Relações métricas, Teorema de Pitágoras, perímetros e áreas

O triângulo retângulo aparece em telhados, rampas, escadas, estruturas de sustentação, terrenos e projetos de engenharia. Suas propriedades permitem calcular comprimentos que não podem ser medidos diretamente. Essas relações também se conectam ao cálculo de perímetros e áreas de figuras planas.

Nesta postagem, estudaremos o Teorema de Pitágoras, as relações métricas no triângulo retângulo e suas aplicações. Em seguida, retomaremos perímetros e áreas de triângulos, quadriláteros, polígonos regulares e figuras compostas.

Conhecimentos de base e habilidades relacionadas

EM13MAT308 — aplicar relações métricas em problemas envolvendo triângulos retângulos, distâncias e medidas inacessíveis.

EM13MAT307 e EM13MAT506 — resolver problemas envolvendo perímetros e áreas de figuras planas e analisar como essas grandezas variam.

Para acompanhar o conteúdo, é importante saber:

  • resolver equações do primeiro e do segundo grau;
  • calcular potências e raízes quadradas;
  • reconhecer triângulos semelhantes;
  • converter unidades de comprimento e área;
  • decompor figuras em formas mais simples.

1. Elementos do triângulo retângulo

Um triângulo retângulo possui um ângulo de 90°. O lado oposto ao ângulo reto é a hipotenusa; os outros dois lados são os catetos.

ABCH a = hipotenusa bc hmn
No triângulo, BC=a é a hipotenusa, AC=b e AB=c são os catetos, AH=h é a altura, CH=m e HB=n são as projeções dos catetos sobre a hipotenusa.
Importante: a hipotenusa é sempre o lado oposto ao ângulo reto e também o maior lado do triângulo retângulo.

2. Teorema de Pitágoras

Em todo triângulo retângulo, o quadrado da medida da hipotenusa é igual à soma dos quadrados das medidas dos catetos.

a²=b²+c²
Exemplo 1 — Determinando a hipotenusa

Um triângulo retângulo possui catetos de 9 cm e 12 cm.

a²=9²+12²
a²=81+144
a²=225
a=15 cm
Exemplo 2 — Determinando um cateto

A hipotenusa mede 13 m e um cateto mede 5 m.

13²=5²+c²
169=25+c²
c²=144
c=12 m

Consideramos a raiz positiva porque c representa um comprimento.

Interpretação por áreas

Se construirmos um quadrado sobre cada lado do triângulo retângulo, a área do quadrado construído sobre a hipotenusa será igual à soma das áreas dos quadrados construídos sobre os catetos.

c²b²a²
A área a² é igual à soma das áreas b² e c².

3. Recíproca do Teorema de Pitágoras

Se, em um triângulo, o quadrado do maior lado é igual à soma dos quadrados dos outros dois, então o triângulo é retângulo.

Exemplo 3 — Verificando um triângulo

Um triângulo tem lados 8 cm, 15 cm e 17 cm. O maior lado é 17 cm:

17²=289
8²+15²=64+225=289

Como há igualdade, o triângulo é retângulo.

Ternos pitagóricos

Três números inteiros positivos que satisfazem a²=b²+c² formam um terno pitagórico. Alguns exemplos:

CatetoCatetoHipotenusa
345
51213
81517
72425

Pratique 1

Questão 1 Uma escada está apoiada em uma parede. Sua base está a 6 m da parede e o topo alcança 8 m de altura. Qual é o comprimento da escada?

Questão 2 A diagonal de uma tela retangular mede 25 polegadas e sua altura mede 15 polegadas. Determine a largura.

Questão 3 Uma empresa recebeu uma armação triangular com lados de 10 cm, 24 cm e 26 cm. O projeto exige que ela tenha um ângulo reto. Sem medir os ângulos, verifique se a peça atende ao projeto e justifique.

Questão 4 Um terreno retangular mede 20 m por 21 m. Qual é a distância em linha reta entre dois vértices opostos?

