Área






O paralelogramo tem área 4, o círculo tem área 94π{displaystyle {frac {9}{4}}pi }frac{9}{4}pi e o triângulo tem área 92.{displaystyle {frac {9}{2}}.}frac{9}{2}.


Área é um conceito matemático que pode ser definida como quantidade de espaço bidimensional, ou seja, de superfície.[1]


Existem várias unidades de medida de área, sendo a mais utilizada o metro quadrado (m²) e os seus múltiplos e sub-múltiplos.[2] São também muito usadas as medidas agrárias: are, que equivale a cem metros quadrados; e seu múltiplo hectare, que equivale a dez mil metros quadrados. Outras unidades de medida de área são o acre e o alqueire.


Na geografia e cartografia, o termo "área" corresponde à projeção num plano horizontal de uma parte da superfície terrestre. Assim, a superfície de uma montanha poderá ser inclinada, mas a sua área é sempre medida num plano horizontal.




Índice






  • 1 Definição formal


  • 2 Unidades


    • 2.1 Conversões


    • 2.2 Outras unidades




  • 3 História


  • 4 Fórmulas de cálculo


    • 4.1 Retângulo


    • 4.2 Fórmulas por dissecção


    • 4.3 Área de outros polígonos


    • 4.4 Círculo


    • 4.5 Área de uma superfície




  • 5 Lista de fórmulas


  • 6 Aplicações


    • 6.1 Notação


    • 6.2 Área de um triângulo


      • 6.2.1 Critério para equivalência de triângulos


        • 6.2.1.1 Propriedade 1


        • 6.2.1.2 Propriedade 2




      • 6.2.2 Triângulos semelhantes


      • 6.2.3 A prova do teorema de Pitágoras e outras relações métricas no triângulo retângulo através do cálculo de áreas




    • 6.3 Área de um trapézio


    • 6.4 Área de um losango




  • 7 Ver também


  • 8 Referências


  • 9 Ligações externas





Definição formal |


Uma abordagem para definir o que se entende por área é por meio de axiomas. Por exemplo, pode-se definir área como sendo uma função a de uma coleção M de figuras planas de um tipo especial (denominadas conjuntos mensuráveis) no conjunto dos números reais satisfazendo as seguintes propriedades:



  • Para qualquer S em M, a(S) ≥ 0.

  • Se S e T estão em M então S ∪ T e S ∩ T também estão e, além disso, a(S∪T) = a(S) + a(T) − a(S∩T).

  • Se S e T estão em M e S ⊆ T então T − S está em M e a(T−S) = a(T) − a(S).

  • Se um conjunto S está em M e S é congruente a T então T também está em M e a(S) = a(T).

  • Todo retângulo R está em M. Se o retângulo tem largura h e altura k então a(R) = hk.

  • Seja Q um conjunto limitado entre duas regiões com degraus, S e T. Uma região com degraus é formada a partir de uma união finita de retângulos adjacentes apoiados em uma mesma base, isto é, S ⊆ Q ⊆ T. Se existe um único número c tal que a(S) ≤ c ≤ a(T) para quaisquer regiões step S e T, então a(Q) = c.


Pode ser demonstrado que existe uma tal função área.[3]



Unidades |



Ver artigo principal: Unidades de área



Um metro quadrado delimitado por tubos de PVC.


Cada unidade de comprimento tem uma unidade de área correspondente, igual à área do quadrado que tem por lado esse comprimento. Desta forma, as áreas podem ser medidas em metros quadrados (²), centímetros quadrados (cm²), milímetros quadrados (mm²), quilómetros quadrados (km²), pés quadrados (ft²), jardas quadradas (yd²), milhas quadradas (mi²), e assim por diante. Algebricamente, estas unidades são os quadrados das unidades de comprimento correspondentes.


A unidade do Sistema Internacional para área é o metro quadrado, que é considerado uma unidade derivada de SI.



Conversões |




Embora haja 10 mm num cm, há 100 mm² num cm².


A conversão entre duas unidades quadradas é o quadrado do fator de conversão entre as unidades de comprimento correspondentes. Por exemplo, como


1 Pé = 12 polegadas,

é a relação entre pés quadrados e polegadas quadradas, temos que


1 pé = 144 polegadas quadradas,

sendo 144 = 12² = 12 × 12. Da forma análoga:



  • 1 quilómetro quadrado = 1 milhão de metros quadrados

  • 1 metro quadrado = 10 000 centímetros quadrados = 1 000 000 milímetros quadrados

  • 1 centímetro quadrado = 100 milímetros quadrados

  • 1 jarda quadrada = 9 pés quadrados

  • 1 milha = 3.097.600 jardas quadradas = 27.878.400 pés quadrados



Outras unidades |


Existem várias outras unidades usadas para áreas. O are foi a unidade de medida original do sistema métrico para a área.


  • 1 are = 100 metros quadrados

Embora o are tenha caído em desuso, o hectare ainda é muito usado para medir terrenos e propriedades:


  • 1 hectare = 100 ares = 10 000 metros quadrados = 0,01 quilómetros quadrados

Outras unidades métricas menos habituais para a área incluem a tétrade, hectade e miríade.


O acre também é muito usado na medição da área de terrenos, sendo


  • 1 acre = 4.840 jardas quadradas = 43.560 pés quadrados.

Um acre é aproximadamente 40% de um hectare.



História |


Acredita-se que as necessidades cotidianas, tais como as divisões de terra para o plantio às margens dos rios, a construção de residências, assim como os estudos relativos aos movimentos dos astros inserem-se no contexto de atividades ligadas à geometria e desenvolvidas pelos seres humanos ao longo da evolução humana.


