Teorema de Morley
Forfatter:
luiz
Sidst opdateret:
6 år siden
Licens:
Creative Commons CC BY 4.0
Resumé:
Demonstração do teorema de Morley
\begin
Discover why over 20 million people worldwide trust Overleaf with their work.
Demonstração do teorema de Morley
\begin
Discover why over 20 million people worldwide trust Overleaf with their work.
% abtex2-modelo-artigo.tex, v-1.9.2 laurocesar
% Copyright 2012-2014 by abnTeX2 group at http://abntex2.googlecode.com/
%
% ------------------------------------------------------------------------
% ------------------------------------------------------------------------
% abnTeX2: Modelo de Artigo Acadêmico em conformidade com
% ABNT NBR 6022:2003: Informação e documentação - Artigo em publicação
% periódica científica impressa - Apresentação
% ------------------------------------------------------------------------
% ------------------------------------------------------------------------
\documentclass[
% -- opções da classe memoir --
article, % indica que é um artigo acadêmico
11pt, % tamanho da fonte
oneside, % para impressão apenas no verso. Oposto a twoside
a4paper, % tamanho do papel.
% -- opções da classe abntex2 --
%chapter=TITLE, % títulos de capítulos convertidos em letras maiúsculas
%section=TITLE, % títulos de seções convertidos em letras maiúsculas
%subsection=TITLE, % títulos de subseções convertidos em letras maiúsculas
%subsubsection=TITLE % títulos de subsubseções convertidos em letras maiúsculas
% -- opções do pacote babel --
english, % idioma adicional para hifenização
brazil, % o último idioma é o principal do documento
sumario=tradicional
]{abntex2}
% ---
% PACOTES
% ---
% ---
% Pacotes fundamentais
% ---
\usepackage{lmodern} % Usa a fonte Latin Modern
\usepackage[T1]{fontenc} % Selecao de codigos de fonte.
\usepackage[utf8]{inputenc} % Codificacao do documento (conversão automática dos acentos)
\usepackage{indentfirst} % Indenta o primeiro parágrafo de cada seção.
\usepackage{nomencl} % Lista de simbolos
\usepackage{color} % Controle das cores
\usepackage[utf8]{inputenc}
\usepackage{graphicx} % Inclusão de gráficos
\usepackage{microtype} % para melhorias de justificação
% ---
% ---
% Pacotes adicionais, usados apenas no âmbito do Modelo Canônico do abnteX2
% ---
\usepackage{lipsum} % para geração de dummy text
% ---
% ---
% Pacotes de citações
% ---
\usepackage[brazilian,hyperpageref]{backref} % Paginas com as citações na bibl
\usepackage[alf]{abntex2cite} % Citações padrão ABNT
% ---
% ---
% Configurações do pacote backref
% Usado sem a opção hyperpageref de backref
\renewcommand{\backrefpagesname}{Citado na(s) página(s):~}
% Texto padrão antes do número das páginas
\renewcommand{\backref}{}
% Define os textos da citação
\renewcommand*{\backrefalt}[4]{
\ifcase #1 %
Nenhuma citação no texto.%
\or
Citado na página #2.%
\else
Citado #1 vezes nas páginas #2.%
\fi}%
% ---
% ---
% Informações de dados para CAPA e FOLHA DE ROSTO
% ---
\titulo{Teorema de Morley}
\autor{Luiz Felipe Abreu Almeida}
\local{Brasil}
% ---
% ---
% Configurações de aparência do PDF final
% alterando o aspecto da cor azul
\definecolor{blue}{RGB}{41,5,195}
% informações do PDF
\makeatletter
\hypersetup{
%pagebackref=true,
pdftitle={\@title},
pdfauthor={\@author},
pdfsubject={Modelo de artigo científico com abnTeX2},
pdfcreator={LaTeX with abnTeX2},
pdfkeywords={abnt}{latex}{abntex}{abntex2}{atigo científico},
colorlinks=true, % false: boxed links; true: colored links
linkcolor=blue, % color of internal links
citecolor=blue, % color of links to bibliography
filecolor=magenta, % color of file links
urlcolor=blue,
bookmarksdepth=4
}
\makeatother
% ---
% ---
% compila o indice
% ---
\makeindex
% ---
% ---
% Altera as margens padrões
% ---
\setlrmarginsandblock{3cm}{3cm}{*}
\setulmarginsandblock{3cm}{3cm}{*}
\checkandfixthelayout
% ---
% ---
% Espaçamentos entre linhas e parágrafos
% ---
% O tamanho do parágrafo é dado por:
\setlength{\parindent}{1.3cm}
% Controle do espaçamento entre um parágrafo e outro:
\setlength{\parskip}{0.2cm} % tente também \onelineskip
% Espaçamento simples
\SingleSpacing
% ----
% Início do documento
% ----
\begin{document}
% Retira espaço extra obsoleto entre as frases.
