Unidad 5: Teorema de Pitágoras Lección 1: Teorema de Pitágoras Sección 1: Teorema de Pitágoras

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1 Unidad 5: Teorema de Pitágoras Lección 1: Teorema de Pitágoras Sección 1: Teorema de Pitágoras Los agrimensores egipcios usaban el llamado triángulo egipcio (triángulo rectángulo) a modo de escuadra para trazar líneas perpendiculares. Esta era una práctica habitual de los agrimensores oficiales para recuperar las fronteras de los lindes de las tierras tras las periódicas inundaciones producidas por las crecidas del río Nilo. Observe las siguientes figuras. Los triángulos en verde son triángulos rectángulos. P, Q y R son las áreas de los cuadrados en cm 2, respectivamente. Área de cuadrados (cm 2 ) P Q R Fig Fig Fig Observe que encontramos el área de P, Q y R sumando cada cuadrito de la cuadrícula. ada cuadrito equivale a 1 cm 2 Para los tres triángulos de las figuras anteriores se cumple que P + Q = R. Se cumplirá esto para todo triángulo rectángulo? Ejemplo 1.1 Tome como referencia la figura de la derecha. Si el lado del cuadrado de área P mide a, el del cuadrado de área Q mide b y el del cuadrado de área R mide c, de qué otra manera podría expresar P + Q = R? l ser P, Q y R áreas de cuadrados y las medidas de sus lados a, b y c respectivamente, podemos expresar sus áreas como P = a 2, Q = b 2 y R = c 2. l sustituir los valores anteriores en la expresión P + Q = R se obtiene a 2 + b 2 = c 2 Respuesta: P + Q = R se puede expresar como a 2 + b 2 = c 2 Ejercicio 1.1 on base en el ejemplo 1.1 y las figuras anteriores, cuál de las siguientes expresiones denota el significado de la ecuación a 2 + b 2 = c 2? En todo triángulo rectángulo, el cuadrado de la longitud de la hipotenusa es igual a la suma de las longitudes de los catetos elevada al cuadrado b) En todo triángulo rectángulo, el cuadrado de la longitud de la hipotenusa es igual a la suma de los cuadrados de las longitudes de los catetos

2 Ejemplo 1.2 emuestre que para todo triángulo rectángulo se cumple la ecuación establecida en el Ejemplo 1.1, es decir, que a 2 + b 2 = c 2 Observe la figura de la derecha: Los lados del cuadrado miden a + b, por lo que su área es (a + b) 2. También se puede determinar el área del cuadrado a través de la relación entre las áreas de los triángulos y el cuadrado EFG de la figura como se muestra a continuación: E (Área del cuadrado ) = (Área del cuadrado EFG) + 4(Área de los Triángulos de medidas a, b y c) G (a + b) 2 = c ab a 2 + 2ab + b 2 = c 2 + 2ab a 2 + b 2 = c 2 F Respuesta: para todo triángulo rectángulo se cumple que a 2 + b 2 = c 2 la ecuación demostrada en el ejemplo 1.2 se le conoce como teorema de Pitágoras Teorema de Pitágoras En todo triángulo rectángulo, la suma de los cuadrados de las longitudes de los catetos es igual al cuadrado de la longitud de la hipotenusa. a 2 + b 2 = c 2 Ejemplo 1.3 aciendo uso del teorema de Pitágoras, encuentre el valor de x : 4 cm el teorema de Pitágoras tenemos que: = x 2 Respuesta: x = 5 cm x 2 = x 2 = 25, como x > 0 x = 25 x = 5

3 Ejercicio 1.2 Encuentre el valor de x para cada uno de los siguientes triángulos b) c) 15 cm 5 cm Ejemplo cm 1 Encuentre las medidas desconocidas en los siguientes triángulos b) 7 cm 5 cm aciendo uso del teorema de Pitágoras tenemos: = x 2 x 2 = x 2 = 34, como x > 0 x = 34 Respuesta: x = 34 cm b) x = 7 2 x = 49 x 2 = x 2 = 13, como x > 0 x = 13 Respuesta: x = 1 tención! La hipotenusa es el lado opuesto al ángulo recto y es el lado de mayor medida del triángulo Ejercicio 1.3 Encuentre el valor de x para cada uno de los siguientes triángulos b) c) 1 cm 1 d) e) 9 cm 10 cm