Dentre os principais matemáticos da antiguidade responsáveis pelo desenvolvimento da geometria destacam-se Tales de Mileto (VI a. C.), na Grécia, importando a geometria utilizada pelos egípcios; Pitágoras, conhecido pelo teorema aplicado ao triângulo retângulo que recebeu o seu nome e aperfeiçoou o conceito de demonstração matemática da época. E, ainda nesse século, "os Elementos” de Euclides trouxeram inovações consistentes quanto aos métodos utilizados na antiguidade e que vêm contribuindo há mais de 20 séculos para o desenvolvimento das ciências, baseando-se em três conceitos básicos, tais como ponto, reta e círculo, como também nos cinco postulados. É um sistema axiomático que surge de conceitos e proposições aceitos sem demonstração, conhecidos como, postulados e axiomas.


Uma curiosidade interessante dentro do trabalho com áreas diz respeito ao corpo humano como unidade. Assim, palmos, pés, passos, braças e cúbitos, foram algumas das primeiras unidades de medida utilizadas direta ou indiretamente. Aproximadamente em 3500 a. C., período em que iniciavam-se a construção dos primeiros templos na Mesopotâmia e no Egito, os responsáveis por tais projetos sentiram a necessidade de encontrar unidades de medidas mais regulares e exatas, usaram então como base de medida as partes do corpo de apenas um homem (por exemplo, o rei) e com tais medidas confeccionaram réguas de madeiras e metal, ou ainda com nós, as quais destacaram-se como as primeiras medidas oficiais de comprimento.


O cálculo de áreas iniciou-se possivelmente pela prática da arrecadação de impostos pelos sacerdotes, os quais calculavam intuitivamente a extensão dos campos só pela observação visual, com o tempo observaram trabalhadores revestindo uma parte retangular do chão com pedras quadradas e perceberam que para determinar a quantidade de pedras, seria suficiente contar a quantidade de quadrados de uma fileira e multiplicar pelo número de fileiras existentes, dando origem assim à fórmula para o cálculo da área de um retângulo, sendo esta obtida a partir produto da base pela altura.


Logo após, desenvolveram uma fórmula para o cálculo da área de um triângulo, fundados num pensamento bastante geométrico, no qual tinham a área de um quadrado ou retângulo e dividindo-os ao meio em diagonal obtinham a área do triângulo, assim a área do triângulo é dada pela metade da área do quadrado ou do retângulo. Quando o terreno não tinha a forma retangular ou triangular, os primeiros cartógrafos e agrimensores, utilizavam a triangulação, que consistia num processo de divisão da área em triângulos, cuja soma de suas áreas representava o total da área.


No entanto, esse processo de triangulação apresentava alguns pequenos erros, ao medir a área de terrenos não planos ou com curvas. Surgiu assim a necessidade de calcular o comprimento da circunferência e a área do círculo. Com uma corda pequena ou grande sendo girada em torno de um ponto fixo tinha-se a figura de um circunferência. Essa corda, medida que conhecemos como raio da circunferência, tinha alguma relação com o comprimento da circunferência, assim, tomando essa corda e observando quantas vezes ela caberia na circunferência, perceberam que cabia pouco mais de seis vezes e um quarto, independente do seu tamanho. Desta forma concluíram que o comprimento da circunferência poderia ser dado por 6,28 vezes a medida do raio o que corresponde ao que calculamos hoje quando fazemos C=2πr{displaystyle C=2pi r}C=2pi r, onde π{displaystyle pi }pi vale aproximadamente 3,14{displaystyle 3,14}3,14.


Quanto à área do círculo, por volta de 2000 anos a.C., conta-se que Ahmes, um escriba egípcio, se propôs a determinar a área de um círculo, pensando inicialmente em calcular a área de um quadrado e obter o número de vezes que essa área caberia na área do círculo. Depois para definir qual seria esse quadrado, considerou mais adequado utilizar o quadrado cujo lado tivesse a mesma medida do raio do círculo do qual se desejava calcular a área, assim procedendo provou que o quadrado se inseria no círculo entre três e quatro vezes, o que representava uma aproximação de três vezes e um sétimo, o que atualmente consideramos aproximado a 3,14 vezes. Desta forma determinou a área do círculo multiplicando a área do quadrado por 3,14, situação que utilizamos atualmente com A=πr2{displaystyle A=pi r^{2}}A=pi r^{2}, com π{displaystyle pi }pi valendo aproximadamente 3,14{displaystyle 3,14}3,14.


Na Grécia, aproximadamente em 500 a. C. foram fundadas as primeiras universidades. Neste período Tales e seu discípulo Pitágoras organizaram, desenvolveram e aplicaram todo o conhecimento da Babilônia, Etúrria, Egito e Índia à matemática, navegação e religião. Neste período, crescia a curiosidade e a procura por livros de geometria, o conhecimento do Universo ampliava-se velozmente e a escola de Pitágoras fez afirmações quanto à forma da Terra identificando-a como esférica ao invés de plana. Surgiram novas construções geométricas, e suas áreas e perímetros eram agora fáceis de calcular.[4]



Fórmulas de cálculo |



Retângulo |




Retângulo com área lw.


A mais simples fórmula de cálculo de uma área é a do retângulo
Dado um retângulo com base l e altura w, a sua área é:



A=l×w{displaystyle A=ltimes w}A = l times w (área do retângulo)[5]

Ou seja, a área do retângulo é obtida multiplicando a largura pela altura. Um caso particular é a área do quadrado; sendo l o comprimento do seu lado, a sua área é:



A=l2{displaystyle A=l^{2}}A = l^2 (área do quadrado)[5]

A fórmula para a área do retângulo decorre diretamente das propriedades básicas da área, e por vezes é tomada como uma definição ou axioma.
Tendo a geometria sido desenvolvida antes da aritmética, o conceito de área pode ser usado para definir a multiplicação de números reais.




