Exercícios do capítulo 6 — Perpendicularidade
Exercícios e resoluções
Se $\overline{AH}$ é altura relativa ao lado $\overline{BC}$ do $\triangle ABC$, determine $\hat{B}$ e $\hat{C}$ nos casos:
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a) $\hat{B} = 70^{\circ}$ e $\hat{C} = 40^{\circ}$ · b) $\hat{B} = 60^{\circ}$ e $\hat{C} = 40^{\circ}$
Em cada caso abaixo temos um triângulo isósceles de base $\overline{BC}$. Determine o ângulo da base.
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a) $65^{\circ}$ · b) $61^{\circ}$
No triângulo $ABC$ da figura, se $\overline{AH}$ é altura e $\overline{BS}$ é bissetriz, determine $B\hat{S}C$, dados $B\hat{A}H = 30^{\circ}$ e $A\hat{C}B = 40^{\circ}$.
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$B\hat{S}C = 110^{\circ}$
Da figura, sabemos que $\overline{AH}$ é altura e $\overline{AS}$ é bissetriz relativas a $\overline{BC}$ do triângulo $ABC$. Se $\hat{B} = 70^{\circ}$ e $H\hat{A}S = 15^{\circ}$, determine $\hat{C}$.
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$\hat{C} = 40^{\circ}$
Determine o valor de $x$ nos casos:
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a) $25^{\circ}$ · b) $145^{\circ}$ · c) $160^{\circ}$ · d) $40^{\circ}$
Demonstre: dois ângulos de lados respectivamente perpendiculares são congruentes ou suplementares.
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Sejam os ângulos $a\hat{O}b$ e $c\hat{V}d$ com $Oa \perp Vc$ e $Ob \perp Vd$, de medidas $\alpha$ e $\beta$, sendo $\alpha^{\prime}$ e $\beta^{\prime}$ as medidas dos adjacentes suplementares. Por $O$ conduzimos $Oc^{\prime} \parallel Vc$ e $Od^{\prime} \parallel Vd$, surgindo o ângulo $c^{\prime}\hat{O}d^{\prime}$ de medida $\gamma$ e seu adjacente suplementar $\gamma^{\prime}$.
Por ângulos de lados paralelos: $\gamma = \beta$, $\gamma^{\prime} = \beta^{\prime}$. Como $a\hat{O}c^{\prime}$ e $b\hat{O}d^{\prime}$ são retos:
$$a\hat{O}d^{\prime} = 90^{\circ} - \alpha \quad\text{e}\quad a\hat{O}d^{\prime} = 90^{\circ} - \gamma = 90^{\circ} - \beta \ \Longrightarrow\ \alpha = \beta.$$Então $\alpha = \beta$, $\alpha^{\prime} = \beta^{\prime}$, $\alpha + \beta^{\prime} = 180^{\circ}$ e $\alpha^{\prime} + \beta = 180^{\circ}$.
Na figura (à esquerda), calcule o valor de $x$.
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$x = 80^{\circ}$
Na figura acima (à direita), calcule o valor de $x$.
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$x = 70^{\circ}$
Na figura, determine a medida de $\alpha$, $\beta$ e $\gamma$.
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$\alpha = 40^{\circ}$, $\beta = 50^{\circ}$ e $\gamma = 40^{\circ}$
No triângulo $ABC$ da figura, $\hat{B} = 60^{\circ}$ e $\hat{C} = 20^{\circ}$. Qual o valor do ângulo $H\hat{A}S$ formado pela altura $\overline{AH}$ e a bissetriz $\overline{AS}$?
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$H\hat{A}S = 20^{\circ}$
Num triângulo isósceles $ABC$ de base $\overline{AB}$, o ângulo $\hat{B}$ é igual a $\dfrac{2}{3}$ do ângulo $\hat{S}$, formado pelas mediatrizes $\overline{QS}$ e $\overline{PS}$. Calcule os ângulos desse triângulo.
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$36^{\circ}$, $72^{\circ}$ e $72^{\circ}$
Demonstre: a mediana relativa à hipotenusa de um triângulo retângulo mede metade da hipotenusa.
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É o teorema da mediana relativa à hipotenusa, demonstrado acima.
