CAP. 1.1 Línea Recta La Geometría plana, que estudia las figuras geométricas cuyos puntos, están en un mismo plano. Por ejemplo: Geometría del espacio, que estudia las figuras geométricas cuyos puntos están en más de un plano. Por ejemplo: Actualmente la geometría, en sus diversas concepciones, tiene muchas aplicaciones como, en la ingeniería y arquitectura. Las construcciones de casas, edificios, puentes, puertos, etc. se han potenciado enormemente desde que contamos con la computadora. Durante estos últimos 30 años han surgido nuevas aplicaciones tecnológicas de la geometría euclidiana que se ven plasmados en softwares especializados como son: el Autocad, 3D Studio Max, Arq Cad, etc. 1.1.1. Geometría Es una ciencia que surge de la necesidad de medir los terrenos y trazar sobre ellas líneas divisoras. La palabra geometría deriva de dos palabras griegas geo, que significa tierra y metron, que significa medir. Para los egipcios el sistema de medir la tierra era puramente práctico y no tenía otro interés que el de su utilidad, es decir, desarrollaron una geometría empírica. Para los griegos los problemas de medición y de trazado, resueltos por los egipcios, sirvieron de base para transformar la geometría en una verdadera ciencia; ellos reunieron los conocimientos diseminados y empíricos para luego darles el verdadero sentido racional y sistemático. Entre los primeros geómetras griegos podemos citar a Thales de Mileto (600 años a.C); Pitágoras (570 años a.C.) y Euclides (300 años a.C.); este último es probablemente el escritor de mayor éxito de todos los tiempos pues llega a escribir una obra en 13 tomos titulada «Elementos» (el de la imagen) el cual es un tratado de geometría y de teoría de los números que, después de la Biblia, tuvo la mayor difusión en todos los idiomas y por más de 2000 años fue la base del estudio de la geometría. En esta obra estableció, en forma sistemática, los fundamentos de la geometría elemental partiendo de definiciones, postulados y axiomas con los cuales demuestra teoremas, que a su vez le sirven para demostrar otros teoremas. Hoy en día existen diversas geometrías como la geometría proyectiva, la geometría descriptiva, la geometría analítica, las geometrías no euclidianas, la geometría axiomática desarrollada por el gran matemático inglés David Hilbert (1862 - 1943). 1.1.2. Nociones Básicas 1.1.2A. El punto El punto o punto geométrico es un concepto abstracto que denota posición en el espacio, que no posee ni longitud, ni anchura ni espesor. El punto geométrico es la porción de espacio más pequeña que pueda suponerse. En la práctica se señala la posición de un punto geométrico por un punto de escritura ( · ) o por la intersección de dos trazos (×) y se nombran por letras del alfabeto. El trazo elaborado para representar al punto se llama punto gráfico que, a diferencia del punto geométrico, sí tiene tamaño. Observación.- Si A y B son puntos diferentes se denota A ≠ B. Debe quedar claro que la notación A = B, corresponde al caso en el que los puntos A y B denotan una misma ubicación, es decir, corresponden a un mismo lugar. 1.1.2B. La línea recta En primer lugar a la línea la podemos comprender como un punto, recorriendo el espacio, que no tiene grueso alguno, pero sí longitud o largo. Las líneas se nombran generalmente por las letras correspondientes a dos o más de sus puntos. En la , la figura: la línea que pasa por A y B se denota AB línea que pasa por C y D se denota CD . Para su mejor estudio la geometría se ha dividido en dos ramas: La línea recta, o simplemente recta, es la línea cuyos trozos o partes pueden superponerse exactamente, cualesquiera que sea el tamaño de dichos trozos y con la sola condición de que coincidan sus extremos. 10 Und. 1 - Introducción a la Geometría Geometría 11 Asimismo, una recta puede pensarse como un conjunto infinito de puntos. El concepto geométrico abstracto de recta puede visualizarse en forma física como un hilo tenso que se extiende infinitamente en ambas direcciones. La línea curva, o simplemente curva, es toda línea cuyos trazos o partes no son rectilíneos. OBJETO Puntos Colineales Tres o más puntos se llaman colineales o alineados, si hay una misma recta que los contiene. 1.1.2C. El plano Nuestra noción intuitiva de un plano geométrico es la de una superficie llana, lisa, que se extiende infinitamente en todas las direcciones de la superficie. Un plano es un conjunto de puntos tal que si una recta tiene en común con ella dos de sus puntos, los tiene comunes todos, es decir, la recta estará contenida completamente en el plano. Un plano se puede representar por medio de la superficie que forma el agua en calma de un lago, de un espejo llano o una pared lisa, como la parte superior de un pupitre, el piso de la sala de una casa, una hoja de papel o una lámina de vidrio. Todas sugieren la idea geométrica abstracta de un plano o, más precisamente, de una porción de plano. En la figura se muestra un plano Q, denotado por Q, en el cual se ubican tres puntos: A, B y P. Estospuntos