TEMA 5: CIRCUNFERENCIA Y CÍRCULO
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<strong>TEMA</strong> 5: <strong>CIRCUNFERENCIA</strong> Y <strong>CÍRCULO</strong><br />
Matías Arce, Sonsoles Blázquez, Tomás Ortega, Cristina Pecharromán<br />
1. INTRODUCCIÓN ......................................................................................... 1<br />
2. LA <strong>CIRCUNFERENCIA</strong> Y EL <strong>CÍRCULO</strong>....................................................... 1<br />
3. MEDICIÓN DE ÁNGULOS............................................................................ 3<br />
4. ÁNGULOS EN LA <strong>CIRCUNFERENCIA</strong> ........................................................ 4<br />
1. INTRODUCCIÓN<br />
Este capítulo está orientado a la medición de ángulos y para ello es necesario conocer con<br />
amplitud las herramientas de medición. La fundamental es la circunferencia ya que ésta<br />
proporciona un sistema de medición a través de su arco. Así pues, después de detallar las<br />
características de esta línea cerrada y de las propiedades de elementos que se pueden<br />
considerar en la misma estableceremos como se miden los ángulos centrales y las<br />
relaciones angulares que se producen según sea la posición de éstos respecto de la<br />
circunferencia.<br />
2. LA <strong>CIRCUNFERENCIA</strong> Y EL <strong>CÍRCULO</strong><br />
Una circunferencia es una línea cerrada y plana cuyos puntos equidistan de uno fijo que se<br />
llama centro. La distancia de cualquiera de sus puntos al centro se llama radio.<br />
Definiciones<br />
• La región interior a la circunferencia se denomina círculo.<br />
• La parte de circunferencia comprendida entre dos puntos de la misma se denomina<br />
arco.<br />
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• El segmento que determinan dos puntos cualesquiera de la circunferencia se<br />
denomina cuerda.<br />
• La cuerda que contiene al centro de la circunferencia se denomina diámetro.<br />
• La porción de círculo comprendida entre una cuerda y el arco que determina se<br />
denomina segmento circular.<br />
• La porción de círculo comprendida entre dos radios y el arco comprendido se<br />
denomina sector circular.<br />
• Las posiciones de una recta<br />
Propiedades:<br />
sobre una circunferencia son:<br />
exterior (no tienen ningún punto<br />
interior), secante (tienen dos<br />
puntos en común) y tangente<br />
(tienen un único punto en común).<br />
• Cada diámetro divide a la circunferencia en dos partes iguales llamadas<br />
semicircunferencias (Ídem con el círculo).<br />
• La mediatriz de cualquier cuerda contiene al centro de la circunferencia.<br />
• La recta tangente a una circunferencia es perpendicular al radio determinado por el<br />
centro y el punto de tangencia.<br />
• Tres puntos determinan una única circunferencia.<br />
Tarea 1: Sitúa tres puntos y dibuja con precisión la circunferencia que pasa por ellos.<br />
Posiciones de dos circunferencias<br />
• Exteriores: Cada circunferencia está formada por puntos<br />
exteriores de la otra.<br />
• Interiores: Una circunferencia es<br />
interior a otra cuando aquella está<br />
formada por puntos del círculo de ésta. El radio de la interior<br />
debe ser menor que el de la exterior.<br />
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• Concéntricas: cuando ambas tienen el mismo centro. A la<br />
región del plano que delimitan se le denomina corona circular.<br />
• Secantes: Tienen dos puntos en común.<br />
• Tangentes interiores: Sólo tienen un punto en común y el<br />
resto de los puntos de una de ellas son puntos del círculo<br />
de la otra. El radio de la<br />
tangente interior debe ser menor que el de la<br />
tangente exterior. Los centros de ambas son<br />
