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ELEMENTOS FUNDAMENTALES DE GEOMETRÍA

Conceptos fundamentales

Punto ·

 

Recta


Plano


Semirrecta: porción de recta limitada en un extremo por un punto


Semiplano: es cada una de las partes en que queda dividido un plano por una cualquiera de sus rectas.


Segmento: porción de recta comprendida entre dos de sus puntos, llamados extremos.


Rectas paralelas: son aquellas que pertenecen al mismo plano y no tienen ningún punto en común.


Rectas secantes: son rectas que se cortan y dividen por tanto al plano en cuatro regiones.


Un caso particular de rectas secantes son las perpendiculares, que dividen al plano en cuatro regiones iguales.


Mediatriz de un segmento: es la recta perpendicular trazada en su punto medio.

Cualquier punto de la mediatriz equidista de los extremos del segmento.


Ángulo: es una región del plano limitada por dos semirrectas, que se llaman lados, y que tienen un punto común que se llama vértice.

Clasificación de los ángulos:

 - recto: cuando los dos lados son perpendiculares

 - agudo: la abertura de los lados es menor que un ángulo recto

 - obtuso: la abertura de los lados es mayor que un ángulo recto

 


Bisectriz de un ángulo: es la semirrecta que divide al ángulo en dos ángulos iguales.

Cualquier punto de la bisectriz equidista de los lados del ángulo.


Línea poligonal: es una figura formada por varios segmentos unidos por sus extremos.

Cuando el extremo del último segmento coincide con el origen del primero, la línea poligonal se llama cerrada, y en caso de que no coincidan, abierta.


Polígono: es la región del plano limitada por una línea poligonal cerrada.

Los elementos de los polígonos son:

a) Lados: segmentos que limitan el polígono, AB, BC, CD, DA.

b) Perímetro: suma de las longitudes de los lados.

c) Vértices: Puntos donde se unen dos lados consecutivos, A, B, C, D. En todo polígono el nº de lados y vértices coincide.

d) Diagonales: son los segmentos que unen vértices no consecutivos.

e) Ángulos interiores: son los ángulos formados por lados consecutivos.

f) Ángulos exteriores: son los ángulos formados por un lado y la prolongación de otro consecutivo.

Ángulo interior = ABC

Ángulo exterior = CBF

 

 

 

Clasificación de los polígonos:

a) Por el número de lados:

Triángulo

Cuadrilátero

Pentágono

Hexágono

Heptágono

Octógono

Eneágono

Decágono

b) Por su forma:

Equilátero: lados iguales

Equiángulo: ángulos iguales

Regular: lados y ángulos iguales

Irregular: lados y ángulos desiguales

Un polígono se halla inscrito en una circunferencia cuando todos sus vértices están contenidos el ella. Se dice entonces que la circunferencia está circunscrita al polígono.


Un polígono se halla circunscrito a una circunferencia cuando todos sus lados son tangentes (tocan en un solo punto) a la misma. Se dice entonces que la circunferencia está inscrita en el polígono.

Medida de ángulos

Puesto que el ángulo recto resulta una medida demasiado grande para medir ángulos, se definen otro tipo de unidades:

a) División sexagesimal

La unidad que habitualmente se utiliza es el grado centesimal, que es la noventava parte de un ángulo recto. Por lo tanto una circunferencia tiene 4 ángulos rectos * 90º cada uno = 4·90 = 360º

Minuto sexagesimal es la sesentava parte de un grado sexagesimal. 1º = 60'

Segundo sexagesimal es la sesentava parte de un minuto sexagesimal. 1' = 60''

b) División centesimal (no se suele utilizar)

La unidad es el grado centesimal, que es la centésima parte de un ángulo recto. Por lo tanto una circunferencia tiene 4 ángulos rectos *100g = 4·100g = 400g

Minuto centesimal es la centésima parte de un grado centesimal. 1g = 100m

Segundo centesimal es la centésima parte de un minuto centesimal. 1m = 100s

c) Radián

Un radián es el ángulo cuyo arco tiene la longitud igual al radio de una circunferencia centrada en el vértice.

