Voltar a: 10.º Ano – Matemática A
Teste nº5
Demonstrações e circunferência dos nove pontos
10.º ano – Matemática A – Tema 3 (Geometria sintética no plano)
Grau de dificuldade do teste: Difícil
Distribuição dos 200 pontos por grau de dificuldade
Instruções (como no Exame Nacional): nos itens de escolha múltipla, selecione a única opção correta. Nos itens de resposta aberta, apresente todos os cálculos e justificações necessários. Quando, para um resultado, não é pedida a aproximação, apresente o valor exato. Cada item indica o grau de dificuldade e a cotação. As cotações estão na tabela no final do teste.
1Médio (12 pontos) Considere dois pontos distintos, e , de um plano.
Qual das opções seguintes designa o conjunto dos pontos desse plano tais que ?
(A) A mediatriz do segmento de reta
(B) A circunferência de diâmetro , excluindo os pontos e
(C) A circunferência de centro e raio
(D) A reta perpendicular a que passa em
Se pertence à circunferência de diâmetro ( e ), o ângulo está inscrito numa semicircunferência, logo é reto.
Reciprocamente, se , o ponto médio de é o circuncentro do triângulo retângulo , logo .
Os pontos e são excluídos, pois neles o ângulo não está definido.
Opção (B)
2Médio (16 pontos) Na Figura 1, estão representados uma circunferência de centro e três pontos , e dessa circunferência, sendo um diâmetro.
Mostre que .
Como e são raios, e o triângulo é isósceles.
Num triângulo isósceles, os ângulos opostos aos lados iguais são iguais: (os pontos , , são colineares).
Como , e são colineares, o ângulo é um ângulo externo do triângulo , adjacente ao ângulo : .
No triângulo : .
Logo, .
3Difícil (12 pontos) Considere um triângulo , com , e seja o ponto médio de .
Qual das afirmações seguintes é necessariamente verdadeira?
(A) O circuncentro, o incentro, o baricentro e o ortocentro pertencem à reta .
(B) O circuncentro, o incentro, o baricentro e o ortocentro coincidem.
(C) O ortocentro pertence ao interior do triângulo.
(D) O circuncentro é o ponto .
Como , pertence à mediatriz de , que é a reta ; esta reta contém a mediana, a altura e a bissetriz relativas ao vértice (simetria do triângulo).
Logo, o circuncentro (mediatrizes), o baricentro (medianas), o ortocentro (alturas) e o incentro (bissetrizes) pertencem à reta .
(B) só é verdadeira se o triângulo for equilátero; (C) é falsa se o ângulo for obtuso; (D) só se verifica se o ângulo for reto.
Opção (A)
4Médio Uma empresa recorta peças circulares de placas com a forma de um triângulo isósceles , com dm e dm, com . De cada placa, recorta-se o maior círculo possível, limitado pela circunferência inscrita no triângulo (Figura 2).
4.1. Médio (12 pontos) Mostre que o raio do círculo, em decímetros, é dado, em função de , por .
4.2. Difícil (14 pontos) Recorrendo às capacidades gráficas da calculadora, determine o valor de para o qual o círculo recortado tem raio máximo, bem como esse raio máximo.
Na sua resposta, reproduza, num referencial, o gráfico da função visualizado na calculadora, devidamente identificado, assinale o ponto relevante e apresente as suas coordenadas arredondadas às centésimas.
4.1.
Seja o ponto médio de . Como o triângulo é isósceles, e, pelo Teorema de Pitágoras, .
Área do triângulo: .
Semiperímetro: .
, como se queria mostrar.
4.2.
Define-se na calculadora, com a janela .
O gráfico cresce desde a origem, atinge um máximo e decresce até ao ponto .
Utilizando a funcionalidade de cálculo do máximo, obtém-se o ponto de coordenadas, aproximadamente, .
Para , a base mede dm.
O raio é máximo para dm, sendo o raio máximo, aproximadamente, dm.
5Difícil (12 pontos) Considere um triângulo escaleno de circuncentro , baricentro e ortocentro , e seja o centro da sua circunferência dos nove pontos.
Qual é o valor de ?
(A)
(B)
(C)
(D)
Seja . Pela reta de Euler, ; é o ponto médio de , logo .
está entre e (pois ), logo .
. O valor corresponde a (erro típico).
Opção (B)
6Difícil Na Figura 3, está representado o triângulo acutângulo , em que cm. O ponto é o pé da altura relativa ao lado , com cm e cm, é o ortocentro, é o circuncentro e é o ponto médio de .
6.1. Médio (12 pontos) Mostre que cm.
6.2. Difícil (16 pontos) Sabe-se que cm. Seja o centro da circunferência dos nove pontos do triângulo .
Determine a distância de à reta e o valor exato do raio da circunferência dos nove pontos.
6.1.
pertence à altura . Seja o pé da altura relativa a ; , e são colineares.
Os triângulos e são retângulos em , e (triângulos e retângulos).
Pelo critério AA, e são semelhantes: .
Como cm: cm.
cm, como se queria mostrar.