interiores a una de ellas y ambos están alineados con<br />
el punto de tangencia.<br />
• Tangentes exteriores: Sólo tienen un punto en<br />
común y el resto de los puntos de una de ellas son<br />
puntos del exterior de la otra. El centro de una es<br />
exterior a la otra y ambos están alineados con el<br />
punto de tangencia.<br />
Tarea 2: Estudia la relación entre los radios de las circunferencias y la distancia entre los<br />
centros en cada una de las posiciones.<br />
3. MEDICIÓN DE ÁNGULOS<br />
La forma más sencilla de medir ángulos es trazar una circunferencia centrada en el vértice<br />
y comparar la longitud del arco comprendido entre los dos lados del ángulo con la longitud<br />
de la circunferencia que, como es sabido, es 2πr, siendo r la longitud del radio.<br />
Se considera como unidad de medida el radián, que es la amplitud de un ángulo cuyo arco<br />
es igual a la longitud del radio de la circunferencia centrada en el vértice del ángulo que<br />
contiene a dicho arco. Con esta unidad de medida la circunferencia completa tiene 2π<br />
radianes, el ángulo llano π radianes, el ángulo recto π/2 radianes,… etc.<br />
Otra unidad de medida es el grado sexagesimal, que es la amplitud de un ángulo cuyo arco<br />
es 2πr/360. Es decir, se divide a la circunferencia de centro el vértice del ángulo en 360<br />
partes, que se denominan grados, y un ángulo que mida un grado tiene como arco una de<br />
estas divisiones. En el sistema sexagesimal, heredado de los babilónicos, cada grado se<br />
divide en 60 minutos y cada minuto en 60 segundos.<br />
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El instrumento que se utiliza para medir un ángulo en grados se llama transportador. Se<br />
coloca el transportador sobre el ángulo de<br />
manera que el vértice coincida con el centro<br />
de la circunferencia que constituye el borde<br />
del transportador, A, y que uno de los lados<br />
del ángulo este en el radio AC. El ángulo de la<br />
figura mide 39 grados.<br />
Con el transportador también se pueden<br />
trasladar ángulos para ser sumados, pero conviene tener en cuenta, que por estar sujetas a<br />
una escala, sus mediciones son siempre<br />
aproximadas, mientras que con el compás,<br />
teóricamente, se tomaría la amplitud exacta.<br />
Cuando el ángulo sea mayor que uno llano<br />
(cóncavo) se mide el exceso del llano y se suma a<br />
180º o se mide el ángulo convexo correspondiente y<br />
se resta a 360º dicha medida.<br />
Tarea 3: Trazar varios arcos de circunferencia de distinto radio, todos con centro en el<br />
origen de una semirrecta. Cortar unos cables finos de longitud igual a cada radio. Poner<br />
sobre la circunferencia el cable de longitud su radio a partir de la intersección de la<br />
circunferencia con la semirrecta. Comprobar que los extremos del cable determinan el<br />
mismo ángulo. Este ángulo mide un radián.<br />
4. ÁNGULOS EN LA <strong>CIRCUNFERENCIA</strong><br />
Según la posición de un ángulo respecto de una circunferencia los ángulos se pueden<br />
clasificar en:<br />
• Central: El vértice del ángulo es el centro de la circunferencia.<br />
• Inscrito: El vértice del ángulo está en la<br />
circunferencia y los lados contienen a<br />
sendas cuerdas.<br />
• Semiinscrito: El vértice del ángulo está<br />
en la circunferencia, uno de los lados<br />
contiene a una cuerda y el otro está en la tangente a la<br />
circunferencia en dicho punto.<br />
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• Interior: El vértice del ángulo está en el interior de la<br />
circunferencia, es decir, es un punto del círculo.<br />
• Exterior: El vértice del ángulo<br />
está en el exterior de la<br />
circunferencia.<br />