Como ya veremos el perímetro de una circunferencia es 2·p·R = 2·3'14·R=6'28·R es decir el perímetro de una circunferencia es aproximadamente 6 veces el radio de la circunferencia que nosotros dibujemos. Por lo tanto en un giro completo hay 6'28 radianes, es decir:

 1 revolución = 360º = 2·p radianes

Si hacemos una regla de tres:

 360º ®p radianes

 ® 1 radián

x = 360/2·p = 57'29º

En el caso de que tengamos que pasar de grados a radianes (o a la inversa) resolveremos una regla de tres, siempre dejando el valor de p sin operar, por ejemplo:

¿Cuántos radianes son 30º?

 360º ®p radianes

 30º ® x radianes

x = 30·2·p/360 = p/6 radianes

¿Cuántos grados son p/4 radianes?

 360º ®p radianes

 x® p/4 radianes

x = (360·p/4)/2p = 45º

Expresión compleja y decimal de la medida de un ángulo sexagesimal

La medida de un ángulo puede venir expresada en grados, minutos y segundos, o en una sola unidad:

 8º 30' 36'' ® 8'51º

 Forma compleja ® Forma decimal

Veamos como se pasa de una a otra:

8º 30' 36'' = 8º 30' 36/60' = 8º 30' 0'6' = 8º 30'6' = 8º 30'6/60º = 8º 0'51º = 8'51º

8'51º = 8º 0'51·60' = 8º 30'6' = 8º 30' 0'6·60'' = 8º 30' 36''

Operaciones con medidas de ángulos sexagesimales

a) Suma

Para sumar ángulos deberemos sumar grados con grados, minutos con minutos y segundos con segundos.

32º 15' 6''
+2º 8' 29'

34º 23' 35''

Si el resultado de alguna de estas sumas es mayor o igual que 60, lo pasamos a la unidad inmediatamente superior.

15º 20' 16''
+20º 30' 54''

35º 50' 70''

Teniendo en cuenta que 70'' = 1' 10'' el resultado de la suma lo expresaríamos como:

35º 51' 10''

Importante: si la suma de dos ángulos es 90º, es decir, juntos forman un ángulo recto, se dice que son complementarios. Si la suma de dos ángulos es 180º, es decir, forman un ángulo llano, se dice que son suplementarios.

b) Resta

La operación se dispone igual que la suma

30º 31' 12''
-22' 48''

 

Puesto que no podemos restarle 48'' a 12'' debemos modificar el minuendo pasando 1 minuto a segundos: 30º 31' 12'' = 30º 30' 72''

Con lo cual ya podemos realizar la resta:

30º 30' 72''
-22' 48''

30º 8' 24''

c)Multiplicación

Para multiplicar un ángulo por un número natural debemos multiplicar los grados minutos y segundos por ese número:

4º 20' 10''
x 5

20º 100' 50''

Ahora bien como 100' = 1º 40' se tiene que: 20º 100' 50'' = 21º 40' 50''

d) División

Par dividir un ángulo entre un número natural, se dividen por separado grados, minutos y segundos entre este número natural:

206º

37'

46''

5

06º

 

 

41º 19' 33''

1ºx60 =

60'

 

 

 

97'

 

 

 

47'

 

 

 

2'x60 =

120''

 

 

 

166''

 

 

 

16

 

 

 

1''

 

Otra forma de operar con grados sexagesimales sería convertir los ángulos a grados solamente y operar con ellos, y después si se quiere convertirlo otra vez a grados minutos y segundos.

32º 15' 6'' =

32º + 15/60º + 6/3600º =

32º + 0'25º + 0'00166 =

32'25166º

2º 8' 29'' =

2º + 8/60º + 29/3600º =

2º + 0'133º + 0'00805º =

2'14105º

 

 

 

34'39271º

34º

0'39271·60 = 23'5626'

0'5626·60 = 35''

Por lo que obtendríamos el mismo resultado: 34º 23' 35''

TRIÁNGULOS Y CUADRILÁTEROS

Triángulos. Clasificación.