Se o triângulo $ABC$ é retângulo de hipotenusa $\overline{BC}$ e $\overline{AM}$ é mediana, determine $x$:
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a) $25^{\circ}$ · b) $20^{\circ}$
Na figura, calcule $x$ e $y$. $M$ é ponto médio de $\overline{BC}$.
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$x = \dfrac{10}{3}$ e $y = 30$
Na figura, $\overline{BD}$ é mediana do triângulo retângulo $ABC$ ($\hat{B} = 90^{\circ}$) e $\overline{BE} \perp \overline{AC}$. Se $\hat{A} = 70^{\circ}$, calcule a medida de $E\hat{B}D$.
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$E\hat{B}D = 50^{\circ}$
No triângulo retângulo $ABC$ da figura, a mediana $\overline{AM}$ forma com a bissetriz $\overline{BF}$ os ângulos adjacentes $B\hat{F}A$ e $B\hat{F}M$. Exprima $B\hat{F}M$ em função de $\hat{B}$.
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$B\hat{F}M = \dfrac{3\hat{B}}{2}$
Num triângulo retângulo $ABC$, a altura $\overline{AS}$ forma com a mediana $\overline{AM}$ um ângulo de $22^{\circ}$. Calcule $\hat{B}$ e $\hat{C}$.
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$\hat{B} = 56^{\circ}$ e $\hat{C} = 34^{\circ}$
Determine os ângulos agudos de um triângulo retângulo, sabendo que a mediana e a bissetriz relativas à hipotenusa formam um ângulo de $35^{\circ}$.
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$80^{\circ}$ e $10^{\circ}$
As bissetrizes internas dos ângulos $\hat{B}$ e $\hat{C}$ de um triângulo $ABC$ formam um ângulo de $116^{\circ}$. Determine a medida do menor ângulo formado pelas alturas relativas aos lados $\overline{AB}$ e $\overline{AC}$ desse triângulo.
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$52^{\circ}$
Em um triângulo retângulo qualquer, o ângulo formado pela altura e pela mediana relativas à hipotenusa é igual ao módulo da diferença dos ângulos adjacentes à hipotenusa.
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Considere que a mediana relativa à hipotenusa determina dois triângulos isósceles (veja a figura da mediana).
Mostre que, se uma mediana relativa a um lado de um triângulo mede a metade desse lado, então o triângulo é retângulo.
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Os triângulos $AMB$ e $AMC$ são isósceles; sendo $\alpha$ e $\beta$ seus ângulos da base, $2\alpha + 2\beta = 180^{\circ}$, logo $\alpha + \beta = 90^{\circ} = \hat{A}$.
Sendo $ABC$ um triângulo isósceles de base $\overline{BC}$ e $M$ um ponto da base, prove que: 1º) se $\overline{AM}$ é mediana, então é bissetriz e altura; 2º) se $\overline{AM}$ é bissetriz, então é mediana e altura; 3º) se $\overline{AM}$ é altura, então é mediana e bissetriz.
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Num triângulo isósceles os ângulos da base são congruentes. Em cada caso, prova-se $\triangle ABM \equiv \triangle ACM$:
- $\overline{AM}$ mediana: pelo caso LLL (ou LAL). Daí $\overline{AM}$ é bissetriz e altura.
- $\overline{AM}$ bissetriz: pelo caso LAL (ou ALA). Daí $\overline{AM}$ é mediana e altura.
- $\overline{AM}$ altura: pelo caso especial dos triângulos retângulos (ou LAAₒ). Daí $\overline{AM}$ é mediana e bissetriz.
Demonstre que em todo triângulo isósceles sempre temos duas alturas congruentes.
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Use LAAₒ.
Mostre que, se uma altura e uma mediana de um triângulo coincidem, então esse triângulo é isósceles.
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Use LAL.
Mostre que, se uma altura e uma bissetriz de um triângulo coincidem, então esse triângulo é isósceles.
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Use ALA.
Prove que as bissetrizes dos ângulos agudos de um triângulo retângulo formam ângulos que independem dos valores daqueles ângulos agudos.
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De fato, elas formam sempre ângulos de $45^{\circ}$ e $135^{\circ}$, pois $\dfrac{\hat{B}}{2} + \dfrac{\hat{C}}{2} = 45^{\circ}$.
Demonstre que, se duas alturas de um triângulo são congruentes, então esse triângulo é isósceles.
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Use o caso especial de congruência de triângulos retângulos.
