Ensino MédioDistância a ser percorrida Tópico resolvido

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IGFX
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Distância a ser percorrida

Mensagem não lida por IGFX »

Na figura a seguir, estão representadas as casas de Almeida (A), Bruno (B) e Cristian (C), sendo a distância de uma a outra igual a 200 metros.
Screen Shot 2018-08-19 at 21.57.11.png
Screen Shot 2018-08-19 at 21.57.11.png (15.08 KiB) Exibido 936 vezes
Um posto de abastecimento de água foi construído em um ponto arbitrário (P),e um caminhão-pipa deverá fazer o seguinte trajeto em ocasiões de falta de água.
Parte do ponto P e vai até a estrada AB usando o caminho mais curto possível. Em seguida, retorna a P para reabastecer e faz o mesmo processo até a estrada AC. Logo depois, volta para P e segue da mesma maneira para a estrada BC até que , finalmente, finaliza seu trajeto no posto de abastecimento.

Se o caminhão-pipa executar o trajeto citado uma única vez, qual será a distância aproximada, em metros, a ser percorrida por ele?

Considere Raiz(3)=1,7

a) 510
b) 340
c) 200
d) 170
e) 100
Resposta

B

Última edição: caju (Dom 19 Ago, 2018 21:57). Total de 1 vez.
Razão: retirar o enunciado da imagem.



Movido de Pré-Vestibular para Ensino Médio em Qui 23 Ago, 2018 13:20 por ALDRIN

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AnthonyC
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Re: Distância a ser percorrida

Mensagem não lida por AnthonyC »

Primeiro vou provar dois resultados bem interessantes e necessários pra essa questão.
(1) A menor distância entre um ponto e uma reta é um segmento passando pelo ponto perpendicular à reta.

Demonstração:
Seja o ponto [tex3]Q[/tex3] e a reta [tex3]r[/tex3] :
Distância entre ponto e reta.png
Distância entre ponto e reta.png (6.41 KiB) Exibido 724 vezes
Escolhemos um ponto na reta, [tex3]H[/tex3] , tal que [tex3]\overline{QH}\perp r[/tex3] . Escolhendo também um ponto arbitrário [tex3]A[/tex3] na reta.
Distância entre ponto e reta -2.png
Distância entre ponto e reta -2.png (11.5 KiB) Exibido 724 vezes
Pelo Teorema de Pitágoras:
[tex3]\left(\overline{QA}\right)^2=\left(\overline{QH}\right)^2+\left(\overline{AH}\right)^2[/tex3]
[tex3]\overline{QH}[/tex3] é um segmento fixo, portanto, de comprimento constante. Já [tex3]\overline{AH}[/tex3] depende da distância de [tex3]A[/tex3] até [tex3]H[/tex3] . Como um número ao quadrado será não-negativo, quanto maior for [tex3]\overline{AH}[/tex3] , maior será [tex3]\overline{QA}[/tex3] . Portanto, o valor mínimo de [tex3]\overline{QA}[/tex3] acontece quando obtivermos o valor mínimo de [tex3]\left(\overline{AH}\right)^2[/tex3] . Como [tex3]\left(\overline{AH}\right)^2[/tex3] é sempre não-negativo, o valor mínimo que pode assumir é 0. Assim, teríamos:
[tex3]\left(\overline{QA}\right)^2=\left(\overline{QH}\right)^2+\left(\overline{AH}\right)^2[/tex3]
[tex3]\left(\overline{QA}\right)^2=\left(\overline{QH}\right)^2+\left(0\right)^2[/tex3]
[tex3]\left(\overline{QA}\right)^2=\left(\overline{QH}\right)^2[/tex3]
[tex3]\overline{QA}=\overline{QH}[/tex3]
Para que isso aconteça, devemos ter [tex3]A=H[/tex3] . Assim, o valor mínimo de [tex3]\overline{QA}[/tex3] ocorre quando [tex3]\overline{QA}\perp r[/tex3] . Em outras palavras, a menor distância entre um ponto e uma reta é um segmento passando pelo ponto perpendicular à reta.
C.Q.D
[tex3][/tex3]
[tex3][/tex3]
(2)
Três alturas.png
Três alturas.png (37.04 KiB) Exibido 724 vezes
Seja o triângulo equilátero [tex3]\Delta ABC[/tex3] de altura [tex3]h[/tex3] , [tex3]P[/tex3] um ponto arbitrário interior ao triângulo. Traçando perpendiculares em relação aos lados saindo de [tex3]P[/tex3] , obtemos os segmentos [tex3]\overline{MP},~\overline{NP}[/tex3] e [tex3]\overline{OP}[/tex3] , de comprimentos [tex3]a,b[/tex3] e [tex3]c[/tex3] , respectivamente.
Então [tex3]{a+b+c}=h[/tex3]

