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Circunferência

Arcos, ângulos, cordas e potência de um ponto

Construa cada resultado a partir da configuração geométrica e distinga cuidadosamente medidas angulares, lineares e de área.

Definição formal, círculo e elementos

Lugar geométrico

Dado um ponto O do plano e um número real R>0, a circunferência de centro O e raio R é 𝒞(O,R)={P no plano : |OP|=R}. O símbolo OP representa o segmento; |OP|, seu comprimento.

A circunferência é uma curva fechada. O círculo, ou disco fechado, é a região {P : |OP|≤R}; seu interior satisfaz |OP|<R, e o exterior, |OP|>R. A curva possui comprimento, enquanto a área πR² pertence ao círculo delimitado por ela.

Raio

Segmento do centro a um ponto da circunferência; sua medida é R.

Corda

Segmento com extremidades na circunferência.

Diâmetro

Corda que passa pelo centro. Se d é sua medida, d=2R.

Arco

Parte da circunferência entre dois pontos. As extremidades de um diâmetro determinam semicircunferências.

Secante

Reta com exatamente dois pontos comuns à circunferência.

Tangente

Reta com exatamente um ponto comum, chamado ponto de tangência.

Todo diâmetro é corda, mas nem toda corda é diâmetro. O diâmetro é a maior corda: a distância entre dois pontos da circunferência não supera 2R, pela desigualdade triangular.

Elementos de uma circunferênciaCircunferência de centro O com raio OT, corda AB, secante passando por A e B e tangente em T perpendicular ao raio OT.ABOTcorda ABreta secantereta tangenteraio OT
Figura esquemática, sem escala. A construção declara OT perpendicular à tangente em T; a aparência isolada não prova tangência.

Posições relativas de pontos e retas

Para um ponto P, compare |OP| com R. Para uma reta s, use a distância d do centro à reta, medida pelo segmento perpendicular.

|OP|<R

P é interior.

|OP|=R

P pertence à circunferência.

|OP|>R

P é exterior.

d>R

s é exterior: nenhum ponto comum.

d=R

s é tangente: um ponto comum.

d<R

s é secante: dois pontos comuns.

Três posições de uma reta em relação à circunferênciaTrês painéis com retas a distâncias maior, igual e menor que o raio, representando reta exterior, tangente e secante.d>R: exteriord=R: tangented<R: secanteOOO
Figura esquemática, sem escala. A classificação decorre da distância perpendicular d, não da impressão visual.

Comprimento da circunferência e área do círculo

Comprimento
Lcirc=2πR

π é a razão constante entre o comprimento e o diâmetro. Use unidades lineares.

Área do disco
A=πR²

É a medida da região delimitada. Use unidades quadradas.

R=5 cm: Lcirc=2π·5=10π cm, valor exato.

Com π≈3,14, Lcirc≈31,4 cm. O símbolo ≈ indica aproximação.

R=6 cm: A=π·6²=36π cm².

Não troque 2πR por πR²: uma expressão mede comprimento; a outra, área.

Arcos, comprimento de arco e setor circular

O arco geométrico é parte da curva. Sua medida angular pode ser escrita m(⌢AB)=α°, enquanto ℓ representa seu comprimento. Dois pontos não diametralmente opostos determinam um arco menor e um maior; por isso, “arco AB” pode exigir contexto.

Graus

Se α é o valor numérico da medida em graus, 0≤α≤360, então ℓ=(α/360)·2πR.

Radianos

Se θ está em radianos, ℓ=Rθ. Radiano é adimensional; não insira graus nessa fórmula.

Setor em graus

Asetor=(α/360)·πR².

Setor em radianos

Asetor=R²θ/2.

R=6 cm e α=60°: ℓ=(60/360)·12π=2π cm.

Asetor=(60/360)·36π=6π cm².

Raio e comprimento de arco usam a mesma unidade. Os resultados exatos vêm antes de qualquer aproximação.

Ângulos central, inscrito e tangente-corda

Central

O vértice é O e os lados são semirretas OA e OB. Numericamente, m(∠AOB)=m(⌢AB).

