Circunferência, ângulos, polígonos e relações métricas

A geometria permite estudar formas, posições, medidas e relações presentes em diferentes situações do cotidiano. Nesta postagem, vamos aprofundar o estudo da circunferência, dos ângulos relacionados a ela, dos polígonos regulares e de algumas relações métricas importantes.

Habilidades da BNCC

EF09MA11: resolver problemas por meio do estabelecimento de relações entre arcos, ângulos centrais e ângulos inscritos na circunferência, fazendo uso, inclusive, de softwares de geometria dinâmica.

EF09MA15: descrever, por escrito e por meio de um fluxograma, um algoritmo para a construção de um polígono regular cuja medida do lado é conhecida, utilizando régua e compasso, como também softwares.

1. Circunferência e círculo

A circunferência é a linha curva fechada formada pelos pontos de um plano que estão à mesma distância de um ponto fixo chamado centro. O círculo corresponde à região interna limitada pela circunferência, incluindo a própria circunferência.

2. Centro, raio e diâmetro

\[d=2r\]
\[r=\frac d2\]

Exemplo resolvido 1. Uma circunferência possui raio de 7 cm.

\[d=2\cdot7=14\text{ cm}\]

3. Corda

Uma corda é um segmento cujas duas extremidades pertencem à circunferência. Todo diâmetro é uma corda, mas nem toda corda é um diâmetro.

4. Arco de circunferência

Dois pontos distintos da circunferência determinam arcos. Uma volta completa corresponde a \(360^\circ\).

Exemplo resolvido 2. Uma circunferência foi dividida em 8 arcos de mesma medida.

\[\frac{360^\circ}{8}=45^\circ\]

Cada arco mede 45°.

5. Semicircunferência

\[\frac{360^\circ}{2}=180^\circ\]

6. Ângulo central

O A B
\[m(\widehat{AOB})=m(\overset{\frown}{AB})\]

Exemplo resolvido 3. Se o arco \(AB\) mede \(125^\circ\), o ângulo central correspondente também mede 125°.

7. Ângulo inscrito

P
\[m(\text{ângulo inscrito})=\frac{m(\text{arco})}{2}\]

Exemplo resolvido 4. Um ângulo inscrito intercepta um arco de \(100^\circ\).

\[\frac{100^\circ}{2}=50^\circ\]

8. Relação entre ângulo central e ângulo inscrito

\[C=2I\]

Exemplo resolvido 5. Se o ângulo central mede \(140^\circ\):

\[I=\frac{140^\circ}{2}=70^\circ\]

9. Ângulos inscritos que interceptam o mesmo arco

Ângulos inscritos que interceptam o mesmo arco possuem a mesma medida.

10. Ângulo inscrito em uma semicircunferência

\[\frac{180^\circ}{2}=90^\circ\]

Exemplo resolvido 6. Se \(AB\) é diâmetro e \(C\) pertence à circunferência, então \(\widehat{ACB}=90^\circ\).

11. Determinando um arco a partir de um ângulo inscrito

\[m(\text{arco})=2x\]

Exemplo resolvido 7. Se o ângulo inscrito mede \(35^\circ\):

\[2\cdot35^\circ=70^\circ\]

12. Soma dos arcos de uma circunferência

\[360^\circ\]

Exemplo resolvido 8. Arcos de \(80^\circ\), \(110^\circ\), \(70^\circ\) e \(x\).

\[80+110+70+x=360\]
\[x=100^\circ\]

13. Polígonos inscritos em uma circunferência

Um polígono é inscrito quando todos os seus vértices pertencem à circunferência.

14. Ângulo central de um polígono regular

\[C=\frac{360^\circ}{n}\]

Exemplo resolvido 9. Pentágono regular:

\[\frac{360^\circ}{5}=72^\circ\]

Exemplo resolvido 10. Hexágono regular:

\[\frac{360^\circ}{6}=60^\circ\]

15. Relação entre o lado do hexágono regular e o raio

No hexágono regular inscrito, o lado possui a mesma medida do raio da circunferência.