Ver respostas

Questão 1

a²=6²+8²=36+64=100
a=10 m

Questão 2

25²=15²+x²
625=225+x²
x²=400
x=20 polegadas

Questão 3

26²=676
10²+24²=100+576=676

Sim. O triângulo é retângulo.

Questão 4

d²=20²+21²=400+441=841
d=29 m

4. Aplicações do Teorema de Pitágoras

Exemplo 4 — Cabo de sustentação

Um cabo liga o topo de um poste de 12 m a um ponto no solo situado a 5 m da base.

L²=12²+5²=144+25=169
L=13 m
Exemplo 5 — Rampa de acesso

Uma rampa precisa vencer um desnível de 0,9 m, e sua projeção horizontal mede 1,2 m.

L²=0,9²+1,2²=0,81+1,44=2,25
L=1,5 m
Exemplo 6 — Distância no plano cartesiano

Os pontos A(2,3) e B(8,11) determinam deslocamentos horizontal e vertical de 6 e 8 unidades.

d²=6²+8²=36+64=100
d=10

5. Relações métricas no triângulo retângulo

Ao traçarmos a altura relativa à hipotenusa, o triângulo original é dividido em dois triângulos menores. Os três triângulos são semelhantes, o que origina as relações métricas.

RelaçãoInterpretação
a=m+nA hipotenusa é a soma das projeções.
b²=a·mO quadrado do cateto b é o produto da hipotenusa por sua projeção m.
c²=a·nO quadrado do cateto c é o produto da hipotenusa por sua projeção n.
h²=m·nO quadrado da altura é o produto das projeções.
b·c=a·hO produto dos catetos é igual ao produto da hipotenusa pela altura.
Convenção usada nesta postagem: m é a projeção do cateto b e n é a projeção do cateto c. Se um livro trocar as letras m e n, observe a figura antes de aplicar as fórmulas.
Exemplo 7 — Catetos a partir das projeções

As projeções sobre a hipotenusa medem m=9 cm e n=16 cm.

a=m+n=9+16=25 cm
b²=a·m=25·9=225 ⇒ b=15 cm
c²=a·n=25·16=400 ⇒ c=20 cm
Exemplo 8 — Altura relativa à hipotenusa

Se m=4 cm e n=9 cm:

h²=m·n=4·9=36
h=6 cm
Exemplo 9 — Área por duas bases diferentes

Um triângulo retângulo possui catetos de 15 cm e 20 cm e hipotenusa de 25 cm. Sua área pode ser escrita de duas formas:

A=15·20/2=150 cm²
A=25·h/2

Igualando:

25h/2=150
25h=300
h=12 cm

6. Como escolher a relação métrica adequada

Não é necessário usar todas as fórmulas em cada problema. Primeiro identifique os dados e a medida procurada:

Conhece m e n?

Calcule a=m+n e, depois, use h²=mn, b²=am ou c²=an.

Conhece os catetos?

Use Pitágoras para obter a e b·c=a·h para encontrar a altura.

Conhece a e uma projeção?

Use b²=am ou c²=an para determinar o cateto correspondente.

Conhece a área?

Compare A=bc/2 com A=ah/2 para relacionar os catetos e a altura.

Exemplo 10 — Altura sem conhecer as projeções

Um triângulo retângulo possui catetos de 10 m e 24 m. Primeiro calculamos a hipotenusa:

a²=10²+24²=100+576=676 ⇒ a=26 m

Depois usamos o produto dos catetos:

10·24=26·h
240=26h
h=120/13≈9,23 m

Pratique 2

Questão 1 Em uma estrutura triangular de telhado, a altura traçada até a hipotenusa divide esse lado em segmentos de 9 m e 16 m. Determine a hipotenusa, a altura e os dois catetos da estrutura.

Questão 2 Uma peça triangular retângula possui catetos de 12 cm e 16 cm. Para instalar um reforço perpendicular à hipotenusa, é necessário conhecer a altura relativa a esse lado. Determine o comprimento do reforço.

Questão 3 Em uma rampa triangular, a hipotenusa mede 18 m e a projeção de um dos catetos sobre ela mede 8 m. Determine esse cateto e a outra projeção. Depois, calcule a altura relativa à hipotenusa.

