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SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 1

PRISMAS: UMA FORMA DE OCUPAR O ESPAÇO




Páginas 3 - 5
Atividade 1

   Ao observar os dados da atividade, uma primeira impressão pode sugerir que a área
total seja a mesma, pois o paralelepípedo oblíquo poderia ser obtido pela inclinação do
paralelepípedo reto. Contudo, na prática, isso não se verifica, pois a face frontal e a de
fundo da Figura B (quadrados), uma vez fechada a caixa, não permitem tal movimento
por fixarem o ângulo reto.

   Após essa discussão, pode-se destacar que os dois prismas possuem bases iguais e
duas faces laterais iguais, sendo suas diferenças dadas pelas faces frontal e de fundo
(losango e quadrado). Dessa forma, a decisão sobre o menor consumo de papelão pode
recair somente sobre o cálculo da área do quadrado e do losango. Caso os alunos saibam
que entre os paralelogramos de mesmo perímetro, o quadrado é o que determina a maior
área, a solução fica possível sem a realização de cálculos.

   Efetuando todos os cálculos, temos a seguinte resolução:




   Para a área do losango, vamos interpretá-lo como um paralelogramo. A altura
                                         H
correspondente à base será: sen 60 o              H  3 3  5,2 cm .
                                         6

   Como o prisma oblíquo é formado por dois losangos de base 6 cm e altura 5,2 cm e
quatro retângulos de dimensões 12 cm por 6 cm:

   Atotal = 2 . 6 . 5,2 + 4 . 12 . 6 = 62,4 + 288, logo Atotal = 350,4 cm2.
                                                                                               1
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Figura B

  O prisma é formado por 4 retângulos de 6 cm por 12 cm e 2 quadrados de lado 6 cm.

  Atotal = 2 . 6 . 6 + 4 . 12 . 6 = 72 + 288, logo Atotal = 360 cm2.

  Segundo os dados do problema, o formato do paralelepípedo oblíquo representa uma
economia de, aproximadamente, 2,7% em relação ao paralelepípedo reto.

  Vale ainda observar que nessa atividade não é discutida a capacidade de cada caixa.
Esse tema será abordado mais à frente, quando tratarmos de volume de prismas.



Atividade 2

  A figura a seguir ilustra a situação e as possíveis triangulações.




  Observamos que o cálculo do tamanho do lápis está associado ao cálculo das
diagonais da base e do prisma. Em ambos, aplicaremos o teorema de Pitágoras.

  Diagonal da base: d 2  16  9  25  d  5 .

  Diagonal do prisma: D 2  144  25  169  D  13 , portanto, o maior lápis deve ter
13 cm de comprimento.

  O professor também pode discutir com os alunos uma solução prática para esse
problema: sobre o tampo de uma mesa, posicione a caixa, registrando, com lápis, a
superfície da base e a posição do vértice A. Faça uma translação da caixa, deslocando-a
em uma medida igual à aresta da base, como mostra a figura a seguir, e, com o auxílio
de uma régua, meça a distância AE.




                                                                                              2
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Atividade 3

  a) No caso do prisma regular triangular, o lápis terá o tamanho da diagonal da face
  lateral. É interessante observar que esse prisma não tem diagonal.




       L2  16 2  12 2 , L2  400 , logo L = 20. O maior lápis terá 20 cm.
  b) O prisma regular hexagonal é particularmente interessante porque possui duas
  medidas de diagonais, cada uma relativa às medidas das diagonais da base.




  Cálculo de L1 (diagonal menor):
  O lápis L1 é a hipotenusa do triângulo retângulo que tem como catetos a diagonal
  menor da base e a aresta lateral. A diagonal menor da base equivale a duas alturas de

                                                                                            3
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   um triângulo equilátero de lado igual ao do hexágono regular. Portanto, d = 6 3

                                                                                      l 3
   cm, uma vez que a altura de um triângulo equilátero pode ser calculada por: d 
                                                                                       2
   . Portanto, L1 2  (6 3 ) 2  8 2 .

