PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS
Questão 15 do IME 2016
Sejam dois quadrados de lado a situados em planos distintos que são paralelos entre si e situados a uma distância d, um do outro. A reta que liga os centros dos quadrados é perpendicular a esses planos. Cada diagonal de um quadrado é paralela a dois lados do outro quadrado. Liga-se cada vértice de cada quadrado aos dois vértices mais próximos do outro quadrado. Obtêm-se, assim, triângulos que, conjuntamente com os quadrados, formam um sólido S. Qual a distância entre estes planos distintos em função de a, de modo que os triângulos descritos acima sejam equiláteros?
- A\dfrac{a}{2}
- B\dfrac{a\sqrt{3}}{2}
- C\dfrac{a\sqrt{10}}{8}
- D\dfrac{a\sqrt[4]{8}}{2}
- E\dfrac{a(4-3\sqrt{2})}{2}
Reportar erro na questão
Resolução comentada
Coloque o primeiro quadrado no plano z=0, com centro na origem e lados paralelos aos eixos. Seus vértices são \left(\pm\frac a2,\pm\frac a2,0\right).
Como cada diagonal de um quadrado é paralela a dois lados do outro, o segundo quadrado está girado de 45^\circ em relação ao primeiro. Sua diagonal vale a\sqrt2 e fica sobre os eixos, no plano z=d. Seus vértices são \left(\pm\frac{a\sqrt2}{2},0,d\right) e \left(0,\pm\frac{a\sqrt2}{2},d\right).
O vértice \left(\frac a2,\frac a2,0\right) se liga aos dois vértices mais próximos do quadrado de cima: \left(\frac{a\sqrt2}{2},0,d\right) e \left(0,\frac{a\sqrt2}{2},d\right). A distância entre esses dois vértices é o lado a do quadrado de cima.
Para o triângulo ser equilátero, as arestas inclinadas também precisam medir a:
- \left(\frac a2-\frac{a\sqrt2}{2}\right)^2+\left(\frac a2\right)^2+d^2=a^2
- O primeiro termo vale \frac{a^2}{4}(3-2\sqrt2) e o segundo vale \frac{a^2}{4}. A soma dos dois é \frac{a^2}{4}(4-2\sqrt2)=\frac{a^2(2-\sqrt2)}{2}.
- Então d^2=a^2-\frac{a^2(2-\sqrt2)}{2}=\frac{a^2\sqrt2}{2}.
- Logo d=a\cdot 2^{-1/4}=\frac{a\cdot 2^{3/4}}{2}=\frac{a\sqrt[4]{8}}{2}.
Alternativa D.
Por que as outras alternativas estão erradas
- AValor sem justificativa; com d=a/2 a aresta inclinada não mede a.
- BÉ a altura de um triângulo equilátero de lado a, mas não leva em conta a posição horizontal dos vértices.
- CResultado de erro algébrico; não satisfaz d^2=a^2\sqrt2/2.
- EExpressão negativa, pois 4-3\sqrt2<0, e portanto impossível para uma distância.
Assuntos: Teorema de Pitágoras e relações métricas, Poliedros e relação de Euler.
Reportar erro na resolução
Ver como caiu na prova
Fonte: IME 2016 · Prova objetiva. Prova oficial ↗