Dissecção de um paralelogramo.



Fórmulas por dissecção |


A maioria das outras fórmulas simples para o cálculo da área seguem o método da dissecção.
Como o nome indica, este método envolve seccionar a figura em partes mais simples, calcular a área de cada uma dessas partes, que somadas resultarão na área da figura original.


Por exemplo, um paralelogramo pode ser dividido num trapezoide e num triângulo retângulo, como ilustrado pela figura da esquerda.
Se movermos o triângulo para o outro lado do trapezoide, o resultado é um retângulo.
A conclusão é que a área do paralelogramo é igual à do retângulo:




Dois triângulos iguais.



A=b×h{displaystyle A=btimes h}A = b times h (área do paralelogramo)

O mesmo paralelogramo pode ser dividido em dois triângulos congruentes através de um corte na diagonal, como mostrado na figura da direita:



A=b×h2{displaystyle A={frac {btimes h}{2}}}A=frac{b times h}{2} (área do triângulo)

É possível fazer raciocínios semelhantes para obter fórmulas para as áreas do trapezoide, do losango e de outros polígonos mais complicados.



Área de outros polígonos |


Área do trapézio:



A=B+b2×h{displaystyle A={frac {B+b}{2}}times h}A = frac{B + b}{2} times h (B = base maior; b = base menor; h = altura)[6]

Área do losango:



A=D×d2{displaystyle A={frac {Dtimes d}{2}}}A = frac{D times d}{2} (D = diagonal maior; d = diagonal menor)[7]

Área de qualquer polígono regular:



P×a2{displaystyle {frac {Ptimes a}{2}}}frac{P times a}{2} (P = perímetro; a = comprimento do apótema)[8]



Dividindo o círculo em setores que podem ser rearranjados num paralelogramo aproximado.



Círculo |


A área de um círculo também pode ser calculada através do método de dissecção. Dado um círculo com raio r{displaystyle r}r é possível dividi-lo em setores. Cada setor tem uma forma aproximadamente triangular, e os setores podem ser rearranjados para formar uma figura próxima de um paralelogramo. A altura do paralelogramo é r{displaystyle r}r e a largura é metade da circunferência do círculo, ou seja, πr.{displaystyle pi r.}pi r. Resulta que a área do círculo é r×πr,{displaystyle rtimes pi r,}r times pi r, ou seja, πr2:{displaystyle pi r^{2}:}pi r^2:



A=π×r2{displaystyle A=pi times r^{2}}A = pi times r^2 (área do círculo; r = raio)[9]

Embora a dissecação usada na fórmula seja aproximada, o erro torna-se cada vez menor à medida que usamos setores cada vez menores.
O limite da área quando o tamanho dos setores tendo para zero é exatamente πr2,{displaystyle pi r^{2},}pi r^2, que corresponde à área do círculo.


Este raciocínio é uma aplicação simples dos conceitos do cálculo. No passado, o método da exaustão foi usado de forma semelhante para encontrar a área do círculo, sendo reconhecido como um precursor do cálculo integral.
Usando os métodos modernos, a área do círculo pode ser calculada usando um integral:


A=∫−rr2r2−x2dx=πr2.{displaystyle A;=;int _{-r}^{r}2{sqrt {r^{2}-x^{2}}},dx;=;pi r^{2}.}A ;=; int_{-r}^r 2sqrt{r^2 - x^2},dx ;=; pi r^2.


Área de uma superfície |




Arquimedes relacionou a área e volume da esfera com o cilindro.


A maioria das fórmulas para o cálculo da área de uma superfície pode ser obtida cortando e endireitando a superfície.
Por exemplo, a superfície de um cilindro pode ser cortada e estendida formando um retângulo. Da mesma forma, a superfície de um cone pode ser cortada e endireitada num setor de um círculo, para permitir o cálculo da sua área.


O cálculo da área da superfície de uma esfera é mais complexo, pois a curvatura da superfície dificulta a sua projeção num plano direito. Isso acontece com sólidos com curvatura gaussiana diferente de zero.
O primeiro a obter uma fórmula para o cálculo da área de uma esfera foi Arquimedes na sua obra Sobre a Esfera e o Cilindro. Provou que a área e volume da esfera é exatamente 2/3 da área e volume do cilindro que a envolve.
Tal como acontece com a área do círculo, a fórmula para a área da esfera resulta de métodos similares aos do cálculo.


Á área de uma esfera com raio r{displaystyle r}r é:



A=4πr2{displaystyle A=4pi r^{2}}A = 4 pi r^2 (área da esfera)


Lista de fórmulas |

























































































































Fórmulas comumente usadas para o cálculo da área
Figura
Formula
Variáveis

Triângulo equilátero

L243{displaystyle {frac {L^{2}}{4}}{sqrt {3}}}frac{L^2}{4} sqrt{3}

L{displaystyle L}L é comprimento de um lado do triângulo.

Triângulo

p(p−a)(p−b)(p−c){displaystyle {sqrt {p(p-a)(p-b)(p-c)}}}{displaystyle {sqrt {p(p-a)(p-b)(p-c)}}}

p{displaystyle p}p é metade do perímetro, a,{displaystyle a,}a, b{displaystyle b}b e c{displaystyle c}c é o comprimento de cada um dos lados.