están contenidos en la recta L, denotada por L , y K es otra recta ubicada en el plano Q. Luego se pueden establecer relaciones de pertenencia e inclusión entre estos elementos: Rayo Los puntos A, B y C son colineales. Si A y B son dos puntos de una recta L , se define el rayo AB, con extremo «A», denotado por , como el conjunto de puntos que resulta de la reunión del segmento AB y de todos los puntos «P», tal que «B» está comprendido entre «A» y «P». = AB ∪ { P | B está entre A y P} Asimismo, si el punto «A» está entre «B» y «C», se dice que y son dos rayos opuestos. Semi Recta Una semirrecta es un rayo sin su extremo. La semirrecta AB se denota por . = – {A} 1.1.4. Postulados y Distancia A ∈ L ; B∈ L ; P ∈ L ; L ∈ Q ; K ∈ Q ; L ⊂ Q ; K ⊂ Q L y K se llaman rectas coplanares. En base a las nociones fundamentales de: punto, recta y plano, de las definiciones de espacio y figura geométrica, de un conjunto de postulados y del lenguaje conjuntista; los geómetras han construido la ciencia de la geometría. 1.1.3. Definiciones Básicas 1.1.4A. Postulado Los postulados, llamados también axiomas, son proposiciones que expresan propiedades que satisfacen determinados puntos, rectas o planos, cuya verdad se admite sin pruebas, y que sirven de base a posteriores razonamientos. OBJETO EJEMPLIFICACIÓN 1.1.4B. Postulados de la distancia 1er.- A cada par de puntos diferentes le corresponde un único número positivo, llamado distancia entre los dos puntos. Espacio Geométrico El espacio, lo podemos comprender como lo que llena u ocupa todo el universo. 2do.- Entre el conjunto de los puntos de una recta y el conjunto de números reales, existe una correspondencia biunívoca, de forma que a cada punto le corresponde un número. «F» es una figura cerrada con forma y tamaño, y «P» es un punto de ella. «G» es una figura abierta. 3er.- Dados dos puntos A y B de una recta, es posible elegir un sistema de coordenadas de manera que la coordenada de A coincida con el cero y la de B con un número real positivo. Es el conjunto formado por todos los puntos. Figura Es un subconjunto del espacio formado por líneas o superficies, abiertas o cerradas, respectivamente, con forma y posición. Ejemplo.- Mostremos la distancia entre A y B mediante una regla graduada en cm. Segmento de Recta El segmento de recta se define como el conjunto de puntos comprendido entre otros dos de una misma recta y de valor equivalente llamados extremos. Un segmento con extremos A y B se denota por AB o bien BA. 12 EJEMPLIFICACIÓN Geometría El segmento AB define a la recta AB de un modo único. Asimismo se dice que un punto «P» está «entre» A y B si P ∈ AB. Entre A y B hay una distancia, denotada por AB, que está dada por el valor que le corresponde a «B» en la regla, de este modo AB es siempre un número positivo. Observación.- Según estos axiomas, a todo segmento AB le corresponde un número real positivo AB llamado su longitud o distancia entre los puntos A y B. Und. 1 - Introducción a la Geometría 13 1.1.5. Definición de Segmento Nulo Si A = B, el segmento AA se compone de un solo punto, de este modo, un segmento AB es nulo si se verifica que está compuesto de un solo punto. Según esta definición se infiere que la longitud de un segmento nulo es cero, lo cual se denota así: AA = {A} , AA = 0 1.1.6. Propiedades de la Distancia Sean A, B, C y D un conjunto de puntos ubicados en un mismo plano, entonces se cumple que: 1ra.- AB = BA 2da.- Si A ≠ B, se verifica que: AB > 0 3ra.- Un punto C se encuentra en el segmento AB sí y sólo si: Por condición: AB + BC + CD = 15 Luego: x + 3 + x = 15 → x = 6 1.1.7. Congruencia Geométrica 1.1.7A. Definición La congruencia geométrica o congruencia de figuras se define como la relación biyectiva por medio de la cual se establece que dos o más figuras tienen la misma forma y tamaño. La congruencia de dos figuras F y G se denota así: F @ G, que se lee: La figura F es congruente con la figura G. 1.1.7B. Congruencia de segmentos Dos segmentos AM y MB, se dice que son congruentes, lo cual se denota como: AM @ MB, cuando sus longitudes tienen igual valor. Ejemplo.- En la figura se muestra un rectángulo, entonces se puede decir que: AC + CB = AB Esta expresión se llama suma de segmentos. 4ta.- Para todo punto D que no se encuentra en el segmento AB se cumple la desigualdad: AD + DB > AB llamada desigualdad triangular. Ejemplo 1.- En la siguiente figura mostramos un conjunto de segmentos: Entonces se puede decir que: AB = 5; BC = 3; CD = 5 ; DE = 3 Además: AB + BC = 8 ; CD + DE = 8 También: AB + CD = 10; BC + DE = 6 Asimismo: AC = CE Finalmente: AE = 5 + 3 + 5 + 3 = 16 Ejemplo 2.- Si A, B C y D son puntos colineales y consecutivos de modo que: AB = CD, BC = 3 y AD = 15, determinamos AB. Sea AB = x, entonces elaboramos un diagrama indicando los datos para identificar una relación entre éstos y la incógnita «x»: 14 Geometría Los lados congruentes son: AB @ CD ∧ AD @ BC Las diagonales congruentes: AC @ BD Observación.