1Plano cartesiano e estudo do ponto
Coordenadas de um ponto
P nomeia o ponto. x é a abscissa, lida no eixo horizontal; y é a ordenada, lida no vertical. ℝ é o conjunto dos reais e ∈ significa pertence. O par é ordenado: a primeira coordenada e a segunda têm funções diferentes. Com decimais, podemos separar as coordenadas por ponto e vírgula.
Origem e pertencimento aos eixos
Ox é o eixo horizontal e Oy, o vertical; O é a origem. ∈ significa pertence e ⇔ significa se, e somente se. A origem pertence aos dois eixos. Pontos sobre os eixos não pertencem a nenhum quadrante.
Sinais nos quatro quadrantes
Os quadrantes são numerados a partir da região superior direita, no sentido anti-horário. + significa estritamente positivo e −, estritamente negativo. Coordenada zero coloca o ponto em um eixo, e não no interior de um quadrante.
Igualdade de pontos no mesmo referencial
As letras são coordenadas reais no mesmo sistema. Compare primeira com primeira e segunda com segunda. As duas igualdades precisam valer ao mesmo tempo; trocar as coordenadas não preserva um ponto em geral.
Projeções perpendiculares sobre os eixos
Pₓ e Pᵧ nomeiam os pés das perpendiculares aos eixos, não são os valores numéricos x e y. Na projeção sobre Ox, conserve x e zere y; sobre Oy, conserve y e zere x. Os eixos são perpendiculares.
Distâncias de um ponto aos eixos
P=(x,y) em um sistema cartesiano ortogonal com a mesma unidade de comprimento nos dois eixos. | | é o módulo: o valor não negativo da medida. A distância ao eixo horizontal usa a coordenada vertical; a distância ao vertical usa a horizontal.
Variações das coordenadas de A para B
Δ, lido delta, indica variação: valor final menos inicial. Os índices A e B identificam os pontos, não potências. As variações têm sinal e podem ser zero. Ao inverter o percurso, ambas trocam de sinal, mas a distância entre os pontos não muda.
Distância em um segmento horizontal
A e B têm a mesma ordenada, no mesmo referencial. O módulo impede uma medida negativa e dá zero se os pontos coincidirem. Sem a hipótese de mesma ordenada, a expressão mede somente a separação horizontal.
Distância em um segmento vertical
A e B têm a mesma abscissa. Se ambas as coordenadas coincidem, a distância é zero. Sem a hipótese de mesma abscissa, a expressão mede somente a separação vertical.
Distância euclidiana entre dois pontos
A e B são pontos reais em eixos perpendiculares com a mesma unidade de comprimento. A raiz é a principal, não negativa. O radicando é sempre não negativo; a distância é zero exatamente quando A=B. A fórmula vem de Pitágoras e também vale nos casos horizontal e vertical.
Distância até a origem
O=(0,0) e P=(x,y), no mesmo sistema ortogonal e com unidades compatíveis. O resultado é não negativo. Apenas uma coordenada, ou a soma de seus módulos, não fornece em geral essa distância em linha reta.
Comparar distâncias pelos quadrados
As distâncias são reais e não negativas, por isso elevar ao quadrado conserva a equivalência. Uma equação geral com expressões de qualquer sinal exige outras verificações. Equidistante significa estar à mesma distância dos pontos indicados, sem garantir que P seja o ponto médio.
Reflexões nos eixos e na origem
A reflexão em Ox preserva a coordenada horizontal e troca o sinal da vertical; em Oy ocorre o contrário. A simetria central de centro O troca os dois sinais. Um ponto sobre o eixo de reflexão fica fixo; na simetria central, somente O fica fixo.
Coordenadas do ponto médio
M pertence ao segmento AB e satisfaz AM=MB. Calcule separadamente a média das abscissas e a média das ordenadas. Para A=B, a expressão ainda dá o próprio ponto. Ser equidistante dos extremos sem pertencer ao segmento não caracteriza o ponto médio.
Recuperar um extremo pelo ponto médio
A e M são conhecidos e M é o ponto médio de AB. As igualdades resultam de multiplicar cada média por dois e subtrair a coordenada de A. Não multiplique apenas uma parcela do numerador por dois.
Percorrer o segmento de A para B
t é um parâmetro real que representa a fração do percurso: t=0 dá A e t=1 dá B. Para A≠B, 0<t<1 dá pontos internos; t fora de [0,1] dá pontos da reta fora do segmento. O mesmo t deve funcionar nas duas coordenadas. Se A=B, a expressão é sempre A.
Divisão interna de um segmento em uma razão
A≠B, P é interno ao segmento e AP,PB indicam comprimentos positivos. r é AP dividido por PB, nessa ordem; não é a fração do percurso inteiro. t=AP/AB. O denominador 1+r é positivo; r=1 fornece o ponto médio.
Divisão externa com razão de comprimentos
A≠B e P está na reta AB, fora do segmento. Para r>1, t>1 e P fica além de B; para 0<r<1, t<0 e P fica além de A. A razão usa comprimentos sem sinal. Não existe ponto externo finito com AP=PB para extremos distintos. Esta fórmula não substitui a da divisão interna.
Baricentro de um triângulo
A,B,C são vértices não colineares de um triângulo. G é o encontro das três medianas e divide cada uma na razão 2:1 a partir do vértice. Mediana liga um vértice ao ponto médio do lado oposto. A média de três pontos colineares existe, mas não é chamada aqui baricentro de um triângulo não degenerado.
Converter a distância da malha para o contexto
s>0 é o comprimento real de uma unidade coordenada, na mesma unidade em ambos os eixos. Um desenho ampliado na tela não altera as coordenadas. Eixos com grandezas distintas, como tempo e preço, não representam automaticamente distâncias físicas por Pitágoras.
Trajeto por direções paralelas aos eixos
L é o menor comprimento de um percurso de A a B que usa somente trechos horizontais e verticais sem desvios ou impedimentos, na mesma unidade dos eixos. Não é em geral a distância euclidiana em linha reta; com obstáculos ou voltas, o trajeto pode ser maior.
2Reta
Equação de uma reta horizontal
k é real fixo; x percorre todos os reais. A ordenada é constante e o coeficiente angular é zero. Para k=0, a reta é o próprio eixo Ox. Não confunda y=k com x=k.