Triângulo

12absen(C){displaystyle {tfrac {1}{2}}abmathrm {sen} ,(C)}tfrac12 a b mathrm{sen},(C)

a{displaystyle a}a e b{displaystyle b}b são quaisquer dois lados, e C{displaystyle C}C é o ângulo entre eles.

Triângulo

12bh{displaystyle {tfrac {1}{2}}bh}tfrac12bh

b{displaystyle b}b e h{displaystyle h}h são a base e altura (medida perpendicularmente à base), respetivamente.

Quadrado

l2{displaystyle l^{2}}l^{2}

l{displaystyle l}l é o comprimento de um dos lados do quadrado.

Retângulo

ab{displaystyle ab}ab

a{displaystyle a}a e b{displaystyle b}b são o comprimento de cada um dos lados do retângulo.

Losango

12ab{displaystyle {tfrac {1}{2}}ab}tfrac12ab

a{displaystyle a}a e b{displaystyle b}b são o comprimento de cada uma das diagonais do losango.

Paralelogramo

bh{displaystyle bh}bh

b{displaystyle b}b é o comprimento da base e h{displaystyle h}h é a altura medida na perpendicular.

Trapézio

12(a+b)h{displaystyle {tfrac {1}{2}}(a+b)h}tfrac12(a+b)h

a{displaystyle a}a e b{displaystyle b}b são os lados paralelos e h{displaystyle h}h a distância (altura) entre os lados paralelos.

Hexágono regular

3L223{displaystyle {frac {3L^{2}}{2}}{sqrt {3}}}frac{3L^2}{2} sqrt{3}

L{displaystyle L}L é o comprimento de um dos lados do hexágono.

Octógono regular

2(1+2)l2{displaystyle 2(1+{sqrt {2}})l^{2}}{displaystyle 2(1+{sqrt {2}})l^{2}}

l{displaystyle l}l é o comprimento de um dos lados do octógono

Polígono regular

14nl2⋅cot⁡(π/n){displaystyle {frac {1}{4}}nl^{2}cdot cot(pi /n)}frac{1}{4}nl^2cdot cot(pi/n)

l{displaystyle l}l é o comprimento de um dos lados e n{displaystyle n}n o número de lados.
Polígono regular

12nR2⋅sen(2π/n)=nr2tan⁡(π/n){displaystyle {frac {1}{2}}nR^{2}cdot mathrm {sen} ,(2pi /n)=nr^{2}tan(pi /n)}frac{1}{2}nR^2cdot mathrm{sen},(2pi/n) = nr^2 tan(pi/n)

R{displaystyle R}R é o raio do círculo circunscrevente, r{displaystyle r}r o raio do círculo interior, e n{displaystyle n}n é o número de lados.
Polígono regular

12ap{displaystyle {tfrac {1}{2}}ap}tfrac12a p

a{displaystyle a}a é o apótema (raio do círculo interior ao polígono) e p{displaystyle p}p é o perímetro do polígono.

Círculo

πr2 ou πd24{displaystyle pi r^{2} {text{ou}} {frac {pi d^{2}}{4}}}pi r^2 text{ou} frac{pi d^2}{4}

r{displaystyle r}r é o raio e d{displaystyle d}d o diâmetro.

Setor circular

12r2θ{displaystyle {tfrac {1}{2}}r^{2}theta }tfrac12 r^2 theta

r{displaystyle r}r e θ{displaystyle theta }theta são, respetivamente, o raio e ângulo (em radianos).

Elipse

πab{displaystyle pi ab}pi ab

a{displaystyle a}a e b{displaystyle b}b são o semieixo maior e semieixo menor, respetivamente.
Área total da superfície do cilindro

2πr(r+h){displaystyle 2pi r(r+h)}2pi r (r + h)

r{displaystyle r}r e h{displaystyle h}h são o raio e altura do cilindro.
Superfície lateral do cilindro

2πrh{displaystyle 2pi rh}2 pi r h

r{displaystyle r}r e h{displaystyle h}h são o raio e altura do cilindro.
Superfície total do cone

πr(r+l){displaystyle pi r(r+l)}pi r (r + l)

r{displaystyle r}r e l{displaystyle l}l são o raio e a distância do vértice ao círculo base, respetivamente.
Superfície total da esfera

4πr2 ou πd2{displaystyle 4pi r^{2} {text{ou}} pi d^{2}}4pi r^2 text{ou} pi d^2

r{displaystyle r}r e d{displaystyle d}d são o raio e o diâmetro, respetivamente.
Superfície total da pirâmide

B+PL2{displaystyle B+{frac {PL}{2}}}B+frac{P L}{2}

B{displaystyle B}B é a área da base, P{displaystyle P}P o perímetro da base e L{displaystyle L}L a distância do vértice aos cantos da base.


Aplicações |


Pode-se operacionalizar as áreas de algumas figuras planas e utilizá-las em algumas aplicações úteis. Evidentemente, associa-se área de uma figura plana a um número positivo, o qual expressa o espaço do plano ocupado por ela.



Notação |


Usa-se a escrita (ABC...N){displaystyle (ABC...N)}(ABC...N) para indicar a área de um polígono de N{displaystyle N}N vértices. Vale lembrar que em qualquer polígono o número de vértices é igual ao número de lados.



Área de um triângulo |



Critério para equivalência de triângulos |



Propriedade 1 |

Dois triângulos de mesma base e mesma altura têm áreas iguais.