- En matemática, la congruencia no se reduce a una igualdad de formas y tamaños, es además un tipo de relación binaria, cuya aplicación se proyecta hacia los números, funciones, matrices, etc. 1.1.7C. Punto medio de un segmento Un punto «M» se llama punto medio de un segmento AB, si «M» está entre A y B, tal que: AM @ MB ∧ AM = MB Ejemplo.- En la figura mostramos un segmento AB y su punto medio «M». En este ejemplo los segmentos AM y MB son congruentes dado que: AM = MB = a Und. 1 - Introducción a la Geometría 15 APÉNDICE 1 Algunos autores prefieren definir los objetos de estudio de la Geometría según el siguiente orden: A. Definiciones 1ro. Se llama espacio geométrico, en adelante simplemente espacio, al conjunto formado por todos los objetos de la geometría. 01.- Anota todas las rectas posibles que determinan los puntos indicados. 2do. Se llama cuerpo geométrico a una porción completamente limitada del espacio. MN ⊂ 3ro. Se llaman superficies a los límites de los cuerpos y también a los límites que separan una de otra dos partes de un cuerpo. 4to. Se llaman líneas a los límites de las superficies y también los de dos porciones de una superficie. 5to. Los puntos son los límites de las líneas o de dos porciones de una línea. P se extiende indefinidamente ( ) MN ∈ MN ⊂ A∈ 02.- A partir del siguiente gráfico, escribe el resultado de cada operación conjuntista. Según este orden de definiciones se procede a afirmar que: P ....................................... ( ) Q ....................................... ( ) P ....................................... ( ) P ....................................... ( ) P∩ Q = MN .......................... ( ) BC ⊂ P ....................................... ( ) A⊂ P ....................................... ( ) 04.- Se tiene la siguiente recta: a) Un punto que se mueve engendra una línea, ésta, moviéndose, engendra una superficie, y el movimiento de una porción de superficie engendra un cuerpo geométrico. b) Un conjunto cualquiera de puntos, de líneas, de superficies o de cuerpos geométricos se llama figura geométrica. B. Línea Recta La línea recta, o simplemente recta, se define como aquella figura que se prolonga indefinidamente en sus dos direcciones y que satisface las siguientes condiciones: 1ra. A toda línea recta se la puede hacer coincidir con cualquier otra línea recta, de modo que un punto cualquiera de la primera coincide con un punto cualquiera de la segunda. 2da. Por dos puntos, del espacio, puede pasar una recta y solamente una. Según esta definición, dos rectas diferentes no pueden cortarse más que en un punto. Obsérvese que si tuvieran dos puntos comunes, o más, ya no serían distintas. C. Líneas No Rectas c1) Línea quebrada.- Es la que está formada por porciones de líneas rectas distintas. c2) Línea curva.- Es la que no tiene ninguna porción rectilínea. c3) Línea mixta.- Es la que se compone de porciones de línea recta y línea curva. Escribe entre paréntesis (V) o (F), según sean verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones: * * * * * AB ∩ CD = AD ∩ BC = DE ∩ AC = AB ∩ AC = AB ∩ AC ∩ DA ( ) ( ) ( ) ( ) = * CE ∩ BE = 03.- Si P y Q son dos planos diferentes, escribe (V) si es verdadero o (F) si es falso en cada una de las operaciones. a. A, B y C ..... ( ) b. A, G y F ..... ( ) c. A, D y C ..... ( ) d. G, B y D ..... ( ) e. D, C y F ..... ( ) f. G, B y A ..... ( ) Adaptado de: Curso de Geometría, Dr. Luciano Olabarrieta, Editorial El Mensajero del Corazón de Jesús, Bilbao 1944, 3ra Edición. Geometría ( ) 05.- Según el gráfico escribe «C» si los puntos son colineales y «NC», si son no colineales. D. Plano Se llama plano a una superficie que se extiende indefinidamente en todas direcciones y en el que toda recta que tenga con ella dos puntos comunes, está toda ella contenida en dicha superficie. 16 ( ) g. D, B y G ..... ( ) h. B, D y C ..... ( ) Und. 1 - Introducción a la Geometría 17 06.- Observa, identifica y escribe todos los rayos, semirectas y segmentos que hay en la gráfica. Rayos: ________________________ 09.- Ubica gráficamente el punto medio de cada segmento, compruébalo mostrando con tu regla los segmentos determinados. Semirectas: ________________________ Segmentos: ________________________ 07.- La figura muestra cuatro puntos colineales y consecutivos A, B, C y D. Calcula: 10.- Usando la abertura de un compás compara los segmentos y anota el que es congruente al segmento dado. a. AB + CD = _____________ Prob. 01 Prob. 03 En una línea recta se ubican los puntos A, B y C en el orden indicado, tal que AC + BC = 10. Si «M» es el punto medio de AB, calcular MC. Sobre una recta se tienen los puntos consecutivos A, B, C, D y E de manera que «C» es punto medio de AE y AC = BD. Si además se sabe que: AD – DE = 8, calcular AB. Graficando y ubicando los datos, donde «M» es el punto medio de AB, entonces: AM = MB = a, además haciendo MC = x, se tiene: Considerando la gráfica adjunta la incógnita es AB = x. Como «C» es punto medio de AE, entonces: Por dato: AC + BC = 10 a + x + x – a = 10 AC = CE = a 2x = 10 \ x = 5 b. AC + BD = _____________ d. AB · BD = _____________ AB @ ____ BC @ ____ CD @ _____ e. (AB – BC) · (CD – BC) = _____________ DE @ ____ JK @ ____ FG @ _____ f. 2AB + 3BC = _____________ 11.