4 Ejemplo 1.5 Encuentre la medida desconocida en el siguiente triángulo 5 cm el teorema de Pitágoras tenemos que: x = ( 29) 2 Respuesta: x = x 2 = x 2 = 4, como x > 0 x = 4, x = 2 Ejercicio 1.4 Encuentre el valor de x para cada uno de los siguientes triángulos b) c) 1 cm 1 Ejemplo cm Encuentre la medida de x del siguiente triángulo: aciendo uso del teorema de Pitágoras, primero se debe encontrar la medida de h y luego la medida de x. Ejercicio 1.5 Encuentre la medida de x (1) Para encontrar h, enfocarse en el el cual es rectángulo. Por tanto, por teorema de Pitágoras: h 2 = h 2 = 64 h 2 = h 2 = h 2 = 39, como x > 0 h = = 4 30 = 4 30 = 2 30 (2) Para encontrar x, enfocarse en el, el cual es rectángulo. omo h = 39 y = 9, se tiene por teorema de Pitágoras: ( 39) 2 = x 2 x 2 = x 2 = 120, como x > 0 x = 120 x = 2 30 Respuesta: x = 2 30 cm 1 1 y son rectángulos. aga uso del teorema de Pitágoras para encontrar y luego x

5 Ejemplo 1.7 Si las medidas de los lados del son 15, 8 y 17 centímetros, determine si este es un triángulo rectángulo o no. : Suponga que las medidas del triángulo están dispuestas como en la figura de la derecha. omo la hipotenusa sería el lado de mayor longitud, se define a = 15 cm, b = 8 cm y c = 17 cm. tendríamos que: a 2 + b 2 = = = 289 (i) Luego, observe que: c 2 = 17 2 c 2 = 289 (ii) e las ecuaciones (i) y (ii) se puede decir que a 2 + b 2 = c 2, lo cual cumple con el teorema de Pitágoras definido solamente para triángulos rectángulos. Por lo tanto, el es rectángulo. Respuesta: es un triángulo rectángulo. El ejemplo 1.7 es una ejemplificación del llamado recíproco del teorema de Pitágoras 17 cm 15 cm? 8 cm Recíproco del teorema de Pitágoras Si en el se da que = a, = b, = c y también a 2 + b 2 = c 2, entonces m = 90, es decir, el es rectángulo. Ejemplo 1.8 aciendo uso del recíproco del teorema de Pitágoras, identifique si el triángulo cuyos lados miden, 4 cm y 5 cm es rectángulo. Primero se debe identificar cuál lado sería la hipotenusa. Se sabe que la hipotenusa es el lado más largo, por lo que, en este caso, sería el lado de longitud 5 cm. Luego, sea a = 3, b = 4 y c = 5 (i) a 2 + b 2 = (ii) c 2 = 5 2 e (i) y (ii) se concluye que a 2 + b 2 = c 2 = = 25 = 25 Respuesta: el triángulo dado es rectángulo Ejercicio 1.6 Se dan las medidas de los 3 lados de varios triángulos. uáles son triángulos rectángulos?, 8 cm, 10 cm b) 4 cm, 5 cm, c) 1 cm,, 5 cm d),, 8 cm e), 4 cm, 5 cm f) 1, 15 cm, 18 cm

