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Facultad de Arquitectura Curso: Geometría Primer Semestre de 2007 Arq. M.A. Edwin F. Valdez C. INTRODUCCIÓN: Después de tratar los temas de ángulos y triángulos, nos toca revisar el tema de cuadriláteros y polígonos y para efecto del documento vamos a nombrar polígonos a todos aquellos que tienen mas de cuatro lados, aunque como veremos mas adelante son polígonos todas las figuras planas delimitadas por rectas y que por lo tanto encierran una porción de espacio plano, lo que por lo mismo será susceptible de ser medida. Para todos los polígonos nos corresponde medir: ángulos, longitudes de lados o perímetro y la cantidad de espacio que encierra los lados la cual nombraremos el área o superficie. CUADRILÁTEROS: Se les denomina así a las figuras planas delimitadas por cuatro rectas que se cortan (intersectan), así como también forman cuatro ángulos. También son llamados cuadrilongos. En los cuadriláteros aparece también una recta que no pueden tener los triángulos pero si el resto de polígonos y esta se llama diagonal de un polígono. DIAGONAL DE UN POLIGONO: Se llama así a aquella recta que une dos vértices de un polígono que no son consecutivos. Ya sabemos que los vértices son los puntos donde se cortan las rectas que delimitan al polígono llamados lados. Los cuadriláteros para su estudio se clasifican por la relación de sus lados así: Paralelogramos y no paralelogramos CUADRILATEROS PARALELOGRAMOS: Son todos aquellos cuadriláteros que tienen sus lados paralelos dos a dos y de estos existen cuatro: CUADRADO: Es un cuadrilátero con los cuatro lados iguales y los cuatro ángulos iguales (ángulos rectos), es el cuadrilátero perfecto y por lo mismo el que se utiliza como base de comparación de medida del área al tener como lado la unidad. Su área es igual al cuadrado del lado. RECTÁNGULO: Es un cuadrilátero en el que todos sus ángulos son iguales, pero sus lados solo son iguales opuestos dos a dos. El área del rectángulo será igual a base por altura, donde la base siempre es considerada como el lado mayor y la altura perpendicular a la base. ROMBO Tiene sus cuatro lados iguales pero sus ángulos solo lo son opuestos dos a dos. Su área se obtiene al multiplicar sus diagonales y dividirlas entre dos, las cuales son siempre perpendiculares entre si. ROMBOIDE Paralelogramo con lados iguales opuestos dos a dos lo mismo que sus ángulos, lo veremos como un rectángulo inclinado. Su área se obtiene igual que la del rectángulo = base por altura, considerando la base como uno de sus lados y la altura la perpendicular hasta alcanzar el lado opuesto. CUADRILATEROS NO PARALELOGRAMOS: Se les denomina así porque NO tienen paralelos sus lados dos a dos y estos son tres no paralelogramos TRAPECIO: Este Cuadrilátero se obtiene al trazar una paralela a un lado de un triangulo hacia el interior del mismo, por esta razón el trapecio tiene dos lados paralelos, pero los otros dos NO. De allí los nombres de los tres trapecios posibles. También por esto siempre uno de los lados paralelos será mas largo y es llamado base mayor y el otro será el más corto y se llamara base menor. Su área se obtiene como el producto promedio de sus bases por la altura y esta deberá ser perpendicular a las dos bases. TRAPECIO RECTÁNGULO: Este se obtiene al trazar una paralela a la base de un triangulo rectángulo. Este trapecio posee dos ángulos rectos. TRAPECIO ISÓSCELES: Este se obtiene al trazar una paralela a la base de un triangulo isósceles. En este trapecio los dos lados no paralelos son de igual medida. TRAPECIO ESCALENO: Este se obtiene al trazar una paralela a la base de un triangulo escaleno. Es aquel trapecio que no es rectángulo ni isósceles. DELTOIDE: El segundo cuadrilátero NO PARALELOGRAMO, sus lados no son paralelos pero sí iguales adyacentes dos a dos y sus ángulos son desiguales. Toma la forma de un barrilete. Su área se obtiene de la misma forma que el rombo, es decir por el producto de sus diagonales dividido dos, las cuales siempre son perpendiculares entre si. TRAPEZOIDE El tercer cuadrilátero NO PARALELOGRAMO, Es el más irregular de los cuadriláteros ya que no tiene ni lados ni ángulos iguales. Su área se calcula en base a sus diagonales, las cuales en este caso no son perpendiculares, por lo que el producto de las mismas se multiplica por el seno del ángulo que forman entre las mismas, no importando si es del ángulo mayor o del menor, porque el seno de ángulos complementarios es igual. POLÍGONOS: Etimológicamente hablando la palabra viene de las raíces POLI = MUCHOS Y GONOS = ANGULOS, así como Decíamos anteriormente que se le llaman así a aquellas figuras que tienen muchos ángulos y por lo mismo muchos lados ya que éstos al intersectarse forman los ángulos; como se menciono en la introducción de geometría plana los