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Geometria de posição


Campo da matemática que estuda os pontos, retas e planos.



Elementos geométricos



Ponto

O ponto não possui uma definição formal, contudo, consideramos que ele é adimensional (não tem altura, largura ou profundidade)

Exemplo de um ponto



Retas

Não há definição formal para as retas, todavia, podemos dizer que em uma reta temos infinitos pontos e que elas são unidimensionais.


Exemplo



As setas indicam que a reta continua crescendo indefinidamente nos dois sentidos.

Além das retas nós temos as semirretas e os segmentos de retas.



Uma semi-reta é uma reta que se inicia em um ponto e cresce apenas em uma direção.





Um segmento de reta é um trecho de uma reta delimitado por dois pontos distintos.



As semirretas bem como os segmentos de retas também têm infinitos pontos e são unidimensionais.



Plano

Também não há definição formal para os planos, mas dizemos que em um plano há infinitas retas.

Mesmo que os elementos da geometria espacial não possuam definição formal não há problema, a nossa idéia do que eles representam já é o suficiente.




Posições relativas entre ponto, reta e planos



Ponto e reta

Um ponto P pertence à reta





ou não pertence




Ponto e plano

Um ponto P pertence à um plano



ou não pertence




Reta e reta


Retas coincidentes: são retas que possuem todos os pontos em comum r ∩ s = r ou s







Retas concorrentes: possuem um único ponto em comum r ∩ s = {P}







Retas ortogonais: retas coplanares ou não que formam 4 ângulos de 90º (s está cruzando o plano α)






Retas perpendiculares: retas ortogonais coplanares




Há uma diferença sutil entre retas ortogonais e perpendiculares, retas ortogonais podem estar em planos diferentes, sem problema nenhum, enquanto que, retas perpendiculares são obrigatóriamente coplanares.

Portanto podemos concluir que, retas perpendiculares também são ortogonais, porém nem todas as retas ortogonais são perpendiculares.

Áh, e aproveito para dizer que retas perpendiculares também são concorrentes, já que elas se cruzam em 1 único ponto.






Retas paralelas: retas que estão em um mesmo plano (coplanares) e não possuem nenhum ponto em comum r ∩ s = ∅. Por consequência, a distância entre elas é constante.







Retas reversas: retas que não são paralelas mas que também não têm nenhum ponto em comum. Isto significa que elas estão em planos diferentes






Reta e plano


Reta interna: a reta está contida no plano







Reta concorrente: a reta e o plano possuem um ponto em comum r ∩ α = {P}







Reta paralela: a reta e o plano não possuem nenhum ponto em comum r ∩ α = ∅







Plano e plano


Planos coincidentes: planos que possuem todos os pontos em comum α ∩ β = α ou β






Planos secantes: possuem uma reta em comum α ∩ β = r






Paralelos distintos: planos paralelos, não possuem nenhum ponto em comum α ∩ β = ∅









Poliedros



Eu poderia dar a definição formal de poliedros, mas acredito que você perderia tempo lendo-a, portanto, fiquemos com uma definição mais simples e informal: poliedros são figuras/objetos em 3D



Elementos dos poliedros



Arestas






Vértices (em laranja)






Faces (apenas delas uma está pintada, este poliedro tem 6 faces no total)




Novamente, a definição formal não é tão necessária, os conceitos de arestas, vértices e faces são bem intuitivos.

A quantidade de arestas em um poliedro é:
a = (quantidade de faces com x arestas.x +quantidade de faces com y arestas.y +quantidade de faces com z arestas.z …)/2



Exemplo
Quantas arestas o poliedro tem ?



São 4 triângulos na parte superior, cada triângulo tem 3 arestas, portanto ⇒ 4*3
São 5 retângulos na parte inferior, cada retângulo tem 4 arestas, portanto ⇒ 5*4

O total de arestas será

\( a = {\Large{ {4.3\; +5.4} \over {2} } } \)


\( \bbox[5px, border: 2px solid blue]{ a = 16 }\)



Classificação



Poliedro convexo

Um poliedro é convexo se o segmento de reta que une dois pontos quaisquer está contido no poliedro.

Exemplo





Para dois pontos quaisquer





o segmento de reta que os une



está contido no poliedro



Poliedro não convexo

Um poliedro não é convexo se ao menos um segmento de reta que une dois pontos quaisquer não estiver contido no poliedro.


Exemplo





Para os dois pontos





o segmento de reta que os une



não está contido no poliedro




As superfícies poliédricas convexas seguem as


Relações de euler



Para todas as superfícies poliédricas convexas abertas v +f = a +1





Para todas as superfícies poliédricas convexas fechadas v +f = a +2



v: número de vértices
a: número de arestas
f: número de faces




Temos também que nos poliedros convexos, a soma dos ângulos de todas as faces é S = (v -2).360




Além dos poliedros convexos e não convexos, há ainda os


Poliedros regulares ou poliedros de Platão


Um poliedro convexo é regular se as suas faces são polígonos regulares e congruentes e todos os ângulos poliédricos são congruentes.

Há somente cinco deles.

Tetraedro regular
Quatro faces triangulares regulares.







Hexaedro regular ou cubo
Seis faces quadrangulares regulares







Octaedro regular
Oito faces triangulares regulares.







Dodecaedro regular
Doze faces pentagonais regulares.







Icosaedro regular
Vinte faces triangulares regulares.




Esta é apenas a 1ª parte do nosso estudo sobre poliedros, a 2ª parte é "Prismas e cilindros", mas antes vamos praticar um pouco. Questões

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