Questão M02 da 2ª fase da FUVEST 2009
Na figura, estão representadas a circunferência \mathcal{C}, de centro O e raio 2, e os pontos A, B, P e Q, de tal modo que:

- O ponto O pertence ao segmento \overline{PQ}.
- OP = 1, OQ = \sqrt{2}.
- A e B são pontos da circunferência, \overline{AP} \perp \overline{PQ} e \overline{BQ} \perp \overline{PQ}.
Assim sendo, determine:
a) A área do triângulo APO.
b) Os comprimentos dos arcos determinados por A e B em \mathcal{C}.
c) A área da região hachurada.
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Resolução comentada
a) Coloque O na origem. Como AP \perp PQ e A está na circunferência, o triângulo APO é retângulo em P, com hipotenusa OA=2 (o raio) e cateto OP=1. Por Pitágoras:
A área é
Área do triângulo APO: \dfrac{\sqrt{3}}{2}
b) Precisamos do ângulo central A\hat{O}B.
- No triângulo APO: \cos(A\hat{O}P)=\dfrac{OP}{OA}=\dfrac12, logo A\hat{O}P=60^\circ.
- No triângulo BQO, retângulo em Q com OQ=\sqrt2 e OB=2: \cos(B\hat{O}Q)=\dfrac{\sqrt2}{2}, logo B\hat{O}Q=45^\circ. Além disso, BQ=\sqrt{4-2}=\sqrt2.
Como P, O, Q são colineares, com O entre P e Q, e A e B estão do mesmo lado da reta PQ:
Comprimento do arco menor: 2\cdot\dfrac{5\pi}{12}=\dfrac{5\pi}{6}.
O comprimento total da circunferência é 2\pi\cdot 2=4\pi. O arco maior é, portanto,
Arcos: \dfrac{5\pi}{6} (menor) e \dfrac{19\pi}{6} (maior)
c) A região hachurada se divide em três partes:
- Triângulo APO, de área \dfrac{\sqrt3}{2}.
- Triângulo BQO, retângulo com catetos \sqrt2 e \sqrt2, de área \dfrac{\sqrt2\cdot\sqrt2}{2}=1.
- Setor circular AOB, de ângulo \dfrac{5\pi}{12} e raio 2, de área \dfrac12\cdot 2^2\cdot\dfrac{5\pi}{12}=\dfrac{5\pi}{6}.
Somando:
Área hachurada: \dfrac{\sqrt3}{2}+1+\dfrac{5\pi}{6}
Assuntos: geometria plana, circunferência e arcos, áreas.
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