Equação de uma reta vertical
h é real fixo; y percorre todos os reais. A abscissa é constante e não existe coeficiente angular real: a divisão Δy/Δx teria denominador zero para dois pontos distintos. Para h=0, a reta é Oy.
Coeficiente angular por dois pontos
A e B são pontos distintos de uma mesma reta não vertical, em ordem correspondente nas duas diferenças. m é a variação vertical por unidade de variação horizontal. Inverter a ordem nos dois lugares mantém m; inverter somente em um troca seu sinal.
Variações em uma reta não vertical
Δ, lido delta, indica final menos inicial. A relação vale entre pontos de uma reta não vertical de coeficiente angular m. m não depende do par de pontos distintos escolhido nessa reta; isso expressa uma taxa constante.
Sentido da reta quando x aumenta
A reta é não vertical e comparamos pontos com x crescente. O sinal de m, e não o sinal de uma coordenada isolada, determina o comportamento. Uma reta vertical não é classificada por m=0.
Inclinação e tangente
θ, lido teta, é a inclinação, medida no sentido anti-horário a partir do sentido positivo de Ox, com 0°≤θ<180°. O sistema é ortogonal e a medida geométrica do ângulo usa a mesma escala nos dois eixos. Horizontal tem θ=0°; vertical tem θ=90° e tangente indefinida. Para 90°<θ<180°, m é negativo.
Reta por um ponto e um coeficiente angular
P₀=(x₀,y₀) é um ponto conhecido e m é real. A fórmula representa a única reta não vertical com esses dados e inclui P₀, onde ambos os lados são zero. Não divida por x−x₀ e elimine esse ponto. Para reta vertical por P₀, use x=x₀.
Forma reduzida da reta
m e n são reais fixos. m é o coeficiente angular; n é o coeficiente linear, a ordenada do ponto (0,n) de interseção com Oy. Não é, em geral, a abscissa onde a reta cruza Ox. Toda reta não vertical admite essa forma, incluindo a horizontal m=0.
Determinar o coeficiente linear
m é conhecido e P₀=(x₀,y₀) pertence à reta não vertical. Substitua em y₀=mx₀+n e subtraia mx₀. As coordenadas de outro ponto conhecido precisam satisfazer a mesma equação.
Forma geral e sua condição
a,b,c são reais fixos, com a e b não simultaneamente nulos. x,y são as coordenadas variáveis. A condição impede confundir uma reta com o plano inteiro ou o conjunto vazio. Multiplicar os três coeficientes por um mesmo real não nulo representa a mesma reta.
Da forma geral à reduzida
Isole by e divida a igualdade inteira por b≠0. Se b=0, a condição da forma geral exige a≠0 e a reta é vertical, x=−c/a; não tente usar as duas frações acima.
Quando os coeficientes de x e y são zero
A igualdade ax+by+c=0 vira c=0. Se c=0, qualquer par real serve, formando o plano inteiro ℝ². Se c≠0, nenhum serve e o conjunto é vazio, ∅. Nenhuma dessas situações representa uma reta.
Forma geral por dois pontos distintos
A=(x_A,y_A) e B=(x_B,y_B) são distintos. A expressão vem de igualar os produtos cruzados dos deslocamentos, sem dividir por diferenças de coordenadas. Por isso cobre retas verticais e horizontais. Se A=B, todos os coeficientes ficam nulos e não há reta única determinada.
Condição de alinhamento com uma base distinta
A≠B é a base que determina a reta; C está nessa reta exatamente quando a igualdade vale. Não há divisão, então ela inclui casos verticais e horizontais. Para uma lista com pontos repetidos, escolha primeiro uma base distinta; todos coincidentes não determinam uma reta única.
Coeficientes de duas equações da mesma reta
As duas equações são de retas válidas. Multiplicar todos os coeficientes pelo mesmo real não nulo conserva todos os pontos e permite desfazer a operação. Para retas iguais, os trios são proporcionais. Multiplicar por uma expressão em x ou y, ou por zero, não é a mesma operação.
Interseções com os eixos quando são únicas
Em ax+by+c=0, a fórmula de X exige a≠0 e a de Y exige b≠0. Elas vêm de substituir y=0 ou x=0. Se um denominador é zero, examine a equação: a reta pode não encontrar esse eixo ou coincidir com ele. Os interceptos são coordenadas com sinal, não comprimentos obrigatoriamente positivos.
Forma segmentária
A reta encontra Ox em (p,0) e Oy em (0,q), com interceptos reais não nulos. Para uma forma geral, isso exige a,b,c não nulos. Retas que passam pela origem, verticais e horizontais não admitem essa escrita com p e q reais não nulos. p ou q podem ser negativos.
Equações paramétricas da reta
P₀=(x₀,y₀) pertence à reta, e o par de direção (u,v) não é (0,0). O mesmo t real é usado nas duas coordenadas. t não é automaticamente tempo nem distância. Se u=v=0, a imagem é apenas P₀, não uma reta.
Direção e coeficiente angular
Na parametrização com direção não nula (u,v), u é a variação horizontal por unidade de t e v, a vertical. Se u=0, a reta é vertical; se v=0 e u≠0, é horizontal. Multiplicar u e v por um mesmo real não nulo conserva a reta, com outra numeração do parâmetro.
Reta, segmento e semirreta pelo domínio
Use P=P₀+t(u,v), com direção não nula. O segmento é de P₀ a P₀+(u,v); a semirreta parte de P₀ no sentido (u,v). Alterar o domínio altera o conjunto de pontos, mesmo que as expressões de x e y sejam iguais.
Equação sem dividir pelas componentes da direção
P₀ é conhecido e (u,v)≠(0,0). A equação descreve a reta da parametrização com t real irrestrito, inclusive se u=0 ou v=0. Se t estiver restrito, conserve também as restrições necessárias para representar apenas o trecho original.
Forma simétrica com dois denominadores não nulos
u≠0 e v≠0. As duas frações são o mesmo parâmetro t na reta completa. Se uma componente for zero, use as equações paramétricas ou a forma horizontal/vertical; não escreva divisão por zero.
Pertencer à interseção de duas retas
Cada equação deve representar uma reta válida. Um ponto comum satisfaz as duas simultaneamente. O sistema pode ter um ponto, nenhum ou infinitos. Não combine x de uma solução com y de outra; substitua o par final em ambas.