   L1  172  L1  13,11 cm.
    2



   Cálculo de L2 (diagonal maior):
   O lápis L2 é a hipotenusa do triângulo retângulo que tem como catetos a diagonal
   maior da base e a aresta lateral. A diagonal maior da base equivale ao dobro da
   medida do lado do hexágono regular. Portanto, D = 12.
   Portanto, L2 2  12 2  8 2 , logo L2  14,42 cm.
   O maior lápis terá, então, aproximadamente, 14,42 cm.



Atividade 4

   Para as questões (a) e (b):

   Basta considerar uma caixa de dimensões da base a e b e altura h e proceder como
propomos a seguir: d 2  a 2  b 2 .

   Diagonal do prisma:

   D2  d 2  h2
   D2  a2  b2  h2  D  a2  b2  h2 .

   Diante dessa expressão, o professor pode ainda levar a turma a investigar o que
aconteceria se o formato da caixa de lápis fosse um cubo.

   Nesse caso, teríamos:

   a  b  h  d 2  a2  a2  d  a 2 .

   D  a 2  a 2  a 2  3a 2  D  a 3 .




                                                                                          4
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Página 6
Atividade 1

Para as questões (a) e (b)
A mosca, voando, percorre a diagonal do cubo. Assim, seu caminho medirá:

M  3 2  3 2  3 2  M  3 3  5,20 dm .




   No caso da formiga, é necessário estudar algumas possibilidades. Uma delas é
imaginar que ela percorre uma diagonal da face e depois uma aresta do cubo.
Esquematicamente, temos:




   Nesse itinerário, a formiga percorre: F  3 2  3  F  7,24 dm .

   Contudo, planificando-se a figura, encontramos outra situação, melhor que a
primeira:




   Calculando-se o comprimento d teremos:




                                                                                       5
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   Portanto, a formiga chegará depois da mosca. O menor caminho para ela chegar à
gota de mel é passando pelo ponto médio de uma aresta.



Atividade 2

   Observe que quando pintarmos 5 das 6 faces do cubo, 8 das 12 arestas serão comuns
a pelo menos duas faces pintadas. O número de cubos menores que contêm essas arestas
é 24.




Páginas 8 - 9
Atividade 5

   Como solução do problema, apresentamos abaixo uma discussão geral.

   Caso o professor julgue interessante, pode explorar o mesmo problema de forma
algébrica, supondo para a base triangular a medida de aresta x, para a base quadrada y, e
para a base hexagonal z.




                                                                                          6
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   Como o perímetro das bases é o mesmo (que corresponde ao lado maior da folha de
papel sulfite), podemos escrever:

                                    3x
                    4 y  3 x  y  4
   3x  4 y  6 z  
                                     x
                     6 z  3x  z 
                                    2

                                                                            3x     x
   Portanto, as arestas da base dos três prismas são, respectivamente, x,      ,     .
                                                                            4      2

   Os três prismas têm a mesma altura h (lado menor da folha de sulfite), e sabendo que
o volume do prisma, já estudado anteriormente, é igual ao produto da área da base pela
altura, então, temos:




   Desse modo, tomando o valor aproximado para               3  1,7320 , obtemos uma
comparação entre os seguintes valores de volumes:




   Esses dados permitem concluir que, entre os três prismas, aquele que maximiza o
volume, com uma justaposição de lados, é o prisma hexagonal regular.



Atividade 6

   Professor, essa atividade servirá para levantar hipóteses que depois serão verificadas
pelo Princípio de Cavalieri. No caso, podemos aproveitá-lo para observar os argumentos
dos alunos que comprovariam que ambos os vasos possuem o mesmo volume.




                                                                                           7
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 SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 2

 CILINDROS: UMA MUDANÇA DE BASE




Páginas 12 - 13
Atividade 1

Alternativas (a), (c), (d) e (f).



Atividade 2

Alternativa d.




