Pitágoras, altura e projeções no triângulo retângulo
Nomear cada segmento
Em um triângulo retângulo, o lado oposto ao ângulo reto é a hipotenusa. Chame-a de $a$ e os catetos de $b,c$. Os outros ângulos são agudos e somam $90°$.
Trace a altura $h$ até a hipotenusa. Ela divide $a$ em duas projeções: $m$, associada ao cateto $b$, e $n$, associada ao cateto $c$. Assim, $m+n=a$.
Demonstração por semelhança
Os dois triângulos menores têm um ângulo reto e um ângulo agudo igual ao do triângulo original. São semelhantes a ele. Comparando os lados correspondentes:
$$\frac b a=\frac m b\Rightarrow b^2=am,\qquad \frac c a=\frac n c\Rightarrow c^2=an.$$Somando as duas igualdades e usando $m+n=a$:
$$b^2+c^2=a(m+n)=a^2.$$Obtivemos o teorema de Pitágoras. Ele foi deduzido de relações entre lados semelhantes, sem depender de um exemplo de medidas particulares.
A altura por dois caminhos
A área pode ser calculada pelos catetos ou pela hipotenusa e sua altura:
$$\frac{bc}{2}=\frac{ah}{2}\Rightarrow ah=bc.$$Elevando ao quadrado e substituindo $b^2=am$ e $c^2=an$:
$$h^2=\frac{b^2c^2}{a^2}=\frac{am\cdot an}{a^2}=mn.$$Portanto, $h=\sqrt{mn}$. Todas essas medidas são positivas.
A mediana até a hipotenusa
O ponto médio M da hipotenusa fica à mesma distância dos três vértices. Para perceber por quê, complete o triângulo até formar um retângulo. As diagonais do retângulo são iguais e cortam-se ao meio. Cada metade mede $a/2$.
Assim, a mediana traçada do ângulo reto até M mede $a/2$. Isso também mostra que o círculo de centro M e raio $a/2$ passa pelos três vértices.
Exemplo resolvido
Para catetos 6 e 8 cm, $a=\sqrt{36+64}=10$ cm. Então:
$$h=\frac{6\cdot8}{10}=4{,}8\text{ cm},$$$$m=\frac{6^2}{10}=3{,}6\text{ cm},\qquad n=\frac{8^2}{10}=6{,}4\text{ cm}.$$
A soma das projeções é 10 cm e a mediana mede 5 cm, confirmando as relações.
No dia a dia
- Esquadro de pedreiro. Marcando 3 m, 4 m e conferindo 5 m de diagonal, o pedreiro garante um canto reto.
- Tamanho da TV. As polegadas da TV medem a diagonal: largura e altura são os catetos.
- Atalho. Cortar caminho na diagonal de um terreno de 30 m por 40 m economiza 20 m.
Exercícios com resolução
1. A altura divide a hipotenusa em 4 e 9 cm. Calcule a hipotenusa e a altura.
Conferir resolução 1
$a=4+9=13$ cm e $h=\sqrt{4\cdot9}=6$ cm.
2. A hipotenusa mede 26 cm. Quanto mede a mediana que parte do ângulo reto?
Conferir resolução 2
A metade da hipotenusa: $26/2=13$ cm.
No livro interativo
Os mesmos assuntos, com todas as demonstrações e a lista completa de exercícios, estão no livro interativo de Trigonometria:
Esta aula é uma introdução mais curta ao tema; no livro, a teoria vem acompanhada dos exercícios resolvidos e propostos do capítulo.