3Posições relativas e distâncias
Posições de duas retas não verticais
As equações são y=m₁x+n₁ e y=m₂x+n₂, com coeficientes reais. Retas concorrentes têm um único ponto comum; coincidentes têm todos; paralelas distintas não têm ponto comum no plano. As verticais precisam ser tratadas por x=h ou pela forma geral.
Teste de concorrência na forma geral
r:a₁x+b₁y+c₁=0 e s:a₂x+b₂y+c₂=0 são retas válidas: cada par (aᵢ,bᵢ) é não nulo. D≠0 significa um único ponto comum. D=0 exige distinguir paralelismo e coincidência; não significa automaticamente retas distintas.
Coordenadas da interseção quando D não é zero
D=a₁b₂−a₂b₁≠0. Os cᵢ são os termos da forma com tudo à esquerda, ax+by+c=0. As fórmulas vêm da eliminação no sistema; substituir o par final nas duas equações evita erros de sinal.
Distinguir coincidência sem dividir por coeficientes
Para duas retas válidas, as três igualdades simultâneas equivalem a trios de coeficientes proporcionais por um fator não nulo: as retas coincidem. Se a primeira vale e alguma das outras falha, são paralelas distintas. O teste evita razões com denominador zero.
Paralela por um ponto, admitindo coincidência
r:ax+by+c=0 é válida e P=(x₀,y₀) é conhecido. A equação conserva a direção de r e passa por P. É paralela distinta quando P não pertence a r; coincide com r quando P pertence. Se o enunciado exige reta distinta, verifique essa condição.
Perpendicularidade por coeficientes angulares
Ambas as retas precisam ser não verticais. Nesse caso são perpendiculares exatamente quando o produto vale −1. Para obter m₂=−1/m₁ é preciso ainda m₁≠0. Uma horizontal tem como perpendicular uma vertical, caso que essa escrita não cobre.
Perpendicularidade na forma geral
As duas equações gerais representam retas válidas, em eixos ortogonais com a mesma unidade de comprimento. O teste inclui horizontal com vertical e não exige divisão por coeficientes. Retas perpendiculares formam ângulo reto e são concorrentes no plano.
Perpendicular por um ponto na forma geral
r:ax+by+c=0 é válida e P=(x₀,y₀) é conhecido. A nova reta passa por P e é perpendicular a r, inclusive nos casos a=0 ou b=0. Os coeficientes (b,−a) são não nulos como par.
Pares de direção e normal de uma reta
Para ax+by+c=0, com (a,b)≠(0,0), um deslocamento (b,−a) conserva ax+by; o par normal (a,b) é perpendicular à direção. Normal significa perpendicular. Esses pares são deslocamentos, não pontos obrigatórios da reta.
Menor ângulo por coeficientes angulares
As duas retas são não verticais e 1+m₁m₂≠0. φ é o menor ângulo, 0°≤φ≤90°; o módulo escolhe a tangente não negativa. Se 1+m₁m₂=0, φ=90° e não se calcula essa divisão. Para direções paralelas, φ=0°.
Menor ângulo na forma geral
As duas retas são válidas; eixos ortogonais, mesma unidade de comprimento; 0°≤φ≤90°. A expressão inclui verticais, paralelas e perpendiculares. O módulo fornece o menor ângulo entre as direções, não um ângulo orientado nem necessariamente o ângulo interno indicado em um polígono.
Tangente do menor ângulo sem formas reduzidas
As retas são válidas e a₁a₂+b₁b₂≠0. Se esse denominador for zero, o ângulo é 90°. O numerador zero indica direções paralelas e φ=0°. A fórmula inclui retas verticais, desde que o denominador indicado não zere.
Por que o pé da perpendicular é o ponto mais próximo
H pertence à reta r e PH é perpendicular a r; Q é qualquer ponto de r. A igualdade ocorre apenas para Q=H. Se P já pertence a r, H=P e a distância é zero. O argumento é euclidiano e usa Pitágoras.
Projeção ortogonal de ponto sobre reta
P=(x₀,y₀), r:ax+by+c=0, (a,b)≠(0,0), portanto N>0. K é o resultado da substituição do ponto na expressão da reta, com sinal. H pertence a r e é o pé da perpendicular; quando K=0, H=P.
Distância de ponto a reta
P=(x₀,y₀) e r:ax+by+c=0 é válida; eixos ortogonais e mesma unidade de comprimento. d≥0 e vale zero exatamente quando P pertence a r. O módulo é indispensável; multiplicar a equação inteira por qualquer real não nulo não altera a distância.
Distâncias a retas horizontal e vertical
P=(x₀,y₀), h e k reais fixos, em eixos ortogonais de mesma unidade. Para Ox, k=0; para Oy, h=0. O comprimento considera apenas a coordenada que varia no trajeto perpendicular.
Reflexão de um ponto em uma reta
H é a projeção ortogonal de P na reta. A reflexão deixa H como ponto médio de PP′, com o segmento perpendicular ao eixo de reflexão. Se P pertence ao eixo, P′=P. Refletir não é apenas trocar sinais das coordenadas em uma reta qualquer.
Distância entre paralelas com coeficientes igualados
As equações precisam estar escritas ax+by+c₁=0 e ax+by+c₂=0, com exatamente os mesmos a,b e (a,b)≠(0,0). Normalize primeiro, inclusive os sinais. Se c₁=c₂, as retas coincidem e d=0; concorrentes também têm distância mínima zero, mas não se usa esta fórmula nelas.
Pontos a uma distância fixa de uma reta
r é válida e d≥0 é a distância desejada, na mesma unidade das coordenadas. Para d>0, as duas escolhas do sinal dão duas paralelas distintas, uma de cada lado. Para d=0, ambas dão a própria reta. Não admita d negativo como comprimento.
Igualar distâncias a duas retas
As duas retas são válidas e usamos distância perpendicular, não apenas o valor absoluto do numerador. Para concorrentes, o lugar geométrico é a união das duas bissetrizes; para paralelas distintas, é a paralela média; para coincidentes, qualquer ponto do plano é equidistante.
Duas bissetrizes de retas concorrentes
As retas são concorrentes. Cada escolha do sinal fornece uma bissetriz, e as duas são perpendiculares. É necessário especificar qual ângulo ou região para escolher uma só; o sinal mais não significa universalmente bissetriz interna. Alterar o sinal de uma equação apenas troca os nomes das duas escolhas.