- Con respecto al siguiente gráfico: A, B, C, D y E son puntos colineales y consecutivos de tal manera que B, C y D son puntos medios de AC, AE y BE respectivamente. Si CD = 2, calcular AE. Graficando y haciendo AB = BC = a, entonces: AC = CE = 2a y BD = DE = a + 2. 08.- Para determinar de forma gráfica (con compás) el punto medio de un segmento se procede así: II. Se traza una recta por los puntos de intersección de los arcos. III. El punto medio «M» de AB está dado por la intersección de la recta CD , llamada mediatriz, con el segmento dado. Y en (*): (x + a) – (a – x) = 8 x + a – a + x = 8 \ x = 4 Prob. 04 g. 2AC + 4AD = _____________ I. Haciendo centro en «A» y «B», se trazan dos arcos de la misma abertura. También: AD − DE = 8 . . . (*) AD = x + a y DE = AE – AD = a – x Prob. 02 c. BD – AC = _____________ Por dato: Sobre una recta se ubican los puntos consecutivos A, B y C de modo que BC = 2AB. Si AC = 24, calcular AB. Calcula y escribe las longitudes de: a. FG = _____ b. BC = _____ c. BE = _____ d. AC = _____ Nos piden: AE = 4a . . . (1) e. CD = _____ f. CG = _____ Del gráfico: 2a = 2 + a + 2 → g. AG = _____ h. BF = _____ Sustituyendo en (1): AE = 4(4) Elaboramos una gráfico indicando los datos y condiciones del problema: a=4 \ AE = 16 18 Geometría Und. 1 - Introducción a la Geometría 19 Según la gráfica adjunta reconocemos que la incógnita es AB = x y BC = 2x. Utilizando la adición de segmentos se tiene: AB + BC = 24 → x + 2x = 24 3x = 24 \ x = 8 Reemplazando en la condición: AB ⋅ BD = AC ⋅ CD 6(a + x) = (6 + a)x 6x + 6a = 6x + ax En una recta se eligen los puntos consecutivos A, B, C y D de manera que: CD = 3AB, AD = 5BC. Calcular BD sabiendo además que AC = 6. → AB = 2a Luego en el dato: 3 AC − BC = 20 Reemplazando: 3(2a + b) – b = 20 6a + 3b – b = 20 → \ x = 6 3a + b = 10 \ x = 10 x En la recta se eligen los puntos consecutivos A, B, C y D de manera que se cumple: AB = BC = CD y AD = 60. Calcular AB. 3 2 6a + 2b = 20 Prob. 09 En la recta se ubican los puntos consecutivos A, B, C, D y E de tal forma que las medidas de los segmentos AB, BC, CD y DE están en progresión aritmética de razón 1. Además AE = 46, calcular AB. Graficando según los datos: Graficando según las condiciones: Según la gráfica: AB = b y BC = a Condición: AB = BC = CD 3 2 Luego se establece que: x = a + 3b Si: CD = a Del gráfico: 5a = b + a + 3b Según el dato AD = 60, luego se tiene que: → a = b Como el segmento AC = 6 → Si: CD = a 6a = ax Prob. 07 Prob. 05 Condición: AB = 2CD a=b=3 → AB = 3a ∧ BC = 2a 3a + 2a + a = 60 → a = 10 AB = x, BC = x + 1, CD = x + 2 y DE = x + 3 Del dato: AE = 46 → 4x + 6 = 46 Prob. 08 Prob. 10 Sobre una recta se ubican 3 puntos consecutivos A, B y C tal que la distancia entre los puntos medios de AB y AC es 36. Calcular BC. Considerando la gráfica adjunta la incógnita es BC = x. Por dato: N es punto medio de AC → AN = NC = b Geometría x = 72 Prob. 11 En una recta se ubican los puntos consecutivos A, B y C de modo que AC = 30. Determinar la distancia entre los puntos medios de AB y BC. AM = MB = a y BN = NC = b Del gráfico reconocemos que: MN = MB + BN x = a + b Se observa que: AC = a + a + b + b 30 = 2 ( a + b ) → 30 = 2· x \ x = 15 Prob. 12 M es punto medio de AB → AM = MB = a 20 De (2) en (1): Haciendo además que: Prob. 06 Considerando la gráfica adjunta, la incógnita es x = 3a + b. Asimismo: b – a = 36 . . . (2) Como AB, BC, CD y DE se encuentran en progresión aritmética de razón 1, entonces: 4x = 40 \ x = 10 Graficando y ubicando los datos, establecemos que: CD = x y BC = a. → x = 2(b – a) . . . (1) Graficamos los puntos medios M y N de AB y BC respectivamente, donde MN = x. Además: x = 3a = 3(10) \ x = 30 m Se tienen los puntos colineales y consecutivos A, B, C y D tal que: AB = 6. Si: AB · BD = AC · CD, calcular CD. x = 2b – 2a Considerando la gráfica adjunta la incógnita es AB = x. \ x = 12 Se tienen los puntos colineales y consecutivos A, B, C y D tal que AB = 2CD y además: 3AC – BC = 20. Calcular AD. Según la gráfica se verifica que: Und. 1 - Introducción a la Geometría En una recta se ubican los puntos consecutivos A, B y C de modo que AC = 10 y BD = 12. Determinar la distancia entre los puntos medios de AB y CD. 21 Observando el gráfico, establecemos que: Graficamos los puntos medios M y N de AB y CD respectivamente, donde MN = x. FD = x + b → MF = x + b También: (x + b) + x = a + b 2x = a . . . (1) Prob. 15 Y al sustituir en la condición dada se tiene: Prob. 17 Haciendo AB = a y CD = b, elaboramos la siguiente gráfica: Sobre una línea recta se ubican los puntos consecutivos M, N, P, Q, tal que: PQ = 3NP y 3MN + MQ = 4. Determinar la longitud de MP. Por dato: AB = 12 → 2a = 12 Haciendo además que: AM = MB = a , BC = c y CN = ND = b a = 6 . . . (2) → Reemplazando (2) en (1): x = 3 Del gráfico reconocemos: MN = MB + BC + CN x = a + c + b Se observa que: 2a + c = 10 2b + c = 12 Prob. 