Exercício Resolvido - Geometria Plana: Vestibular UERJ 2011
Exercício de geometria plana do vestibular UERJ 2011
Este exercício será resolvido de duas formas. A segunda é mais simples, porém exige que se perceba algumas características do pentágono.Método 1:
A embalagem de papelão de um determinado chocolate, representada na figura abaixo, tem a
forma de um prisma pentagonal reto de altura igual a 5 cm.
Em relação ao prisma, considere:
- cada um dos ângulos A, B, C e D da base superior mede 120º;
- as arestas AB, BC e CD medem 10 cm cada.
Considere, ainda, que o papelão do qual é feita a embalagem custa R$10,00 por m² e que √3 = 1,73
aproximadamente igual a:
(A) 0,50
(B) 0,95
(C) 1,50
(D) 1,85
Solução:
Antes de começar a fazer o exercício propriamente dito é importante deixar destacado o fato de que ele pede que seja calculada a quantidade total de papelão. Por vezes, exercícios assim, faz-se a parte mais difícil, que é calcular a área do pentágono e esquece-se de somar a área lateral e a área do pentágono da face oposta. Assim, vou começar o exercício destacando isso:
Área Total = 2*APentágono + ALateral
Cálculo da área do pentágono:
Os dados fornecidos no exercício são poucos mas suficientes. Inicialmente, é preciso lembrar que um pentágono tem a soma dos seus ângulos internos igual a 540º. Este valor vem da fórmula da soma dos ângulos internos de um polígono:
S = (n - 2)*180
Onde S é a soma dos ângulos internos e n o número de lados. Como o pentágono tem 5 lados:
S = (5 - 2)*180 = 3*180 = 540º
Assim, como quatro Ângulos medem 120º, então o ângulo Ê certamente será de 60º:
Traçando uma linha horizontal ligando A e D, dividimos o pentágono em dois polígonos: um triângulo e um trapézio:
Pela simetria da figura temos que os ângulos nos vértices A e D são divididos de forma igual o que garante que a parte que fica do lado do triângulo mede o mesmo nos dois casos. Usando a fórmula da soma dos ângulo internos, descobrimos que um triângulo tem a soma dos seus ângulos igual a 180º. Neste caso, os ângulos do vértice A e do vértice D que ficaram do lado do triângulo só podem medir 60º. Com isso, conclui-se que os ângulo que ficaram no lado do trapézio também medem 60º:
Com estas informações, podemos concluir que o triângulo é equilátero, ou seja, possui todos os lados iguais. Esta conclusão se dá pois um triângulo equilátero tem seus Ângulos internos todos iguais a 60º. Assim, a distância entre AD é a mesma de AE e de DE.
Fazendo duas linhas verticais partindo de C e de B, passamos a ter dois triângulos retângulos a, com isso, conseguimos calcular tudo o que precisamos:
Agora temos uma figura com três triângulos e um retângulo. O valor do lado BG pode ser calculado multiplicando BA pelo cosseno de 30º:
BG = BA*Cos(30º) = 10*(√3 / 2) = 5√3
Assim, a área do retângulo será de: 10*5√3 = 50√3
Da mesma forma, podemos calcular AG:
AG = BA*Sen(30º) = 10*(1/2) = 5
Como o triângulo AGB é retângulo, sua área é (1/2)*AG*BG. Como o triângulo DFC tem a mesma área:
Área dos triângulos AGB e DFC = (1/2)*5*5√3 = 25√3 / 2 = 12,5√3
Assim, a área do trapézio será:
ATrapézio = 50√3 + 12,5√3 + 12,5√3 = 75√3
Com isso, além de calcular a área do trapézio, calculamos o comprimento do segmento de reta DA pois AG = FD = 5 cm e FG = CB = 10 cm. Assim:
DA = AG + GF + FD = 20 cm
Porém, como o triângulo DEA é equilátero, então todos os seus lados medem 20 cm, assim, DE = AE = 20 cm.
A área de DEA pode ser calculada sabendo que a área de um triângulo equilátero é dada por:
A = (1/4)*l²*√3
Onde l é o lado do triângulo e neste caso, vale 20 cm. Assim:
ADEA = (1/4)*(20²)*√3 = 100√3
Agora, basta somar todas as áreas para obter a área do pentágono:
APentágono = 75√3 + 100√3 = 175√3 = 175*1,73 = 302,75 cm² = 0,030275 m²
Resta calcular a área lateral. Porém, como conhecemos a altura (5 cm) e temos todas as arestas do pentágono, esta cálculo fica facilitado:
ALateral = 10*5 + 10*5 + 10*5 + 20*5 + 20*5 = 350 cm² = 0,0350 m²
Área Total = 2*APentágono + ALateral = 2*0,030275 + 0,0350 = 0,06055 + 0,0350 = 0,09555 m²
Como o preço é de R$ 10,00 por m², o valor total será:
10*0,09555 = 0,95
Letra (B)
Método 2:
Continuamos do ponto em que foi traçada a linha ligando os pontos A e D.
Assim, partindo dos pontos C e B, traçamos duas retas de modo a dividir os ângulos de 120º em B e em C em dois ângulos de 60º:
Agora, passamos a ter 4 triângulos equiláteros e como conhecemos as medidas DC, CB e BA, então conhecemos todas as outras pois DH também deverá medir 10 cm, já que é um dos lados do triângulo equilátero DCH. O mesmo com HA. Desta forma, DA = 20 cm = DE = AE.
Assim, a área do pentágono será:
APentágono = 3*(1/4)*10²*√3 + (1/4)*20²*√3 = 75*√3 + 100*√3 = 175*1,73 = 302,75 cm² = 0,030275 m².
Da mesma forma que foi feita anteriormente, obtemos a área total de papelão.
Método 2:
Continuamos do ponto em que foi traçada a linha ligando os pontos A e D.
Assim, a área do pentágono será:
APentágono = 3*(1/4)*10²*√3 + (1/4)*20²*√3 = 75*√3 + 100*√3 = 175*1,73 = 302,75 cm² = 0,030275 m².
Da mesma forma que foi feita anteriormente, obtemos a área total de papelão.
