Distância entre pontos

Métrica euclidiana e aplicações

Use Pitágoras nas diferenças de coordenadas e controle o sinal antes de elevar ao quadrado.

Interpretação geométrica

A distância entre dois pontos é o comprimento do segmento que os une. No plano cartesiano, as variações horizontal e vertical formam os catetos de um triângulo retângulo cuja hipotenusa é o segmento AB.

Distância entre dois pontos no plano cartesiano Pontos A e B ligados por um segmento e um triângulo retângulo auxiliar com catetos delta x e delta y. xy A(xₐ,yₐ)B(xᵦ,yᵦ)H Δx=xᵦ−xₐΔy=yᵦ−yₐd(A,B) Pitágoras: d²=(Δx)²+(Δy)²

Figura ilustrativa, sem escala.

Dedução pelo teorema de Pitágoras

Para A=(xₐ,yₐ) e B=(xᵦ,yᵦ), defina as variações orientadas:

Δx=xᵦ−xₐ    e    Δy=yᵦ−yₐ

Os comprimentos dos catetos são |Δx| e |Δy|. Como o quadrado elimina o sinal, Pitágoras fornece:

d²=(Δx)²+(Δy)²

Extraindo a raiz não negativa, pois distância representa comprimento:

d(A,B)=√[(xᵦ−xₐ)²+(yᵦ−yₐ)²]

Fórmula e propriedades métricas

  • Não negatividade: d(A,B)≥0.
  • Identidade: d(A,B)=0 ⇔ A=B.
  • Simetria: d(A,B)=d(B,A), pois as diferenças mudam de sinal, mas seus quadrados não.
  • Desigualdade triangular: d(A,C)≤d(A,B)+d(B,C). Ir diretamente de A até C nunca é mais longo do que passar por B.

Leitura útil: a fórmula é a versão bidimensional do teorema de Pitágoras e usa a mesma unidade das coordenadas.

Casos horizontal e vertical

Se yₐ=yᵦ, o segmento é horizontal e d=|xᵦ−xₐ|. Se xₐ=xᵦ, o segmento é vertical e d=|yᵦ−yₐ|.

O módulo é indispensável: trocar a ordem dos pontos pode tornar a diferença negativa, mas não pode tornar um comprimento negativo. Por exemplo, entre x=7 e x=−2 a distância é |−2−7|=9.

Distância ao quadrado

Como distâncias são não negativas, d₁<d₂ equivale a d₁²<d₂². Assim, é possível comparar comprimentos sem calcular raízes.

Essa estratégia agiliza a identificação de triângulos isósceles e retângulos, a comparação com o raio de uma circunferência e a decisão se um ponto está no interior, sobre ou no exterior dela.

Se os quadrados dos lados, em ordem crescente, são 9, 16 e 25, então 9+16=25: o triângulo é retângulo.

Coordenada desconhecida e simetria

Ao impor d((x,y₀),A)=R e elevar ao quadrado, frequentemente se chega a (x−a)²=K.

  • Se K>0, há duas soluções reais: x=a±√K.
  • Se K=0, há uma solução real: x=a.
  • Se K<0, não há solução real.

As duas raízes representam posições simétricas em relação à reta x=a. Nenhuma deve ser descartada antes de conferir as condições originais.

Lugares geométricos: circunferência e mediatriz

Distância fixa a um centro

Se P=(x,y), C=(a,b) e d(P,C)=R, então:

(x−a)²+(y−b)²=R²

Esse é o conjunto de todos os pontos de uma circunferência de centro C e raio R.

Igualdade de distâncias

Se A=(x₁,y₁) e B=(x₂,y₂), a condição d(P,A)=d(P,B) descreve a mediatriz de AB. Ao elevar ao quadrado, x² e y² aparecem nos dois membros e se cancelam, restando uma equação de reta:

2(x₂−x₁)x+2(y₂−y₁)y=x₂²+y₂²−x₁²−y₁²

Aplicações em triângulos e figuras

Calcule os três lados para obter perímetro, reconhecer igualdade de lados ou aplicar a recíproca de Pitágoras. A distância também verifica se um ponto pertence a uma circunferência e, combinada ao ponto médio, localiza mediatrizes e centros.

  • Dois quadrados de distâncias iguais: lados congruentes.
  • Maior quadrado igual à soma dos outros: triângulo retângulo.
  • d(P,C)²<R², =R² ou >R²: ponto interior, pertencente ou exterior à circunferência.

