segunda-feira, 27 de abril de 2009

Conexões matemáticas envolvendo polígonos regulares e as suas diagonais

A Geometria e a Medida são duas áreas afins da Matemática, de onde podem surgir múltiplas actividades relativas ao tema das conexões matemáticas.

Imagine que era desafiado a identificar o número de segmentos de recta que unem dois vértices não consecutivos em cada uma das seguintes figuras geométricas 

 

Facilmente se apercebia que no caso do triângulo não existe nenhum segmento de recta deste tipo, no caso do quadrado existem 2, no caso do pentágono existem 5, no caso do hexágono existem 9 e no caso do heptágono existem 14: 

Sem desenhar a respectiva figura seria interessante que se conseguisse descobrir o número de segmentos de recta deste tipo para o caso de se tratar de um polígono regular de doze lados, isto é, um dodecágono.

Seria desejável que os resolvedores tentassem olhar para o número de segmentos de recta deste tipo em cada figura, no sentido de perceberem se existe ou não algum tipo de regularidade.

Ora, constata-se que o número se segmentos de recta para cada caso é, respectivamente, o seguinte: 0, 2, 5, 9, 14. Se se reparar, de 0 para 2 há um incremento de duas unidades; de 2 para 5 o incremento é de três unidades; de 5 para 9 é de quatro e de 9 para 14 é de cinco. Seguindo-se este critério, facilmente se conclui que para o caso do dodecágono existem 54 segmentos de recta deste tipo.

Se esta situação for transportada para o contexto de sala de aula, seria interessante que os alunos pudessem pensar numa lei geral que relacionasse o número deste tipo de segmentos de recta  - diagonais dos polígonos - com o número de lados de cada polígono.

A tabela seguinte sistematiza os dados:

Polígono    Nº de Lados (l) Nº de Diagonais (d)
Triângulo 3 0
Quadrado 4 2
Pentágono 5 5
Hexágono 6 9
Heptágono 7 14
Octógono 8 20
Eneágono 9 27
Decágono 10 35
Undecágono 11 44
Dodecágono 12 54

Analisando-se ambas as colunas que contêm valores numéricos, deduz-se a lei geral de obtenção do número de diagonais de um polígono regular a partir do número de lados desse polígono: d = l x (l - 3) : 2, sendo "d" o número de diagonais de um polígono regular e "l" o número de lados desse polígono.

Neste caso qualquer pergunta que vise a obtenção do número de diagonais de um determinado polígono regular, facilmente será resolvida pela aplicação directa da fórmula anterior.

Sendo assim, qual o número de diagonais do icoságono, isto é, do polígono regular formado por 20 lados?

Tal como temos vindo a fazer em artigos anteriores, este tema também pode suscitar algumas extensões e conexões a outros assuntos matemáticos, como seja o dos números triangulares.

Repare na soma do número de lados de cada polígono, supra analisado, e o respectivo número de diagonais:

Polígono    Nº de Lados (l) Nº de Diagonais (d) l + d
Triângulo 3 0 3
Quadrado 4 2 6
Pentágono 5 5 10
Hexágono 6 9 15
Heptágono 7 14 21
Octógono 8 20 28
Eneágono 9 27 36
Decágono 10 35 45
Undecágono 11 44 55
Dodecágono 12 54 66

Os números 3, 6, 10, 15, 21, 28, 36, 45, 55, ..., por permitirem a obtenção de figuras triangulares, designam-se de números triangulares:

6

10

      

A fórmula que gera este tipo de números pode ser deduzida a partir da lei geral que gera o número de diagonais de um polígono regular em função do seu número de lados e é a seguinte tn =  n x (n + 1) : 2, sendo "t" um número triangular e "n" a ordem desse número triangular na respectiva sequência de números triangulares. Como primeiro número triangular há que se considerar o 1, pois t1 = 1 x 2 : 2 = 1.

Esta conexão matemática permite que se desafiem os alunos com várias tarefas interessantes, às quais dedicarei um próximo artigo.

Para já desafio-os a responder à seguinte tarefa: Qual o polígono regular cuja soma do número de lados com o número das suas diagonais origina o 15º número triangular?

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