14 Sobre una línea recta se ubican los puntos consecutivos A, B, C y D, verificándose que: AC + BD = 5(AB + CD) y AD = 12. Calcular BC. 2x = 22 \ x = 11 Prob. 13 Sobre una línea recta se consideran los puntos consecutivos A, B, D y luego se ubican «M» y «N» que son los puntos medios de AB y BD respectivamente. Si AB = 12, calcular FN, siendo «F» el punto medio de MD. Graficando y ubicando los datos y la incógnita FN = x, se tiene: En la gráfica elaborada, hemos indicado que: BC = x Además hemos establecido que: AB = a y CD = b Por condición: AC + BD = 5( AB + CD ) (a + x) +(x + b) = 5(a + b) → 2x = 4a + 4b → x = 2a + 2b → a + b = x . . . (1) 2 Por dato: M es punto de AB → AM = MB = a → a + b = 10 . . . (1) x + x = 12 2 F es punto medio de MD → MF = FD \ x = 8 Como PQ = 3NP, hacemos: NP = a ∧ PQ = 3a Elaboramos un gráfico en el que MP = x. También: AB – CD = 2 De (1) ∧ (2): a = 6 ∧ b = 4 Nos piden: AB· CD = (6)(4) \ AB· CD = 24 Prob. 16 De este gráfico deducimos que: MN = x – a ∧ MQ = x + 3a En la condición: 3 MN + MQ = 4 3(x – a ) + (x + 3a) = 4 Sobre el rayo OY se ubican los puntos A, B y C consecutivamente de modo que los puntos A y B distan del origen «O», «a» y «b» respectivamente. Calcular la longitud de OC, si: AC + BC = 3 AB 2 Graficando de acuerdo con los datos dados reconocemos que la incógnita es OC = x. 3x – 3a + x + 3a = 4 → 4x = 4 \ x = 1 Prob. 18 Sobre una línea recta se ubican los puntos consecutivos A, B y C; y luego se ubican los puntos medios M y F de AB y MC respectivamente. Si: AB + FC – AM = 22, calcular AF. Graficando según los datos la incógnita es: AF = x De la figura: a + x + b = 12 . . . (2) (1) en (2): Geometría Del gráfico: (a + 4) + (4 + b) = 18 Por dato: AD = 12 N es punto medio de BD → BN = ND = b 22 En la condición: AC + BD = 18 → a – b = 2 . . . (2) Sumando las igualdades: 2(a + b + c) = 22 → ( x − a) + ( x − b ) 3 = \ x = 5b − a 4 b−a 2 En una línea recta se tienen los puntos consecutivos A, B, C y D de modo que: BC = 4, AC + BD = 18 y AB – CD = 2. Calcular: AB · CD. De donde se deduce que: AC = x – a , BC = x – b y AB = b – a Und. 1 - Introducción a la Geometría 23 Por dato «M» es punto medio de AB. → AM = MB = a F es punto medio de MO → MF = FC = b Graficando y ubicando datos la incógnita es BC = x. Por operaciones con segmentos: x = a + b Por datos: AB + FC − AM = 2 Sustituyendo: 2a + b – a = 2 → a + b = 2 \ x = 2 Prob. 19 Sobre una línea recta se ubican los puntos consecutivos A, B, C, D y luego se toman «M» y «F» puntos medios de AB y CD respectivamente. Si: AC + BD = 50, calcular MF. Por datos: M es punto medio de AB → AM = MB = a Prob. 24 Sobre una línea recta se consideran los puntos consecutivos A, B, C, D tal que: BC = CD y AC · BC = 20. Determinar: AD2 – AB2. Sobre una recta se consideran los puntos consecutivos A, B, C y D, tal que: CD = 2AB; AB = a y BD = b. Determinar AC. Graficando y ubicando datos: Graficando y ubicando los datos, la incógnita es: AC = x. Como CD = 4AC, luego si: AC = a → CD = 4a Por operaciones con segmentos: BD = x + 4a ∧ AB = a – x En la condición: BD – 4AB = 20 → (x + 4a) – 4(a – x) = 20 → x + 4a – 4a + 4x = 20 \ x = 4 Prob. 21 Elaboramos una gráfica indicando los datos y la incógnita MF = x. Prob. 22 Sobre una línea recta se consideran los puntos A, B, C, de forma que «Q» es punto medio de AC. Si BC – AB = 6, calcular BQ. Graficando y ubicando datos la incógnita es: BQ = x Sea: AB = a y BC = b Como: BC = CD → CD = b Como: CD = 2AB → Por dato: AC· BC = 20 → Por operaciones con segmentos: (a + b)· b = 20 . . . (1) 2 2 Piden: AD – AB → 2 CD = 2a 2 (a + 2b) – a Luego: 4b( a + b ) . . . (2) 20 \ AD2 – AB2 = 80 Prob. 23 Sobre una línea recta se consideran los puntos consecutivos A, B, C y D tal que se cumple: AB · BD = AC · CD y AB = 8. Determinar CD. x + 2a = a + b \ x = b – a Prob. 25 Sobre una línea recta se consideran los puntos consecutivos A, B, C, D, E y F tal que: AC + BD + CE + DF = 91 y BE = 5 AF 8 Calcular AF. Graficando y ubicando datos: Graficando y ubicando datos, la incógnita es: CD = x. F es punto medio de CD → CF = FD = b Condición: AC + BD + CE + DF = 91 Sea: BC = c Según la gráfica: x = a + c + b \ x = 25 Prob. 20 Sobre una línea recta se consideran los puntos consecutivos A, B, C, D tal que: CD = 4AC y BD – 4AB = 20. Calcular BC. 24 Geometría Como «Q» es punto medio de AC. → AQ = QC = a Del gráfico: AB = a – x Por dato: BC − AB = 6 (x + a) – (a – x) = 6 x + a – a + x = 6 \ x = 3 Sea: BC = a Por suma de segmentos: BD = a + x AC = 8 + 2 Condición: AB ⋅ BD = AC ⋅ CD Reemplazando: 8(a + x) = (8 + a)x del gráfico: a + b + b + c + c + d + d + c = 91 a + b + c + d + e + b + c + d = 91 Reemplazando: Sustituyendo: AF + BE = 91 AF + 5 AF = 91 8 8a + 8x = 8x + ax → 13AF = 91· 8 \ x = 8 \ AF = 56 Und. 1 - Introducción a la Geometría 25 Prob. 26 Observamos que el valor máximo de «K» se A, B, C y D, son puntos colineales y consecutivos con la condición que AB = 2(BC) = 3(CD). Sean P y Q puntos tales que P ∈ AB ∧ Q ∈ CD, si AP – CQ = 40 y PB @ QD. Calcular PQ. En un