Mediatriz de dois pontos distintos
A≠B e M=((x_A+x_B)/2,(y_A+y_B)/2) é o ponto médio de AB. A mediatriz é perpendicular ao segmento em M e reúne exatamente os pontos equidistantes de A e B. Se A=B, qualquer ponto é equidistante e não há mediatriz única.
Área por base e distância à reta suporte
A≠B e r_AB é a reta inteira por A e B. A altura é a distância perpendicular do terceiro ponto à reta suporte, mesmo se a projeção cair fora do segmento AB. A área é não negativa; para C na reta, S=0 e a figura é degenerada.
Área do triângulo pelas coordenadas
Coordenadas no mesmo sistema ortogonal, com a mesma unidade de comprimento. Na escrita empilhada, (u,v)=B−A e (p,q)=C−A são os dois pares de deslocamentos. A expressão vem de base vezes altura e inclui área zero para pontos colineares. Inverter dois vértices troca o sinal do interior do módulo, conservando a área. A unidade da área é a unidade de comprimento ao quadrado.
Parâmetro da projeção sobre a reta AB
A≠B, (u,v)=B−A, P=(pₓ,pᵧ). O asterisco identifica o parâmetro que produz a projeção na reta A+t(u,v); não é multiplicação. A projeção pertence ao segmento exatamente quando esse parâmetro está entre zero e um, inclusive.
Ponto mais próximo de um segmento
A≠B e t com asterisco é o parâmetro da projeção na reta suporte. A distância ao segmento é o comprimento até o ponto selecionado. Quando A=B, o segmento é um único ponto e a distância é PA, sem usar o denominador u²+v². Não substitua automaticamente a distância ao segmento pela distância à reta.
4Circunferência
Circunferência como lugar geométrico
C é o centro fixo, P um ponto variável e r o raio real positivo. Circunferência é o contorno, não toda a região interna. O sistema de coordenadas é ortogonal e usa a mesma unidade de comprimento nos dois eixos.
Equação reduzida da circunferência
Centro C=(a,b), raio r>0, x,y reais. A equação vem de CP²=r², equivalência válida porque CP e r são não negativos. O sinal dentro de cada parêntese é o oposto da respectiva coordenada do centro. O lado direito é r², não r.
Centro na origem
É o caso a=b=0. Interseções com os eixos são (±r,0) e (0,±r). O raio não é o valor de x ou de y em todos os pontos: ele é a distância ao centro.
Interior, contorno e exterior por distância ao quadrado
r>0. Na apresentação empilhada, d é a distância do ponto ao centro. O círculo fechado reúne interior e contorno, usando ≤; o disco aberto usa < e exclui o contorno. A classificação compara distâncias ao quadrado, sem precisar extrair raízes.
Centro e raio pelos extremos de um diâmetro
A e B são extremos distintos de um diâmetro, não apenas de uma corda qualquer. O centro é o ponto médio e o raio é metade do comprimento AB. Se A=B, não se determina uma circunferência de raio positivo por esse diâmetro.
Duas semicircunferências e seu domínio
r>0 e a raiz é a principal, não negativa. A escolha mais descreve a metade superior; a menos, a inferior. Nos extremos do intervalo as duas se encontram. A circunferência completa não associa um único y a cada x interior; cada semicircunferência, separadamente, o faz.
Forma geral normalizada
D,E,F são coeficientes reais fixos. Os coeficientes de x² e y² estão igualados a um e não há termo xy. Essa forma pode representar circunferência, ponto ou conjunto vazio: complete quadrados ou teste o valor de ρ antes de afirmar que existe raio positivo.
Completar um quadrado
D é real. Metade do coeficiente linear é D/2; seu quadrado é somado e subtraído, conservando a expressão. A mesma identidade vale para y²+Ey. Não acrescente o quadrado em apenas um lado da igualdade.
Centro candidato e raio ao quadrado
A equação está normalizada como x²+y²+Dx+Ey+F=0. ρ, lido rô, é o lado direito após completar quadrados. Só se ρ>0 há circunferência própria, com raio r=√ρ; ρ não é o próprio raio.
Existência real após completar quadrados
A equação é (x−a)²+(y−b)²=ρ, com a,b,ρ reais. Soma de quadrados reais é não negativa. Para ρ=0, ambos os quadrados são zero e resta (a,b); para ρ<0, não existe ponto real. Um ponto é um caso degenerado, não uma circunferência de raio positivo.
Normalização de coeficientes iguais não nulos
A≠0, coeficientes reais, sem termo xy. Divida toda a equação por A antes de usar as fórmulas do centro e de ρ. A pode ser negativo. Se A=0, examine a equação restante como linear ou constante; não divida por zero.
Determinar a circunferência por três pontos
Os três pontos dados são distintos e não colineares: nessas condições existe uma única circunferência por eles. Substitua cada par e resolva o sistema linear em D,E,F; depois complete quadrados. Três pontos distintos colineares não pertencem a uma circunferência; dados repetidos não fornecem três condições independentes.
Posição de uma reta em relação à circunferência
r>0 e δ=d(C,ℓ)≥0 é a distância perpendicular do centro à reta válida ℓ. A classificação é do contorno. Na tangência, o único ponto é a projeção do centro sobre a reta.
Distância do centro à reta
C=(a,b) e ℓ:ux+vy+w=0, com (u,v)≠(0,0). Compare δ com o raio r, e não com r². O módulo envolve a substituição inteira. A fórmula inclui retas horizontais e verticais.
Substituir uma reta não vertical
A circunferência tem centro (a,b), raio r>0 e a reta é y=mx+n. O índice q identifica os coeficientes da equação quadrática; C com índice q não é o centro. O coeficiente de x² é positivo, portanto a equação continua sendo de segundo grau. Para uma reta vertical, substitua x diretamente em vez de inventar um m real.
Discriminante e número de interseções com uma reta
Nas condições da substituição y=mx+n, Δ>0 dá duas interseções, Δ=0 uma e Δ<0 nenhuma real. Cada raiz x deve ser recolocada na mesma reta para obter seu y. O símbolo Δ, lido delta, é aqui o discriminante, não o determinante de posições relativas.
Tangente em um ponto da circunferência
T=(tₓ,tᵧ) precisa pertencer à circunferência de centro (a,b) e raio r>0. A normal da tangente é o raio CT, não nulo. A construção inclui a tangente vertical. Não substitua um ponto externo nesta fórmula como se fosse ponto de tangência.