Páginas 14 - 17
Atividade 3




                                                       d
   •    O cilindro A tem raio da base igual a            e altura igual a 2h.
                                                       2

   Logo,
                                        2
                                  d            d2              d 2 . h .
    V A  Ab . h   . r . 2h     . 2h   .
                       2
                                                    . 2h  V A 
                                  2            4                   2



                                                                                                    8
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  •    O cilindro B tem raio da base igual a d e altura igual a h.

  Logo, VB   . d 2 . h .

  O volume da marca B tem o dobro do volume da marca A. Como o preço da marca A
é maior do que a metade do preço da marca B, é mais vantajoso comprar a marca B.



Atividade 4




  Apoiados na figura, observamos que o volume do combustível no tanque é igual à
diferença entre o volume total e o volume do cilindro de altura d (volume de
combustível consumido) e que suas bases são iguais. Podemos chegar à seguinte
expressão:

  V = π . R2 . H – π . R2 . d.

  Substituindo os valores de R = 1 m, H = 2 m e d = 0,4 m, temos:

  V = π . 12 . 2 – π . 12 . 0,4 , portanto V = 2 π – 0,4 π.

  V = 1,6 π  5,024 m3, isto é, aproximadamente 5 024 litros.

  Após a resolução, o professor pode continuar explorando outros fatos interessantes
do mesmo problema.



Atividade 5

  a) V = π . R2 . H – π . R2 . d  V = π . R2 (H – d)
  Sendo R = 1 m e H = 2 m, temos: V = 2 π – d π, logo, V = π . (2 – d).


                                                                                            9
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  b)




  c) Sim, é possível. Observando o gráfico, a taxa de variação do volume em relação
  à medida d é constante.
  Tomando-se π = 3,14, essa taxa será de 314 litros a cada 10 cm. Portanto, a régua
  poderá ser graduada aferindo a cada 10 cm da régua o volume de 314 litros.




Atividade 6

  O professor pode, inicialmente, deixar os alunos buscarem seus próprios meios para
resolver essa atividade. Algum tempo depois, pode auxiliá-los na interpretação do
problema, discutindo semelhanças com relação à situação da atividade anterior. Uma
primeira ideia que deve surgir é que, como lá, o volume do combustível será igual à
diferença entre o volume total e o volume consumido. O cálculo do volume total é
simples. O problema recairá sobre o cálculo do volume de álcool consumido.




                                                                                      10
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  Como estamos acostumados a ver os sólidos com a base na horizontal, uma ideia é
mudarmos a direção do tanque de horizontal para vertical (figura a seguir).




  Crie um debate na sala, de modo que os alunos concluam sobre a necessidade de
  calcular o volume do sólido destacado, que representa o volume do álcool
  consumido. Explorando a ideia relativa ao Princípio de Cavalieri, os alunos devem
  chegar à conclusão de que o volume do sólido é igual ao produto da área de sua base
  pela altura. A altura é igual ao comprimento do cilindro. O problema, portanto, está
  na necessidade de determinar a área da base.
  Essa região do círculo recebe o nome de segmento circular, que é uma região
  limitada por uma corda e um arco do círculo.




  A área do segmento circular pode ser calculada pela diferença entre a área do setor
  circular e a área do triângulo isósceles AOB.
  Vamos dividir a resolução em etapas:
  a) Área do setor circular:
  Setor circular é a porção do círculo limitada por dois raios e um arco do círculo. Para
  determinar a área do setor circular, precisamos da medida do ângulo central a ele
  correspondente, que indicaremos por θ.




                                                                                         11
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  O valor desse ângulo θ pode ser determinado se dividirmos o triângulo isósceles
  AOB a partir da altura relativa ao vértice O. Assim, o ângulo θ também será dividido
                                                                                          
  ao meio e o novo triângulo será retângulo. A medida do ângulo                               pode ser
                                                                                          2
                                                            0,7
  encontrada aplicando-se o seu cosseno: cos                     0,7 .
                                                     2        1
  Desse modo, devemos determinar qual é o arco cujo cosseno seja igual a 0,7.