Demonstração: Dadas duas retas paralelas r{displaystyle r}r e s{displaystyle s}s, a uma distância d{displaystyle d}d, marcamos sobre a reta r{displaystyle r}r, os pontos A{displaystyle A}A e B{displaystyle B}B, e sobre a reta s{displaystyle s}s, marcamos os pontos, C{displaystyle C}C e C′{displaystyle C^{prime }}C^{prime }, conforme figura abaixo.


Essa é uma consequência do corolário: Sejam ABC{displaystyle ABC}ABC e ABC′{displaystyle ABC^{prime }}ABC^{prime } triângulos tais que AB//CC′{displaystyle AB//CC^{prime }}AB//CC^{prime }. Então (ABC)=(ABC′){displaystyle (ABC)=(ABC^{prime })}(ABC)=(ABC^{prime }).[10]


Triangulo area.png

Analisando as áreas dos triângulos ABC{displaystyle ABC}ABC e ABC′{displaystyle ABC^{prime }}ABC^{prime }, temos que:


(ABC)=AB⋅d2{displaystyle (ABC)=ABcdot {frac {d}{2}}}(ABC)=ABcdot {frac  {d}{2}}


(ABC′)=AB⋅d2{displaystyle (ABC^{prime })=ABcdot {frac {d}{2}}}(ABC^{prime })=ABcdot {frac  {d}{2}}


Assim, como r//s{displaystyle r//s}r//s e a distância de r{displaystyle r}r a s{displaystyle s}s dada por d(r,s)=d{displaystyle d(r,s)=d}d(r,s)=d, se A{displaystyle A}A e B{displaystyle B}B pertencem a reta r{displaystyle r}r e C{displaystyle C}C pertence a reta s{displaystyle s}s, obtendo um ponto qualquer C′{displaystyle C^{prime }}C^{prime } sobre a reta s{displaystyle s}s, temos AB//CC′{displaystyle AB//CC^{prime }}AB//CC^{prime }, portanto os dois triângulos ABC{displaystyle ABC}ABC e ABC′{displaystyle ABC^{prime }}ABC^{prime } possuem a mesma base AB{displaystyle AB}AB e a mesma altura d{displaystyle d}d, logo suas áreas são iguais.



Propriedade 2 |

Se dois triângulos possuem mesma altura, então a razão entre as suas áreas é igual à razão entre as suas bases.


Razão entre área de triângulos de mesma altura.png

Na triângulo ABC{displaystyle ABC}ABC, foi traçada uma ceviana a partir do vértice A{displaystyle A}A intersectando o lado BC{displaystyle BC}BC no ponto X{displaystyle X}X, ficando assim determinados dois triângulos: AXB{displaystyle AXB}AXB e AXC{displaystyle AXC}AXC, de mesma altura AH{displaystyle AH}AH.


Demonstração: Fazendo a razão entre as áreas temos,


(AXB)(AXC)=12BX⋅AX12CX⋅AH=BXCX{displaystyle {frac {(AXB)}{(AXC)}}={frac {{frac {1}{2}}BXcdot AX}{{frac {1}{2}}CXcdot AH}}={frac {BX}{CX}}}{frac  {(AXB)}{(AXC)}}={frac  {{frac  {1}{2}}BXcdot AX}{{frac  {1}{2}}CXcdot AH}}={frac  {BX}{CX}}


Portanto,


(AXB)(AXC)=BXCX{displaystyle {frac {(AXB)}{(AXC)}}={frac {BX}{CX}}}{frac  {(AXB)}{(AXC)}}={frac  {BX}{CX}}



Triângulos semelhantes |



Ver artigo principal: Semelhança de triângulos

Dados dois triângulos semelhantes ABC e MNP, vamos analisar a razão de semelhança entre a razão entre suas áreas e sua razão de semelhança.


Semelhança de triângulos.png

Sejam ABC{displaystyle ABC}ABC e MNP{displaystyle MNP}MNP dois triângulos semelhantes, sendo k{displaystyle k}k a razão de semelhança entre seus lados:


MPAC=MNAB=NPBC=k{displaystyle {frac {MP}{AC}}={frac {MN}{AB}}={frac {NP}{BC}}=k}{frac  {MP}{AC}}={frac  {MN}{AB}}={frac  {NP}{BC}}=k, então temos (MNP)(ABC)=k2{displaystyle {frac {(MNP)}{(ABC)}}=k^{2}}{frac  {(MNP)}{(ABC)}}=k^{2}


Demonstração: Como NP=k⋅BC{displaystyle NP=kcdot BC}NP=kcdot BC e HM=k⋅AH{displaystyle HM=kcdot AH}HM=kcdot AH, temos pelas áreas dos triângulos:



(MNP)(ABC)=12NP⋅AM12BC⋅AH=k⋅BC⋅k⋅AHBC⋅AH=k2{displaystyle {frac {(MNP)}{(ABC)}}={frac {{frac {1}{2}}NPcdot AM}{{frac {1}{2}}BCcdot AH}}={frac {kcdot BCcdot kcdot AH}{BCcdot AH}}=k^{2}}{frac  {(MNP)}{(ABC)}}={frac  {{frac  {1}{2}}NPcdot AM}{{frac  {1}{2}}BCcdot AH}}={frac  {kcdot BCcdot kcdot AH}{BCcdot AH}}=k^{2}


Portanto, dados dois triângulos com razão de semelhança k{displaystyle k}k entre seus lados correspondentes, a razão de semelhança entre suas áreas será k2{displaystyle k^{2}}k^{2}.



