How to Construct Specific Triangles Using Only a Compass and Straightedge
Table of Contents
Introdução às construções de Bússola e Estrangeira
Geometria euclidiana clássica, conforme codificada na Euclides Elementos, sustenta que as únicas ferramentas legítimas para a construção geométrica são uma reta sem marcação e uma bússola em colapso. Estes instrumentos simples forçam o geômetro a confiar inteiramente na dedução lógica e nas propriedades intrínsecas dos círculos e linhas. Construir triângulos específicos usando apenas essas ferramentas não é apenas um exercício acadêmico; ele aguça o raciocínio espacial, reforça teoremas geométricos e conecta os estudantes modernos com as raízes da prova matemática. Este artigo fornece instruções detalhadas, passo a passo para construir vários tipos de triângulo importantes, desde o triângulo equilátero mais básico até triângulos direitos especiais, e explica os princípios subjacentes que garantem que cada construção é válida.
Ferramentas essenciais e princípios fundamentais
As Ferramentas
- Bússola – Usado para transferir distâncias e desenhar arcos ou círculos. Nas construções clássicas a bússola “colapsa” quando levantada; no entanto, a prática moderna muitas vezes usa uma bússola que mantém sua configuração. Para as construções aqui, a bússola deve ser capaz de segurar um raio fixo.
- Retalho – Uma régua sem marcação. Pode ser usada apenas para desenhar segmentos de linha reta através de dois pontos; não são permitidas medições ou marcações angulares.
Princípios fundamentais
- Cada construção deve proceder a partir de pontos e linhas dadas, usando apenas a intersecção de linhas, arcos ou círculos para criar novos pontos.
- Não é permitida nenhuma medição com uma régua; as distâncias são transferidas apenas copiando um segmento com a bússola.
- Todas as construções são teoricamente exatas, assumindo ferramentas perfeitas e precisão infinita.
Estas regras foram formalizadas pelos antigos matemáticos gregos e continuam a ser a base da geometria sintética. As construções que se seguem são uma aplicação direta dos postulados e proposições na Euclides Elementos.
Construindo um Triângulo de Três Comprimentos Lados (SSS)
A construção mais fundamental do triângulo começa com três segmentos de linha que representam os lados, o que equivale à Proposição I.22 de Euclides.
- Desenha uma linha recta de qualquer comprimento; isto irá tornar- se a base do triângulo. Marque um ponto A numa ponta.
- Usando a bússola, copie o comprimento do primeiro lado para a linha a partir do ponto A. Chamar o novo ponto BSegmento AB é agora um lado.
- Define a bússola para o comprimento do segundo lado. Coloque o ponto da bússola em A e desenhar um arco acima da linha.
- Defina a bússola para o comprimento do terceiro lado. Coloque o ponto da bússola em B e desenhar um arco que intersecta o primeiro arco. Rotule a intersecção C.
- Use a borda reta para desenhar segmentos AC e BCTriângulo ABC está completo.
Esta construção funciona se e somente se os três comprimentos determinados satisfizerem a desigualdade do triângulo: a soma de quaisquer dois deve ser maior do que a terceira.
Construindo um triângulo dado dois lados e o ângulo incluído (SAS)
Quando dois lados e o ângulo entre eles são dados, a construção requer copiar o ângulo. A cópia de ângulo é uma construção clássica (Euclid I.23).
- Desenhar uma linha de base e marcar um ponto A para o vértice do ângulo. Use a bússola para desenhar um arco com centro A cortar a linha no ponto B; o raio deve ser arbitrário.
- Para copiar o ângulo indicado: coloque o ponto de bússola no vértice do ângulo indicado e desenhe um arco que atravessa os dois lados. Rotule esses pontos de intersecção. Sem alterar a bússola, desenhe um arco semelhante a partir de A, que atravessa a linha de base em B.
- Define a bússola para o comprimento do acorde entre os dois pontos no ângulo indicado. B na linha de base, desenhar um arco que intersecta o primeiro arco. Isto define uma linha a partir de A através da intersecção – esta linha faz o ângulo copiado com a linha de base.
