Distância de ponto a reta

Forma geral e normalização

Use a forma geral e normalize pelos coeficientes da direção normal.

Menor distância e perpendicularidade

Entre todos os segmentos que ligam um ponto externo P a uma reta r, o menor é perpendicular à reta. Seu encontro com r é o pé da perpendicular H, e o comprimento PH é d(P,r).

Distância de um ponto a uma retaPonto P, reta r, pé H, segmento perpendicular PH, ângulo reto e vetor normal de componentes a e b.rPHn=(a,b)PH=d(P,r)outro segmento é maior

Figura ilustrativa, sem escala.

Forma geral da reta

Antes de aplicar a fórmula, escreva a reta como ax+by+c=0, com (a,b)≠(0,0). Os coeficientes a e b não podem ser simultaneamente nulos.

y=2x+3 ⇔ 2x−y+3=0. Assim, a=2, b=−1 e c=3.

Multiplicar toda a equação por uma constante não nula não muda a reta nem a distância, pois numerador e denominador recebem o mesmo fator em módulo.

Fórmula da distância

Para P=(x₀,y₀) e r:ax+by+c=0:

d(P,r)=|ax₀+by₀+c|/√(a²+b²)

O numerador é o valor algébrico F(P)=ax₀+by₀+c, relacionado ao semiplano de P. O módulo garante resultado não negativo e √(a²+b²) normaliza o vetor normal n=(a,b).

Dedução por projeção sobre o vetor normal

Escolha Q=(x₁,y₁) pertencente a r. O vetor QP=(x₀−x₁,y₀−y₁) possui uma componente na direção normal n=(a,b). O módulo dessa projeção é a distância:

d=|QP·n|/‖n‖

Como Q pertence à reta, ax₁+by₁+c=0. Logo QP·n=a(x₀−x₁)+b(y₀−y₁)=ax₀+by₀+c. Além disso, ‖n‖=√(a²+b²), o que produz a fórmula.

Vetor normal e direção da reta

O vetor n=(a,b) é perpendicular à reta ax+by+c=0. Um vetor diretor possível é v=(b,−a), pois n·v=ab−ab=0.

Essa leitura explica por que retas paralelas podem ser escritas com os mesmos coeficientes a e b: elas compartilham a mesma direção normal, mudando apenas c.

Pé da perpendicular

Defina S=ax₀+by₀+c. O ponto mais próximo de P na reta é:

H=(x₀−aS/(a²+b²), y₀−bS/(a²+b²))

Ao substituir H na equação, o resultado é zero; além disso, PH é paralelo a (a,b), portanto perpendicular à reta, e PH=d(P,r).

Para P=(0,0) e r:3x+4y−10=0, S=−10.

H=(0−3(−10)/25, 0−4(−10)/25)=(6/5,8/5).

H pertence a r e PH=√[(6/5)²+(8/5)²]=2.

Distância entre retas paralelas

Para r₁:ax+by+c₁=0 e r₂:ax+by+c₂=0, com os coeficientes de x e y exatamente iguais:

d(r₁,r₂)=|c₂−c₁|/√(a²+b²)

Se as equações forem proporcionais, normalize uma delas antes. Exemplo: 4x−2y−10=0 deve ser dividida por 2 para comparar com 2x−y+1=0.

Não use essa fórmula para retas concorrentes: como elas se cruzam, a distância mínima global entre elas é zero.

Paralelas a uma distância determinada

As duas retas paralelas a ax+by+c=0 situadas à distância d são:

ax+by+c±d√(a²+b²)=0

Por exemplo, as paralelas a x−2y+3=0 a distância 2 são x−2y+3±2√5=0. Os sinais representam os dois lados da reta original.

Semiplanos e sinal algébrico

Defina F(x,y)=ax+by+c. Para pontos P e Q: F(P)F(Q)>0 indica o mesmo semiplano; F(P)F(Q)<0, semiplanos opostos; e F(P)F(Q)=0 significa que pelo menos um pertence à reta.

Semiplanos determinados por uma retaUma reta separa o plano em uma região de sinal positivo e outra de sinal negativo, com pontos P e Q em lados opostos.r: F=0P: F(P)>0Q: F(Q)<0semiplano positivosemiplano negativo

Os sinais dependem da forma escolhida para F, mas a relação “mesmo lado ou lados opostos” não muda.