diagrama ubicamos los puntos dados. Del dato: 7(PC) = 3(PD) + 4(PB) . . . (*) Como: PC = PA + AC; PD = PA + AD Elaboramos el diagrama correspondiente indicando los datos del problema: ( ) 2 obtiene cuando x − a sea mínimo para lo 2 cual x − a , debe ser cero, de donde: 2 x = a l.q.q.d. 2 Prob. 29 y: PB = PA + AB Reemplazando en (*) se tiene: 7(PA + AC) = 3(PA + AD) + 4(PA + AB) 7PA + 7AC = 3PA + 3AD + 4PA + 4AB Reduciendo: 7AC = 3AD + 4AB Sobre una línea recta se consideran los puntos consecutivos A, B, C y D, tal que: AB + CD = 12, luego se ubican «M» y «N» que son los puntos medios de AC y BD respectivamente. Calcular MN. → BC = 3a ∧ CD = 2a Además hacemos que: PB = QD = b Luego del gráfico: x = b + 3a + 2a – b → x = 5a . . . (1) Sustituyendo: 7AC = 7 \ AC = 1 Sustituyendo: 6a – b – (2a – b) = 40 Ubicamos los puntos A, M y B en una línea recta que a continuación representamos gráficamente. Como «M» es punto medio de AC, deducimos que: AM = MC = a Del mismo modo «N» es punto medio de BD, luego: BN = ND = b Del gráfico se observa: AB = a + x – b CD = b + x – a En la condición: AB + CD = 12 Hacemos que: AB = a ∧ AM = x (a + x – b) + (b – x + a) = 12 \ x = 50 Para demostrar que «M» es el punto medio de AB bastará demostrar que x = a . 2 Sea: K = AM· MB → 2x = 12 \ x = 6 26 Geometría → Como AD = a + x ; CD = x – a y AC = 2a ( x + a) + ( x − a) + Reemplazando (2) en (1): x = 5(10) En una línea recta se ubican los puntos consecutivos P, A, B, C y D; con la condición que: 7(PC) = 3(PD) + 4(PB) y 3(AD) + 4(AB) = 7. Calcular AC. 2 (AC ) = 49 . . . (*) 4 Dado el segmento AB y un punto «M» perteneciente a él. Demostrar que el producto AM · MB es máximo sí y sólo si «M» es el punto medio de AB. a = 10 . . . (2) Prob. 27 AD ⋅ CD + K = x(a – x) = -(x2 – ax) ( ) − a4 = a4 − ( x − 2a ) → K = - x − a 2 2 2 2 2 Prob. 30 2 ( 2 a) = 49 4 2 x − a + 4 a = 49 4 2 4a = 40 → Graficando y ubicando los datos, la incógnita es MN = x. Prob. 28 Por condición del problema: AP – CQ = 40 Por condición del problema: Sustituyendo en (*): Pero: 3(AD) + 4(AB) = 7 Consideremos que: AB = 6a Graficando y considerando AB = BC = a y BD = x, se tiene: 2 x2 – a2 + a2 = 49 x2 = 49 \ x = 7 Prob. 31 Dados los puntos colineales y consecutivos: P, Q, R, S, T, U, tal que: QR RS ST TU y PR = 9 PQ = = = = 2 3 4 5 Calcular PU. Graficando y considerando PQ = a, se obtienen: QR = 2a ; RS = 3a ; ST = 4a y TU = 5a A, B, C y D son puntos colineales y consecutivos tal que «B» es el punto medio de AC y AD ⋅ CD + 2 (AC) = 49 . Calcular BD. 4 Und. 1 - Introducción a la Geometría 27 Nos piden: PU = a + 2a + 3a + 4a + 5a → PU = 15a . . . (*) Del gráfico: a + 2a = 9 → a = 3 Sustituyendo en (*): PU = 15(3) Entonces al reemplazar en (*): Construimos un esquema donde ubicamos los puntos y los datos correspondientes, además hacemos PR = b; PQ = a y QS = c. AD· AC - AC2 - AD· BC + BC· AC = AD· BC Ubicamos los sumandos convenientemente y factorizamos AC: \ PU = 45 2 (AC) = AC(AD + BC) – 2AD· BC Prob. 32 A, B, C y D son puntos colineales y consecutivos de modo tal que AB · CD = AD · BC, AB · BC = x, AD · CD = y. Calcular BD. Esquematizamos el problema y ubicamos los datos correspondientes. Haciendo: BD = a → BC = a – CD ∧ CD = a – BC Sustituyendo en la primera condición: AB(a – BC) = AD(a – CD) AB· a – AB· BC = AD· a – AD· CD 2 Por condición del problema: b = ac de la expresión: 7(RS )(PR ) + (PQ )(PR ) − (QS )(RS ) M= (RS )(PR ) M =7+ PQ ⋅ PR − QS ⋅ RS RS ⋅ PR ( a − c )b − c( a − b ) Sustituyendo: M = 7 + ( a − b )b Operando: M = 7 + ab − bc − ac + bc ( a − b )b ab − ac Reduciendo: M = 7 + ( a − b )b 2 Reemplazando: M = 7 + ab − b 2 = 7 + 1 ab − b \ M = 8 Reemplazando: AB· a – x = AD· a – y Prob. 34 Agrupando y factorizando: En una línea recta se consideran los puntos consecutivos A, B, C y D que forman una cuaterna armónica. Si: AB = AD , se cumple BC CD 2 k + 1 1 1 = + − 2 . que: AD ⋅ BC BC AD k + 2 Calcular AC, sabiendo que la medida de AC y «k» son números primos. y – x = a(AD – AB) Pero: AD – AB = a 2 Luego: y – x = a \ a = y − x Prob. 33 P, Q, R y S son puntos ubicados en una línea recta en forma consecutiva tal que PR es media proporcional entre PS y QS. Calcular el valor numérico de la expresión: 7( RS)( PR ) + ( PQ)( PR ) − (QS)( RS) M= ( RS)( PR ) 28 AC − BC = AD BC AD − AC Geometría Del gráfico se observa que: AB = AC – BC y CD = AD – AC Dividiendo ambos miembros por: AC· BC· AD Se tendrá: AC = 1 + 1 − 2 AD ⋅ BC BC AD AC Comparando esta expresión con el dato: 2k + 1 = 1 + 1 = 2 AD ⋅ BC BC AD k + 2 Se tiene: AC = 2k + 1 = k + 2 → k = 1 \ AC = 3 Prob. 35 En una línea recta se ubican los puntos consecutivos A1 , A2 , A3 , A4 , A5 y así sucesivamente. Si: A1 A2 = 5; A2 A3 = 1; A3A 4 = 1 ; A 4 A5 = 1 ; 5 25 ...; calcular el límite de la suma de las medidas de estos segmentos consecutivos. Graficamos y ubicamos los puntos así como los valores numéricos correspondientes. S = 1er término → S = 5 1 − razón 1− 1 5 5 25 S = \ S = 4 4 5 Prob. 36 En una recta se consideran los puntos consecutivos A1 , A2 , A3 , A4 , ....., An de modo que se determinan (3n – 201) segmentos consecutivos los cuales tienen sus medidas relacionadas por: A1A 2 = 1 (A 2 A3 )= 1 (A3A 4 )=...