- Na linha de base, use a bússola para marcar o comprimento do primeiro lado a partir de A para B. No raio recém-desenvolvido, marque o comprimento do segundo lado a partir de A para C.
- Ligar B e C com a borda reta. Triângulo ABC é o triângulo SAS necessário.
Construindo um Triângulo Dado Dois Ângulos e um Lado (ASA ou AAS)
Se dois ângulos e um lado não incluído forem dados, podemos construir o terceiro ângulo (a soma é 180°) e então prosseguir com ASA.
- Desenhar um segmento do comprimento do lado indicado; rotular os seus parâmetros A e B.
- No ponto A, construir um ângulo igual a um dos ângulos indicados (usando o método de cópia de ângulo descrito acima). A.
- No ponto B, construir o segundo ângulo dado no mesmo lado do segmento. Estender o raio de B.
- A intersecção dos dois raios é ponto C. Conectar C para A e B para completar o triângulo.
Esta construção é válida porque a soma dos dois ângulos construídos será inferior a 180°; caso contrário, não existe nenhum triângulo.
Construindo um Triângulo Equilateral
O triângulo especial mais simples – todos os lados iguais, todos os ângulos 60°. Esta é a primeira proposta de Euclides.
- Desenhar um segmento de linha AB de qualquer comprimento.
- Colocar o ponto de bússola em A e definir o raio para o comprimento AB. Desenhe um círculo (ou um arco acima do segmento).
- Sem mudar a bússola, coloque o ponto em B e desenhar outro círculo. Os dois círculos se cruzam em dois pontos; escolha o acima do segmento e rotule- o C.
- Desenhar segmentos AC e BCTriângulo ABC é equilátero.
Porque é que funciona: Ambos os círculos têm um raio igual a AB, então AC = = AB e BC = = AB; por transitividade todos os três lados são iguais.
Construindo um Triângulo Isosceles com Base Específica e Lados Iguais
Um triângulo isósceles tem dois lados iguais. Dado o comprimento da base e o comprimento dos lados iguais:
- Desenhar o segmento base AB.
- Defina a bússola para o comprimento dos lados iguais.
- Colocar o ponto de bússola em A e desenhar um arco acima da base.
- Colocar o ponto de bússola em B e desenhar outro arco que intersecta o primeiro. C.
- Ligar C para A e B.
Se o comprimento igual-side não for maior que metade da base, os arcos não se cruzarão, e nenhum triângulo isósceles existe com essas dimensões.
Construindo um Triângulo Direito (Hypotenuse e uma perna dada)
Um triângulo retângulo contém um ângulo de 90°. Uma construção confiável usa o teorema de Thales: um ângulo inscrito em um semicírculo é um ângulo reto.
- Desenhar a hipotenusa indicada como um segmento AB. Construir seu bissector perpendicular para encontrar o ponto médio M.
- Com centro M e raio MA (ou MB), desenhar um círculo (o semicírculo sobre AB).
- Defina a bússola para o comprimento da perna dada. Coloque o ponto em A (ou em B) e desenhar um arco que cruza o semicírculo. C.
- Ligar C para A e BÂngulo ACB é um ângulo reto porque C repousa no círculo com diâmetro AB.
Este método produz um triângulo retângulo determinado de forma única desde que o comprimento da perna seja inferior à hipotenusa.
Alternativa: Construindo um Triângulo Direito de Duas Pernas
Se ambas as pernas forem dadas, podemos construir uma linha perpendicular a uma perna no seu ponto final.
- Desenhar a perna base AB. No momento A, construir uma linha perpendicular usando o método padrão (por exemplo, construir a perpendicular através de um ponto em uma linha).
- Na perpendicular, use a bússola para marcar o comprimento da segunda perna, obtendo ponto C.
- Ligar C para BTriângulo ABC é um triângulo retângulo com o ângulo direito em A.
Construindo um Triângulo 30-60-90
Um triângulo 30-60-90 tem ângulos de 30°, 60° e 90°. Seus lados estão na proporção 1 : √3 : 2. A construção usa um triângulo equilátero como ponto de partida.