Aplicações combinadas

  • Altura e área: a altura relativa a um lado é a distância do vértice oposto à reta suporte; A=base·altura/2.
  • Tangência: uma reta é tangente à circunferência de centro C e raio R quando d(C,r)=R.
  • Largura de faixa: é a distância entre suas bordas paralelas normalizadas.
  • Reta média: entre ax+by+c₁=0 e ax+by+c₂=0, uma reta equidistante é ax+by+(c₁+c₂)/2=0.

Questões resolvidas

1. Ponto e reta

P=(2,1), r:3x+4y−20=0.

d=|3·2+4·1−20|/√(9+16).

d=|−10|/5=2.

2. Converter antes de calcular

Distância da origem a y=2x+3.

Forma geral: 2x−y+3=0.

d=|3|/√(2²+(−1)²)=3/√5=3√5/5.

3. Pé da perpendicular

P=(0,0), r:3x+4y−10=0.

S=−10 e a²+b²=25.

H=(6/5,8/5).

3(6/5)+4(8/5)−10=0 e PH=2.

4. Paralelas proporcionais

r₁:2x−y+1=0 e r₂:4x−2y−10=0.

Divida r₂ por 2: 2x−y−5=0.

d=|−5−1|/√5=6/√5=6√5/5.

5. Altura e área

A=(0,0), B=(6,0), C=(2,4).

A reta AB é y=0; a distância de C a ela é 4.

AB=6 e h=4.

Área=6·4/2=12 unidades².

Exercícios

Fácil

1. A menor distância de um ponto externo a uma reta é medida por um segmento:

A) paralelo à retaB) perpendicular à retaC) horizontal em qualquer casoD) de inclinação 45°
Fácil

2. A distância da origem à reta 3x+4y−10=0 é:

A) 2B) 5C) 10D) 1/2
Médio

3. A distância da origem à reta y=2x+1 é:

A) 1B) √5C) 1/√5D) 2/√5
Médio

4. Para r:x−y=0, P=(2,0) e Q=(0,3) estão:

A) ambos em rB) no mesmo semiplanoC) à mesma distância e no mesmo ladoD) em semiplanos opostos
Médio

5. As bordas paralelas de uma faixa são 3x−4y+2=0 e 6x−8y−16=0. Sua largura é:

A) 1B) 2C) 10D) 18/5
Difícil

6. O pé da perpendicular traçada da origem à reta 3x+4y−10=0 é:

A) (3/5,4/5)B) (−6/5,−8/5)C) (6/5,8/5)D) (3,4)
Difícil

7. As duas retas paralelas a x−2y+3=0 e distantes 2 unidades dela são:

A) x−2y+3±2√5=0B) x−2y+3±2=0C) 2x−4y+3±√5=0D) x+2y+3±2√5=0
Difícil

8. A circunferência tem centro C=(1,2), raio 3, e rₘ:4x−3y+m=0 é tangente a ela. Os valores de m são:

A) 15 e −15B) 13 e −17C) 2±3D) 17 e −13

Gabarito comentado:

1-B: A projeção ortogonal produz o único segmento mínimo.

2-A: |−10|/√(9+16)=10/5=2.

3-C: y=2x+1 equivale a 2x−y+1=0; a distância é 1/√5.

4-D: F(P)=2 e F(Q)=−3; o produto é negativo.

5-B: Normalize a segunda reta para 3x−4y−8=0; a largura é |−8−2|/5=2.

6-C: S=−10; aplicando a fórmula do pé, H=(6/5,8/5).

7-A: Use c±d√(a²+b²), com d=2 e √(1²+(−2)²)=√5.

8-D: Tangência exige |4−6+m|/5=3; então |m−2|=15 e m=17 ou m=−13.

Resumo final

  • Escreva a reta na forma ax+by+c=0.
  • O módulo e a normalização por √(a²+b²) tornam a distância geométrica.
  • O pé H pertence à reta e PH é perpendicular a ela.
  • Normalize equações proporcionais antes de comparar paralelas.
  • O sinal de F classifica semiplanos; tangência ocorre quando d(C,r)=R.