Como ya vimos los triángulos son polígonos de 3 lados y por lo tanto 3 ángulos. Se pueden clasificar:

a) Por sus lados:

Equilátero, si tiene los tres lados iguales

 

Isósceles, si tiene dos lados iguales

 

Escaleno, si tiene los tres lados diferentes

 

b) Por sus ángulos:

Rectángulo, si tiene un ángulo recto

 

Acutángulo, si sus tres ángulos son agudos

 

Obtusángulo, si tiene un ángulo obtuso

En los triángulos rectángulos el lado opuesto al ángulo recto se llama hipotenusa y los otros dos lados, catetos.

Propiedades del triángulo


1.En todo triángulo, un lado es menor que la suma de los otros dos, pero mayor que su diferencia.

En la figura se observa que si a fuese mayor que b+c entonces no podríamos juntar sus lados. Pero por otro lado a-b tampoco puede ser mayor que c para que se puedan unir.


2.La suma de los ángulos interiores de un triángulo es 180º.

 


Los lados alternos internos a las paralelas son iguales.

Como por otro lado un ángulo llano mide 180º tenemos que a + b + c = 180º


3.Un ángulo exterior de un triángulo es igual a la suma de los dos ángulos interiores no adyacentes.

Rectas y puntos notables de un triángulo

Mediatrices: son las rectas perpendiculares trazadas en los puntos medios de los lados.

Las tres mediatrices de un triángulo se cortan en un punto que se llama circuncentro que equidista de los vértices del triángulo y por lo tanto es el centro de la circunferencia circunscrita al triángulo.

 

 

 

Bisectrices: son las semirrectas que dividen en dos partes iguales los ángulos interiores al triángulo.

Las tres bisectrices de un triángulo se cortan en un punto llamado incentro que equidista de los lados del triángulo y por lo tanto es el centro de la circunferencia inscrita al triángulo.

Alturas: son los segmentos perpendiculares a un lado o a su prolongación, trazados desde el vértice opuesto

Las tres alturas de un triángulo se cortan en un punto llamado ortocentro.

Medianas: son los segmentos que unen un vértice con el punto medio del lado opuesto.

Las tres medianas de un triángulo se cortan en un punto llamado baricentro o centro de gravedad.

 

 

Teorema de Pitágoras


'' En un triángulo rectángulo la suma de los cuadrados de los catetos es igual al cuadrado de la hipotenusa ''

Cuadriláteros. Clasificación.

Los cuadriláteros como su propio nombre indica son aquellos polígonos de cuatro lados y por lo tanto cuatro ángulos. Se clasifican según el paralelismo de sus lados en:


1.Trapezoides son los que no tienen ningún lado paralelo a otro.


2.Trapecios son los cuadriláteros con dos lados paralelos.

Los trapecios se pueden clasificar en:

 - Trapecio rectángulo, es el que tiene dos ángulos rectos

 - Trapecio isósceles, es el que tiene los lados no paralelos iguales

 - Trapecio escaleno, sin ninguna propiedad específica

3.Paralelogramos son aquellos cuadriláteros que tienen los lados paralelos dos a dos

y por lo tanto los ángulos opuestos (no adyacentes) son iguales y los lados opuestos son iguales.

Los paralelogramos se pueden clasificar en:

 - Rectángulo, es el paralelogramo que tiene los 4 ángulos iguales

 (rectos), pero los lados adyacentes no son iguales.

 - Cuadrado, es el que tiene los 4 lados y 4 ángulos iguales.

 - Rombo, es el que tiene los 4 lados iguales, y los ángulos opuestos iguales.

 - Romboide, cuando no es ninguno de los anteriores.

ÁREAS Y VOLÚMENES


Áreas de figuras planas

 



 


 

Nota: en el caso del hexágono regular, se puede calcular el área como la suma de 6 triángulos equiláteros, en los demás polígonos regulares se podrá calcular como la suma de triángulos isósceles.

Poliedros. Clasificación

Un poliedro es un cuerpo geométrico que está limitado por cuatro o más polígonos. Los polígonos que limitan al poliedro se llaman caras del poliedro, y los lados y vértices de las caras son las aristas y vértices del poliedro respectivamente.

Los poliedros regulares son aquellos cuyas caras son polígonos regulares iguales y concurren el mismo número de ellas en cada vértice.