Forma equivalente da tangente
T pertence à circunferência própria. Substituir x−tₓ=(x−a)−(tₓ−a), e analogamente em y, usa (tₓ−a)²+(tᵧ−b)²=r². Para centro na origem, a forma é tₓx+tᵧy=r².
Tangência por distância ao centro
Centro C=(a,b), raio r>0 e reta ux+vy+w=0 válida. Ao procurar parâmetros, conserve ambos os sinais do módulo. Se u e v também dependem de um parâmetro, confira antes se a equação continua sendo uma reta.
Quantidade de tangentes por um ponto
Circunferência de raio r>0 e ponto P no mesmo plano. As tangentes são retas distintas. Uma busca apenas por y=mx+n pode omitir uma solução vertical; teste essa possibilidade separadamente.
Potência de um ponto e sinal
P=(pₓ,pᵧ), C=(a,b), r>0. p minúsculo é um número com sinal, chamado potência de P: negativo no interior, zero no contorno e positivo no exterior. Tem unidade de comprimento ao quadrado; não é por si só o comprimento de uma tangente.
Comprimento do segmento tangente
P é externo, T é ponto de tangência e r>0. O triângulo CTP é retângulo em T e a raiz é não negativa. No caso limite P na circunferência, o segmento tem comprimento zero, mas ainda existe uma reta tangente. Para P interno, não há tangente real e não se usa raiz de número negativo.
Comprimento de uma corda pela distância ao centro
r>0 e δ é a distância do centro à reta suporte da corda. Para dois extremos distintos, 0≤δ<r. A perpendicular do centro encontra o ponto médio da corda. Para δ=0, L=2r é um diâmetro; δ=r é o caso limite de um único ponto e comprimento zero.
Posições de duas circunferências próprias
R,r>0 e d é a distância entre os centros. Se d=0 e R=r, são coincidentes e têm infinitos pontos comuns; esse caso fica fora das cinco linhas. Se d=0 e R≠r, são concêntricas distintas, incluídas no último caso. O número de pontos comuns se refere aos contornos, não à sobreposição dos discos.
Subtrair duas equações normalizadas
As equações são x²+y²+Dᵢx+Eᵢy+Fᵢ=0. Para centros diferentes, a diferença é a reta dos pontos de igual potência, chamada eixo radical. Todo ponto comum pertence a ela, mas é preciso resolver também uma equação original. Se as circunferências não se encontram, o eixo ainda pode existir. Centros iguais exigem tratar coincidência ou contradição, pois a diferença não será uma reta válida.
Parametrização angular da circunferência
Centro (a,b), r>0, t é um ângulo em radianos, e π é a constante pi. O intervalo percorre a circunferência uma vez sem repetir o ponto inicial. Com t real irrestrito, os pontos se repetem a cada 2π. t não é tempo nem comprimento de arco sem uma relação adicional.
Distância mínima até o contorno
r>0, P em qualquer posição e todos os pontos do contorno permitidos. Se P está no centro, todos os pontos do contorno ficam à distância r. No interior estrito, a distância ao contorno é positiva; na borda é zero. A distância à região fechada é zero em todo o disco.
Distância mínima até a região fechada
O disco inclui interior e borda e tem raio r>0. Um ponto dentro da região já pertence ao conjunto permitido; por isso a distância até ele é zero. A fórmula não é a distância até apenas a linha da circunferência.
5Parábola
Equidistância ao foco e à diretriz
F é um ponto fixo, chamado foco, e ℓ é uma reta fixa, a diretriz, com F fora de ℓ. P varia no plano. A distância até a reta é perpendicular. Eixos ortogonais usam a mesma unidade de comprimento. A condição define uma parábola própria.
Parâmetro com sinal e distâncias geométricas
Nesta aula, p≠0 é o deslocamento do vértice V ao foco na coordenada do eixo, com sinal. A distância é |p|, sempre positiva. p>0 indica abertura no sentido positivo do eixo, e p<0 no negativo. Outra convenção pode chamar de parâmetro a distância foco-diretriz: nessa convenção a medida seria 2|p|.
Parábola de eixo vertical e vértice na origem
V=(0,0), foco F=(0,p), diretriz y=−p e eixo x=0. Para p>0 abre para cima; para p<0, para baixo. O coeficiente que multiplica y é 4p, não o próprio p.
Parábola de eixo horizontal e vértice na origem
V=(0,0), foco F=(p,0), diretriz x=−p e eixo y=0. Para p>0 abre à direita; para p<0, à esquerda. A coordenada elevada ao quadrado varia perpendicularmente ao eixo.
Forma reduzida com eixo vertical
h,k são reais e p≠0. O vértice V é o ponto médio entre F e sua projeção na diretriz. A simetria troca x por 2h−x, conservando y. p>0 abre para cima; p<0 para baixo.
Forma reduzida com eixo horizontal
h,k são reais e p≠0. A simetria troca y por 2k−y, conservando x. p>0 abre à direita; p<0 à esquerda. Não inverta as coordenadas de foco e vértice ao comparar com o caso vertical.
O caso excluído p igual a zero
Se colocarmos p=0 nas formas reduzidas, resta uma reta inteira, não uma parábola própria. Geometricamente, foco sobre a diretriz também faz a condição de equidistância produzir a perpendicular à diretriz pelo foco. Por isso F fora de ℓ e p≠0 são condições essenciais.
Reconstruir a partir de foco e diretriz horizontal
f,g,d são reais e g≠d. A diretriz horizontal produz eixo vertical; o vértice tem a mesma abscissa do foco. A diferença com sinal determina o lado da abertura. Depois use (x−h)²=4p(y−k).
Reconstruir a partir de foco e diretriz vertical
f,g,d são reais e f≠d. A diretriz vertical produz eixo horizontal. Depois use (y−k)²=4p(x−h). A distância foco-diretriz é o dobro da distância vértice-foco.
Parâmetro por vértice e outro ponto, no caso vertical
V=(h,k), o eixo foi declarado vertical e Q=(u,v) é um ponto dado fora do eixo, com u≠h e v≠k. A fórmula vem da substituição na equação e fornece p≠0. Se Q=V, o dado não determina p; se apenas uma das diferenças for zero, os dados são incompatíveis com uma parábola própria de eixo vertical.
