GEOMETRIA B´ASICA - Arquivo Escolar
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(b) Deduzir que se ρΩ é uma rotação com centro Ω e r uma recta incidente em Ω então σr ◦ρΩ é uma reflexão numa recta incidente em Ω 21. Representação das rotações Seja ρ = σr ◦σs uma rotação com centro Ω (i.e. Ω = r∩s). Prove que para toda recta l incidente em Ω existem e são únicas rectas r1 e s1 incidentes em Ω verificando σr ◦σs = σr1 ◦σl = σl ◦σs1 22. Composta de três reflexões em rectas não incidentes e não paralelas duas a duas Sejam r, s e t não incidentes e não paralelas duas a duas, isto é, r ∩s = P, com P∈/ t. (a) Sejam Q o pé da perpendicular a t incidente em P e l essa perpendicular. Verifique que existe σr1 incidente em P tal que com SQ a simetria central em Q σr ◦σs ◦σt = σr1 ◦SQ (b) Seja m a recta paralela a r1 e incidente em Q e n a perpendicular a m incidente em Q. Justifique σr ◦σs ◦σt = σr1 ◦σm ◦σn (c) Deduza que σr ◦σs ◦σt é uma reflexão deslizante. 23. Comente o enunciado: Uma isometria do plano é uma translação, uma rotação, uma reflexão ou uma reflexão deslizante. 24. Rotações equivalentes Dizemos que duas rotações ρ e ρ ′ são equivalentes e escrevemos ρ ∼ ρ ′ quando existir uma translação t tal que ρ ′ = t◦ρ. (a) Prove que esta relação entre as rotações do plano é efectivamente uma relação de equivalência. (Sugestão: recorde as propriedades das translações do exercício 6) (b) Prove que se ρ e ρ ′ são equivalentes e possuem o mesmo centro então ρ = ρ ′ . Note-se que toda rotação é equivalente a uma rotação com centro na origem (trata-se de facto da aplicação linear associada à rotação). Recorde-se que se ρ é uma rotação e −→ ρ a aplicação ortogonal associada tem-se y1 y2 = w1 w2 a −b + b a x1 x2 116 y ′ 1 y ′ 2 = a −b b a x1 x2
com ρ(x1,x2) = (y1,y2), ρ ′ (x1,x2) = (y ′ 1 ,y′ 2 ) e a2 +b 2 = 1. Assim, cada classe de equivalência é determinada por um número real θ, definido 8 a menos 2kπ, que verifica cosθ = a e sinθ = b. As rotações dessa classe de equivalência chamam-se rotações de ângulo orientado θ. 25. Determine a expressão analítica de: (a) A rotação centrada na origem com ângulo orientado π/2; (b) A rotação centrada no ponto (1,2) com ângulo orientado −π/3. 26. Determine o centro e o ângulo orientado θ ∈]0,2π[ das rotações definidas pelas expressões matriciais: 27. (a) (b) . Ângulos orientados y1 y2 = y1 y2 0 1 = √ √ 2/2 − 2/2 + √ √ 2/2 2/2 √ 2/2 √ 2/2 − √ 2/2 √ 2/2 x1 x1 Considerem-se os pares ordenados (k+,h+)O com k+ e h+ semi-rectas do plano com origem O. Dizemos que dois pares ordenados, (k+,h+)O e (k ′ +,h ′ ′ +)O são equivalentes se existem rotações equivalentes ρ e ρ ′ tais que ρ(k+) = h+ e ρ ′ (k ′ +) = h ′ + (a) Verifique que se ρ(k+) = h+ então a origem de k+ e h+ é o centro da rotação ρ. (b) Justifique que a relação definida é efectivamente uma relação de equivalência. Cada classe do conjunto quociente diz-se um angulo orientado do plano. (c) Justifique que se h+ e k+ são semi-rectas do plano com origens O e O ′ , respectivamente, então (h+,h−)0 ∼ (k+,k−)O ′ (esta classe de equivalência é o chamado ângulo raso) 9 . (d) Verifique que, se h+ e k+ são semi-rectas com a mesma origem O, com suportes distintos, então (h+,k+)O e (k+,h+)O nunca são equivalentes. (Sugestão: por redução ao absurdo, considerar O a origem das semi-rectas, A ∈ h+ B ∈ k+ tais que AO = BO e provar que o ponto médio M entre A e B é ponto fixo para a rotação ρ tal que ρ(k+) = h+). 8 O intervalo de definição de θ costuma ser ]0,2π[. Frequentemente convenciona-se considerar a identidade uma rotação e então θ ∈ [0,2π[ 9 Se se considerar a identidade uma rotação ter-se-ia que (h+,h+)O ∼ (k+,k+)O ′ e então esta classe de equivalência define o ângulo nulo. 117 x2 x2
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(b) Deduzir que se ρΩ é uma rotação com centro Ω e r uma recta incidente em Ω então<br />
σr ◦ρΩ é uma reflexão numa recta incidente em Ω<br />
21. Representação das rotações<br />
Seja ρ = σr ◦σs uma rotação com centro Ω (i.e. Ω = r∩s). Prove que para toda recta l<br />
incidente em Ω existem e são únicas rectas r1 e s1 incidentes em Ω verificando<br />
σr ◦σs = σr1 ◦σl = σl ◦σs1<br />
22. Composta de três reflexões em rectas não incidentes e não paralelas duas a duas<br />
Sejam r, s e t não incidentes e não paralelas duas a duas, isto é, r ∩s = P, com P∈/ t.<br />
(a) Sejam Q o pé da perpendicular a t incidente em P e l essa perpendicular. Verifique<br />
que existe σr1 incidente em P tal que<br />
com SQ a simetria central em Q<br />
σr ◦σs ◦σt = σr1 ◦SQ<br />
(b) Seja m a recta paralela a r1 e incidente em Q e n a perpendicular a m incidente em<br />
Q. Justifique<br />
σr ◦σs ◦σt = σr1 ◦σm ◦σn<br />
(c) Deduza que σr ◦σs ◦σt é uma reflexão deslizante.<br />
23. Comente o enunciado:<br />
Uma isometria do plano é uma translação, uma rotação, uma reflexão ou uma reflexão<br />
deslizante.<br />
24. Rotações equivalentes<br />
Dizemos que duas rotações ρ e ρ ′ são equivalentes e escrevemos ρ ∼ ρ ′ quando existir uma<br />
translação t tal que ρ ′ = t◦ρ.<br />
(a) Prove que esta relação entre as rotações do plano é efectivamente uma relação de<br />
equivalência.<br />
(Sugestão: recorde as propriedades das translações do exercício 6)<br />
(b) Prove que se ρ e ρ ′ são equivalentes e possuem o mesmo centro então ρ = ρ ′ .<br />
Note-se que toda rotação é equivalente a uma rotação com centro na origem (trata-se de<br />
facto da aplicação linear associada à rotação). Recorde-se que se ρ é uma rotação e −→ ρ a<br />
aplicação ortogonal associada tem-se<br />
y1<br />
y2<br />
<br />
=<br />
w1<br />
w2<br />
<br />
a −b<br />
+<br />
b a<br />
x1<br />
x2<br />
116<br />
y ′ 1<br />
y ′ 2<br />
<br />
=<br />
a −b<br />
b a<br />
x1<br />
x2