A prova do teorema de Pitágoras e outras relações métricas no triângulo retângulo através do cálculo de áreas |


Seja ABC{displaystyle ABC}ABC um triângulo retângulo no vértice A{displaystyle A}A, onde a hipotenusa BC=a{displaystyle BC=a}BC=a, e seus catetos AB=c{displaystyle AB=c}AB=c e AC=b{displaystyle AC=b}AC=b, considerando ainda a altura relativa à hipotenusa AH=h{displaystyle AH=h}AH=h, bem como as projeções dos catetos sobre a hipotenusa BH=m{displaystyle BH=m}BH=m e CH=n{displaystyle CH=n}CH=n, temos:


Relações métricas no triangulo retangulo.png

Vamos provar as seguintes relações através do cálculo de áreas:



  • I. ah=bc{displaystyle ah=bc}ah=bc

  • II. c2=am{displaystyle c^{2}=am}c^{2}=am e b2=na{displaystyle b^{2}=na}b^{2}=na

  • III. a2=b2+c2{displaystyle a^{2}=b^{2}+c^{2}}a^{2}=b^{2}+c^{2}



Demonstração I:


I.a) Calculando a área (ABC){displaystyle (ABC)}(ABC) a partir da base BC{displaystyle BC}BC e altura AH{displaystyle AH}AH:


(ABC)=12BC⋅AH=12a⋅h{displaystyle (ABC)={frac {1}{2}}BCcdot AH={frac {1}{2}}acdot h}(ABC)={frac  {1}{2}}BCcdot AH={frac  {1}{2}}acdot h


I.b) Calculando a área (ABC){displaystyle (ABC)}(ABC) a partir da base AC{displaystyle AC}AC e altura AB{displaystyle AB}AB:


(ABC)=12AC⋅AB=12b⋅c{displaystyle (ABC)={frac {1}{2}}ACcdot AB={frac {1}{2}}bcdot c}(ABC)={frac  {1}{2}}ACcdot AB={frac  {1}{2}}bcdot c


Decorre de I.a) e I.b) temos que (ABC)=12a⋅h=12b⋅c{displaystyle (ABC)={frac {1}{2}}acdot h={frac {1}{2}}bcdot c}(ABC)={frac  {1}{2}}acdot h={frac  {1}{2}}bcdot c.


Logo a⋅h=b⋅c{displaystyle acdot h=bcdot c}acdot h=bcdot c



Demonstração II:


II.a) Dado o triângulo ABC{displaystyle ABC}ABC, retângulo em A{displaystyle A}A, constrói-se quadrados sobre a hipotenusa BC{displaystyle BC}BC e os catetos AC{displaystyle AC}AC e AB{displaystyle AB}AB, respectivamente de medidas a{displaystyle a}a, b{displaystyle b}b e c{displaystyle c}c. Depois prolonga-se a altura AH{displaystyle AH}AH até interceptar o lado FG{displaystyle FG}FG do quadrado BCGF{displaystyle BCGF}BCGF no ponto I{displaystyle I}I.


Demonstração do Teorema de Pitágoras por área.png

Observando os segmentos paralelos BG{displaystyle BG}BG e AI{displaystyle AI}AI, percebe-se dois triângulos GBA{displaystyle GBA}GBA e GBH{displaystyle GBH}GBH de mesma área, cujas bases medem a{displaystyle a}a e as alturas medem m{displaystyle m}m.


Assim, (GBA)=(GBH)=12BG⋅BH=12a⋅m{displaystyle (GBA)=(GBH)={frac {1}{2}}BGcdot BH={frac {1}{2}}acdot m}(GBA)=(GBH)={frac  {1}{2}}BGcdot BH={frac  {1}{2}}acdot m


Vejamos ainda na figura acima que, os triângulos GBA{displaystyle GBA}GBA e BDC{displaystyle BDC}BDC são congruentes pelo caso LAL, pois BD≡BA{displaystyle BDequiv BA}BDequiv BA, BC≡BG{displaystyle BCequiv BG}BCequiv BG e ∠CBD≡∠ABC+90∘{displaystyle angle CBDequiv angle ABC+90^{circ }}angle CBDequiv angle ABC+90^{circ }. Logo, (BDC)=(GBA){displaystyle (BDC)=(GBA)}(BDC)=(GBA). E como os segmentos BD{displaystyle BD}BD e AC{displaystyle AC}AC são paralelos temos que (BDA)=(BDC){displaystyle (BDA)=(BDC)}(BDA)=(BDC), visto que a base BD{displaystyle BD}BD e a altura AB{displaystyle AB}AB são comuns aos dois triângulos.


Assim: BD=AB=c{displaystyle BD=AB=c}BD=AB=c, então (BDA)=(BDC)=12BD⋅BA=12c⋅c=c22{displaystyle (BDA)=(BDC)={frac {1}{2}}BDcdot BA={frac {1}{2}}ccdot c={frac {c^{2}}{2}}}(BDA)=(BDC)={frac  {1}{2}}BDcdot BA={frac  {1}{2}}ccdot c={frac  {c^{2}}{2}}


Daí, (GBA)=(BDC)⇒am2=c22⇒c2=am{displaystyle (GBA)=(BDC)Rightarrow {frac {am}{2}}={frac {c^{2}}{2}}Rightarrow c^{2}=am}(GBA)=(BDC)Rightarrow {frac  {am}{2}}={frac  {c^{2}}{2}}Rightarrow c^{2}=am


II.b) De maneira análoga, é provado que b2=an{displaystyle b^{2}=an}b^{2}=an


Demonstração do Teorema de Pitágoras por área 2.png

Como AI//CF{displaystyle AI//CF}AI//CF, temos nos triângulos ACF{displaystyle ACF}ACF e HCF{displaystyle HCF}HCF que (ACF)=(HCF){displaystyle (ACF)=(HCF)}(ACF)=(HCF), pois possuem a mesma base CF{displaystyle CF}CF e mesma altura CH{displaystyle CH}CH, sendo assim:


