O quadrado e a raíz quadrada

Num triângulo rectângulo, a altura relativa à hipotenusa é meio proporcional entre as partes em que a hipotenusa fica dividida. Este é um resultado que se trabalha no 8º ano. E se uma das partes da hipotenusa é a unidade, a outra parte é o quadrado da altura. Ou a altura é a raíz quadrada da outra parte da hipotenusa. Se a altura h divide a hipotenusa em duas partes m e n, h²=mn. A partir de certa altura, fixamos a nossa atenção na média geométrica e só utilizamos este resultado para calcular o comprimento h à custa das partes da hipotenusa e raramente o utilizamos para determinar quadrados. Trabalhar com médias (aritmética, geométrica e harmónica) é um bom exercício de construção e permite consolidar noções relativas e invariantes. A construção que apresentamos em seguida (em que tudo pode variar, deslocando os elementos A,U,.) é um exemplo muito formativo que pode ser abordado de novo no 9º ano. Os estudantes podem aprofundar os seus conhecimentos e compreensão sobre o conceito de medida, mudando de unidade, etc. E não será natural garantir que os estudantes reconheçam que um determinado método de construção serve para obter dois resultados recíprocos?

[A.A.F.]
Como determinar o segmento que tem por comprimento a raíz quadrada do comprimento de um segmento dado? Como determinar o segmento que tem por comprimento o quadrado do comprimento de um segmento dado? Dois problemas?

Inversão

Com os alunos do 8º ano, experimentei a compreensão de alguns procedimentos para efectuar, com régua e compasso, construções geométricas sobre segmentos correspondentes a operações sobre números. Escolhido um segmento para unidade, e dados segmentos de comprimentos a e b, quaisquer, não aparecia como fácil a determinação de um segmento correspondente ao comprimento ab e menos ainda os correspondentes aos comprimentos a/b, 1/a, a_2>, etc. Na altura, tal era pedido depois de termos cuidado das semelhanças de triângulos e os raciocínios usavam só a proporcionalidade entre segmentos determinados por feixes de rectas concorrentes cortadas por paralelas. Parece que não há qualquer problema em determinar 2a em linha nem em compreender o que significa ab, a₂ ou a(b+c) em termos de áreas, mas já tudo se complica quando se pede um segmento igual a 2a/3, ab, etc. Parece que não é assumida a sistemática comparação entre segmentos quando se fala em medida de um comprimento relativamente a outro.
No 9º ano, vamos poder voltar às operações sobre segmentos, agora com recurso sistemático a circunferência e tangentes tiradas por um ponto, sem acrescentar muito ao que se sabe sobre triângulos. Será que a compreensão aumenta? Estas dificuldades devem estar todas resolvidas quando entramos na geometria analítica como tal. Por exemplo, sobre a construção que se apresenta a seguir, está desenhada uma circunferência de raio 3 e as tangentes tiradas por um ponto P (que pode deslocar), um ponto P' (da polar de P relativamente à circunferência e colinear com O e P), define o segmento [OP'] cujo comprimento é o inverso do comprimento de [OP] se tomarmos como unidade o raio da circunferência.

[A.A.F.]
A transformação associada à circunferência dada que a cada P faz corresponder P' (e reciprocamente) nas condições da construção dada, toma naturalmente o nome de inversão relativamente à circunferência. Este é outro exemplo, para aprofundar e melhorar o conceito de medida, permitindo realizar exercícios geométricos muito atractivos geometricamente. Valerá a pena?

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No mundo do ATRACTOR há uma máquina muito potente que efectua inversões. Pode usar livremente.

Borel, 119

No livro Algèbre, programme de 1925. Borel,É; Montel; P. , Lib. Armand Colin. Paris:1926 , como um caso em que as propriedades do trinómio intervêm na discussão, é apresentado o Problema V: Um triângulo e um quadrado têm as suas bases sobre uma recta r e estão num mesmo semiplano dos definidos por ela. Determinar a recta r' paralela a r que corte os dois polígonos e de tal modo que a soma das partes dos polígonos fora da faixa entre r e r' seja equivalente ao triângulo [ABC]. (adaptado)



Determinar     x     tal que         área_[AB'C'] + área_[DE'F'G] = área_[ABC].

