;A\; um ponto qualquer da circunferência dada e traçamos o diâmetro que passa por \;A\; e contém a altura \;h\; relativa a \;a.\;.
  3. De acordo com o sugerido na análise feita, interessa determinar o ponto \;E\;, desse diâmetro tal que \;AE=a+h\;: \;AO.(A,s).\;
  4. E, em seguida, determinamos o ponto \;F\; da tangente a \;(O)\; tirada por \;A\; e à distância \;\displaystyle \frac{s}{2}\; de \;A.\;
  5. A reta \;EF\; interseta a circunscrita \;(O\;)\;, para os dados da nosso problema, por exemplo, \;B\;. A perpendicular a \;AE\; (ou paralela a \;AF\;) interseta \;(O)\; num ponto \;C\;, para além de \;B\; e \;AE\; em \;D\;. O triângulo \;[ABC]\; de altura \;AD\; é uma das soluções do problema: Como, por construção, \;O \in AE,\; e \;AE\perp BC, \; então \;AD=DB\;. Assim fica provado que \;[ABC]\; está inscrito em \;(O)\; e é isósceles. □
  6. Outra solução, será o triângulo \;[AB_1C_1]\; de altura \;AD_1\; e base \;B_1C_1\;
Para cada \;A\; de \;(O)\; haverá duas soluções, para os dados que se mostram inicialmente. Fazendo variar o comprimento do segmento \;s\; pode ver em que condições há 0, 1 ou 2 soluções para o problema

26.6.14

Resolver problema de construção, usando análise e síntese (3)


Problema:     Num dado triângulo, traçar uma linha paralela à base de tal forma que se se traçarem a partir dos seus extremos linhas paralelas aos lados até cortarem a base, somadas meçam o dobro que a linha inscrita. (31/12/1881)
Charles Lutwidge Dodgson, Um conto enredado e outros problemas de almofada. RBA: 2008

Para obter a solução por construção, temos de fazer a análise do problema a partir do problema como se ele estivesse resolvido. (ilustrada, na figura, para os valores \;2\;de \;n\; no cursor \;\fbox{n=1,..., 4}.\;
  1. São dados \;A, \;B, \;C\;. Resolver o problema consiste em determinar, por construção, pontos \;C'\; sobre \;AB\; e \;B'\; sobre \;AC\;, de tal forma que \;B'C' \parallel BC \wedge C'E+B'D = 2\times B'C',\; sendo \;D, \;E\; pontos de \;BC\; e \;B'D \parallel AB\; e \;C'E \parallel AC. \;
  2. Supor que o problema está resolvido é supor que \;B'C'\; está situada de tal forma que \;B'D\; e \;C'E\;, paralelas aos lados, somados dêem \;2B'C'.
    De acordo com a proposição 34 do Livro I dos Elementos de Euclides
    \;B'D =C'B\; e \;C'E=B'C\; e portanto \;B'C + C'B = 2B'C'.
    E há um ponto \;L\; de \;B'C'\; que o divide em duas partes sendo uma igual a metade de \;B'C\; e outra igual a metade de \;C'B.\; Se deteminarmos este ponto \;L,\; por ele passa uma única paralela a \;BC...

  3. A construção (sintética, a seguir) está ilustrada para os valores \;3,\; 4\; de \;n\; no cursor \;\fbox{n=1,..., 4}.\;

    © geometrias, 25 de Junho de 2014, Criado com GeoGebra



    Considerando a decomposição (análise) do problema antes feita, apresentamos, agora sinteticamente, os passos da determinação da reta \;B'C'\; .
  4. Para determinar o ponto \;L\; sobre \; B'C'\; paralela a \;BC,\; de tal modo que \;2LC'=C'B\; e \;2LB'=B'C \; (i.e. \;2(LC'+LB')= 2C'B' =C'B+B'C = B'D+C'E\; ), podemos usar um ponto \;F\; qualquer de \;AB\; (ou de \;AC\;) e por ele tirar uma paralela a \;BC.\;
  5. Depois é só tomar \;G\; sobre essa paralela de tal modo que \;2FG =FB\; e \;L\; estará sobre a reta \;BG.\; Claro que, fazendo o mesmo para o lado \;AC,\; \;L\; estará sobre \;CK,\; estando \;K\; sobre uma paralela a \;BC\; tirada por um ponto \;H\; de \;AC\; sendo \;2KH=HC.\; \;L\; é único \;CK.BG \; e \;B'C'\; é a única paralela a \;BC \; tirada por \; L
  6. São semelhantes os triângulos \;[FBG]\; e \;[C'BL]\; e os lados opostos ao ângulo \;\hat{B}\; comum são homólogos e \;BC' = 2C'L,\; já que por construção \;FB=2FG.\; Do mesmo modo, se mostra que \;2LB'=B'C\;
O ponto \;F\; pode tomar as diversas posições sobre \;AB.\; Verá que a variação de \;F\; sobre \;AB\; não afeta a posição de \;L.\; No caso da nossa construção, quando \;F\; toma a posição de \;C',\; K\; toma a posição de \;B',\; \;G\; e \;K\; coincidem com \;L.\; Os pares de arcos iguais (centrados em \;F\; e \;M,\; e em \;H\; e \;N)   acompanham a deslocação de \;F\; e ilustram as relações estabelecidas.