\frenchspacing
% ----------------------------------------------------------
% ELEMENTOS PRÉ-TEXTUAIS
% ----------------------------------------------------------
%---
%
% Se desejar escrever o artigo em duas colunas, descomente a linha abaixo
% e a linha com o texto ``FIM DE ARTIGO EM DUAS COLUNAS''.
% \twocolumn[ % INICIO DE ARTIGO EM DUAS COLUNAS
%
%---
% página de titulo
\maketitle
% ] % FIM DE ARTIGO EM DUAS COLUNAS
% ---
% ----------------------------------------------------------
% ELEMENTOS TEXTUAIS
% ----------------------------------------------------------
\textual
\section{Introdução}
Primeiramente, vamos enunciar o Teorema de Morley:
\textbf{“Em qualquer triângulo, os três pontos de intersecção das trissetrizes
adjacentes formam sempre um triângulo equilátero.”}
Observando a prova de Dan Sokolowsky publicada na \textit{Revista Escolar de la Olimíada Iberoamerica de Matemática} e de Coxeter e Greitzer encontrada no livro \textit{Geometry Revisited}, podemos determinar uma demonstração que utiliza apenas os conceitos da Geometria Euclidiana Plana.
\subsection{Demonstração - por Geometria Euclidiana Plana}
Dado um triângulo $ABC$, seja $\hat{A}=3\alpha$, $\hat{B}=3\beta$ e $\hat{C}=3\gamma$.
Em seguida, constroem-se as trissetrizes de $\hat{B}$ e $\hat{C}$, assim obtendo os pontos de encontro dessas trissetrizes nomeados de $E$ e $G$, onde $E$ é o encontro das trissetrizes adjacentes.
Desta forma, $BE$ e $CE$ são bissetrizes dos ângulos $C\hat{B}G$ e $B\hat{C}G$, respectivamente.
\begin{figure}[!htb]
\centering
\includegraphics{figuras/figura1.jpg}
\label{Rotulo}
\end{figure}
Pode-se observar que o ponto $E$ é incentro do triângulo $BCG$.
Desta forma, traçando as retas $r$, $s$ perpendiculares à $BG$ e $GC$ passando pelo ponto $E$, encontraremos os pontos:
\begin{center}
$H=r\cap AB$, $J=r\cap BG$, $K=s\cap GC$, $I=s\cap AC$.
\end{center}
\begin{figure}[!htb]
\centering
\includegraphics{figuras/figura2.jpg}
\label{Rotulo}
\end{figure}
Temos, por contrução, que $E\hat{B}J=J\hat{B}H$ e $E\hat{J}B=H\hat{J}B$.
Desta forma, tendo $JB$ como lado comum podemos concluir que $EBJ\cong HBJ$.
Conclui-se então que $BH\cong BE$ e portanto o triânguo $EBH$ é isosceles, implicando que $BJ$ é a altura relativa a base e portanto $JE\cong JH$.
Analogamente, teremos $KE\cong KI$. Mas, como temos $E$ é o incentro do triângulo $BGC$, isso implica que $JE\cong EK$ que nos leva a concluir que:
\begin{center}
$HJ\cong JE\cong EK\cong KI$
$HE\cong EI$
\end{center}
Podemos observar que $E\hat{B}C\cong E\hat{B}J=\beta$ e $E\hat{C}B\cong E\hat{C}K=\gamma$.
Dessa forma, teremos:
\begin{center}
$B\hat{E}C=180^\circ-\beta-\gamma$
\end{center}
Além disso, como os triângulos $EBJ$ e $EKC$ são retângulos em $J$ e $K$, respectivamente, temos que:
\begin{center}
$B\hat{E}J=90^\circ-\beta$ e $C\hat{E}K=90^\circ-\gamma$
\end{center}
Portanto,
\begin{center}
$H\hat{E}I=360^\circ-(180^\circ-\beta-\gamma)-(90^\circ-\beta)-(90^\circ-\gamma)$
$H\hat{E}I=2(\beta+\gamma)$
\end{center}
Mas sabemos, do triângulo $ABC$ que $3\alpha+3\beta+3\gamma=180^\circ$, logo $\alpha+\beta+\gamma=60^\circ$ que implica em $\beta+\gamma=60^\circ-\alpha$
Por fim, chegamos que $H\hat{E}I=120^\circ-2\alpha$
Agora, contrõe-se uam circunferência $\lambda$ que contém os pontos $A$, $H$ e $I$.
\begin{figure}[!htb]
\centering
\includegraphics{figuras/figura3.jpg}
\label{Rotulo}
\end{figure}
Vamos definir os seguintes pontos:
\begin{center}
$O=centro(\lambda)$
$M=\lambda\cup HE$, $Q=\lambda\cup BG$
$S=\lambda\cup IE$, $P=\lambda\cup CG$
\end{center}
E em seguida, traçar os raios, destes pontos, da circunferência $\lambda$.