Exemplo resolvido 11. Se o raio mede 5 cm:

\[l=5\text{ cm}\]
\[P=6\cdot5=30\text{ cm}\]

16. Ângulo interno de um polígono regular

\[S=(n-2)\cdot180^\circ\]
\[I=\frac{(n-2)\cdot180^\circ}{n}\]

Exemplo resolvido 12. Hexágono regular:

\[I=120^\circ\]

17. Ângulo externo de um polígono regular

\[E=\frac{360^\circ}{n}\]
\[I+E=180^\circ\]

Exemplo resolvido 13. Octógono regular:

\[E=45^\circ,\qquad I=135^\circ\]

18. Número de lados a partir do ângulo externo

\[n=\frac{360^\circ}{E}\]

Exemplo resolvido 14. Se \(E=30^\circ\):

\[n=12\]
▶ Pratique 1 — Circunferência, arcos e polígonos

1. Uma circunferência possui raio de 9 cm. Determine seu diâmetro.

2. Uma circunferência possui diâmetro de 24 cm. Determine seu raio.

3. Um arco mede \(135^\circ\). Determine o ângulo central correspondente.

4. Um ângulo inscrito intercepta um arco de \(150^\circ\). Determine sua medida.

5. Um ângulo inscrito mede \(42^\circ\). Determine o arco interceptado.

6. Uma roda foi dividida em 12 setores iguais. Determine cada ângulo central.

7. Três arcos medem \(80^\circ\), \(95^\circ\) e \(105^\circ\). Determine o arco restante.

8. Um hexágono regular está inscrito em uma circunferência de raio 7 cm. Determine lado e perímetro.

9. Um octógono regular é usado em um piso decorativo. Determine seus ângulos interno e externo.

10. Um polígono regular possui ângulo externo de \(24^\circ\). Quantos lados possui?

19. Quadriláteros inscritos

\[A+C=180^\circ,\qquad B+D=180^\circ\]

Exemplo resolvido 15. Se um ângulo mede \(68^\circ\), seu oposto mede:

\[180^\circ-68^\circ=112^\circ\]

20. Por que os ângulos opostos são suplementares?

Os arcos interceptados pelos ângulos opostos completam \(360^\circ\); como cada ângulo inscrito mede metade do arco, a soma dos ângulos opostos é \(180^\circ\).

21. Determinando ângulos em quadriláteros inscritos

Exemplo resolvido 16. \(A=3x+10^\circ\) e \(C=2x+20^\circ\).

\[(3x+10)+(2x+20)=180\]
\[x=30\]
\[A=100^\circ,\qquad C=80^\circ\]

22. Reta tangente a uma circunferência

O T
\[OT\perp t\]

23. Relação métrica envolvendo tangente

\[PO^2=r^2+PT^2\]

Exemplo resolvido 17. \(r=5\) cm e \(PO=13\) cm.

\[13^2=5^2+PT^2\]
\[PT=12\text{ cm}\]

24. Segmentos tangentes de um mesmo ponto

\[PA=PB\]

Exemplo resolvido 18. \(PA=3x+2\) e \(PB=5x-8\).

\[3x+2=5x-8\]
\[x=5\]
\[PA=PB=17\]

25. Ângulo formado por tangente e corda

\[m(\alpha)=\frac{m(\text{arco})}{2}\]

Exemplo resolvido 19. Para arco de \(124^\circ\):

\[\alpha=62^\circ\]

26. Duas cordas que se cruzam no interior

P
\[m(\alpha)=\frac{m(\text{arco 1})+m(\text{arco 2})}{2}\]

Exemplo resolvido 20. Arcos de \(110^\circ\) e \(50^\circ\).

\[\alpha=80^\circ\]

27. Ângulo com vértice no exterior

\[m(\alpha)=\frac{m(\text{arco maior})-m(\text{arco menor})}{2}\]

Exemplo resolvido 21. Arcos de \(170^\circ\) e \(70^\circ\).

\[\alpha=50^\circ\]

28. Relações métricas entre cordas

\[PA\cdot PB=PC\cdot PD\]

Exemplo resolvido 22. \(PA=4\), \(PB=6\), \(PC=3\).

\[4\cdot6=3x\]
\[x=8\]

29. Relação métrica entre duas secantes

P
\[PA\cdot PB=PC\cdot PD\]

Exemplo resolvido 23. \(PA=4\), \(PB=12\), \(PC=6\).

\[4\cdot12=6x\]
\[x=8\]