Toda reta que passa pelo ponto médio de um segmento é equidistante das extremidades do segmento.
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Hipótese: $AM = MB$, $M \in r$. Tese: $d_{A,r} = d_{B,r}$.
- Se $r \supset \overline{AB}$, as duas distâncias são nulas.
- Se $r$ não contém $\overline{AB}$ e não é perpendicular a ela, traçamos $\overline{AA^{\prime}}$ e $\overline{BB^{\prime}}$ perpendiculares a $r$. Nos triângulos $AA^{\prime}M$ e $BB^{\prime}M$: $\hat{A}^{\prime} \equiv \hat{B}^{\prime}$ (retos), $A\hat{M}A^{\prime} \equiv B\hat{M}B^{\prime}$ (o.p.v.) e $AM = BM$. Por LAAₒ, são congruentes, e $AA^{\prime} = BB^{\prime}$.
- Se $r \perp \overline{AB}$ por $M$ ($r$ é a mediatriz), $A^{\prime} = B^{\prime} = M$ e $AA^{\prime} = BB^{\prime}$.
Nota: a reta é equidistante dos extremos, mas os pontos dela, em geral, não são. Só na mediatriz cada ponto é equidistante dos extremos.
Toda reta equidistante dos extremos de um segmento passa pelo ponto médio dele?
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Não: ela pode ser paralela ao segmento.
Dados dois pontos $A$ e $B$ distintos e um ponto $P$ fora da reta $AB$, como se obtêm, no plano dos pontos $A$, $B$ e $P$, duas retas equidistantes de $A$ e $B$ passando por $P$?
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Sendo $M$ o ponto médio de $\overline{AB}$, as retas são a paralela à reta $AB$ por $P$ e a reta $PM$.
Prove que a altura relativa a qualquer lado de um triângulo é menor que a média aritmética dos lados adjacentes.
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Cateto < hipotenusa: $h_a < b$ e $h_a < c$; somando, $h_a < \dfrac{b + c}{2}$.
Demonstre que a soma das três alturas de um triângulo acutângulo é menor que o perímetro e maior que o semiperímetro desse triângulo.
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1ª parte: use o anterior para as três alturas. 2ª parte: verifique que $2h_a > b + c - a$ (e análogas) e some.
Sendo $r$ e $s$ retas paralelas e $DE = 2AB$, determine $x$.
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Seja $M$ o ponto médio de $\overline{DE}$ e $AB = \ell$. Então $DM = EM = \ell$ e, pela mediana relativa à hipotenusa no triângulo retângulo $DBE$, também $BM = \ell$. Assim, os triângulos $ABM$ e $BME$ são isósceles. Indicando os ângulos das bases, obtemos $x = 2 \cdot 18^{\circ} = 36^{\circ}$.
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$x = 36^{\circ}$
Num triângulo retângulo $ABC$ de hipotenusa $\overline{BC}$, trace a bissetriz $\overline{BS}$, com $S$ em $\overline{AC}$. Mostre que $AS < SC$.
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Pelo ponto $S$, trace $\overline{SR}$ perpendicular a $\overline{BC}$, com $R$ em $\overline{BC}$. Os triângulos $BAS$ e $BRS$ são congruentes, donde $AS = RS$ (1). No triângulo retângulo $SRC$, $RS < SC$ (cateto < hipotenusa) (2). De (1) e (2), $AS < SC$.
O triângulo $ABC$ abaixo é isósceles de base $\overline{BC}$. Determine $x$.
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- $\hat{B} = \hat{C} = 70^{\circ}$, logo $\overline{BP}$ é bissetriz de $\hat{B}$ ($35^{\circ} + 35^{\circ}$).
- No $\triangle BPC$: $\hat{B} = 35^{\circ}$, $\hat{C} = 55^{\circ}$, então $\hat{P} = 90^{\circ}$.
- No $\triangle CBE$, $\overline{BP}$ é bissetriz e altura, então o triângulo é isósceles de base $\overline{CE}$, e $P$ é ponto médio de $\overline{EC}$.
- No $\triangle DEC$, $\overline{DP}$ é mediana e altura, então ele também é isósceles de base $\overline{EC}$. Logo $\hat{E} = 15^{\circ}$ e $x = 75^{\circ}$.
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$x = 75^{\circ}$