                                                                                               2
  Consultando uma tabela trigonométrica ou por estimativa, admitindo que                          0,7 ,
                                                                                              2
                                                             
  teremos que cos           0,7 , e, portanto, o valor de         45 o . O ângulo do setor circular
                       2                                      2
                                                                                      1
  pode ser considerado, então, próximo de 90º, e sua área equivalerá a                  da área total
                                                                                      4
  do círculo. Como a área do círculo é: Acírculo   .12   , a área do setor será
                                                                    3,14
  Asetor        m 2 . Adotando   3,14 , temos que: Asetor              0,785 m 2 .
             4                                                         4
  b) Cálculo da área do triângulo:
  Uma vez que o ângulo do setor é de 90º, o triângulo AOB é retângulo em O, e,
                                          1.1 1
  portanto, sua área será: Atriângulo         0,5 m 2 .
                                           2 2

                                                                                                     12
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  c) Área do segmento circular (A):
  A  Asetor  Atriângulo  0,785  0,5
  A  0,285 m 2
  Retomando o volume do combustível consumido (V1):
  V1 = A.H = 0,285 . 4          V1 = 1,14 m3, isto é, V1 = 1 140 litros.
  Então, a resposta do problema é que foram consumidos 1 140 litros de álcool.
  Terminada essa atividade, o professor pode pedir que os alunos investiguem, em
  postos de gasolina, como é medido o estoque de combustível nos tanques.
  Atualmente, há processos sofisticados de medição desses volumes. Dispositivos são
  instalados no interior dos tanques e fornecem em tempo real, em um painel, a
  conversão da altura do volume do combustível disponível. Nos postos mais antigos,
  o estoque é calculado pela combinação da “régua de medição” com uma tabela
  específica de conversão.
  O professor também pode, julgando o tempo suficiente, distribuir para grupos de
  alunos valores diferentes de d e, agrupando-os em uma tabela, propor a construção
  do gráfico do volume armazenado no tanque em função de d − V(d) e de θ − V(θ).
  Nesse último, dado θ em radianos, a interseção com os eixos coordenados será em
  (2π, 0), quando o ângulo θ assume seu maior valor e o volume do tanque é zero, e em
  (0, 4π), situação que representa o tanque totalmente cheio.




                                                                                           13
GABARITO                         Caderno do Aluno         Matemática – 2a série – Volume 4




Páginas 18 - 22
Atividade 1

   Para o cálculo do volume aproximado do ar contido no pneu com as especificações
apresentadas, temos que encontrar o diâmetro total da roda do carro, para então
podermos calcular o seu volume. Esse diâmetro pode ser obtido somando-se o diâmetro
da roda interna com o dobro da altura do pneu.




   Diâmetro da roda + 2 . altura do pneu = 48,26 cm + 2 . 11,025 cm = 70,31 cm.

   O raio do cilindro interior será de 24,13 cm e o do exterior 35,16 cm. O volume do
cilindro vazado, que corresponde ao valor aproximado do volume do ar será:

   V   . (35,16) 2 . 24,5   . (24,13) 2 . 24,5 .
   Considerando π = 3,14
   V  50 309,81 cm 3 .

   Portanto, o volume de ar contido nesse pneu é de, aproximadamente, V = 50,31
litros.



Atividade 2

   Os dados do pneu permitem-nos concluir que sua largura é de 205 mm, sua altura é
65% da largura, o que corresponde ao seguinte cálculo: 205 . 0,65 = 133,25 mm, isto é,
13,325 cm, e o diâmetro da roda interna mede 15 polegadas que, convertidas em
centímetros, correspondem a 15 . 2,54 = 38,1 cm.

   Dessa forma, é possível determinar o diâmetro da roda do carro acrescentando à
medida do diâmetro interno da roda o dobro da altura do pneu:
                                                                                       14
GABARITO                     Caderno do Aluno               Matemática – 2a série – Volume 4




  Diâmetro da roda + 2 . altura do pneu = 38,1 cm + 2 . 13,325 cm = 64,75 cm.