Solo existen 5 poliedros regulares que son:

 


Dentro de los poliedros podemos distinguir dos casos especiales:

1º) Prismas: son poliedros que tienen dos caras iguales y paralelas llamadas bases, y sus otras caras laterales son paralelogramos. Lógicamente tendrá tantas caras laterales como lados tenga la base.

Los prismas se clasifican en:

a) Rectos y oblicuos. Un prisma es recto cuando el ángulo entre las caras laterales y las bases es recto, en caso contrario se dice que el prisma es oblicuo.

b) Regulares e irregulares. Un prisma es regular cuando es recto y sus bases son polígonos regulares, en caso contrario se dice que el prisma es irregular.

c) Por el número de lados de sus bases:

 -Triangulares, si sus bases son triángulos

 - Cuadrangulares, si sus bases son cuadriláteros

 - Pentagonales,....etc.

Uno de los prismas cuadrangulares más importante es el paralelepípedo que tiene por bases dos paralelogramos, es decir, todas sus caras (6) son paralelogramos. Dentro de los paralelepípedos podemos encontrar algunos casos importantes como son el cubo (todas sus caras son cuadrados), ortoedro (todas sus caras son rectángulos), romboedro (todas sus caras son rombos) y rombodiedro (todas sus caras son romboides).


Veamos algunos ejemplos de prismas:

 


Nota: no olvidar que si un prisma es regular entonces es recto y si es oblicuo es irregular y por tanto no es necesario decirlo.

Nota: La mejor forma de nombrarlos es: prisma recto de base pentagonal irregular, prisma oblicuo de base cuadrada, prisma recto de base triangular irregular y prisma recto de base rectangular.

2º) Pirámides: son poliedros en los que una de sus caras (llamada base) es un polígono y las otras caras laterales son triángulos que tienen un vértice común.

Las pirámides se clasifican en:

a) Rectas y oblicuas. Una pirámide es recta cuando el pie de su altura coincide con el centro de su base, o lo que es lo mismo, cuando las caras laterales no son triángulos escalenos. En caso contrario tendremos un pirámide oblicua.

b) Regulares e irregulares. Una pirámide es regular cuando es recta y su base es un polígono regular. En caso contrario será irregular.

c) Por el número de lados de su base:

 - Triangular

 - Cuadrangular

 - Pentagonal,....etc.

Si una pirámide es cortada por un plano paralelo a la base obtendremos lo que se llama tronco de pirámide.


Veamos algunos ejemplos de pirámides:

Nota: la mejor forma de nombrarlos es: pirámide recta de base hexagonal regular, pirámide oblicua de base cuadrada

Cuerpos redondos o de revolución

Un cuerpo redondo se obtiene al girar un recinto plano alrededor de un eje situado en el mismo plano, de modo que cada punto del recinto describe una circunferencia al dar una vuelta completa.


Si un rectángulo gira sobre un lado describe un cilindro.


Si un triángulo rectángulo gira sobre un cateto describe un cono.


Si un semicírculo gira sobre su diámetro describe una circunferencia.

Áreas laterales y volúmenes de los poliedros y cuerpos redondos

Vprisma = área de la base · altura = B · h

Vcilindro = área de la base · altura = B · h = p·r2 · h

Vpirámide = 1/3.área de la base.altura =  

Vcono = 1/3.área de la base.altura = =

Vesfera =

Si la figura geométrica no es recta, si no que es oblicua, las fórmulas siguen siendo válidas siempre y cuando se tenga claro cual es la altura de la figura que se está estudiando y no se confunde con alguna de las medidas de las áreas laterales.

Lógicamente también es necesario recordar cuales son las áreas de las figuras planas más importantes, para poder calcular la base de la figura geométrica.

Para poder calcular el volumen de un tronco de pirámide o cono deberíamos calcular el volumen de la pirámide o cono mayor, menos el menor.

A prisma = 2·Abase + SAlaterales

A pirámide = Abase + SAlaterales

A tronco de pirámide = Amayor + Amenor + SAlaterales

A cilindro = p·r2 + 2·p·r·h (en este caso h = g)

A esfera = p·r2

A cono = p·r2 + p·r·g ya que

2pg ®

360

2pr ®

n = 360·2pr/2pg = 360r/g

Área sector circular = pR2n/360 = pg2360r/360g = prg