Corda focal perpendicular ao eixo vertical
p≠0. A corda passa pelo foco e é perpendicular ao eixo; também é chamada lado reto ou latus rectum. Seu ponto médio é F. O módulo conserva o comprimento positivo quando p<0.
Corda focal perpendicular ao eixo horizontal
p≠0, para (y−k)²=4p(x−h). A corda é vertical, passa pelo foco e tem ponto médio F. Os sinais ±2p fornecem o mesmo par de extremos, mas o comprimento usa 4|p|.
Forma de função para eixo vertical
p≠0 e x pode ser qualquer real. Para p>0, a imagem é y≥k; para p<0, é y≤k. Imagem é o conjunto de ordenadas produzidas. O vértice é mínimo ou máximo, respectivamente.
Duas expressões de y para eixo horizontal
p≠0. Para p>0, x≥h; para p<0, x≤h. Nos x além do vértice no lado permitido, aparecem duas ordenadas. A curva completa não é uma única função y de x; pode ser escrita como x=h+(y−k)²/(4p), com y real irrestrito.
Função quadrática e elementos geométricos
a,b,c são reais fixos; h,k são as coordenadas do vértice. Complete quadrados para obter y=a(x−h)²+k e compare com 1/(4p). O coeficiente a não é o parâmetro focal p. Se a=0, a relação é linear ou constante, não uma parábola própria.
Equação geral sem termo misto, com eixo vertical
A e C precisam ser não nulos. Complete o quadrado em x e isole y; a forma reduzida é (x−h)²=4p(y−k). Se C=0, pode haver duas retas paralelas, uma reta ou conjunto vazio; se A=0, examine a relação linear ou constante. Letras maiúsculas são coeficientes, não pontos.
Equação geral sem termo misto, com eixo horizontal
A≠0 e C≠0. Complete o quadrado em y e isole x. As formas desta aula tratam de eixos paralelos aos eixos coordenados; a presença de xy exige outro tratamento e não autoriza descartar a possibilidade de uma parábola rotacionada.
Excentricidade da parábola
P pertence à parábola própria. A distância à diretriz é positiva: se fosse zero, P teria de ser o foco e estar na diretriz, o que foi excluído. e é a razão das duas distâncias, chamada excentricidade; aqui vale um em qualquer ponto da curva.
Substituição de reta não paralela ao eixo vertical
p≠0 e a reta é y=mx+n. A equação quadrática tem coeficiente de x² igual a um: discriminante positivo dá duas interseções, zero dá tangência e negativo nenhuma interseção real. A reta vertical x=q, paralela ao eixo, fica fora desse teste: tem um ponto comum e não é tangente.
Tangente em um ponto, para eixo vertical
T=(tₓ,tᵧ) pertence a (x−h)²=4p(y−k), com p≠0. O coeficiente angular da tangente é (tₓ−h)/(2p). No vértice, ela é horizontal y=k; não há tangente vertical a uma parábola de eixo vertical.
Tangente em um ponto, para eixo horizontal
T pertence a (y−k)²=4p(x−h), p≠0. No vértice a tangente é vertical x=h; os outros pontos têm tangentes não verticais. A fórmula não divide por tᵧ−k e conserva o caso do vértice.
Tangente com coeficiente angular dado, no caso vertical
p≠0, m real e parábola (x−h)²=4p(y−k). O contato tem tₓ=h+2pm e tᵧ=k+pm². A fórmula vem de discriminante zero ou da tangente no ponto. Uma reta paralela ao eixo, x=q, não é uma solução perdida desta família.
Normal à parábola de eixo vertical
p≠0 e T pertence à curva. Normal é a reta por T perpendicular à tangente, não necessariamente a reta que liga T ao foco. No vértice, a normal coincide com o eixo x=h.
Normal à parábola de eixo horizontal
p≠0 e T pertence à curva. No vértice, a normal é horizontal y=k. Os coeficientes de x e y das retas tangente e normal satisfazem o teste de perpendicularidade da aula de posições relativas.
Parametrização polinomial, eixo vertical
p≠0. O mesmo parâmetro real t gera as duas coordenadas e percorre a curva inteira, sem repetição. Sua inversa é t=(x−h)/(2p). t não é automaticamente ângulo nem tempo.
Parametrização polinomial, eixo horizontal
p≠0. A inversa é t=(y−k)/(2p), mostrando que cada ponto da parábola é atingido uma vez. Restringir t seleciona somente um trecho e precisa ser mantido no modelo.
Distância focal de um perfil refletor
Perfil y=x²/(4p), com p>0; W>0 é a largura total na borda e d>0 é a profundidade, ambas na mesma unidade. A borda tem x=±W/2 e y=d. A distância focal p é medida do vértice ao foco; não é necessariamente igual à profundidade d.
6Elipse
Soma das distâncias aos focos
Os focos são fixos e distintos; a>c>0. P percorre o contorno da elipse. Eixos ortogonais usam a mesma unidade de comprimento. A soma é 2a; a distância entre os focos é 2c, não c.
Condições sobre a soma e a separação dos focos
Focos distintos, c>0 e soma prescrita 2a positiva. Pela desigualdade triangular, a soma não pode ser menor que F₁F₂; a igualdade ocorre no segmento entre os focos, incluindo extremos. Focos coincidentes com a>0 produzem uma circunferência, caso circular da elipse.
Semieixos e distância do centro ao foco
Para focos distintos, a>b>0 e c>0. a é o semieixo maior; b, o menor; c, a distância do centro a cada foco. Os eixos medem 2a e 2b. Para o caso circular, a=b>0 e c=0. Não use a²+b² para calcular c².
Elipse horizontal com centro na origem
a>b>0, c²=a²−b². Focos (±c,0), vértices do eixo maior (±a,0), extremos do menor (0,±b). O maior denominador está sob a coordenada do eixo maior. Os denominadores são quadrados das medidas.
Elipse vertical com centro na origem
a>b>0, c²=a²−b². Focos (0,±c), vértices (0,±a), extremos do menor (±b,0). A letra a continua designando a maior medida, mesmo sob y².
Centro deslocado e eixo maior horizontal
a>b>0 e c=√(a²−b²). h,k são coordenadas fixas do centro. As retas de simetria são y=k e x=h. B₁,B₂ nomeiam os extremos do eixo menor, também chamados covértices.