(ACF)=(HCF)=12CF⋅CH=12{displaystyle (ACF)=(HCF)={frac {1}{2}}CFcdot CH={frac {1}{2}}}(ACF)=(HCF)={frac  {1}{2}}CFcdot CH={frac  {1}{2}}


Temos ainda que os triângulos BCJ{displaystyle BCJ}BCJ e ACF{displaystyle ACF}ACF são congruentes pelo caso LAL, pois AC≡CJ=b{displaystyle ACequiv CJ=b}ACequiv CJ=b; CF≡BC=a{displaystyle CFequiv BC=a}CFequiv BC=a; ∠ACF≡∠BCJ≡∠ACB+90∘{displaystyle angle ACFequiv angle BCJequiv angle ACB+90^{circ }}angle ACFequiv angle BCJequiv angle ACB+90^{circ }. Então, como AK//CJ{displaystyle AK//CJ}AK//CJ temos:


(ACJ)=(BCJ)=12AC⋅CJ=12b2{displaystyle (ACJ)=(BCJ)={frac {1}{2}}ACcdot CJ={frac {1}{2}}b^{2}}(ACJ)=(BCJ)={frac  {1}{2}}ACcdot CJ={frac  {1}{2}}b^{2}


Portanto, da congruência BCJ{displaystyle BCJ}BCJ e ACF{displaystyle ACF}ACF, temos:


(BCJ)=(ACF)⇒12b2=12an⇒b2=an{displaystyle (BCJ)=(ACF)Rightarrow {frac {1}{2}}b^{2}={frac {1}{2}}anRightarrow b^{2}=an}(BCJ)=(ACF)Rightarrow {frac  {1}{2}}b^{2}={frac  {1}{2}}anRightarrow b^{2}=an



Demonstração III:


De maneira simplificada, somando as duas igualdades II.a) e II.b) temos:


b2=an{displaystyle b^{2}=an}b^{2}=an e c2=am{displaystyle c^{2}=am}c^{2}=am, logo b2+c2=an+am⇒b2+c2=a(n+m){displaystyle b^{2}+c^{2}=an+amRightarrow b^{2}+c^{2}=a(n+m)}b^{2}+c^{2}=an+amRightarrow b^{2}+c^{2}=a(n+m)




Como n+m=a{displaystyle n+m=a}n+m=a, temos:


b2+c2=a(n+m)⇒b2+c2=a2{displaystyle b^{2}+c^{2}=a(n+m)Rightarrow b^{2}+c^{2}=a^{2}}b^{2}+c^{2}=a(n+m)Rightarrow b^{2}+c^{2}=a^{2} (Teorema de Pitágoras)




Pode-se obter uma demonstração mais elaborada do teorema de Pitágoras por meio do cálculo de áreas. Observando a figura da demonstração II. b) temos que:


BCJ≡ACF{displaystyle BCJequiv ACF}BCJequiv ACF, pelo caso LAL, então (BCJ)=(ACF){displaystyle (BCJ)=(ACF)}(BCJ)=(ACF). Temos também que (ACJ)=(BCJ)=(ACF){displaystyle (ACJ)=(BCJ)=(ACF)}(ACJ)=(BCJ)=(ACF) e (ACF)=(CHF)=(BCJ){displaystyle (ACF)=(CHF)=(BCJ)}(ACF)=(CHF)=(BCJ). Daí, (ACJ)=(CHF){displaystyle (ACJ)=(CHF)}(ACJ)=(CHF).




Logo, (ACJK)=2(ACJ)=2(CHF){displaystyle (ACJK)=2(ACJ)=2(CHF)}(ACJK)=2(ACJ)=2(CHF).


Por outro lado, da demonstração II. b), onde GBA≡BDC{displaystyle GBAequiv BDC}GBAequiv BDC, pelo caso LAL, então (GBA)=(BDC){displaystyle (GBA)=(BDC)}(GBA)=(BDC). Temos ainda que (ABD)=(BDC)=(ABG){displaystyle (ABD)=(BDC)=(ABG)}(ABD)=(BDC)=(ABG) e (ABG)=(BHG)=(BDC){displaystyle (ABG)=(BHG)=(BDC)}(ABG)=(BHG)=(BDC). Daí, (ABD)=(BHG){displaystyle (ABD)=(BHG)}(ABD)=(BHG).




Logo, (ABDE)=2(ABD)=2(BHG){displaystyle (ABDE)=2(ABD)=2(BHG)}(ABDE)=2(ABD)=2(BHG).


Portanto, analisando a área do quadrado BCGF{displaystyle BCGF}BCGF de acordo com as demonstrações II. a) e II. b), temos que:



(BCFG)=(CHIF)+(BHGI){displaystyle (BCFG)=(CHIF)+(BHGI)}(BCFG)=(CHIF)+(BHGI)



(BCFG)=2(CHF)+2(BHG){displaystyle (BCFG)=2(CHF)+2(BHG)}(BCFG)=2(CHF)+2(BHG)



(BCFG)=(ACJK)+(ABDE){displaystyle (BCFG)=(ACJK)+(ABDE)}(BCFG)=(ACJK)+(ABDE)




Concluindo, (BCFG)=a2{displaystyle (BCFG)=a^{2}}(BCFG)=a^{2}, (ACJK)=b2{displaystyle (ACJK)=b^{2}}(ACJK)=b^{2} e (ABDE)=c2{displaystyle (ABDE)=c^{2}}(ABDE)=c^{2}




Então, a2=b2+c2{displaystyle a^{2}=b^{2}+c^{2}}a^{2}=b^{2}+c^{2} (Teorema de Pitágoras)



Área de um trapézio |


No trapézio ABCD{displaystyle ABCD}ABCD de altura h{displaystyle h}h, temos os lados paralelos AB{displaystyle AB}AB e DC{displaystyle DC}DC, tal que
AB=a{displaystyle AB=a}AB=a e DC=b{displaystyle DC=b}DC=b.