triángulos y los cuadriláteros son también polígonos en este documentos consideraremos polígono a los que tengan cinco o mas ángulos. Los polígonos se pueden clasificar así: Abiertos y cerrados, aquí estudiaremos únicamente los cerrados. Cóncavos y convexos regulares, semirregulares e irregulares. POLIGONOS ABIERTOS: Son los polígonos en los cuales el punto de inicio no coincide con el punto final, lo que quiere decir que no encierran una cantidad de espacio y se utilizan en arquitectura para definir la trayectoria de un sendero o de un rió, se le llama también poligonal abierta y por lo mismo no tiene un área y un perímetro. POLIGONOS CERRADOS: Al contrario de los anteriores, en estos si coincide el punto de inicio con el punto final o de cierre y por lo mismo se puede medir su perímetro y su área es importante recordar que todo polígono es susceptible de ser fraccionado en triángulos y por lo tanto para calcularles su área, basta con sumar el área de todos los triángulos que lo componen o en los que se pueda dividir. POLIGONOS CÓNCAVOS: Se les llama así a aquellos polígonos cerrados que en su perímetro tienen al menos un ángulo entrante. POLIGONOS CONVEXOS: Se les llama así a aquellos polígonos en los cuales todos sus ángulos son salientes POLÍGONOS REGULARES: Se les llama así a todos los convexos que tienen todos sus lados iguales y todos sus ángulos iguales, por ésta razón, estos polígonos se pueden inscribir y circunscribir en una circunferencia y por lo mismo es la circunferencia la base de su trazo. De acuerdo a esto son características de estos polígonos poseer un radio y un apotema. De manera que en todo polígono regular: EL RADIO: Es una recta que va del centro a uno de los vértices del polígono y es igual al radio de la CIRCUNFERENCIA CIRCUNSCRITA AL POLIGONO. APOTEMA: Es una recta que va del centro del polígono hacia el centro de uno de los lados del mismo y es igual al radio de la CIRCUNFERENCIA INSCRITA AL POLÍGONO. Los polígonos regulares mientras mas lados tienen, más se aproximan a una circunferencia, de allí que se dice que una circunferencia es un polígono de infinitos lados. Algunos de los polígonos regulares adoptan un nombre específico de acuerdo al número de lados, así: No. De lados. Nombre: TresTriángulo Equilátero Cuatro Cuadrado Cinco Pentágono Seis Hexágono Siete Eptágono Ocho Octágono puede decirse también Octógono Nueve Eneágono Diez Decágono Once Endecágono Doce Dodecágono Quince Pentadecágono Veinte Icoságono aunque se utiliza más Icosígono. Para nombrar los demás se dice polígono de n lados, es importante mencionar que cuando se habla de polígonos regulares, la palabra regular es sobreentendida, no así con los otros polígonos que deberá especificarse si es semirregular o irregular, por ejemplo: Polígono de 14 lados, se comprende que es regular, de los contrario debe decirse: Polígono semirregular o irregular de 14 lados. En los polígonos regulares se pueden diferenciar cuatro tipos de ángulos, que como ya se menciono son iguales entre si; y son: ANGULOS CENTRALES Los formados por dos radios consecutivos, su vértice coincide con el centro del polígono y se van a designar por la letra del alfabeto griego “ALFA” (α). El valor del ángulo central se obtiene al dividir 360° sobre el número de lados del polígono. ANGULOS INTERNOS: Los formados por dos lados consecutivos y su abertura es hacia adentro, estos se designan con la letra “BETA” (β). Su valor corresponde o es igual al suplementario del ángulo central del polígono en cuestión. En todo polígono la suma de los ángulos internos es igual a dos rectos multiplicado por el número de lados del polígono menos dos. ANGULOS EXTERNOS: Se les llama así a los que se forman con un lado y la prolongación del lado consecutivo, se designan con la letra “GAMA” (γ) y su valor es exactamente el mismo del ángulo central correspondiente al polígono en cuestión. ANGULOS EXTERIORES: Se forman por dos lados consecutivos, pero a diferencia de los internos, su abertura es hacia fuera y se designan con la letra “EPSILON” (ε). Su valor es igual al perigono del ángulo interno correspondiente. En todo polígono regular su área equivale al semiproducto del perímetro por la apotema, que es lo mismo que calcular el área de uno de los triángulos isósceles que tiene su vértice en el centro por el número de triángulos que tiene el polígono y que coincide con el número de lados del polígono. El perímetro es igual a la longitud del lado multiplicado por el número de lados del polígono. Los polígonos regulares se pueden trazar conociendo dos de sus datos y existen dos métodos generales de trazo, de acuerdo a esos datos puede ser así. 1. SI SE CONOCE EL NUMERO DE LADOS Y EL RADIO DE LA CIRCUNFERENCIA QUE CONTIENE AL POLIGONO. 2. SI SE CONOCE EL NUMERO DE LADOS Y LA LONGITUD LOS LADOS DEL POLIGONO.