Centro deslocado e eixo maior vertical
a>b>0 e c=√(a²−b²). O maior denominador acompanha y−k. A translação muda o centro, não as medidas a,b,c. Coordenadas dos focos variam ao longo do eixo maior.
Reconstruir centro e semieixos pelos focos e pela soma
F₁=(f₁,g₁) e F₂=(f₂,g₂). O centro é o ponto médio calculado coordenada a coordenada. A soma das distâncias fornece 2a, com a>c>0. Para as formas horizontal/vertical, os focos precisam estar na mesma horizontal ou vertical.
Determinar o raio vertical por um ponto
Na equação (x−h)²/A²+(y−k)²/B²=1, A>0 é o raio horizontal conhecido e B>0 o vertical desconhecido. Q=(u,v) tem v≠k e |u−h|<A. Esses dados garantem denominador positivo. Um extremo (h±A,k) não determina B; dados incompatíveis precisam ser tratados antes de dividir.
Completar quadrados sem termo misto
U,V são não nulos. Para classificar o caso elíptico, normalize o sinal para U,V>0: R>0 fornece raios ao quadrado R/U e R/V; R=0, um ponto; R<0, conjunto vazio. Se U=V e R>0, é circunferência. Coeficientes de sinais opostos não satisfazem este teste.
Dois ramos, domínio e imagem
A,B>0 são os raios horizontal e vertical. A curva inteira não é uma única função y de x: para h−A<x<h+A existem duas ordenadas. Cada escolha do sinal define um ramo; a imagem do superior é [k,k+B], e a do inferior [k−B,k].
Contorno, interior e exterior
A,B>0. Para Q=(u,v), S=1 indica contorno; S<1, interior; S>1, exterior. A região fechada usa S≤1. O centro tem S=0 e fica dentro, não no contorno.
Excentricidade e proporções da elipse
a>b>0. A excentricidade é adimensional e depende da razão b/a, não do tamanho absoluto. Quanto mais próxima de um, mais alongada a elipse. No caso circular, e=0; e=1 não é elipse própria de b>0.
Diretrizes do caso horizontal
a>b>0, c²=a²−b² e e=c/a. P está no contorno. Emparelhe o foco e a diretriz do mesmo sinal. As diretrizes ficam além dos vértices porque a/e>a. Na circunferência e=0 e estas diretrizes finitas não são definidas.
Diretrizes do caso vertical
a>b>0 e e=c/a. Foco e diretriz do mesmo sinal formam o par da razão de distâncias. O denominador é positivo; a curva está entre as diretrizes. Aqui a/e=a²/c.
Corda focal perpendicular ao eixo maior
a>b>0. Para eixo maior horizontal, a corda por (h±c,k) tem extremos de ordenadas k±b²/a; para eixo vertical, as abscissas são h±b²/a na altura k±c. O foco é ponto médio desta corda, também chamada lado reto.
Área da região elíptica
a,b>0 são semieixos. A fórmula mede a região interior com o contorno e usa unidade quadrada. Não substitua pelos comprimentos inteiros 2a e 2b. A escala horizontal e a vertical multiplicam a área de um disco unitário.
Parametrização dos raios horizontal e vertical
A,B>0 são os raios horizontal e vertical, não necessariamente a e b nessa ordem. t é um parâmetro em radianos. O intervalo percorre todo o contorno uma vez no sentido anti-horário; em 2π o ponto inicial se repetiria. Em geral t não é o ângulo polar do ponto nem representa velocidade constante.
Interseções com uma reta não vertical
A,B>0. Substitua y=mx+n, desenvolva a quadrática e examine Δ: positivo, dois pontos; zero, tangência; negativo, nenhum. O coeficiente de x² é 1/A²+m²/B²>0. Para uma vertical x=q, substitua diretamente: |q−h|<A dá dois pontos, =A tangência e >A nenhum.
Tangente no ponto da elipse
A,B>0 e T=(tₓ,tᵧ) pertence ao contorno. A fórmula conserva tangentes verticais em (h±A,k) e horizontais em (h,k±B). Usar um ponto que não pertence à curva não fornece sua tangente de contato nesse ponto.
Normal perpendicular à tangente no contato
A,B>0 e T pertence ao contorno. Os coeficientes desta reta e da tangente satisfazem o teste de perpendicularidade. Nos extremos dos eixos a normal passa pelo centro; em geral não passa pelo centro nem por um foco.
Tangentes de coeficiente angular dado
A,B>0, m real, mesma equação por raios horizontal/vertical. Resulta de discriminante zero. Para cada m existem duas tangentes paralelas distintas. As tangentes verticais x=h±A não aparecem na família y=mx+n e precisam ser examinadas separadamente.
Distâncias mínima e máxima de um foco ao contorno
a>b>0 e c²=a²−b². Para um foco fixo, os extremos ocorrem nos vértices do eixo maior. Num modelo orbital elíptico, o corpo central ocupa um foco; não confunda essas distâncias com as medidas desde o centro geométrico.
Altura de um perfil semielíptico
Modelo com base horizontal em y=0, centro na origem e metade superior; a>b>0 neste arranjo. O vão inteiro mede 2a e a altura máxima b. Preserve o sinal positivo e o trecho físico. Um arco real só é tratado assim quando o modelo semielíptico foi declarado.
7Hipérbole
Diferença de distâncias com módulo
F₁,F₂ são focos distintos e fixos; 0<a<c. P varia no plano. A diferença tem módulo para incluir os dois ramos. Comprimentos usam a mesma unidade em eixos ortogonais.
Condições para a diferença prescrita
Focos distintos, c>0, diferença prescrita 2a não negativa. Em 2a=2c, as semirretas ficam na reta dos focos, a partir de cada foco para fora do segmento, incluindo os focos. A igualdade zero produz a mediatriz, não o segmento.
Relação entre a, b e c
a,b>0 e c>a. O eixo real ou transverso liga os vértices e mede 2a; ele está na reta dos focos, que ficam além dos vértices. O eixo conjugado mede 2b; seus extremos não pertencem à curva. a não é chamado semieixo maior: pode ser menor, igual ou maior que b.
Hipérbole horizontal com centro na origem
a,b>0 e c=√(a²+b²). Vértices (±a,0), focos (±c,0). O termo positivo indica o eixo transverso. Pontos do ramo direito têm x≥a; do esquerdo x≤−a.