6.2.
pertence à mediatriz de , logo ; também . Assim, é um trapézio de bases e , com cm.
é o ponto médio de . Seja a projeção ortogonal de em : é o ponto médio de e cm (base média do trapézio).
é o pé de uma altura, logo pertence à circunferência dos nove pontos; o raio é , com cm.
cm.
Confirmação: o circunraio é e o raio da circunferência dos nove pontos é metade deste.
dista cm da reta e o raio da circunferência dos nove pontos é cm.
7Difícil (12 pontos) Considere um triângulo acutângulo , de circuncentro , em que .
Qual é a amplitude do ângulo ?
(A)
(B)
(C)
(D)
é o centro da circunferência circunscrita ao triângulo; é um ângulo inscrito e é o ângulo ao centro que compreende o mesmo arco (o triângulo é acutângulo, logo não pertence ao arco menor ).
.
O valor corresponde ao ângulo , sendo o ortocentro (distrator).
Opção (C)
8Difícil (16 pontos) Mostre que, se o baricentro de um triângulo coincidir com o seu circuncentro, então o triângulo é equilátero.
Seja o ponto onde coincidem o baricentro e o circuncentro, e o ponto médio de . pertence à mediana e à mediatriz de , e ambas as retas passam em .
Se estas retas fossem distintas, intersetar-se-iam apenas em , e então ; mas o baricentro é sempre interior ao triângulo, não pertencendo ao lado . Logo, as retas coincidem.
Assim, pertence à mediatriz de , ou seja, .
Raciocinando do mesmo modo com a mediana relativa a e a mediatriz de , obtém-se .
Logo, e o triângulo é equilátero.
9Médio (12 pontos) Considere um triângulo , retângulo em , de circuncentro , baricentro e ortocentro .
Mostre que , e são colineares e que .
As retas e são perpendiculares, pelo que contêm as alturas relativas a e a ; estas intersetam-se em , logo .
O ângulo reto em está inscrito numa semicircunferência, logo é o ponto médio da hipotenusa .
pertence à mediana e divide-a na razão : e .
Logo, , e pertencem à reta e .
, e são colineares e .
10Difícil Considere uma circunferência de centro e raio .
10.1. Médio (12 pontos) Seja um ponto exterior à circunferência e sejam e os pontos de tangência das duas retas tangentes à circunferência que passam em (Figura 4).
Mostre que .
10.2. Difícil (14 pontos) Suponha agora que a circunferência está inscrita num triângulo , retângulo em , com catetos de comprimentos e e hipotenusa de comprimento .
Mostre que e verifique esta igualdade no caso , .
10.1.
A reta tangente a uma circunferência é perpendicular ao raio no ponto de tangência: .
Nos triângulos retângulos e , a hipotenusa é comum e .
Pelo Teorema de Pitágoras: .
Logo, .
10.2.
Sejam , e os pontos de tangência com , e . O quadrilátero tem três ângulos retos (em , e ) e , logo é um quadrado: .
Pela alínea anterior, e .
.
Para e : e ; por outro lado, .
; no caso , , obtém-se pelos dois processos.
11Médio (12 pontos) Considere um triângulo escaleno acutângulo , de circuncentro e ortocentro .
Qual dos pontos seguintes não pertence, em geral, à circunferência dos nove pontos do triângulo?
(A) O ponto médio do lado
(B) O pé da altura relativa ao lado
(C) O ponto médio do segmento de reta
(D) O circuncentro
A circunferência dos nove pontos passa pelos pontos médios dos três lados, pelos pés das três alturas e pelos pontos médios dos segmentos que unem os vértices ao ortocentro.
As opções (A), (B) e (C) são pontos destes três tipos.
O centro dessa circunferência é o ponto médio de , pelo que dista do centro , que, em geral, não é igual ao raio.
Opção (D)
12Difícil (16 pontos) Na Figura 5, está representado um triângulo , com , inscrito numa circunferência de centro , e o ponto , ponto médio de . A bissetriz do ângulo interseta a mediatriz de num ponto .
Mostre que pertence à circunferência circunscrita ao triângulo.
Seja o ponto, distinto de , em que a bissetriz do ângulo interseta a circunferência.
Os ângulos inscritos e são iguais, logo os arcos e que compreendem têm a mesma amplitude.
A arcos iguais correspondem cordas iguais: , pelo que pertence à mediatriz de .
A bissetriz e a mediatriz não coincidem (se coincidissem, pertenceria à mediatriz e ter-se-ia ), logo intersetam-se num único ponto.
Como e pertencem a ambas as retas, .
Logo, pertence à circunferência circunscrita ao triângulo .
Cotações
EM – escolha múltipla · RA – resposta aberta · ● Fácil · ● Médio · ● Difícil
Por tipo de item
Escolha múltipla: 5 itens – 60 pontos
Resposta aberta: 10 itens – 140 pontos
Por grau de dificuldade
Médio 7 itens – 88 pontos
Difícil 8 itens – 112 pontos
Teste original elaborado no estilo do Exame Nacional de Matemática A (IAVE), de acordo com as Aprendizagens Essenciais de Matemática A do 10.º ano.