Inscrito

O vértice está na circunferência; seus lados contêm cordas. O arco interceptado não contém o vértice, e m(ângulo)=½·m(arco).

Tangente-corda

O vértice é o ponto de tangência; um lado está na tangente e o outro contém uma corda. Sua medida é metade do arco interceptado.

Objetos distintos

Ângulo e arco não são o mesmo objeto. O teorema compara suas medidas angulares.

Ângulos central, inscrito e tangente-cordaTrês painéis mostram um ângulo central, um ângulo inscrito e um ângulo no ponto de tangência formado por tangente e corda.central: arco α → ângulo αinscrito: arco α → ângulo α/2tangente-corda: α/2OT
Figuras esquemáticas, sem escala. Cada fórmula depende da posição declarada do vértice e do arco interceptado.
Consequências do ângulo inscrito

Ângulos inscritos que interceptam o mesmo arco possuem a mesma medida. Se o arco interceptado é uma semicircunferência de 180°, o ângulo mede 90°: é o Teorema de Tales na circunferência. A conclusão exige que o lado subtendido seja um diâmetro.

Exemplo: se o arco interceptado mede 140°, o ângulo inscrito mede 140°/2=70°.

Ângulos formados no interior e no exterior

Duas cordas AB e CD cruzam-se em P no interior. A medida de ∠APC é metade da soma do arco AC, interceptado pelo ângulo, com o arco BD, interceptado pelo oposto pelo vértice:

m(∠APC)=½·[m(⌢AC)+m(⌢BD)]

Se o vértice P é exterior, em qualquer configuração de duas secantes, secante-tangente ou duas tangentes, a medida é metade da diferença não negativa entre o arco maior e o menor:

m(ângulo externo)=½·[m(arco maior)−m(arco menor)]
Cordas internas

Arcos 80° e 44°: (80+44)/2=62°.

Vértice exterior

Arcos 170° e 70°: (170−70)/2=50°.

Duas tangentes

Se x é o arco menor, o maior mede 360°−x; então ½[(360−x)−x]=180°−x.

Escolha dos arcos

No interior, somam-se os dois arcos opostos específicos; no exterior, subtrai-se o menor do maior.

Ângulos de cordas internas e de secantes externasÀ esquerda, cordas AB e CD cruzam-se em P dentro da circunferência. À direita, duas secantes partem do ponto exterior Q, com pontos próximos E e G e distantes F e H.PABCDQEFGHinterior: metade da somaexterior: metade da diferença
Figura esquemática, sem escala. Os nomes fixam quais arcos entram em cada fórmula.
TipoVérticeFórmula e arcos
CentralCentroMesma medida angular do arco interceptado.
InscritoCircunferênciaMetade do arco que não contém o vértice.
Tangente-cordaPonto de tangênciaMetade do arco interceptado pelo ângulo escolhido.
Cordas internasInteriorMetade da soma do arco do ângulo e do arco do oposto pelo vértice.
Secantes/tangentesExteriorMetade da diferença: arco maior menos arco menor.

Quadrilátero inscritível

Teorema e recíproca

Em todo quadrilátero inscrito, os ângulos opostos são suplementares: A+C=180° e B+D=180°. Reciprocamente, se um quadrilátero convexo possui um par de ângulos opostos suplementares, então é inscritível.

A soma surge porque cada par de ângulos inscritos intercepta, ao todo, arcos cuja soma é 360°; tomar a metade produz 180°. Exemplo: se um ângulo mede 72°, seu oposto mede 108°.

Propriedades e comprimento das cordas

Na mesma circunferência, ou em circunferências congruentes, cordas congruentes determinam arcos menores congruentes e reciprocamente. Elas também estão à mesma distância do centro, e cordas equidistantes são congruentes.

Perpendicular e ponto médio

A perpendicular traçada do centro a uma corda divide-a ao meio. Reciprocamente, a reta que passa pelo centro e pelo ponto médio de uma corda não diametral é perpendicular à corda.

Se uma corda está a distância d do centro de uma circunferência de raio R, com 0≤d≤R, a perpendicular cria dois triângulos retângulos congruentes. A metade da corda mede √(R²−d²), logo:

comprimento da corda=2√(R²−d²)

R=13 cm e d=5 cm: meia corda=√(13²−5²)=√144=12 cm.