Teorema del ángulo inscrito: La amplitud de un ángulo inscrito es la mitad del ángulo<br />
central correspondiente.<br />
Demostración: La figura adjunta muestra las tres posibles posiciones del centro de la<br />
circunferencia respecto a un ángulo inscrito. Por tanto, hay que demostrar el teorema para<br />
cada una de las tres. Sólo lo haremos en la primera ya que las otras dos se obtienen<br />
aplicando la primera a la suma α1+α2 y a la resta ϕ1−ϕ2.<br />
En el primer caso: α=α' por ser los ángulos iguales de un triángulo isósceles (dos lados son<br />
dos radios). Por otra parte, β=α+α’ ya que β+δ=α+α'+δ y, por tanto α=β/2.<br />
Este teorema es un ejemplo muy claro de los que significa el aprendizaje significativo, ya<br />
que para que el alumno pueda entender el teorema es absolutamente necesario que<br />
conozcan la significación de todos los términos matemáticos que interviene en el<br />
enunciado: amplitud, ángulo, inscrito, mitad, central y correspondiente. Además tiene que<br />
ver cómo están relacionados estos términos en la figura y ver que sólo hay tres casos.<br />
Consecuencia: Todos los ángulos inscritos que subtienden el mismo arco tienen la misma<br />
medida.<br />
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Otras relaciones angulares<br />
El teorema anterior permite establecer relaciones de los ángulos anteriores con los<br />
centrales correspondientes.<br />
1. La amplitud del ángulo semiinscrito, α, es la mitad del ángulo central correspondiente.<br />
Demostración:<br />
La bisectriz del ángulo β (ángulo central del arco que<br />
subtiende α) es mediatriz del segmento VD y por tanto ϕ es<br />
recto, lo que implica que δ+β/2=π/2=90º. Análogamente<br />
α+δ=π/2=90º y, en consecuencia, δ+β/2=α+δ y, finalmente,<br />
α=β/2.<br />
2. La amplitud del ángulo interior, α, es la semisuma de<br />
los arcos que subtienden α y el ángulo opuesto por el<br />
vértice,β, que se obtiene al prolongar los lados de α.<br />
Demostración esquemática:<br />
α=β=δ+ε=ϕ/2+θ/2= (ϕ+θ)/2<br />
3. La amplitud del ángulo exterior, α, es la semidiferencia de arcos, β y δ, que subtiende.<br />
Demostración esquemática:<br />
ϕ =α+θ=α+δ/2<br />
Como, por otra parte, ϕ=β/2, entonces,<br />
α=β/2−δ/2=(β−δ)/2<br />
El teorema del ángulo inscrito permite establecer uno de los teoremas básicos de la<br />
geometría.<br />
Teorema: La suma de los ángulos interiores de un triángulo cualquiera es de 180º<br />
(π π radianes o, lo que es lo mismo, un ángulo llano).<br />
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Demostración: Es trivial, ya que, considerando la<br />
circunferencia que pasa por sus vértices, los ángulos del<br />
triángulo α, β y δ son inscritos a esta circunferencia y los<br />
arcos de sus centrales correspondientes α1, β1 y δ1 son toda<br />
la circunferencia. Por tanto:<br />
α+β+δ= α1/2+β1/2+δ1/2= (α1+β1+δ1)/2=180º=π radianes<br />
Arco capaz<br />
Es el lugar geométrico de los puntos del plano desde los cuales se ve a un segmento dado,<br />
AB, con un mismo ángulo, α. Es el arco formado por el lugar geométrico de los puntos tales<br />
que su ángulo inscrito mide α.<br />
Para representar el arco capaz se traza la mediatriz de AB y por uno de sus extremos, por<br />
ejemplo A, se traza la perpendicular a<br />
dicho segmento y a partir de esta<br />
perpendicular se transporta el ángulo<br />
dado. El corte del segundo lado de<br />
este ángulo determina con la mediatriz<br />
el centro de la circunferencia cuyo arco<br />
δ es el arco capaz. Todos los ángulos<br />
inscritos del arco capaz subtienden un<br />
arco β.<br />
Tarea 4: Comprueba con el transportador que un ángulo<br />
que tenga su vértice en δ y sus lados pasen por A y B<br />
mide lo mismo que α. Demuestra que el resultado se<br />