6 Sección 2: plicación del teorema de Pitágoras Ejemplo m Un hombre tiene un terreno rectangular cuyas medidas son 9 m y 12 m de ancho y largo, respectivamente. El hombre quiere dividir este terreno en dos terrenos de forma triangular de igual área. uáles serían las medidas de los terrenos triangulares? 12 m En este caso particular, al trazar la diagonal del rectángulo, de este se obtienen dos triángulos congruentes cuyas áreas son iguales y, además, dichos triángulos son rectángulos. Si x es la medida de la diagonal del rectángulo, por el teorema de Pitágoras se tiene: = x 2 x 2 = x 2 = 225, como x > 0 x = 225 x = 15 Respuesta: las medidas de los terrenos triangulares serían de 9 m, 12 m y 15 m. 225 = 9 25 = 9 25 = 3 5 = 15 Ejercicio 1.7 Encuentre la medida de la diagonal de los siguientes rectángulos b) 4 m 1 m 6 m 3 m Ejemplo 1.10 Encuentre la medida de la diagonal de un cuadrado cuyo lado mide 5 m : Sea x la medida en metros de la diagonal. El es rectángulo. Por el teorema de Pitágoras se tiene que: 50 = 25 2 = 25 2 = 5 2 Respuesta: x = 5 2 m = x 2 x 2 = x 2 = 50, como x > 0 x = 50 x = 5 2 Ejercicio 1.8 Encuentre la medida de la diagonal de los siguientes cuadrados 5 m 5 m b) c) 4 m 1 m 7 m 4 m 1 m 7 m

7 e manera general, podemos expresar la medida de la diagonal de un cuadrado como l 2, donde l es la medida de los lados. Ejemplo 1.11 Encuentre la medida de la altura del triángulo isósceles que se muestra en la derecha. ( también es bisectriz del ) es la altura respecto al lado del.. Se sabe que la bisectriz del, que está comprendido entre dos lados congruentes, es la mediatriz del lado opuesto, es decir, del lado ; por lo tanto = = y es recto. Si se toma el y se aplica el teorema de Pitágoras y = h, se tiene que: 10 cm h 10 cm h 2 = h 2 = 100 h 2 = h 2 = 91, como x > 0 h = 91 (2) Se puede utilizar también el (1) Respuesta: h = 91 cm Ejercicio 1.9 Encuentre la medida de la altura correspondiente al lado, la cual se llamará, para cada uno de los siguientes triángulos: b) Teorema: la bisectriz de un ángulo comprendido entre dos lados congruentes es una mediatriz del lado opuesto Ejercicio 1.10 Encuentre el valor de x e y en cada triángulo x b) 45 y 45 Lados opuestos a ángulos congruentes, son congruentes entre sí.

8 continuación se demostrarán dos propiedades que surgen del Ejemplo 1.11 y Ejercicio 1.9. Ejemplo 1.12 emostrar que la altura respecto a la base de un triángulo isósceles divide a este en dos triángulos rectángulos congruentes. ipótesis: es isósceles ( ). es la altura del respecto a la base onclusión: firmaciones Justificaciones 1) Por hipótesis 2) y Por hipótesis y definición de altura son rectos 3) y Por 2) y definición de triángulo rectángulo son rectángulos 4) lados y Por ser lados opuestos a ángulos rectos son hipotenusas, respectivamente 5) Por congruencia de segmento consigo mismo 6) Por 1), 4) y criterio hipotenusa-cateto La altura respecto a la base de un triángulo isósceles divide a este en dos triángulos rectángulos congruentes. Ejercicio 1.11 omplete la siguiente demostración para indicar si la altura de un triángulo equilátero divide a este en dos triángulos rectángulos congruentes ipótesis: es equilátero ( ). es la altura del respecto al lado. onclusión: firmaciones Justificaciones 1) 2) y son rectos 3) Por 2) y definición de triángulo rectángulo 4) lados y Por ser son, respectivamente 5) Por 6) Por, y criterio Ejemplo 1.13 Tomando como referencia el triángulo isósceles del ejemplo 1.12, las alturas respecto a los lados y dividen a este triángulo en dos triángulos rectángulos congruentes? : l trazar la altura se forman los y, los cuales son rectángulos. Las parejas correspondientes de triángulos que se forman NO son congruentes. Lo mismo ocurrirá al trazar la altura respecto al lado. Respuesta: la condición del ejemplo 1.12 se cumple solamente cuando la altura es respecto a la base.