A corda completa mede 24 cm.

Tangentes e segmentos tangentes

Teorema

O raio até o ponto de tangência é perpendicular à tangente.

Recíproca

Se T pertence à circunferência e uma reta por T é perpendicular a OT, então ela é tangente em T.

A hipótese T∈𝒞(O,R) é indispensável. Perpendicularidade aparente num desenho não basta.

Tangentes de um mesmo ponto

De P exterior, sejam PA e PB tangentes. Os triângulos OAP e OBP são retângulos, OA=OB por serem raios e OP é comum. Pela congruência hipotenusa-cateto, |PA|=|PB|.

Potência de um ponto

Definição algébrica

Em relação à circunferência de centro O e raio R, Pot(P)=|PO|²−R². Ela é positiva para P exterior, nula sobre a circunferência e negativa para P interior.

Para P exterior, produtos de comprimentos positivos coincidem com Pot(P). Para P interior, o produto das partes das cordas é R²−|PO|², o oposto da potência algébrica. Isso evita misturar comprimentos positivos com segmentos orientados.

ConfiguraçãoRelação com comprimentos positivosLeitura
Cordas internas|PA|·|PB|=|PC|·|PD|P divide as duas cordas em quatro partes.
Duas secantes externas|PA|·|PB|=|PC|·|PD|P–A–B e P–C–D; PA e PC são externas, PB e PD são inteiras.
Tangente e secante|PT|²=|PA|·|PB|P–A–B e PB é a secante inteira.
Duas tangentes|PA|=|PB|É igualdade de comprimentos, não produto de potência.

Por que aparecem produtos?

Cordas internas por semelhança

Se AB e CD cruzam-se em P, ΔPAC∼ΔPDB: os ângulos em P são opostos pelo vértice, e ∠PAC e ∠PDB interceptam o mesmo arco CB. Assim, PA/PD=PC/PB e PA·PB=PC·PD.

Secantes externas por semelhança

Na ordem P–A–B e P–C–D, ΔPAD∼ΔPCB: compartilham o ângulo em P e os outros ângulos vêm do mesmo arco. Logo PA/PC=PD/PB e PA·PB=PC·PD.

Tangente-secante por semelhança

Os triângulos PTA e PBT são semelhantes pelo ângulo comum em P e pelo teorema tangente-corda. Então PT/PB=PA/PT, de onde PT²=PA·PB.

Três configurações de potência de um pontoCordas internas cruzam-se em P; duas secantes partem de P exterior nas ordens P-A-B e P-C-D; uma tangente PT e uma secante P-A-B partem de P exterior, com OT perpendicular a PT.cordas internasduas secantestangente e secanteABCDPPABCDPABTOPA·PB=PC·PDexterna·inteira=externa·inteiraPT²=PA·PB
Figuras esquemáticas, sem escala. As ordens dos pontos e a perpendicularidade em T estão declaradas e verificadas pela construção.
Cordas internas

3·8=4x, então x=6.

Duas secantes

Externa 3 e inteira 12; externa 4 e inteira x: 3·12=4x, x=9.

Tangente-secante

Externa 5 e interna 15 dão inteira 20; PT²=5·20 e PT=10.

Distância ao centro

|PO|=13 e R=5: Pot(P)=169−25=144; a tangente mede √144=12.

Erros frequentes

  • Curva e regiãoCircunferência não é o disco; área pertence ao círculo.
  • ArcoMedida angular em graus não é comprimento linear.
  • Radianosℓ=Rθ exige θ em radianos.
  • Objetos e medidasÂngulo não “é” arco; suas medidas podem coincidir.
  • NotaçãoUse ∠AOB ou AÔB, não ∠AÔB.
  • InscritoUse metade do arco que não contém o vértice.
  • FatorNão esqueça 1/2 nas fórmulas angulares derivadas.
  • InteriorSomam-se dois arcos específicos; não se subtraem.
  • ExteriorSubtrai-se arco menor do maior; não se somam.
  • Secante inteiraEla inclui a parte externa e a interna.
  • TangênciaA aparência não substitui perpendicularidade e T∈𝒞.
  • RecíprocaPerpendicular por ponto fora da circunferência não garante tangência.
  • Potência interiorO produto positivo é o oposto da potência algébrica negativa.
  • ComprimentoRaiz negativa não é medida geométrica.
  • QuadriláteroNem todo quadrilátero é inscritível; use o critério dos opostos.