22.6.14

Resolver problema de construção, usando análise e síntese (2)


Problema:     Traçar num dado triângulo um segmento paralelo à base de tal forma que, se a partir dos seus extremos se tirarem segmentos paralelos aos lados até à base, a sua soma seja igual ao primeiro segmento.
Charles Lutwidge Dodgson, Um conto enredado e outros problemas de almofada. RBA: 2008
São dados \;A, \;B, \;C\;. Resolver o problema consiste em determinar, por construção, pontos \;D\; sobre \;AB\; e \;E\; sobre \;AC\;, de tal forma que \;DE \parallel BC \wedge DE= DF+EG,\; sendo \;F, \;G\; pontos de \;BC\; e \;EG \parallel DB\; e \;DF \parallel EC. \;
Considerando que, para obter a solução por construção, temos de fazer a análise do problema a partir do problema como se ele estivesse resolvido. (ilustrada, na figura, para os valores \;1,\;2\;de \;n\; no cursor \;\fbox{n=1,..., 4}.\;
  1. No problema resolvido temos os pontos dados \;A, \;B, \;C\; e também os pontos \;D\; sobre \;AB\; e \;E\; sobre \;AC\;, de tal forma que \;DE \parallel BC \wedge DE= DF+EG,\; sendo \;F, \;G\; pontos de \;BC\; e \;EG \parallel DB\; e \;DF \parallel EC. \;
  2. \;[DBGE]\; e \;[DFCE]\; são paralelogramos, logo
    \; DE= EG+DF = DB+EC \;

  3. A construção (sintética, a seguir) está ilustrada para os valores \;3,\; 4\; de \;n\; no cursor \;\fbox{n=1,..., 4}.\;

    © geometrias, 22 de Junho de 2014, Criado com GeoGebra



    Considerando a decomposição (análise) do problema antes feita, apresentamos, agora sinteticamente, os passos da determinação da reta \;DE\; .
  4. Começamos por traçar as bissetrizes dos ângulos \;A\hat{B}C\; e \;B\hat{C}A\; e designemos por \;H\; o ponto em que elas se encontram (aliás, este ponto é o incentro do triângulo \;[ABC]\;, comum às suas três bissetrizes e equidistante dos seus três lados).
    Por \;H\; tiramos a paralela a \;BC\; que interseta os lados \;AB\; e \;AC\; respetivamente em \;D\; e em \;E\;
  5. Como \;DE \parallel BC, \;\; D\hat{H}B =H\hat{B}F= D\hat{B}H\; e, em consequência, \;DB=DH. \;
    Do mesmo modo, \;E\hat{H}C= H\hat{C}G = E\hat{C}H \; e, em consequência, \;EC=EH\; e
    DE= DH+HE =DB+EC
    Finalmente, já que \;B, \;E\; e \;D, \;C\; são vértices de paralelogramos, então \;EG=DB, \;DF=EC \; e, em consequência, \;DE= DF+EG.\;\;\;\;
Completam a ilustração, vários elementos que relacionam este problema de construção com o da anterior entrada. Fica assim apresentada uma nova resolução em que \;H\; é olhado como o pé da bissetriz de \;\hat{A}\; no triângulo \;[ADE].\;

19.6.14

Resolver problemas de construção, usando análise e síntese (1)


Muitas vezes, um problema é construído a partir da sua solução, feito pela observação de resultados de operações sobre ela, ou transformações dela, de que se não deixa rasto. Por isso, muito frequentemente, um problema não é um verdadeiro problema (desafio) para quem apresenta o seu enunciado. A resolução de problemas faz parte da essência da aprendizagem, vital para o desenvolvimento do raciocínio reconstrutivo
Quando olhamos para um problema, o mais natural é não vermos a sua solução até porque ela pode estar escondida num detalhe de que só tomamos conhecimento quando decompomos o problema em partes (quando fazemos a análise da substância do dito) e isso significa que olhamos para o problema como se ele estivesse resolvido, procurando identificar tanto os elementos nele envolvidos como as relações entre eles. Dizemos comumente que a análise tem a ver com ser natural e o sintético (enunciado da lei ou do problema) tem a ver com ser artificial.
O raciocínio analítico é fundamental para resolver problemas de construção geométrica. A generalidade dos autores, que apresentam soluções para os problemas básicos que propõem, referem-se explicitamente aos métodos analíticos e sintéticos para cada problema.
Assim faz Charles Lutwidge Dodgson - romancista, contista, fabulista, poeta, desenhador, fotógrafo, matemático e reverendo anglicano britânico, que viveu de 1832 a 1898 e lecionou matemática (lógica) em Oxford, Christ College - mais conhecido pelo seu pseudónimo Lewis Carroll.
Há um livro, em português, editado em 2008 por RBA Coleccionables, S.A. que reúne, de C.L.D. "Um conto enredado" de 1880…… e "Problemas de Almofada criados durante as horas passadas acordado" de 1893…… . Deste livro, se transcreveu um problema na "dia-a-dia com a Matemática, Associação de Professores de Matemática, 2011/2012- Agenda do Professor" e que republicamos nesta página