Questão 4 Um estudante recebeu m=4 cm e n=12 cm e afirmou que a altura relativa à hipotenusa mede 8 cm, pois somou as projeções e dividiu por 2. Analise o procedimento, corrija-o e explique qual relação deve ser utilizada.

Ver respostas

Questão 1

a=9+16=25 m
h²=9·16=144 ⇒ h=12 m
b²=25·9=225 ⇒ b=15 m
c²=25·16=400 ⇒ c=20 m

Questão 2

Primeiro determinamos a hipotenusa:

a²=12²+16²=144+256=400 ⇒ a=20 cm

Agora usamos 12·16=20·h:

192=20h ⇒ h=9,6 cm

Questão 3

b²=a·m=18·8=144 ⇒ b=12 m
n=18−8=10 m
h²=8·10=80 ⇒ h=4√5≈8,94 m

Questão 4

A altura não é a média das projeções. A relação correta é h²=mn:

h²=4·12=48
h=√48=4√3≈6,93 cm

7. Perímetro de figuras planas

O perímetro é a medida do contorno de uma figura. Para calculá-lo, somamos as medidas de todos os lados. O resultado é expresso em unidades de comprimento, como centímetros, metros ou quilômetros.

Exemplo 11 — Cercamento de um terreno

Um terreno retangular mede 32 m por 18 m e terá um portão de 4 m onde não será instalada cerca.

P=2(32+18)=100 m
cerca=100−4=96 m

O problema não pede apenas o perímetro; é necessário descontar a abertura do portão.

Exemplo 12 — Perímetro com lado desconhecido

Uma praça triangular tem perímetro de 84 m. Dois lados medem 27 m e 31 m.

x=84−27−31=26 m

8. Área de triângulos e quadriláteros

A área mede a superfície ocupada por uma figura e é expressa em unidades quadradas. Altura e base devem ser perpendiculares entre si.

FiguraFórmula da áreaSignificado
RetânguloA=b·hbase vezes altura
QuadradoA=l²lado ao quadrado
ParalelogramoA=b·haltura perpendicular à base
TriânguloA=b·h/2metade do paralelogramo correspondente
TrapézioA=(B+b)h/2média das bases vezes a altura
LosangoA=D·d/2metade do produto das diagonais
Cuidado: o lado inclinado de um paralelogramo ou trapézio não é a altura, salvo quando for perpendicular às bases.
Exemplo 13 — Área cultivável

Um terreno retangular mede 40 m por 25 m. Uma faixa de 3 m por 25 m será usada como acesso e não receberá plantio.

Atotal=40·25=1.000 m²
Aacesso=3·25=75 m²
Acultivável=1.000−75=925 m²
Exemplo 14 — Fachada trapezoidal

Uma fachada em forma de trapézio possui bases de 18 m e 10 m e altura de 6 m.

A=(18+10)·6/2=28·3=84 m²

Se cada lata de tinta cobre 12 m², serão necessárias 84/12=7 latas, desconsiderando perdas.

Exemplo 15 — Losango de uma placa

Uma placa em forma de losango possui diagonais de 80 cm e 60 cm.

A=80·60/2=2.400 cm²

9. Polígonos regulares

Um polígono regular pode ser dividido em triângulos congruentes ligando o centro aos vértices. A altura de cada triângulo é o apótema.

A=P·ap2

Nessa fórmula, P é o perímetro e ap é o apótema.

apótemaO
A área do polígono é a soma das áreas dos triângulos de base igual a cada lado e altura igual ao apótema.
Exemplo 16 — Piso hexagonal regular

Um piso tem forma de hexágono regular com lado de 6 cm e apótema de 3√3 cm.

P=6·6=36 cm
A=36·3√3/2=54√3≈93,53 cm²

Pratique 3

Questão 1 Uma quadra retangular mede 28 m por 16 m. Será instalada uma faixa de proteção de 2 m de largura ao longo de todo o interior do contorno. Determine a área que permanecerá livre no centro e a área ocupada pela faixa.