Questões resolvidas

1. Comprimento e área

Dados: R=5 cm.

Configuração: comprimento da curva e área do disco.

Lcirc=2πR=10π cm; A=πR²=25π cm².

Conclusão: 10π cm e 25π cm² são valores exatos; as unidades são diferentes.

2. Comprimento de arco

Dados: R=6 cm e α=60°.

Hipótese: α está em graus, portanto usa-se a fração α/360.

ℓ=(60/360)·2π·6=2π cm.

Conclusão: o arco mede exatamente 2π cm.

3. Ângulo inscrito

O arco interceptado mede 140°.

Configuração: vértice na circunferência; o arco não contém o vértice.

m(ângulo)=140°/2=70°.

Conclusão: o ângulo inscrito mede 70°.

4. Cordas internas

Os arcos opostos específicos medem 80° e 44°.

Configuração: vértice no interior.

m(ângulo)=(80°+44°)/2=62°.

Conclusão: o ângulo mede 62°.

5. Ângulo externo

Os arcos maior e menor medem 170° e 70°.

Configuração: vértice no exterior.

m(ângulo)=(170°−70°)/2=50°.

Conclusão: o ângulo externo mede 50°.

6. Comprimento de corda

Dados: R=13 cm e d=5 cm.

A perpendicular do centro divide a corda ao meio.

Meia corda=√(13²−5²)=12 cm; corda=24 cm.

Conclusão: a corda mede 24 cm.

7. Cordas que se cruzam

Dados: partes 3 cm e 8 cm; na outra corda, 4 cm e x.

Pelo produto das partes: 3·8=4x.

x=24/4=6 cm.

Conclusão: o quarto segmento mede 6 cm.

8. Duas secantes

Primeira: externa 3 cm e inteira 12 cm. Segunda: externa 4 cm e inteira x.

Ordem: os fatores externos usam os pontos próximos; os outros são as secantes inteiras.

3·12=4x, portanto x=9 cm.

Conclusão: a segunda secante inteira mede 9 cm.

9. Tangente e secante

Parte externa 5 cm e parte interna 15 cm.

A secante inteira mede 5+15=20 cm.

PT²=5·20=100; como PT>0, PT=10 cm.

Conclusão: o segmento tangente mede 10 cm.

10. Quadrilátero e potência

Um quadrilátero inscrito possui ângulo de 72°. Em outro problema, |PO|=13 cm e R=5 cm.

Ângulo oposto=180°−72°=108°.

Pot(P)=13²−5²=144 cm²; uma tangente desde P mede √144=12 cm.

Conclusão: 108°, potência 144 cm² e tangente 12 cm.