  Tomando novamente o cilindro como modelo do pneu, o problema resume-se em
achar a área da sua superfície lateral, que é um retângulo, de altura 20,5 cm e medida da
base igual ao comprimento da circunferência do pneu. Lembrando que a relação entre o
comprimento da circunferência e seu diâmetro é dada pela fórmula C =  . D, o
comprimento da circunferência do pneu é de, aproximadamente,
C pneu  3,14 . 64,75  203,32 cm .

  Assim, a área da superfície do pneu, na qual vai ser inserida a nova camada de
borracha, será: A = 203,32 . 20,5  4 168,1 cm2, isto é, A  0,417 m2.



Atividade 3

  A alternativa (b) está correta, uma vez que 10% de 6 m = 0,1 . 600 cm = 60 cm.



Atividade 4




                                                                                         15
GABARITO                     Caderno do Aluno            Matemática – 2a série – Volume 4




                  CH
Temos tg 60º         3  AH  2
                  AH
Concluímos que BC = AH, ou seja, AB é vertical.
No BOP temos que: BP  2
No BPA temos que: PA2 = BP2 + BA2, mas BA = CH 

 PA2     2   2 3 
              2        2
                            PA  14



Atividade 5

Alternativa




  Para resolver esta atividade precisamos analisar uma secção desse reservatório,
perpendicular à vara graduada. Observamos, então, que, quanto maior a área da secção,
menor será a variação de altura necessária para se chegar à próxima marca nessa vara,
uma vez que elas devem demarcar o mesmo volume. Assim, as graduações consecutivas
devem estar mais próximas na região média da vara, que corresponde às maiores áreas
das seções, do que nas suas extremidades.




                                                                                      16
GABARITO                      Caderno do Aluno               Matemática – 2a série – Volume 4




 SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 3

 O MOVIMENTO DE ASCENSÃO: PIRÂMIDES E CONES




Páginas 24 - 28
Atividade 1

   A partir da visualização e da manipulação das pirâmides, podemos discutir alguns
fatos semelhantes aos prismas: suas faces também são polígonos, seus nomes dependem
do polígono que forma sua base e elas podem ser retas ou oblíquas, dependendo da
posição entre a altura e a base.

   Quanto às diferenças, podemos destacar: a pirâmide é um sólido que “afunila” e as
faces laterais são triângulos, enquanto nos prismas são retângulos.



Atividade 2

   Antes de resolver a atividade, pode-se propor aos alunos a confecção do octaedro
com bolinhas de isopor e palitos.

   a) As faces laterais do octaedro são triângulos equiláteros de lado 20 cm. Para
   calcular a altura h (apótema da pirâmide regular) de uma das faces, podemos
   observar que ela é o cateto de um triângulo retângulo de hipotenusa 20 cm e com o
   outro cateto de 10 cm.




   h2 + 102 = 202
   h2 = 300, logo h = 10 3 cm.

                                                                                          17
GABARITO                       Caderno do Aluno               Matemática – 2a série – Volume 4



   b) Cada face do octaedro é um triângulo de medida de base 20 cm e altura h =
         10 3 cm ; sua área será:
             1
   Aface =     . 20 . 10 3            Aface = 100 3  173 cm2.
             2
   Logo, a área da superfície do octaedro será A = 8 . 173 = 1 384 cm2.
   c) Observando somente uma das pirâmides que compõem o octaedro, percebemos
   que a sua altura h’ é um cateto de um triângulo retângulo cuja hipotenusa é a altura
   da face lateral e o outro cateto tem medida igual à metade do lado do quadrado da
   base.
   H’ 2 + 102 = h2
   H’ 2 = 300 – 100 = 200
   H’ = 10 2  14,1 cm .
   A altura do octaedro é H = 2h’, logo
   H = 20 2 cm  H  28,2 cm.




   d) Observamos que a aresta do cubo é igual à altura do octaedro, ou seja, 20 2

   cm. Logo, a área de uma face do cubo é A f  20 2          2           2
                                                                     800 cm e a área da

   superfície total do cubo é: A = 4 800 cm2.