Questão 2 Um terreno trapezoidal possui bases de 34 m e 22 m e altura de 15 m. Apenas 80% da área será utilizada para plantio. Quantos metros quadrados serão plantados?

Questão 3 Uma placa em forma de losango tem área de 1.500 cm². Sua diagonal maior mede 60 cm. Determine a diagonal menor. Depois, converta a área para metros quadrados.

Questão 4 Um jardim hexagonal regular tem lado de 4 m e apótema de aproximadamente 3,46 m. Ele será cercado e receberá grama. Determine o comprimento de cerca e a área aproximada de grama.

Ver respostas

Questão 1

A faixa de 2 m aparece nos dois lados de cada dimensão. O retângulo central mede 24 m por 12 m:

Atotal=28·16=448 m²
Acentral=24·12=288 m²
Afaixa=448−288=160 m²

Questão 2

A=(34+22)·15/2=56·7,5=420 m²
0,80·420=336 m²

Questão 3

1.500=60·d/2
1.500=30d
d=50 cm

Como 1 m²=10.000 cm²:

1.500 cm²=0,15 m²

Questão 4

P=6·4=24 m
A=24·3,46/2=41,52 m²

10. Figuras compostas e regiões descontadas

Muitos problemas não apresentam uma única figura conhecida. Nesses casos, podemos:

  • decompor a região em figuras menores e somar suas áreas;
  • calcular uma região maior e retirar partes não utilizadas;
  • usar o Teorema de Pitágoras para descobrir uma medida antes de calcular área ou perímetro;
  • verificar se lados internos fazem ou não parte do contorno solicitado.
Exemplo 17 — Calçada ao redor de um jardim

Um jardim retangular mede 18 m por 10 m. Ao redor dele será construída uma calçada externa de 2 m de largura. As dimensões externas serão 22 m por 14 m.

Aexterna=22·14=308 m²
Ajardim=18·10=180 m²
Acalçada=308−180=128 m²
Exemplo 18 — Placa triangular isósceles

Uma placa triangular possui lados iguais de 13 cm e base de 10 cm. A altura divide a base em dois segmentos de 5 cm.

h²+5²=13²
h²=169−25=144
h=12 cm
A=10·12/2=60 cm²
P=13+13+10=36 cm

11. Variação do perímetro e da área

Quando todos os comprimentos de uma figura são multiplicados por um fator k, o perímetro é multiplicado por k e a área por k².

Exemplo 19 — Ampliação de uma praça

Uma praça quadrada terá cada lado ampliado em 20%. O fator de ampliação é k=1,2.

Pnovo=1,2Pantigo
Anova=1,2²Aantiga=1,44Aantiga

O perímetro aumenta 20%, mas a área aumenta 44%.

Pratique 4

Questão 1 O piso de uma sala em formato de L pode ser obtido retirando um retângulo de 3 m por 2 m de um retângulo maior de 8 m por 6 m. Determine a área do piso. Sabendo que todos os segmentos do contorno serão revestidos com rodapé, determine também o perímetro da região em L.

Questão 2 Um canteiro triangular isósceles possui lados iguais de 17 m e base de 16 m. Determine a altura, a área e o perímetro. Em seguida, calcule quantos sacos de adubo são necessários se cada saco atende 20 m² e não é possível comprar fração de saco.

Questão 3 Uma piscina retangular mede 12 m por 6 m e será cercada por um piso externo de 1,5 m de largura em todos os lados. Determine a área do piso e o perímetro externo do conjunto.

Questão 4 Todas as dimensões de uma placa serão reduzidas para 70% das medidas originais. A placa atual tem perímetro de 120 cm e área de 600 cm². Determine o novo perímetro e a nova área e explique por que os dois resultados não são reduzidos na mesma porcentagem.