Área do trapézio.png

Demonstração: Vamos supor, sem perda de generalidade, que AB>DC{displaystyle AB>DC}AB>DC, e traçar pelo vértice B{displaystyle B}B um segmento paralelo ao lado AD{displaystyle AD}AD de forma que intercepte o lado DC{displaystyle DC}DC no ponto E{displaystyle E}E.
Assim, como AB//DC{displaystyle AB//DC}AB//DC e AD//BE{displaystyle AD//BE}AD//BE, temos o paralelogramo ABED{displaystyle ABED}ABED de altura h{displaystyle h}h e base DE=AB=a{displaystyle DE=AB=a}DE=AB=a, e temos ainda um triângulo BCE{displaystyle BCE}BCE de base EC=DC−DE=b−a{displaystyle EC=DC-DE=b-a}EC=DC-DE=b-a, e altura h{displaystyle h}h.


Note que:


(ABCD)=(ABED)+(BCE)=a⋅h+12(b−a)h=2ah+bh−ah2{displaystyle (ABCD)=(ABED)+(BCE)=acdot h+{frac {1}{2}}(b-a)h={frac {2ah+bh-ah}{2}}}(ABCD)=(ABED)+(BCE)=acdot h+{frac  {1}{2}}(b-a)h={frac  {2ah+bh-ah}{2}}


Portanto,


(ABCD)=(a+b)h2{displaystyle (ABCD)={frac {(a+b)h}{2}}}(ABCD)={frac  {(a+b)h}{2}}



Área de um losango |


De acordo com o corolário: Se ABCD é um losango de diagonais AC e BD, então (ABCD)=12ABCD{displaystyle (ABCD)={frac {1}{2}}ABCD}(ABCD)={frac  {1}{2}}ABCD.[11]


Demonstração: Dado o losango ABCD{displaystyle ABCD}ABCD, cujas diagonais interceptam-se no ponto M{displaystyle M}M, simultâneamente, ponto médio de ambas as diagonais AC{displaystyle AC}AC e BD{displaystyle BD}BD.


Losango área.png

Como AB=BC=CD=DA{displaystyle AB=BC=CD=DA}AB=BC=CD=DA, os triângulos determinados pelas diagonais AC{displaystyle AC}AC e BD{displaystyle BD}BD, são isósceles e como M{displaystyle M}M é ponto médio destas diagonais, temos que, AM=MC{displaystyle AM=MC}AM=MC, BM=MD{displaystyle BM=MD}BM=MD, portanto os triângulos ABD{displaystyle ABD}ABD e BCD{displaystyle BCD}BCD são congruentes pelo caso LAL, assim como os triângulos ADC{displaystyle ADC}ADC e ABC{displaystyle ABC}ABC, pelo mesmo caso.


Sendo assim, vamos mostrar a área do losango através dos triângulos determinados pela diagonal BD{displaystyle BD}BD.


(ABCD)=(ABD)+(BCD)=12BD⋅MC+12BD⋅AM{displaystyle (ABCD)=(ABD)+(BCD)={frac {1}{2}}BDcdot MC+{frac {1}{2}}BDcdot AM}(ABCD)=(ABD)+(BCD)={frac  {1}{2}}BDcdot MC+{frac  {1}{2}}BDcdot AM


(ABCD)=12BD⋅(AM+MC){displaystyle (ABCD)={frac {1}{2}}BDcdot (AM+MC)}(ABCD)={frac  {1}{2}}BDcdot (AM+MC).


Como AM+MC=AC{displaystyle AM+MC=AC}AM+MC=AC, temos:


(ABCD)=12AC⋅BD{displaystyle (ABCD)={frac {1}{2}}ACcdot BD}(ABCD)={frac  {1}{2}}ACcdot BD



Ver também |



  • Unidades de área

  • Volume



Referências




  1. ↑ Facco, Sonia Regina. «Conceito de área» (PDF). pucsp.br. Consultado em 9 de janeiro de 2012. 


  2. ↑ «Bureau International des Poids et Mesures» (em inglês) 


  3. ↑ Veja, por exemplo, Elementary Geometry from an Advanced Standpoint de Edwin Moise.


  4. ↑ Só Matemática. «História da Geometria». Consultado em 17 de junho de 2015. 


  5. ↑ ab «Área do retângulo». mundoeducacao.com.br. Consultado em 9 de janeiro de 2012. 


  6. ↑ «Área do trapézio». colegioweb.com.br. Consultado em 9 de janeiro de 2012. 


  7. ↑ «Cálculo de área». matematicadidatica.com.br. Consultado em 9 de janeiro de 2012. 


  8. ↑ «Área de um polígono Regular». brasilescola.com. Consultado em 9 de janeiro de 2012. 


  9. ↑ «Área do círculo». mundoeducacao.com.br. Consultado em 9 de janeiro de 2012. 


  10. ↑ Antonio Caminha Muniz Neto (2013). Coleção PROFMAT - Geometria. [S.l.]: SBM. 215 páginas 


  11. ↑ Antonio Caminha Muniz Neto (2013). Coleção PROFMAT - Geometria. [S.l.]: SBM. 219 páginas 



Ligações externas |




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