Demonstração:
Primeiros dividimos o triângulo em três triângulos menores:
Três alturas-2.png
Três alturas-2.png (45.77 KiB) Exibido 724 vezes
Assim, sendo [tex3]L[/tex3] o lado do triângulo [tex3]\Delta ABC[/tex3] , temos:
  • O segmento [tex3]a[/tex3] é perpendicular ao segmento [tex3]\overline{BC}[/tex3] , portanto ele é altura de [tex3]\color{RoyalBlue}\Delta PBC[/tex3] em relação à base [tex3]\overline{BC}[/tex3] . Assim, podemos calcular a área de [tex3]\color{RoyalBlue}\Delta PBC[/tex3] , como sendo:
    [tex3]\text{Area}({\color{RoyalBlue}\Delta PBC})=\frac{\text{Base}\cdot \text{Altura}}{2}[/tex3]
    [tex3]\text{Area}({\color{RoyalBlue}\Delta PBC})=\frac{a\cdot L}{2}[/tex3]
  • O segmento [tex3]b[/tex3] é perpendicular ao segmento [tex3]\overline{AC}[/tex3] , portanto ele é altura de [tex3]\color{Rhodamine}\Delta PAC[/tex3] em relação à base [tex3]\overline{AC}[/tex3] . Assim, podemos calcular a área de [tex3]\color{Rhodamine}\Delta PAC[/tex3] , como sendo:
    [tex3]\text{Area}({\color{Rhodamine}\Delta PAC})=\frac{b\cdot L}{2}[/tex3]
  • O segmento [tex3]c[/tex3] é perpendicular ao segmento [tex3]\overline{AB}[/tex3] , portanto ele é altura de [tex3]\color{SpringGreen}\Delta PBC[/tex3] em relação à base [tex3]\overline{AB}[/tex3] . Assim, podemos calcular a área de [tex3]\color{SpringGreen}\Delta PBC[/tex3] , como sendo:
    [tex3]\text{Area}({\color{SpringGreen}\Delta PAB})=\frac{c\cdot L}{2}[/tex3]
Podemos calcular a área do triângulo [tex3]\Delta ABC[/tex3] de duas formas, usando base vezes altura ou somando a áreas dos três triângulos menores. Como essas duas devem ser iguais, teremos:
[tex3]\text{Area}({\color{}\Delta ABC})=\text{Area}({\color{RoyalBlue}\Delta PBC})+\text{Area}({\color{Rhodamine}\Delta PAC})+\text{Area}({\color{SpringGreen}\Delta PAB})[/tex3]
[tex3]\text{Area}({\color{}\Delta ABC})=\frac{a\cdot L}{2}+\frac{b\cdot L}{2}+\frac{c\cdot L}{2}[/tex3]
[tex3]\text{Area}({\color{}\Delta ABC})=\frac{(a+b+c)\cdot L}{2}[/tex3]
[tex3]\frac{h\cdot L}{2}=\frac{(a+b+c)\cdot L}{2}[/tex3]
[tex3]h={a+b+c}[/tex3]
C.Q.D



[tex3]\color{YellowOrange}\textbf{Não importa o quanto se esforce ou evolua, você sempre estará abaixo do Sol}[/tex3]
[tex3]\textbf{Escanor}[/tex3]

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AnthonyC
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Re: Distância a ser percorrida

Mensagem não lida por AnthonyC »

Como provei em (1), os segmentos de menor comprimento que ligam os lados à [tex3]P[/tex3] deverão ser perpendiculares aos primeiros.
Três alturas.png
Três alturas.png (37.04 KiB) Exibido 723 vezes
O caminhão-pipa foi de [tex3]P[/tex3] até [tex3]O[/tex3] pelo segmento [tex3]\overline{OP}[/tex3] , depois retornou por este mesmo, tendo percorrido uma distância [tex3]2c[/tex3] . Depois foi de [tex3]P[/tex3] até [tex3]M[/tex3] pelo segmento [tex3]\overline{MP}[/tex3] , depois retornou por este mesmo, tendo percorrido uma distância [tex3]2a[/tex3] . E por último, foi de [tex3]P[/tex3] até [tex3]N[/tex3] pelo segmento [tex3]\overline{NP}[/tex3] , depois retornou por este mesmo, tendo percorrido uma distância [tex3]2b[/tex3] . Assim, a distância total percorrida foi [tex3]D=2a+2b+2c=2(a+b+c)[/tex3] . Dado que os segmentos são perpendiculares aos lados, então, como provei em (2), teremos [tex3]a+b+c=h[/tex3] .

A altura do triângulo equilátero pode ser obtida por Pitágoras:
Três alturas- 3.png
Três alturas- 3.png (28.61 KiB) Exibido 723 vezes
A altura divide o lado ao meio, então:
[tex3]L^2=\left(\frac{L}{2}\right)^2+h^2[/tex3]
[tex3]200^2=\left(\frac{200}{2}\right)^2+h^2[/tex3]
[tex3]40.000=10.000+h^2[/tex3]
[tex3]30.000=h^2[/tex3]
[tex3]h=100\sqrt3[/tex3]
[tex3]h=170[/tex3]

Finalmente:
[tex3]D=2a+2b+2c[/tex3]
[tex3]D=2a+2b+2c2h[/tex3]
[tex3]D=340 \text { m}[/tex3]
Opção B


[tex3]\color{YellowOrange}\textbf{Não importa o quanto se esforce ou evolua, você sempre estará abaixo do Sol}[/tex3]
[tex3]\textbf{Escanor}[/tex3]

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Re: Distância a ser percorrida

Mensagem não lida por AnthonyC »

Errata
No último passo antes da solução:
AnthonyC escreveu:
Sex 14 Ago, 2020 13:37
Finalmente:
[tex3]D=2a+2b+2c[/tex3]
[tex3]D=2a+2b+2c2h[/tex3]
Na equação em vermelho deveria ser apenas [tex3]D=2h[/tex3] .



[tex3]\color{YellowOrange}\textbf{Não importa o quanto se esforce ou evolua, você sempre estará abaixo do Sol}[/tex3]
[tex3]\textbf{Escanor}[/tex3]

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