9 En triángulos equiláteros se cumple que la altura respecto a cualquiera de los lados determina un par de triángulos rectángulos congruentes. El teorema de Pitágoras también es aplicable a los sólidos geométricos, como veremos a continuación. Ejemplo 1.14 Encuentre la medida de la diagonal G del siguiente prisma rectangular Según la figura de la derecha E =, EF = 5 cm y FG = 4 cm. Para este ejercicio, la diagonal que se calculará es G. Note que los triángulos EG y EFG comparten el lado EG. l aplicar el teorema de Pitágoras en el EFG se tiene: EG 2 = (i) l aplicar el teorema de Pitágoras en el EG se tiene: G 2 = EG (ii) Si sustituimos EG 2 de (i) en (ii) se obtiene: G 2 = ( ) G 2 = G 2 = 50, como G > 0 G = 50 G = 5 2 omo EFG y EG son rectángulos, EG y EFG son rectos. Respuesta: la diagonal mide 5 Ejercicio 1.12 Las figuras siguientes son prismas. Encuentre la medida de la diagonal: G b) F G E F c) G E F

10 Ejemplo 1.15 El dibujo de la derecha muestra una pirámide de base cuadrada en la que O = O = O = O = 5 cm. Encuentre medida de la altura de la pirámide. La altura de la pirámide es O. Observe que O es isósceles; los triángulos y O son rectángulos y que los lados y de estos triángulos guardan cierta relación entre sí. l aplicar el teorema de Pitágoras en el se obtiene: = 2 2 = = 32, como > 0 = 32 = cm omo es punto medio de la diagonal que: = 2 = = 2 2 hora, al aplicar el teorema de Pitágoras en el O se obtiene: (2 2) 2 + O 2 = O 2 = 25 O 2 = 17, como O > 0 O = 17 O = 17 = =, porque en 2 un triángulo isósceles, la altura respecto a la base divide a este en dos lados de igual medida Respuesta: la altura de la pirámide es 17 cm Ejercicio 1.13 Encuentre la media de la altura O de las siguientes pirámides. Para cada pirámide, O = O = O = O b) O c) O 4 cm

11 Ejemplo 1.16 alcule la medida de la altura del cono de la siguiente figura 4 cm Para encontrar la altura de un cono se necesita el radio de la circunferencia de la base y su generatriz. mbos segmentos son perpendiculares porque la altura del cono es la mediatriz del diámetro de la base. Por tanto, haciendo uso del teorema de Pitágoras se tiene que: h 2 = h 2 = 16 h 2 = 12; como h > 0 h = 12 h = 2 3 Respuesta: la altura del cono es 2 Ejercicio 1.14 Encuentre la medida de la altura de los siguientes conos b) 1 5 cm c)

12 1 Ejercicios etermine si la relación entre los lados de los triángulos rectángulos siguientes es correcta o no b) c) d) e) 2 Si el es rectángulo, determine la medida del lado que falta Si = 4 y = 6, entonces = b) Si = 4 y = 10, entonces = c) Si = 12 y = 16, entonces = d) Si = 3 y = 7, entonces = e) Si = 10 y = 10, entonces = 3 uáles de los siguientes triángulos son rectángulos? b) c) d) e) 4 Encuentre la medida de la diagonal G en los siguientes prismas: b) c) E 4 cm F G 7 cm E F G E F G

13 5 Encuentre la altura de los siguientes sólidos: O b) 9 cm 4 cm O c) d) 6 7 cm 5 cm 5 cm Resuelva los siguientes problemas haciendo uso del teorema de Pitágoras: un señor tiene un terreno con la forma de un triángulo rectángulo y necesita saber la longitud del lado más largo. uánto mide este si los otros dos lados miden 21 m y 28 m? b) qué altura está la ventana si la escalera tiene una longitud de 5 m y se apoya en el suelo a 2 m de de la pared?