Atividade 3

        Durante o debate, o professor pode registrar na lousa as hipóteses dos alunos para,
depois, compará-las com o fato de o volume dessa pirâmide ser um terço do volume do
prisma. A partir desse momento, o importante é encontrarmos um meio de significar o
        1
fator     que caracteriza o cálculo do volume dos sólidos com afunilamento, como as
        3
pirâmides e os cones. Presente em vários livros didáticos, a demonstração do cálculo do
                                                                                           18
GABARITO                     Caderno do Aluno               Matemática – 2a série – Volume 4



volume da pirâmide apoia-se em figuras que consideramos de difícil visualização e
interpretação por parte dos alunos.


Atividade 4

   Professor, você pode combinar a demonstração com as formas do sabão na lousa ou
em cartolina para melhor aproveitamento dos alunos.




Páginas 28 - 29
Atividade 1
   a)




   b) Como são quatro faces de mesma área (triângulos equiláteros), temos que a área
                                        AT 8 3
   de um triângulo equilátero é                2 3 cm 2 . A área de um triângulo
                                        4   4
   equilátero pode ser calculada por:
        l2 3               l2 3
   A              2 3               l 2  8  l  2 2 cm .
          4                  4
   Para o cálculo do volume, precisamos da medida da altura da pirâmide. A partir do
   desenho a seguir, observamos que ela é um dos catetos de um triângulo retângulo em
                                                                          1
   que a hipotenusa é a altura de uma das faces, e o outro cateto mede      da medida da
                                                                          3
   altura da face, pois corresponde ao apótema do triângulo equilátero.




                                                                                         19
GABARITO                     Caderno do Aluno               Matemática – 2a série – Volume 4




  A altura da face é encontrada aplicando-se a expressão:
       l 3             2 2. 3
  h            h               h  6 cm
        2                2
  Por Pitágoras, escrevemos que:
                  2

   6  2     6
               
              3  H
                      2

                
              6 48
   H2  6     
              9 9

            48 4 3
   H             cm .
            9   3

                  1         1        4 3 8
  Portanto: V      AB . h  . 2 3 .      2,67 cm 3 .
                  3         3         3  3



Atividade 2




                                2        a 3
  AB = AC = BC = a, 2 3          h e h
                                3         2
                        a 3
  3 3h e 3 3              a  6
                         2


                                                                                         20
GABARITO                        Caderno do Aluno            Matemática – 2a série – Volume 4




   A pirâmide VABC é tri-retângulo e regular.
   Portanto, VA = VB = VC = x
   62 = VA2 + VB2 = 2x2  x  3 2
   O volume é:
        x2
    V  2
           .x
              V 
                   3 2    3

                                 V  9 2 cm 3
         3           6
   O volume da parte do cubo interna ao copo é: V  9 2 cm 3 .




Páginas 30 - 31
Atividade 5




Atividade 6

   Aqui, professor, o aluno é levado a investigar as relações entre a geratriz, o raio da
base e o comprimento do setor circular. Todos os cálculos são obtidos com o uso de
proporcionalidade.

   Vamos detalhar os cálculos para o setor de 120º:


                                                                                         21
GABARITO                       Caderno do Aluno             Matemática – 2a série – Volume 4



   A área do círculo original é: A = 100.π e seu comprimento é C = 20.π . Logo, a área
                1                                  1                                   1
do setor será     da área total, portanto, Asetor  .100  cm 2 e seu comprimento será
                3                                  3                                   3
                               1
do comprimento total: C setor  . 20  cm .
                               3

   Como o comprimento do arco representará o comprimento da base, podemos
                               1                                             1
concluir que C base  C setor  . 20  . Logo, se r é o raio da base, 2  r  . 20  e,
                               3                                             3
                10
portanto, r       cm .
                 3

   Observando a figura, vemos que a altura, o raio da base e a geratriz são lados de um
triângulo retângulo em que a geratriz é a hipotenusa. Aplicando o teorema de Pitágoras,
                          2
                  10                            20. 2
teremos 10  h    , do que se conclui que: h 
           2      2
                                                        cm .
                 3                                3




   Professor, ao final da atividade, pode-se sugerir que os alunos generalizem essa
situação, como apresentada a seguir. Devemos destacar, contudo, que não há
necessidade de memorização das fórmulas. A atividade merece cuidado no sentido de
que os alunos construam as relações de forma visual e que as determine pelo uso da
proporcionalidade.