Pegadinhas frequentes

  • Somar coordenadas em vez de subtrair coordenadas correspondentes.
  • Esquecer a raiz ao pedir distância, ou calculá-la quando apenas d² basta.
  • Retirar o módulo nos casos alinhados.
  • Confundir mediatriz, que é uma reta, com o ponto médio, que é um ponto.
  • Descartar uma solução simétrica de uma equação quadrática.

Questões resolvidas

1. Distância por Pitágoras

A=(−1,2) e B=(5,10).

Δx=6 e Δy=8.

d²=6²+8²=100.

Como d≥0, d=10.

2. Coordenada desconhecida

P=(x,1) está a 5 unidades de A=(2,5).

(x−2)²+(1−5)²=25.

(x−2)²=9.

x−2=±3; logo x=5 ou x=−1.

3. Equação da mediatriz

A=(−2,1) e B=(4,5). Determine os pontos P=(x,y) equidistantes.

(x+2)²+(y−1)²=(x−4)²+(y−5)².

Cancelando x² e y²: 12x+8y−36=0.

A mediatriz é 3x+2y−9=0; ela contém o ponto médio (1,3).

4. Triângulo isósceles

A=(0,0), B=(6,0) e C=(3,4).

AB=6.

AC²=3²+4²=25 e BC²=(−3)²+4²=25.

AC=BC=5: o triângulo é isósceles e seu perímetro é 16.

5. Ponto médio e circunferência

A=(−2,0), B=(6,0) e P=(2,3). Verifique as distâncias.

O ponto médio de AB é M=(2,0).

PA²=4²+3²=25 e PB²=(−4)²+3²=25.

P está na mediatriz de AB e A e B pertencem à circunferência de centro P e raio 5.

Exercícios

Fácil

1. A distância entre (1,2) e (4,6) é:

A) 5B) 7C) 12D) 25
Fácil

2. A igualdade d(A,B)=0 ocorre exatamente quando:

A) A e B estão no mesmo eixoB) A=BC) A e B têm coordenadas opostasD) AB é horizontal
Médio

3. Entre A=(−3,5) e B=(4,5), a distância é:

A) 1B) 5C) 7D) 8
Médio

4. P=(x,2) equidista de A=(0,0) e B=(6,0). Então:

A) x=0B) x=2C) x=6D) x=3
Médio

5. A=(0,0), B=(4,0) e C=(0,3) formam um triângulo:

A) equilátero, de perímetro 12B) retângulo, de perímetro 12C) isósceles, de perímetro 10D) obtusângulo, de perímetro 12
Difícil

6. P=(k,1) está a 5 unidades de A=(2,5). Os valores de k são:

A) 2±5B) −3 e 7C) −1 e 5D) 1 e 3
Difícil

7. A=(−2,0), B=(6,0) e M é o ponto médio de AB. Os pontos P=(2,y) que satisfazem PA=5 são:

A) (2,3) e (2,−3)B) (2,5) e (2,−5)C) (3,2) e (−3,2)D) somente (2,3)
Difícil

8. O ponto P equidista de O=(0,0), A=(6,0) e B=(0,8). Qual circunferência passa pelos três pontos?

A) x²+y²=25B) (x−3)²+(y−4)²=5C) (x−4)²+(y−3)²=25D) (x−3)²+(y−4)²=25

Gabarito comentado:

1-A: Δx=3 e Δy=4; portanto d=√(9+16)=5.

2-B: Pela identidade da métrica, somente pontos coincidentes têm distância zero.

3-C: O segmento é horizontal; d=|4−(−3)|=7.

4-D: A igualdade das distâncias cancela os termos comuns e produz x=3, a mediatriz de AB.

5-B: Os lados medem 4, 3 e 5; como 3²+4²=5², o triângulo é retângulo e o perímetro é 12.

6-C: (k−2)²+16=25, então (k−2)²=9 e k=−1 ou 5.

7-A: M=(2,0) e PA²=4²+y²=25; logo y²=9 e y=±3.

8-D: Das duas mediatrizes obtém-se P=(3,4); o raio é PO=5, logo (x−3)²+(y−4)²=25.

Resumo final

  • d²=(Δx)²+(Δy)² e d é a raiz não negativa.
  • Segmentos alinhados exigem módulo.
  • Comparar distâncias ao quadrado evita raízes desnecessárias.
  • Distância fixa produz circunferência; igualdade de distâncias produz mediatriz.
  • Equações de distância podem ter duas soluções simétricas.