= 1 (A n−1A n ) 2 3 n −1 si A23 A67 = 9790. Calcular A1 An . Graficamos y ubicamos los datos respectivamente así como los valores de los segmentos: A1A2 = a , A2A3 = 2a , A3A4 = 3a ..... y An – 1An = (n – 1)a Nos piden calcular: A1An = a + 2a + 3a + ... + (n – 1)a → A 1A n = a n(n − 1) . . . (1) 2 Por dato: A23A67 = 9 790 A1A67 – A1A23 = 9 790 Luego: a (67 )(66 ) − a ( 23)( 22 ) = 9790 2 2 De donde: a = 5 . . . (2) Sea: S = A1A2 + A2A3 + A3A4 + A4A5 + ..... Por condición del problema: 3n – 201 = n – 1 → n = 100 . . . (3) Luego: S = 5 + 1 + 1 + 1 + ..... 5 25 Sustituyendo (2) y (3) en (1): Ya que la suma pedida es una serie de números que forman una progresión geométrica de razón 4/5 luego: \ A1An = 24 750 Und. 1 - Introducción a la Geometría A 1A n = 5 ⋅ 100(100 − 1) 2 29 A) m + n mn m D) + n m−n 1.1. Línea Recta 01.- Se ubican los puntos A, B , C y D sobre una línea recta de manera que AC = 5 y BD = 7. Calcular BC, si: AB + CD = 8. A) 1 B) 2 C) 3 D) 4 E) 5 08.- Sobre una recta se toman los puntos consecutivos A, B, C y D tal que: AB = 10 y CD = 20; M y N puntos medios de AC y BD. Encontrar MN. 02.- Sobre una recta se tienen los puntos consecutivos A, B y C de tal manera que: AC + AB = 12, si «M» es punto medio de BC, calcular AM. A) 12 A) 3 A) 10 B) 4 C) 6 D) 8 E) 12 B) 18 C) 20 D) 15 E) 12 09.- Sobre una recta se dan los puntos consecutivos M, A y B. Siendo «O» punto medio de AB, determinar MO, si MA = 8, AB = 10. B) 11 C) 12 D) 13 E) 18 03.- Sobre una recta se tienen los puntos consecutivos A, B y C, de tal manera que: AB – BC = 10. Calcular MB, si «M» es punto medio de CA. 10.- Sobre una línea recta se consideran los puntos consecutivos A, B, C, D y E. Si: AB + CE = 16; BE – CD = 14 y AE – DE = 12, calcular AE. A) 2 A) 20 B) 3 C) 4 D) 5 E) 10 B) 22 C) 21 D) 23 E) 24 04.- Dado un segmento AB y su punto medio «O», ¿a qué distancia de «O» se tendrá que ubicar el punto «P» para que PA – PB = 8? 11.- Sobre una recta se toman 4 puntos consecutivos A, B, C y D tal que AB · CD = AD · BC. Calcular AC, si: AB = 4; AD = 6. A) 1 A) 5 B) 2 C) 3 D) 4 E) 8 B) 4 C) 6 D) 5,4 E) 4,8 05.- Sobre una recta se toman los puntos consecutivos P, Q, R y S. Si: PQ = 6 y RS = 2, determinar la longitud del segmento que une los puntos medios de PR y QS. 12.- Sobre una recta se toman los puntos consecutivos A, B, C, D, E y F, tal que: AC + BD + CE + DF = 54, si: 5BE = 4AF. Calcular: AB + EF A) 1 A) 6 B) 2 C) 4 D) 6 E) 8 06.- Sobre una recta se ubican los puntos consecutivos A, B, C y D tal que: CD = 3 AB y AD + 3BC = 60. Calcular AC. A) 10 B) 12 C) 15 D) 20 E) 30 07.- Sobre una recta se tienen los puntos A, B, C y D tal que: 4AC = CD. Calcular BC, si: BD – 4AB = 20. A) 1 30 B) 2 Geometría C) 3 D) 4 E) 5 B) 5 C) 9 D) 4 E) 7 13.- En una recta se toman los puntos consecutivos A, B, C, D y E, tal que: AC = AD/2; 3DE = AE y 4AB = BC. Calcular BD, si: CD = 5. A) 4 B) 5 C) 9 D) 10 E) 6 14.- A, B, C y D son puntos colineales contenidos en una recta tal que: n · AC = m · CD y m · BD – n · AB = m · n. Determinar BC. B) mn m+n E) n m+n C) mn m−n 15.- En una recta tenemos los puntos consecutivos A, B, C y D donde: AD · AB = 3AC · CD y 1 + 1 = 3 . Calcular AB. AC CD A) 1 B) 1/5 C) 1/2 D) 1/4 E) 1/3 16.- Sobre una recta se dan los puntos consecutivos A, B, C y D de tal manera que: 5AC = 3CD y 3BD – 5AB = 40, calcula BC. A) 2 B) 3 C) 4 D) 5 E) 8 17.- Sobre una recta se ubican los puntos consecutivos P, Q, R y S tal que «R» es punto medio de QS. Si: PS2 – QP2 = 16QS, calcular PR. A) 4 B) 6 C) 8 D) 10 E) 16 18.- Sobre una recta se dan tres puntos consecutivos M, A y B tal que: AB = 2 y MA · MB = 24. Calcular la distancia de «M» al punto medio de AB. A) 4 B) 5 C) 6 D) 8 E) 12 19.- Dada una recta se ubican los puntos consecutivos A, B, C y D tal que: AB · BD + AC · CD = AC · BD y AB · CD = 324 Calcular BC. A) 12 B) 14 C) 16 D) 18 E) 22 20.- Sobre una recta se toman los puntos consecutivos A, B, C, D, y E: M y N son puntos medios AD y BE respectivamente. Además MC = CN, si AB + DE = 32, calcular MC. A) 4 B) 6 C) 8 D) 12 E) 16 22.- Se tienen los puntos colineales A, B, C y D tal que: AB + CD = 16; BM – MC = 2. Evaluar CD; siendo «M» punto medio de AD. A) 7 B) 8 C) 9 D) 10 E) 14 23.- Sobre una recta se toman los puntos consecutivos O, A, B, C; cumpliéndose: 1 = 1 + 1 OA OB OC Expresar OA en términos de AB y AC. A) AB + AC B) AB + AC 2 D) AB – BC AB ⋅ AC E) AB ⋅ AC 2 24.- Sobre una recta se tienen los puntos consecutivos R, A, C, S, O; cumpliéndose: RS = SO; RA = AS, RC + AS + CO + RO = 72; 1 + 2 = 1 . Calcular: AC AC RO A) 15/16 B) 16/15 C) 10/7 C) D) 7/12 E) 5/18 25.- En una recta se toman los puntos consecutivos A, B, C y D. Luego se toman M y F puntos medios de AB y CD respectivamente. Determinar MF, si: AC = 18, BD = 34. A) 10 B) 15 C) 26 D) 30 E) 35 26.