Pelo teorema do ângulo central teremos que $H\hat{O}I=2H\hat{A}I$, dessa forma:
\begin{center}
$H\hat{O}I=6\alpha$
\end{center}
Como $HE\cong EI$, $OH\cong OI$ (raio de $\lambda$) e $OE$ é lado comum aos triângulos $HOE$ e $IOE$, teremos, pelo caso de congruência $LLL$, que $HOE\cong IOE$.
Dessa forma, $H\hat{O}E\cong I\hat{O}E$ e $H\hat{E}O\cong I\hat{E}O$ que implica que $OE$ é bissetriz de $H\hat{O}I$ e $H\hat{E}I$.
Isso nos leva a concluir que:
\begin{center}
$2O\hat{E}H=H\hat{E}I\rightarrow O\hat{E}H=60^\circ-\alpha$
$2H\hat{O}E=H\hat{O}I\rightarrow H\hat{O}E=3\alpha$
$O\hat{H}E=180^\circ-(60^\circ-\alpha)-3\alpha=120^\circ-2\alpha$
\end{center}
Temos, por construção, que $OHM$ é isosceles de base $HM$. Logo, $O\hat{H}M\cong O\hat{M}H$.
Pelo teorema do ângulo externo, teremos
\begin{center}
$M\hat{O}E+O\hat{E}M=O\hat{M}H$
$M\hat{O}E=(120^\circ-2\alpha)-(60^\circ-\alpha)=60^\circ-\alpha$
\end{center}
Isso vai nos dizer que o triângulo $OME$ é isosceles de base $OE$.
Analogamente, o triângulo $OSE$ é isosceles de base $OE$ e $S\hat{O}E=60^\circ-\alpha$
Como $S\hat{O}E\cong M\hat{O}E$, $OM\cong OS$ e eles possuem $OE$ em comum, pelo caso de congruência $LAL$, teremos $OME\cong OSE$ e portando o quadrilátero $OMES$ é um losango.
Assim, podemos determinar que a reta que contém $ME$ é paralela a reta que contém $OS$.
Como $O\hat{H}E=120^\circ-2\alpha=E\hat{E}H$, temos que o trapézio $OHES$ é isósceles.
Dessa forma, a mediatriz $BG$ de $HE$ é também mediatriz de $OS$.
Como o ponto $Q$ está sobre $BG$, temos $OQ\cong QS$. Mas $OQ\cong OS$, logo o triângulo $OQS$ é equilátero, implicando que $Q\hat{O}S=60^\circ$.
Como o ângulo $S\hat{O}E=60^\circ-\alpha$ teremos que:
\begin{center}
$Q\hat{O}E=Q\hat{O}S-S\hat{O}E$
$Q\hat{O}E=\alpha$
\end{center}
Logo, teremos
\begin{center}
$Q\hat{O}H=3\alpha-\alpha=2\alpha$ $S\hat{O}I=3\alpha-\alpha=2\alpha$ $Q\hat{O}P=2Q\hat{O}E=2\alpha$
\end{center}
Pelo teorema do ângulo central, teremos
\begin{center}
$Q\hat{A}H=Q\hat{O}H/2=\alpha$
$S\hat{A}I=S\hat{O}I/2=\alpha$
$Q\hat{A}P=Q\hat{O}P/2=\alpha$
\end{center}
Logo, os pontos $Q$ e $P$ estão sobre as trissetrizes de $\hat{A}$.
Como $OH\cong OQ\cong OP\cong OI$, temos $HOQ\cong QOP\cong POI$.
Assim, $HQ\cong QP$.
Sabendo que $Q$ está sobre a mediatriz de $HE$, temos $QE\cong QH$.
Analogamente, $PE\cong PI$.
Isso nos leva a concluir que:
\begin{center}
$QE\cong HQ\cong QP$
$EP\cong PI\cong QP$
$QE\cong QP\cong PE$
\end{center}
Conclunido assim que o triângulo $QPE$ é equilátero e os pontos $Q$, $E$ e $S$ são os pontos de intersecção das trissetrizes adjacentes.
\end{document}