Exercícios

Fácil

1. A circunferência 𝒞(O,R) é o conjunto dos pontos P tais que:

A) |OP|≤RB) |OP|=RC) |OP|<RD) |OP|>R
Fácil

2. Se R=5 cm e |OP|=7 cm, P é:

A) interiorB) pertencente à curvaC) exteriorD) centro
Fácil

3. Uma reta está a distância d=R do centro. Ela é:

A) tangenteB) secanteC) exteriorD) diâmetro
Fácil

4. Se R=5 cm, o comprimento exato da circunferência é:

A) 5π cmB) 25π cmC) 10π cm²D) 10π cm
Médio

5. A área do círculo de raio 6 cm é:

A) 12π cm²B) 36π cm²C) 36π cmD) 6π cm²
Médio

6. Se R=6 cm e um arco mede 60°, seu comprimento exato é:

A) π cmB) 6π cmC) 2π cmD) 12π cm
Médio

7. Para R=6 cm e setor de 60°, a área do setor é:

A) 6π cm²B) 2π cm²C) 12π cm²D) 36π cm²
Médio

8. Um ângulo central intercepta arco de 110°. Sua medida é:

A) 55°B) 220°C) 90°D) 110°
Médio

9. Um ângulo inscrito intercepta arco de 140°. Ele mede:

A) 140°B) 70°C) 280°D) 35°
Difícil

10. Duas cordas cruzam-se no interior. O ângulo mede 62° e um dos arcos opostos mede 44°. O outro arco mede:

A) 44°B) 62°C) 80°D) 124°
Difícil

11. Um ângulo exterior mede 50° e o arco menor mede 70°. O arco maior mede:

A) 100°B) 120°C) 150°D) 170°
Difícil

12. Num quadrilátero inscrito, ângulos opostos medem (2x+12)° e 4x°. Determine x.

A) 24B) 28C) 30D) 56
Difícil

13. Uma corda está a 5 cm do centro de uma circunferência de raio 13 cm. Seu comprimento é:

A) 12 cmB) 18 cmC) 24 cmD) 26 cm
Difícil

14. De P partem duas secantes. A primeira tem parte externa 3 cm e comprimento inteiro 12 cm; a segunda tem parte externa 4 cm. Seu comprimento inteiro é:

A) 9 cmB) 12 cmC) 16 cmD) 36 cm
Difícil

15. Um ponto P satisfaz |PO|=13 cm numa circunferência de raio 5 cm. O comprimento de uma tangente traçada de P é:

A) 5 cmB) 8 cmC) 10 cmD) 12 cm

Gabarito comentado:

1-B: pela definição de lugar geométrico, P pertence à circunferência exatamente quando |OP|=R; ≤R descreve o disco.

2-C: 7>5, então |OP|>R e P é exterior.

3-A: d=R implica um único ponto comum; a distância é perpendicular à reta, portanto ela é tangente.

4-D: Lcirc=2πR=10π cm. A unidade é linear; 25π cm² seria a área.

5-B: A=πR²=π·6²=36π cm², unidade quadrada.

6-C: ℓ=(60/360)·2π·6=2π cm, valor exato.

7-A: Asetor=(60/360)·π·6²=6π cm².

8-D: a medida do ângulo central é numericamente igual à medida angular de seu arco: 110°.

9-B: o vértice está na circunferência, então o ângulo inscrito mede metade do arco: 140°/2=70°.

10-C: 62=(44+x)/2; logo 124=44+x e x=80°. No interior, somam-se os dois arcos específicos.

11-D: 50=(M−70)/2; portanto M−70=100 e M=170°. No exterior, usa-se a diferença.

12-B: ângulos opostos de quadrilátero inscrito são suplementares: 2x+12+4x=180, 6x=168 e x=28.

13-C: a perpendicular do centro bissecta a corda: meia corda=√(13²−5²)=12 cm; a corda mede 24 cm.

14-A: externa·inteira é constante: 3·12=4x, então x=9 cm. Não se usa apenas a parte interna.

15-D: Pot(P)=13²−5²=144 cm² e PT²=Pot(P); como comprimento é positivo, PT=12 cm.

Resumo final

Definição

𝒞(O,R)={P:|OP|=R}; o disco satisfaz |OP|≤R.

Elementos

Raio R, diâmetro 2R, cordas, arcos, secantes e tangentes.

Retas

d>R exterior; d=R tangente; d<R secante.

Medidas

Lcirc=2πR e área do círculo A=πR².

Arcos

Medida angular não é comprimento; ℓ=(α/360)2πR ou ℓ=Rθ.

Ângulos

Central: arco; inscrito e tangente-corda: metade; interno: meia soma; externo: meia diferença.

Cordas

A perpendicular do centro bissecta a corda; comprimento=2√(R²−d²).

Tangência

OT é perpendicular à tangente em T; tangentes do mesmo ponto são congruentes.

Potência

Pot(P)=|PO|²−R²; produtos usam partes e secantes inteiras conforme a configuração.

Hipóteses

Teoremas dependem da posição do vértice, dos arcos corretos e da ordem declarada dos pontos.