30. Relação métrica entre tangente e secante

\[PT^2=PA\cdot PB\]

Exemplo resolvido 24. \(PA=4\) e \(PB=9\).

\[PT^2=36\]
\[PT=6\]

31. Parte externa e secante inteira

Exemplo resolvido 25. Parte externa 3 cm e interna 9 cm.

\[\text{secante inteira}=3+9=12\text{ cm}\]
\[PT^2=3\cdot12\]
\[PT=6\text{ cm}\]

32. Reunindo as principais relações métricas

SituaçãoRelação
Duas cordas internas\(PA\cdot PB=PC\cdot PD\)
Duas secantes externas\(PA\cdot PB=PC\cdot PD\)
Tangente e secante\(PT^2=PA\cdot PB\)
Raio e tangente\(OT\perp PT\)
▶ Pratique 2 — Ângulos e relações métricas

1. Em um quadrilátero inscrito, um ângulo mede \(74^\circ\). Determine o oposto.

2. Dois ângulos opostos medem \(3x+15^\circ\) e \(2x+25^\circ\). Determine \(x\) e os ângulos.

3. Qual é o ângulo formado entre uma tangente e o raio no ponto de tangência?

4. Uma circunferência possui raio de 8 cm e um ponto externo está a 17 cm do centro. Determine a tangente.

5. Duas cordas se cruzam; os arcos associados medem \(130^\circ\) e \(50^\circ\). Determine o ângulo.

6. Dois arcos externos medem \(190^\circ\) e \(70^\circ\). Determine o ângulo exterior.

7. Uma corda é dividida em 6 cm e 8 cm; na outra, um segmento mede 4 cm. Determine o outro.

8. Duas secantes partem de um ponto exterior. Na primeira, parte externa 3 m e total 12 m. Na segunda, parte externa 4 m. Determine o total.

9. Uma tangente e uma secante partem do mesmo ponto. Parte externa 5 m e total 20 m. Determine a tangente.

10. Uma secante tem parte externa 4 cm e interna 12 cm. Determine a tangente correspondente.

33. Polígonos regulares

Um polígono é regular quando possui todos os lados e todos os ângulos internos congruentes.

34. Construção de um hexágono regular

Trace uma circunferência, mantenha no compasso a mesma abertura do raio, marque seis pontos consecutivos e ligue-os com a régua.

35. Por que a construção do hexágono funciona?

\[6\cdot60^\circ=360^\circ\]

36. Construção de um triângulo equilátero

Trace um segmento, use-o como raio em dois arcos com centros nas extremidades e ligue a interseção às extremidades.

37. Construção de um quadrado a partir do lado

Trace o lado, construa perpendiculares nas extremidades, transporte a medida do lado e feche o quadrado.

38. Construção de polígonos regulares com softwares

Softwares de geometria dinâmica permitem repetir as mesmas construções e verificar invariantes geométricos.

39. Construção a partir do ângulo central

\[C=\frac{360^\circ}{n}\]

Exemplo resolvido 26. Para um octógono regular:

\[C=45^\circ\]

40. Apótema de um polígono regular

O apótema é o segmento perpendicular traçado do centro até o ponto médio de um lado.

41. Relação entre raio, apótema e lado

\[R^2=a^2+\left(\frac l2\right)^2\]

Exemplo resolvido 27. \(R=5\) cm e \(l=6\) cm.

\[5^2=a^2+3^2\]
\[a=4\text{ cm}\]

42. Área de um polígono regular

\[A=\frac{P\cdot a}{2}\]

Exemplo resolvido 28. \(P=36\) cm e \(a=3\sqrt3\) cm.

\[A=54\sqrt3\text{ cm}^2\]

43. Área do hexágono regular

\[A=\frac{3l^2\sqrt3}{2}\]

Exemplo resolvido 29. Para \(l=4\) cm:

\[A=24\sqrt3\text{ cm}^2\]

44. Diagonais de um polígono

\[D=\frac{n(n-3)}2\]