- En una recta se tienen los puntos consecutivos A, B, C y D de modo que: AC > CD y se considera el punto medio «M» de AD, calcular MC, si «C» es punto medio de BD y AB = a. A) a/2 B) a C) 2a D) a/3 E) a/5 21.- Sobre una recta se toman los puntos consecutivos P, Q, R y S tal que «R» es punto medio de QS; PQ · PS = 40 y QS = 6. Determinar PQ. 27.- Sobre una recta se toman consecutivamente los puntos A, B, C, D, E y F, luego se toman los puntos medios de AB y EF, M y N respectivamente, calcular MN, si: AC = 20; BD = 22; CE = 30; DF = 40. A) 2 A) 14 B) 4 C) 6 D) 3 E) 5 Und. 1 - Introducción a la Geometría B) 49 C) 56 D) 28 E) 42 31 28.- Se tienen los puntos colineales y consecutivos A, B, M y C, tal que «M» es punto medio de BC, además: (AM)2 + (BM)2 = 20. Calcular: (AB)2 + (AC)2. A) 40 B) 35 C) 30 D) 25 E) 20 29.- Sobre una recta se toman los puntos consecutivos A, B y C, luego se toman los puntos medios «M» y «N» de AB y MC respectivamente. Simplificar la siguiente expresión: AB + NC – AM. A) AC B) MN C) AN D) NC E) BC 30.- Ubicando consecutivamente los puntos A, B, C, D y E, tal que: BD + AC + BE + AD + CE = AE · BD evaluar «x», si: x = 1 + 1 . AE BD A) 3 B) 2 C) 1 D) 0,5 E) 2,5 31.- Se dan los puntos colineales y consecutivos A, B, C y D tal que «B» es el punto medio de AD y AD = 2CD + 9. Calcular BC. A) 3,5 B) 4,5 C) 5 D) 4 E) 3 32.- Sobre una recta se consideran los puntos consecutivos A, B, C y D. Si: 2 AB · CD = kBC · AD y 1 + k = k − 1 , AB AD AC determinar «k». A) 1 B) 2 C) 1/2 D) 3 E) 4 33.- A, B, C y D son puntos colineales y consecutivos, si AC es media proporcional entre AD y BD, determinar k = 2AD AB − 1 . AC CD A) 1 B) 2 C) 0,5 D) 3 E) 4 ( 35.- Sobre una recta se ubican los puntos consecutivos A, B, C, D, E y F, tal que «D» es el punto medio de CE. Si AC @ CE y BD @ DF, calcular el valor numérico de la expresión: ) 2 2 AB + BE 2 2 AC + EF A) 1 B) 2 C) 3 D) 4 E) 5 36.- O, A, B y M son puntos colineales y consecutivos tales que: MA + MB = 3 AB . Cal2 cular OM en función de OA y OB. 4(OB) + 2(OA) 3(OB) − 2(OA) B) 4 4 5(OB) − (OA) 3(OB) − (OA) C) D) 4 4 5(OB) + (OA) E) 4 A) 37.- En una línea recta se ubican los puntos consecutivos A, B, C y D, siendo «C» punto medio de BD. Simplificar: K= A) 1 B) 2 2 2 2 2 (AB) + (AD) (AC) + (BC) C) 3 D) 4 E) 5 38.- A, B, C, D y E son puntos colineales y consecutivos tales que AB + DE = 24, se ubican M y N puntos medios de AD y de BE respectivamente, siendo MC = NC. Calcular MC. A) 2 B) 4 C) 6 D) 8 E) 12 34.- Al dividir un cierto segmento en partes cuyas medidas son directamente proporcionales a 1/3, 1/4 y 1/2 se obtienen tres segmentos, el segundo de los cuales mide 12 cm. La suma, en cm, de las medidas del segundo y tercer segmento es: 39.- Se dan los puntos consecutivos A, B, C y D sobre una recta de modo que: (AC)2 = AD · BD. Calcular el valor de la expresión: A) 38 A) 4 32 B) 36 Geometría C) 39 D) 40 E) 37 AB ⋅ AC − BD ⋅ CD CD ⋅ AC B) 3 C) 2 D) 1 E) 1/2 40.- Dados los puntos colineales y consecutivos A, B, C y D se sabe que: 2 AB = 3 BC y CD 2 − 5 = 1 . Calcular CD. AD BC AC A) 5 B) 4 C) 3 D) 2 E) 1 41.- Dados los puntos colineales y consecutivos A, B, C, D, E, F, G, H, I, J. Si: BI = 5 AJ , 7 CH = 3 (BI) y AD + BE + CF + DG + EH + 4 FI + GJ = 63. Calcular AJ. A) 20 B) 25 C) 28 D) 30 E) 32 42.- Sobre una línea recta se consideran los puntos consecutivos A, B, C y D de modo que: AB · CD = AD · BC. Si: a + b = c + d , AC CD BD AB calcular: a + b + c + d. A) 6 B) 3 C) 2 D) 5 E) 8 43.- En una línea recta se consideran los puntos PQ PS = consecutivos P, Q, R y S, tal que: , QR RS 96 47 y PS = . Calcular PR. QR = PQ RS A) 10 B) 9 C) 8 D) 6 E) 7 44.- Sobre una línea recta se consideran los puntos consecutivos A, B, C y D, si se sabe que AC = m , AB · AD = BC · CD y BC2 – AB2 = AB · CD, calcular (CD)2. 2 A) m2 B) m C) m D) m E) m 2 2 45.- En una línea recta se consideran los puntos consecutivos G, R, C y M. Si: GR · CM(2b – 1) = GM · RC y a + 3 + 3b + 11 = c + 4 , calcular: a + 2b + 3c. GC GR GM A) 20 B) 21 C) 22 D) 23 E) 24 46.- Se tiene los puntos colineales y consecutivos A, B, C y D tal que AB = 2(CD); (BC)2 = AB · CD y 1 + 1 = 1 . CD BD 2 Und. 1 - Introducción a la Geometría Calcular AB. A) 7 B) 6 C) 5 D) 4 E) 3 47.- A, C, M y B son puntos colineales y conse1 = 2 − 1 cutivos tal que AC @ CB, 2(MB) AM AC y AM · AB = 8. Calcular MB. A) 4 B) 2 C) 2 D) 6 E) 3 48.- Sobre una recta se han tomado los puntos A, B, O y C consecutivos tal que «O» es el punto medio de BC. Si: AB · AC + BO2 = 36, calcular AO. A) 4 B) 5 C) 6 D) 7 E) 9 49.- Se tienen los puntos colineales P, A, B, C, D y E dispuestos de modo que: 5PC = 2PD + 3PB Calcular AC, si: 2AD + 3AB = 15. A) 1 B) 2 C) 3 D) 4 E) 5 50.- A, B, C, D, E y F son puntos colineales en una recta L donde: AD + BE + CF = 85, AF = 9 BE ; CD = BE . Calcular CD. 7 7 A) 7 B) 5 C) 9 D) 17 E) 16 CLAVES 01 B 02 C 03 D 04 D 05 C 06 C 07 D 08 D 09 D 10 C 11 E 12 A 13 C 14 B 15 A 16 D 17 C 18 B 19 D 20 C 21 B 22 C 23 C 24 B 25 C 26 A 27 C 28 A 29 C 30 D 31 B 32 B 33 B 34 B 35 B 36 C 37 B 38 C 39 D 40 C 41 C 42 A 43 E 44 C 45 C 46 D 47 C 48 C 49 C 50 B 33