- Construir um triângulo equilátero ABC com comprimento lateral igual à hipotenusa desejada (o lado mais longo).
- Ângulo de bissecção BAC (o ângulo de 60° no vértice A). Use o ângulo padrão construção bissectorial: desenhar um arco centrado em A corte ambos os lados do ângulo; então desenhe dois arcos interseccionais desses pontos de intersecção; a linha a partir de A através da intersecção está o bissectorial.
- Deixe o bisector se reunir lado BC no ponto DTriângulo ABD é um triângulo 30-60-90: ângulo MAIO = 30°, ângulo ABD = 60° (desde ABC é 60°), e ângulo ADB = 90°.
Você também pode construir um 30-60-90 diretamente criando uma linha perpendicular e, em seguida, copiando um ângulo de 60° do endpoint.
Construindo um Triângulo 45-45-90 (Isosceles direitas)
Um triângulo 45-45-90 tem duas pernas iguais e uma hipotenusa √2 vezes o comprimento da perna. A construção é simples.
- Desenhar um segmento de linha para servir como uma perna. Num ponto final, construir uma linha perpendicular.
- Com a bússola fixada no comprimento da perna, marque essa distância na perpendicular do mesmo ponto de referência; rotule o novo ponto C.
- Ligar C para o outro parâmetro de avaliação da base (B). Triângulo ABC tem um ângulo reto em A e pernas AB = = AC, assim os ângulos de base são 45° cada.
Construindo os Bissectores de Altitude, Médias e Angle de um Triângulo
Embora não seja um triângulo propriamente dito, construir estes cevianos é uma extensão comum. A altitude de um vértice é a linha através desse vértice perpendicular ao lado oposto. A mediana vai para o ponto médio do lado oposto, que pode ser encontrada construindo o bissector perpendicular desse lado. O bissector angular é construído como descrito para o triângulo 30-60-90. Estas três linhas são simultâneas no ortocentro, centroide e centro, respectivamente – resultados elegantes que podem ser verificados por bússola e retilínea isoladamente.
Dicas práticas para construções precisas
- Mantenha o lápis bússola afiada ea dobradiça apertada para evitar mudanças de raio.
- Desenhar arcos e linhas de luz; escurecer apenas após a construção ser verificada.
- Sempre rotular pontos como você criá-los para evitar confusão.
- Se um arco for muito pequeno, a intersecção pode não ser clara – escolha um raio maior quando possível.
Significado Histórico e Educacional
A disciplina da construção de bússolas e retas foi aperfeiçoada pelos antigos gregos e mais tarde tornou-se uma pedra angular da educação formal de geometria. Elementos começa com a construção de um triângulo equilátero (Proposição I.1), por uma boa razão: é a primeira prova não trivial de que tal triângulo existe. Durante séculos, dominar essas construções foi considerado essencial para uma educação liberal. Hoje, elas permanecem uma ferramenta poderosa para desenvolver o pensamento lógico e uma compreensão profunda das relações geométricas. Artigo da Wikipédia sobre bússola e construções de borda reta e Euclides Elementos.
Conclusão
Construir triângulos específicos usando apenas uma bússola e uma borda reta é uma prática geométrica atemporal que revela a estrutura lógica subjacente às formas que tomamos como garantidas. Do triângulo equilátero mais simples às proporções precisas de um triângulo 30-60-90, cada construção é uma prova miniatura de que certos objetos geométricos podem existir e ser exclusivamente determinados. Ao praticar estas construções, ganha-se não só a habilidade técnica, mas também uma apreciação mais profunda pela elegância da geometria pura. Quer seja estudante, professor ou aprendiz ao longo da vida, a capacidade de criar esses triângulos com nada mais do que alguns arcos e linhas é uma realização gratificante que o liga à matemática, como tem sido praticada há mais de dois milênios.
Para instruções mais detalhadas sobre construções específicas, consultar Construções de referência de abertura de matemática ou NRICH para actividades interactivas.