                                                                                         22
GABARITO                        Caderno do Aluno              Matemática – 2a série – Volume 4




                        r 2  g 2  h 2
                                           r  g 2  h2
   g h r
     2      2     2
                       
                        h 2  g 2  r 2
                                           h  g2  r2

   Sendo α o ângulo central do setor circular, os alunos podem identificar a expressão:
                                 g              360 o . r
2 r             2 g  r                   
         360 o                   360 o              g



Atividade 7

   A base do campo de proteção é um círculo de raio R, que pode ser determinado por
            R
tg 60 o       , logo, R  80. 3  138,56 m . Dessa forma, a área de proteção será
            80
determinada pela seguinte expressão A   .R 2  3,14 . 19198,87 .

   A  60 284,46 m2.




Páginas 31 - 32
Atividade 1

   Inicialmente, devemos analisar os dados da atividade. O trabalho com troncos de
cone sugere completar o desenho, reconstruindo o cone que o gerou. Esse procedimento
permite aplicar a proporcionalidade nas semelhanças de triângulo observadas.




                                                                                           23
GABARITO                        Caderno do Aluno          Matemática – 2a série – Volume 4




  Os triângulos VOA e VO’B são semelhantes pelo caso AA, com razão de
                  OA   6 1
semelhança k           .
                  O´B 12 2

  Assim, os cones VAA’ e VBB’, de volumes v e V, respectivamente, são
                                                             3
                                       v        v 1       1
semelhantes, com razão entre os volumes  k 3       v  .V
                                       V        V 2       8


          1                                  1
  Como V   .12 2.20  960 cm 3 , temos v  . 960  120 cm 3 .
          3                                  8


  Assim, o volume do tronco é 960   120   840  cm 3 .

  Finalmente, o volume do chuveiro é igual ao volume do cilindro de raio da base 12
cm e altura 30 cm mais o volume do tronco, ou seja,

    .12 2 . 30  840   5 160  cm 3

  Adotando   3 , obtemos 5 160 . 3 = 15 480 cm3 = 15,48 litros.

  Logo, o número de dias de gotejamento necessários para se desperdiçar o volume de
                6 . 15,48
6 chuveiros é              2 dias .
                 46,44



Atividade 2

  Alternativa b.. No caso, podemos comparar as áreas das seções e verificar que:
V1 < V3 < V2.


                                                                                       24
GABARITO                Caderno do Aluno   Matemática – 2a série – Volume 4




Atividade 3

Alternativa d.




b 3         3
a  2  b  2 a


V  



   1
V  . . r 2 . h
   3
                 2
   1 a
V  . .   . b  
   3 2
   1     a2 3
V  . .   . a    a3  8  a  2
   3     4 2

   3
b  .2  b  3
   2

           2
    a
g     b2
  2

    2
           2
      2
g 2     3 2  g 2  10  g  10
      2




                                                                        25
GABARITO                        Caderno do Aluno               Matemática – 2a série – Volume 4



 SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 4

 ESFERA: CONHECENDO A FORMA DO MUNDO




Páginas 35 - 36
Atividade 1

                   1
30º representa       da superfície total da esfera.
                  12



Atividade 2

   a) 50%
   b) 12,5%



Atividade 3

   a) Dividindo-se 360º por 24, temos 15º.
                                                                                        1
   b) Seis horas são seis fusos, que correspondem a 90º, o que equivale a                 da
                                                                                        4
   superfície terrestre. Portanto, sua porcentagem é de 25%.




Páginas 36 - 38

   A resposta depende da localidade. A cidade de São Paulo tem as seguintes
coordenadas:

   23º 30’ Sul e 46º 33’ Oeste.