Aqui estamos mais à espera de uma resolução geométrica que seja simples.

Mas será possível esperar que algum estudante português dos ensinos básico ou secundário reuna condições e interesse para realizar este trabalho proposto; desde encontrar os binómios interessantes até discutir a existência das soluções?

Álgebra da involução

Sobre a involução, para finalizar, decidimos transcrever traduzidas algumas páginas de "Algèbre et Géométrie du Second Degrée" de Émile Borel. Muitas vezes, a álgebra ajuda a compreender melhor as construções geométricas e é, por isso, que fazemos esta transcrição (e homenagem!, diga-se)

24. Homografia e involução.

Estudámos em "La Géométrie et les Imaginaires" a transformação homográfica, ou seja, a relação entre duas variáveis tal que a cada valor de uma qualquer das duas variáveis corresponde um valor e um só da outra variável. Uma tal transformação é pois necessariamente linear em relação a cada uma das duas variáveis e pode ser escrita sob a forma:

(27)              a x x' + b x + b' x' + c = 0

A propriedade mais importante da transformação homográfica é a conservação da razão anarmónica, isto é, a razão anarmónica de quatro valores de x é igual à razão anarmónica dos quatro valores correspondentes de x'.
A equação (27) faz corresponder a cada ponto M de coordenadas x um ponto M' de coordenadas x'; mas esta transformação não é recíproca, ou seja, se designarmos por x as coordenadas de M', o valor x' correspondente não será a coordenada de M. Com efeito, se permutarmos x e x' em (27), obtemos:

(27')             a x x' + b x' + b' x + c = 0

e, subtraindo as duas equações (27) e (27') membro a membro, vem:

(28)             (b - b') (x - x') = 0

e, se supusermos x diferente de x', ou seja, x - x' diferente de 0, esta relação implica b = b'. Se esta relação se verifica, a transformação homográfica é dita "involução". Uma involução é, portanto, definida pela relação

(29)            a x x' + b (x + x') + c = 0

simétrica em x e x'. Os valores x e x' que verificam esta relação são ditos "pares" de pontos correspondentes da involução. Para que dois pontos estejam sobrepostos, ou seja, para que x = x' é necessário e suficiente que se tenha:

(30)             a x² + 2 b x + c = 0

isto é, que x seja um zero do trinómio       a x² + 2 b x + c.
Suponhamos em primeiro lugar que os seus zeros são distintos e reais e designemo-los por x₁ e x₂; ou seja, que temos

(31)              x₁+ x₂ = -2 b/a              x₁ x₂ = c/a

e, substituindo na equação (29) b e c pelos seus valores tirados de (31) e, dividindo por a, que não é nulo, a relação involutiva torna-se:

(32)             2 x x' - (x₁ + x₂) (x + x') + 2 x₁ x₂ = 0

o que pode escrever-se:

(33)              (x - x₁) (x' - x₂) + (x - x₂) (x - x₂) (x' - x₁) = 0.

Sejam M₁ e M₂ os pontos x₁ e x₂, M e M' os pontos x e x'; a relação (33) escrever-se-á:

(34)              MM₁ . M'M₂ + MM₂ . M'M₁ = 0

ou seja,

(35)              MM₁/MM₂ = - M'M₁/M'M₂.

Ela exprime que os pontos M e M' são conjugados harmónicos em relação aos pontos M₁ e M₂.
Se designarmos por O o ponto médio de [M₁M₂], sabe-se que temos:

(36)              OM . OM' = OM₁²

o ponto O é dito o "centro" da involução; ele corresponde ao ponto do infinito da recta.

Parábola e involução

Se tomarmos uma parábola inscrita num quadrilátero (quatro rectas tangentes à parábola), lados opostos e diagonais cortam uma recta em pares de pontos em involução. Pode fazer variar a parábola, a recta de corte e até as tangentes (lados do quadrilátero) para confirmar os resultados.



[A.A.F.]