cumple sea cual sea el ángulo inscrito con vértice en δ.<br />
Tarea obligatoria: Resolver individualmente los siguientes problemas y poner en común en<br />
el grupo de trabajo los cinco problemas que el profesor asigne al grupo. Habrá una sesión<br />
de corrección en la que cada grupo explique la resolución de un problema en la pizarra (el<br />
profesor elegirá el problema de entre los asignados al grupo y el miembro del grupo que<br />
debe explicarlo).<br />
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1. Calcula el menor de los dos ángulos que forman las agujas del reloj en cada uno de los<br />
casos siguientes: a) 12h 30' b) 2h 15' c) 7h 23' d) 4h 52' e) 9h 45' f) 5h10´<br />
2. El ángulo formado por un cateto y la prolongación de la hipotenusa en un triángulo<br />
rectángulo es de 125º 3' 4”. Halla los ángulos del triángulo.<br />
3. En la figura de la derecha, se sabe el valor de los<br />
siguientes ángulos: AOP=80º, POC=70º, COM=40º y<br />
AOR=45º. Halla la medida de los cuatro ángulos<br />
(interiores) del cuadrilátero ABCD.<br />
4. En una circunferencia se traza una cuerda BD<br />
perpendicular a un diámetro AC y una cuerda DF<br />
paralela a ese mismo diámetro. Se sabe que el arco BC<br />
mide 60º. ¿Qué amplitud tienen los arcos DC, AB, y<br />
FD?<br />
5. Se sabe que, en la figura de la derecha, el ángulo<br />
a mide 90º y el ángulo b, 30º. ¿Cuál es el valor de los<br />
ángulos c y d?<br />
6. Un ángulo de 64º tiene sus lados tangentes a una<br />
circunferencia. ¿Cuánto mide el menor de los arcos en que los puntos de tangencia dividen<br />
a la circunferencia?<br />
7. De la figura de la derecha conocemos que a =80º y b<br />
=44º. Calcula la amplitud del ángulo c. Se trazan las<br />
cuerdas PA, PB, PD y PC. Calcula el valor de los ángulos<br />
APB, BPC y CPD.<br />
8. Se divide una circunferencia en 15 partes iguales y<br />
se numeran los puntos de división consecutivamente. Halla el ángulo que forma la recta 1-7<br />
(recta que pasa por los puntos 1 y 7) con la 1-9. Misma pregunta con las rectas 1-4 y 7-9.<br />
9. En la figura de la derecha, AB es un diámetro y C un<br />
punto cualquiera de la circunferencia. Indica de manera<br />
razonada cuáles de las siguientes igualdades son ciertas:<br />
a) 1 = 2 b) 3 = 4 c) 1 + 2 = 3 + 4<br />
d) 2 + 3 = 90º e) 1 + 4= 2+3.<br />
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10. Sabiendo que el ángulo α de la figura de la derecha<br />
mide 34º 29´ 58", calcular razonadamente el valor de los<br />
ángulos β y γ .<br />
C<br />
12. En el gráfico de la derecha se<br />
conoce que O es el centro de la<br />
circunferencia, BDC=20º y BEC=50º.<br />
Hallar la medida de los tres ángulos del<br />
triángulo ABC.<br />
11. Se divide una circunferencia en 12 partes<br />
iguales y se numeran consecutivamente los<br />
puntos de división. Dibujando las cuatro rectas<br />
(secantes o tangentes) que pasan por algunos de<br />
esos puntos se obtienen los vértices del<br />
cuadrilátero ABCD de la figura. Hallar<br />
razonadamente las medidas de los cuatro ángulos<br />
interiores del cuadrilátero.<br />
13. Encontrar la medida en grados de los ángulos a,<br />
b, c y d de la figura de la izquierda.<br />
14. Sabiendo que BH es una altura del triángulo, que O<br />
es el centro de la circunferencia, y que el ángulo 1<br />
mide 72º 46´, calcula la medida de cada uno de los<br />
demás ángulos numerados que aparecen en la figura<br />
adjunta.<br />
10<br />
9<br />
8<br />
12<br />
11 1<br />
7<br />
B<br />
6<br />
D<br />
5<br />
A<br />
2<br />
4<br />
3<br />
D<br />
A<br />
F<br />
A<br />
E<br />
1<br />
B<br />
2 3<br />
H<br />
O<br />
6<br />
7<br />
B<br />
O<br />
5<br />
C<br />
9 de 9<br />
4<br />
C