Ver respostas

Questão 1

A=8·6−3·2=48−6=42 m²

Quando o recorte é feito em um canto, dois trechos externos são substituídos por dois trechos internos de comprimentos iguais. Assim, o perímetro permanece igual ao do retângulo maior:

P=2(8+6)=28 m

Questão 2

A altura divide a base em dois segmentos de 8 m:

h²+8²=17²
h²=289−64=225
h=15 m
A=16·15/2=120 m²
P=17+17+16=50 m

Quantidade de sacos: 120/20=6 sacos.

Questão 3

As dimensões externas são 15 m por 9 m:

Apiso=15·9−12·6=135−72=63 m²
Pexterno=2(15+9)=48 m

Questão 4

Pnovo=0,7·120=84 cm
Anova=0,7²·600=0,49·600=294 cm²

O perímetro varia com k, enquanto a área varia com k². Por isso, o perímetro diminui 30% e a área diminui 51%.

12. Erros frequentes

  • Escolher como hipotenusa o lado desenhado na horizontal: a hipotenusa é definida por estar oposta ao ângulo reto.
  • Somar os lados em vez de seus quadrados: Pitágoras relaciona a², b² e c².
  • Usar Pitágoras em qualquer triângulo: o teorema exige um triângulo retângulo.
  • Trocar a projeção de um cateto: confira na figura qual projeção corresponde a cada cateto.
  • Confundir perímetro e área: perímetro mede contorno; área mede superfície.
  • Usar lado inclinado como altura: a altura deve ser perpendicular à base.
  • Somar áreas quando deveria subtrair: regiões vazadas ou reservadas devem ser descontadas.
  • Converter área como se fosse comprimento: 1 m² corresponde a 10.000 cm², não a 100 cm².
  • Arredondar durante as etapas intermediárias: mantenha raízes ou mais casas decimais e arredonde apenas no final.

13. Revisão e aprofundamento

Questão 1 — Escada de manutenção

Uma escada de 15 m é apoiada em uma parede. Por segurança, sua base deve ficar a 9 m da parede. A que altura o topo chegará? Se o ponto de manutenção está a 13 m do solo, a escada será suficiente?

Questão 2 — Atalho em uma praça

Uma praça retangular mede 48 m por 20 m. Uma pessoa atravessa pela diagonal em vez de percorrer dois lados consecutivos. Quantos metros ela economiza?

Questão 3 — Estrutura metálica

Uma armação triangular possui lados de 18 m, 24 m e 30 m. Verifique se ela é retângula. Em caso afirmativo, calcule sua área.

Questão 4 — Projeções na cobertura

A altura relativa à hipotenusa de uma cobertura triangular divide esse lado em projeções de 4 m e 21 m. Determine a hipotenusa, a altura e os dois catetos.

Questão 5 — Reforço perpendicular

Uma peça triangular retângula tem catetos de 20 cm e 21 cm. Um reforço será instalado perpendicularmente à hipotenusa. Determine o comprimento do reforço e apresente o resultado com duas casas decimais.

Questão 6 — Jardim com caminho interno

Um jardim retangular mede 30 m por 18 m. Um caminho interno de 2 m de largura acompanha todo o contorno. Determine a área do caminho e a área restante para plantio.

Questão 7 — Pintura de uma fachada

Uma fachada trapezoidal possui bases de 22 m e 14 m e altura de 8 m. Nela existem três janelas retangulares de 2 m por 1,5 m. Determine a área que será pintada. Se cada lata cobre 18 m², quantas latas inteiras serão necessárias?

Questão 8 — Piso em formato de L

De um salão retangular de 12 m por 9 m foi retirada uma região retangular de 5 m por 4 m em um dos cantos. Determine a área do salão restante e seu perímetro.

Questão 9 — Praça hexagonal

Uma praça tem a forma de um hexágono regular de lado 10 m e apótema de aproximadamente 8,66 m. Determine seu perímetro e sua área aproximada.

Questão 10 — Ampliação de um projeto

As dimensões lineares de uma planta serão ampliadas em 50%. O modelo original tem perímetro de 80 cm e área de 320 cm². Determine o novo perímetro e a nova área.

Questão 11 — Fachada triangular

Uma fachada triangular isósceles possui lados iguais de 13 m e base de 10 m. Determine a altura e a área. Se cada painel de revestimento cobre 6 m², quantos painéis inteiros serão necessários?