Hipérbole vertical com centro na origem
a,b>0, c²=a²+b². Vértices (0,±a), focos (0,±c). O termo positivo acompanha y², independentemente de qual denominador seja maior.
Centro deslocado e eixo transverso horizontal
a,b>0, c=√(a²+b²); h,k são coordenadas do centro. O ramo direito começa em h+a e o esquerdo termina em h−a. As simetrias são em x=h, y=k e no centro.
Centro deslocado e eixo transverso vertical
a,b>0, c²=a²+b². Os ramos têm y≥k+a ou y≤k−a. Coordenadas dos focos variam ao longo do eixo transverso vertical.
Assíntotas da hipérbole horizontal
a,b>0. As duas retas passam pelo centro e são diagonais do retângulo auxiliar de semidimensões a na horizontal e b na vertical. A hipérbole própria desta forma não as encontra; substituir uma delas na equação produz 0=1.
Assíntotas da hipérbole vertical
a,b>0. Aqui a mede na vertical e b na horizontal, então o coeficiente angular em módulo é a/b. A orientação vem do termo positivo, não do tamanho dos denominadores.
Completar quadrados com coeficientes de sinais opostos
UV<0. Para R≠0, divida todos os termos por R; o coeficiente que ficar positivo determina o eixo transverso. Se R=0, são duas retas concorrentes, não uma hipérbole própria. Termo xy exige outro tratamento de orientação.
Determinar b por um ponto no caso horizontal
C=(h,k), a>0 e Q=(u,v) está fora da faixa entre os vértices: |u−h|>a, com v≠k. O denominador é positivo. Um vértice dado novamente não determina b. Se |u−h|=a, é necessário v=k; se |u−h|<a, ou se |u−h|>a com v=k, os dados são incompatíveis.
Ordenadas e abscissas no caso horizontal
a,b>0. As ordenadas da curva inteira cobrem ℝ. As escolhas ± dão partes superior e inferior dos dois ramos; os ramos geométricos são esquerdo e direito. Cada ramo pode ser escrito como x=h±a√(1+(y−k)²/b²), para y real.
Dois ramos de função no caso vertical
a,b>0. Cada sinal define um ramo, superior ou inferior, para todo x real. A imagem do superior é [k+a,+∞), e a do inferior (−∞,k−a]. Não há pontos na faixa k−a<y<k+a.
Excentricidade maior que um
a,b>0, c²=a²+b². É uma razão sem unidade. Para a=b, e=√2; isso é hipérbole equilátera, não circunferência. e=1 não ocorre numa hipérbole própria de b>0.
Diretrizes emparelhadas com os focos horizontais
a,b>0, e=c/a>1. Foco e diretriz do mesmo sinal formam o par. Como a/e<a, as diretrizes ficam entre os vértices, sem cortar a curva. A razão vale nos dois ramos.
Diretrizes emparelhadas com os focos verticais
a,b>0 e e=c/a. As diretrizes estão a distância a/e=a²/c do centro, dentro da faixa entre os vértices. P está na curva e a distância perpendicular no denominador é positiva.
Corda focal perpendicular ao eixo transverso
a,b>0. No caso horizontal, em x=h±c os extremos têm y=k±b²/a. No vertical, em y=k±c têm x=h±b²/a. Cada foco é ponto médio da respectiva corda.
Hipérbole equilátera
Se a=b, as assíntotas são y−k=±(x−h), perpendiculares. A curva continua aberta, com dois ramos e sinal de subtração. O retângulo auxiliar vira quadrado, mas a curva não é circunferência.
Produto constante e função recíproca
K≠0, com unidade de produto de coordenadas. É uma hipérbole equilátera de assíntotas x=h e y=k, com eixos de simetria oblíquos. Se K>0, os dois deslocamentos têm mesmo sinal; se K<0, sinais opostos. Em K=0, a equação de produto é a união das duas retas; a fração não permite x=h.
Parametrização trigonométrica horizontal
a,b>0. A identidade 1/cos²t−tan²t=1 garante pertencimento. cos t≠0 é essencial. O intervalo indicado percorre ambos os ramos uma vez; t não é automaticamente ângulo polar nem tempo. Para eixo vertical, troque os papéis de x−h e y−k.
Substituição de reta no caso horizontal
a,b>0, X=x−h e q=mh+n−k para y=mx+n. Só use Δ se b²−a²m²≠0. Se esse coeficiente zera e q≠0, resta uma equação linear com um ponto comum, sem tangência; q=0 dá a própria assíntota, sem interseção.
Tangente no ponto da hipérbole horizontal
a,b>0 e T=(tₓ,tᵧ) pertence à curva. Nos vértices, as tangentes são verticais x=h±a. Não basta uma única interseção para chamar uma reta paralela à assíntota de tangente.
Tangente no ponto da hipérbole vertical
a,b>0 e T pertence à curva. Nos vértices, as tangentes são horizontais y=k±a. A forma sem divisão por deslocamentos preserva esses casos.
Normal no caso horizontal
a,b>0 e T pertence à curva. A normal passa por T e é perpendicular à tangente. No vértice, coincide com o eixo transverso; fora dele não precisa passar pelo centro nem pelo foco.
Normal no caso vertical
a,b>0 e T pertence à curva vertical. As posições de a² e b² refletem a orientação da equação. Nos vértices a normal é vertical x=h.
Tangentes por coeficiente angular, no caso horizontal
A hipérbole tem eixo transverso horizontal, a,b>0. A desigualdade é estrita: |m|=b/a fornece direções assintóticas, sem tangente; |m|<b/a não fornece tangentes dessa forma. Inclua separadamente as verticais x=h±a.
Diferença de tempos e distâncias no modelo ideal
d₁,d₂ são as distâncias da fonte aos receptores fixos separados por 2c. Δt=t₁−t₂ compara tempos de chegada da mesma emissão, no mesmo referencial de relógio. v>0 é a mesma velocidade constante nos dois percursos, com unidades compatíveis. 0<v|Δt|<2c produz hipérbole; o sinal do atraso seleciona um ramo, sem determinar sozinho uma posição única.
Raio de um perfil hiperbólico horizontal
Modelo x²/a²−(y−k)²/b²=1 com a,b>0, eixo vertical de revolução x=0 e r=x>0. O diâmetro é 2r, e k é a altura da cintura. A função matemática é real para todo y, mas um objeto físico usa apenas o intervalo de alturas declarado.