Problema:     Num triângulo dado, traçar uma linha paralela à base de tal forma que os comprimentos dos segmentos dos lados intersetados entre esta e a base sejam, somados, iguais ao comprimento da base.
São dados \;A, \;B, \;C\;. Resolver o problema consiste em determinar, por construção, pontos \;D\; sobre \;AB\; e \;E\; sobre \;AC\;, de tal forma que \;DE \parallel BC \wedge BC= BD+CE\;


Considerando que, para obter a solução por construção, temos de fazer a análise do problema a partir do problema como se ele estivesse resolvido.

  1. No problema resolvido temos os pontos dados \;A, \;B, \;C\; e também os pontos \;D\; sobre \;AB\; e \;E\; sobre \;AC\;, de tal forma que \;DE \parallel BC \wedge BC= BD+CE\;
  2. Nas condições do problema resolvido, como \;BD=CE\;,
    • a circunferência (\;B, \;BD)\; de centro em \;B\; e raio \;BD\; interseta \;AB\; em \;D\; e \;BC\; num outro ponto que designamos por \;F;
    • Do mesmo modo, a circunferência (\;C, \;CE)\; de centro em \;C\; e raio \;CE\; interseta \;AC\; em \;E\; e \;BC\; no ponto \;F,\;
    • já que \;BD+CE= BC= BF+FC.\;
  3. Por ser \;BF=BD\; no triângulo \;BFD\;, \;B\hat{D}F=B\hat{F}D\; = \; (pela Prop. 29 (Livro I, Elementos de Euclides), como \;DE \parallel BC \;) \;= F\hat{D}E.\; De forma análoga, também C\hat{E}F = F\hat{E}D\; (ângulos alternos internos)
    Por ser \; B\hat{F}D\; = F\hat{D}E, \;FD\; bisseta o ângulo \;B\hat{D}E.\; E, de modo análogo, \;FE\; bisseta o ângulo \; C\hat{E}D.\;
    Se o ponto \;F\;, interseção de duas bissetrizes externas do triângulo \;ADE\;, é o centro de uma das circunferências ex-inscritas desse triângulo e está sobre a bissetriz do ângulo D\hat{A}E
  4. \;F\; é um ponto equidistante dos três lados \;DE, \;AD, \;AE\; que está sobre a base \;BC\; do triângulo \;ABC\;
    e, assim ficamos a saber que, para resolver o nosso problema, bastaria determinar o ponto \;F\; como pé em \;BC\; da bissetriz do ângulo Â.


© geometrias, 19 de Junho de 2014, Criado com GeoGebra


Pode seguir os passos da construção (sintética) fazendo variar os valores de \;n\; no cursor \;\fbox{n=1, 2, ..., 6}.\;

Considerando a decomposição (análise) do problema antes feita, apresentamos, agora sinteticamente, os passos da construção.
  1. Começamos por bissetar o ângulo \;C\hat{A}B\; com a reta \;AF\;, sendo \;F\; o pé da bissetriz em \;BC.\;
  2. Tiramos por \;F\; as perpendiculares a \;AC\; e a \;AB\;, respetivamente \;FB'\; e \;FC'\;
    Como \;F\; é um ponto da bissetriz de \; C\hat{A}B,\; \;FB'=FC'.\;
  3. A seguir, traçamos a circunferência de centro em \;F\; que passa por \;B'\; e \;C'\;. E tiramos por \;F\; um outro raio \;FA'\; perpendicular a \;BC\;. A perpendicular a \;FA'\; que interseta \;AB\; em \;D\; e \;AC\, em \;E\; é paralela a \;BC.\;
  4. Os ângulos \;A',\; B',\; C'\; são retos e \;FA'=FB'=FC':\; \;FD\; é hipotenusa comum de dois triângulos retângulos iguais ( \;[C'FD] = [FA'D]\; ) e, por isso, \;FD\; é bissetriz de \;B\hat{D}E.\; De modo análogo, podemos ver que \;FE\; é bissetriz de \;C\hat{E}D.\;
  5. Como \;B\hat{F}D = F\hat{D}A'\; (por serem ângulos alternos internos) e \;F\hat{D}A'= F\hat{D}B\; (por \;FD\; ser bissetriz de \;BDE\;), então \;B\hat{F}D = F\hat{D}B\; e, em consequência, \;BD = BF.\;
    De modo análogo, se prova que \;CE = CF.\;
  6. Em conclusão, \;BC=BF+FC= BD+CE,\; como queríamos.