Questão 12 — Terreno e diagonal

Um terreno retangular tem área de 1.200 m² e um de seus lados mede 30 m. Determine o outro lado, a diagonal e a quantidade de cerca necessária, considerando uma entrada de 5 m sem cerca.

Questão 13 — Região sombreada

Uma placa quadrada de lado 20 cm contém, no centro, um recorte quadrado de lado 8 cm. Determine a área restante e o comprimento total das bordas, incluindo a borda externa e a borda do recorte.

Questão 14 — Cobertura de uma quadra

Uma quadra retangular mede 36 m por 20 m. A cobertura deverá avançar 1,5 m além da quadra em todos os lados. Determine a área da cobertura e o percentual de aumento em relação à área da quadra.

Questão 15 — Análise de conversão

Um aluno calculou a área de uma placa como 24.000 cm² e afirmou que isso corresponde a 240 m², pois dividiu por 100. Analise o erro e apresente a conversão correta.

Gabarito e resoluções detalhadas

Questão 1

A escada é a hipotenusa:

15²=9²+h²
225=81+h²
h²=144
h=12 m

Ela alcança 12 m e, portanto, não chega ao ponto situado a 13 m.

Questão 2

d²=48²+20²=2.304+400=2.704
d=52 m

Pelos lados, o percurso seria 48+20=68 m. A economia é:

68−52=16 m

Questão 3

30²=900
18²+24²=324+576=900

A armação é retângula. Os catetos são 18 m e 24 m:

A=18·24/2=216 m²

Questão 4

a=4+21=25 m
h²=4·21=84 ⇒ h=2√21≈9,17 m
b²=25·4=100 ⇒ b=10 m
c²=25·21=525 ⇒ c=5√21≈22,91 m

Questão 5

Primeiro calculamos a hipotenusa:

a²=20²+21²=400+441=841 ⇒ a=29 cm

Depois usamos b·c=a·h:

20·21=29h
h=420/29≈14,48 cm

Questão 6

O retângulo interno perde 2 m em cada lado de cada dimensão, ficando com 26 m por 14 m:

Atotal=30·18=540 m²
Aplantio=26·14=364 m²
Acaminho=540−364=176 m²

Questão 7

Afachada=(22+14)·8/2=144 m²
Ajanelas=3·2·1,5=9 m²
Apintura=144−9=135 m²

Como 135/18=7,5, são necessárias 8 latas inteiras.

Questão 8

A=12·9−5·4=108−20=88 m²

Como o recorte está em um canto, os trechos retirados do contorno são substituídos por trechos internos iguais. Assim:

P=2(12+9)=42 m

Questão 9

P=6·10=60 m
A=60·8,66/2=259,8 m²

Questão 10

Ampliar 50% corresponde a k=1,5:

Pnovo=80·1,5=120 cm
Anova=320·1,5²=320·2,25=720 cm²

Questão 11

A altura divide a base em dois segmentos de 5 m:

h²=13²−5²=169−25=144 ⇒ h=12 m
A=10·12/2=60 m²

Como 60/6=10, são necessários 10 painéis.

Questão 12

1.200=30·x ⇒ x=40 m
d²=30²+40²=900+1.600=2.500 ⇒ d=50 m

O perímetro é 2(30+40)=140 m. Descontando a entrada:

140−5=135 m de cerca

Questão 13

A=20²−8²=400−64=336 cm²

Somamos os perímetros externo e interno:

P=4·20+4·8=80+32=112 cm

Questão 14

A cobertura mede 39 m por 23 m:

Aquadra=36·20=720 m²
Acobertura=39·23=897 m²
aumento=897−720=177 m²

Percentual de aumento:

177/720·100%≈24,58%

Questão 15

Como 1 m=100 cm, então 1 m²=100²=10.000 cm². Portanto:

24.000 cm²÷10.000=2,4 m²

O aluno deveria dividir por 10.000, não por 100.

www.matematicafc.com - material autoral para estudo e prática.