Exemplo resolvido 30. Para um octógono:

\[D=20\]
▶ Pratique 3 — Polígonos, construções e relações métricas

1. Determine o ângulo central de um decágono regular.

2. Determine os ângulos interno e externo de um dodecágono regular.

3. Um polígono regular possui ângulo externo de \(20^\circ\). Determine o número de lados.

4. Determine o número de diagonais de um decágono.

5. Um polígono regular possui raio de 13 cm e lado de 10 cm. Determine o apótema.

6. Um hexágono regular de lado 6 cm. Determine perímetro e área.

7. Um jardim possui perímetro de 60 m e apótema de 8 m. Determine a área.

8. Um hexágono regular está inscrito em uma circunferência de raio 9 cm. Determine lado e perímetro.

9. Qual deve ser o ângulo central para construir um octógono regular inscrito?

10. Descreva como construir um triângulo equilátero de lado 7 cm com régua e compasso.

▶ Revisão e aprofundamento — 20 questões

1. Uma circunferência possui raio de 12 cm. Determine o diâmetro.

2. Um arco mede \(148^\circ\). Determine o ângulo central correspondente.

3. Um ângulo inscrito intercepta arco de \(132^\circ\). Determine o ângulo.

4. Um ângulo inscrito mede \(47^\circ\). Determine o arco.

5. Em um quadrilátero inscrito, um ângulo mede \(105^\circ\). Determine o oposto.

6. Qual o ângulo entre uma tangente e o raio no ponto de tangência?

7. Duas cordas se cruzam: 6 cm e 10 cm em uma; 5 cm e \(x\) na outra. Determine \(x\).

8. Duas secantes: externa 4 cm e total 15 cm; outra externa 6 cm. Determine o total.

9. Tangente e secante: externa 9 cm e total 16 cm. Determine a tangente.

10. Tangente 12 cm e parte externa da secante 8 cm. Determine o total da secante.

11. Determine a soma dos ângulos internos de um eneágono.

12. Determine os ângulos interno e externo de um decágono regular.

13. Um polígono regular possui ângulo externo de \(15^\circ\). Determine o número de lados.

14. Determine o ângulo central de um polígono regular de 18 lados.

15. Um hexágono regular está inscrito em circunferência de raio 8 cm. Determine lado e perímetro.

16. Um polígono regular possui raio de 10 cm e lado 12 cm. Determine o apótema.

17. Um polígono possui perímetro 72 cm e apótema 9 cm. Determine a área.

18. Determine a área exata de um hexágono regular de lado 8 cm.

19. Determine o número de diagonais de um polígono de 12 lados.

20. Explique por que o lado de um hexágono regular inscrito possui a mesma medida do raio.

▶ Gabarito do Pratique 1

1. 18 cm.

2. 12 cm.

3. 135°.

4. 75°.

5. 84°.

6. 30°.

7. 80°.

8. Lado 7 cm; perímetro 42 cm.

9. Interno 135°; externo 45°.

10. 15 lados.

▶ Gabarito do Pratique 2

1. 106°.

2. \(x=28\); ângulos 99° e 81°.

3. 90°.

4. 15 cm.

5. 90°.

6. 60°.

7. 12 cm.

8. 9 m.

9. 10 m.

10. 8 cm.

▶ Gabarito do Pratique 3

1. 36°.

2. Interno 150°; externo 30°.

3. 18 lados.

4. 35 diagonais.

5. 12 cm.

6. Perímetro 36 cm; área \(54\sqrt3\text{ cm}^2\).

7. 240 m².

8. Lado 9 cm; perímetro 54 cm.

9. 45°.

10. Traçar um segmento de 7 cm, dois arcos de raio 7 cm com centros nas extremidades e ligar a interseção às extremidades.

▶ Gabarito da revisão e do aprofundamento

1. 24 cm.

2. 148°.

3. 66°.

4. 94°.

5. 75°.

6. 90°.

7. 12 cm.

8. 10 cm.

9. 12 cm.

10. 18 cm.

11. 1260°.

12. Interno 144°; externo 36°.

13. 24 lados.

14. 20°.

15. Lado 8 cm; perímetro 48 cm.

16. 8 cm.

17. 324 cm².

18. \(96\sqrt3\text{ cm}^2\).

19. 54 diagonais.

20. Os seis ângulos centrais medem 60°, formando seis triângulos equiláteros; por isso, o lado do hexágono é igual ao raio.

Para lembrar: identifique primeiro onde está o vértice do ângulo e quais segmentos participam da situação. Isso determina a relação correta a ser utilizada.