                                                                                            26
GABARITO                              Caderno do Aluno                Matemática – 2a série – Volume 4




O volume da esfera

Páginas 38 - 39
Atividade 4

a) Vcilindro   . R 3 .
             1
b)    Vcone   . R 3 .
             3
     1
c)      . R 3  Vsemiesfera   . R 3 .
     3




Páginas 43 - 45
Atividade 5

a) C  2 . RTerra  2 . 6 370  12 740  km , ou seja, aproximadamente 40 000 km.
b) Observando a figura e sendo a latitude igual a 60º, temos θ = 60o, logo
                 r             1   r                     6 370
cos 60 0                                   r               3 185 km
              R Terra          2 6 370                     2
Assim, o comprimento do paralelo de raio r será:
C  2 . r  2 . 3 185  6 370  km .



Atividade 6




                                                                                                   27
GABARITO                      Caderno do Aluno             Matemática – 2a série – Volume 4



  A medida do arco PV está, em relação ao comprimento da linha do Equador, na
mesma razão que o ângulo central L está em relação à circunferência terrestre, que
representa 360º, portanto:

         41
   PV      . 2 . . r
        360
         41
   PV      . 2 . . 6 000
        360
   PV  4 292 km



Atividade 7




  A distância PQ é igual ao arco de circunferência com ângulo central igual a θ. Para
  sabermos o valor do arco, precisamos da medida do raio do círculo pequeno que
  passa por PQ.
  A partir da figura, observamos uma relação métrica entre a distância d, do paralelo
  ao Equador, o raio R da Terra e o raio r do paralelo. Como se trata de um triângulo
  retângulo, temos:
  R2 = d2 + r2
  Outra relação que podemos extrair é a seguinte: como a latitude L = 41º, o ângulo em
  OPO’ é alterno interno a L, portanto, também mede 41º.
                             r   r
  Aplicando-se cos 41         
                     o
                                     .
                             R 6 000
  r = 6 000 . 0,75, portanto r = 4 500 km.



                                                                                        28
GABARITO                        Caderno do Aluno               Matemática – 2a série – Volume 4




                                      74
   Como a medida do arco PQ é            partes do comprimento da circunferência de raio
                                     360
   4 500 e considerando π = 3,14, temos:

           74
     PQ      . 2 . . 4 500
          360
     PQ  5 809 km




Páginas 46 - 47
Atividade 1

                                      1                                        1
   Uma milha marítima equivale a         parte de um grau. Um grau equivale a     parte
                                      60                                      360
do comprimento da circunferência máxima, o Meridiano.

                      1   1
   Portanto, 1’ =       .    . C, sendo C = 40 000 km.
                      60 360

   Logo, 1’ equivale a 1,852 km ou 1 852 m.



Atividade 2

   Cilindro: A superfície lateral do cilindro é um retângulo de dimensões:




   Sua área lateral A será, portanto, A = 2.π.OB.AB.

   Como AB = OB, A = 2.π.OB2.

                                       1
   A área da região S corresponde a      da superfície lateral do cilindro, logo,
                                       6

               . OB 2
   área S 
                  3

                                                                                            29
GABARITO                            Caderno do Aluno          Matemática – 2a série – Volume 4



  Esfera: Na esfera, a superfície total será: A´ = 4.π.(O´E´ )2 .

  Como O’E’ = OB,

  Temos: A´ = 4.π.(OB)2 .

                                         1
  A área da região S’ equivale a           de A’, logo,
                                        12

                1
                  . 4. . OB 
                                2
  área S´ 
               12

                . OB 2
  área S ´ 
                    3

                        área S
  Logo, a razão                  1 .
                        área S ´

  O professor pode ainda explorar áreas de fusos e de superfícies de cunhas, sempre

  privilegiando o uso de proporcionalidade.




                                                                                           30

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  • 1. GABARITO Caderno do Aluno Matemática – 2a série – Volume 4 SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 1 PRISMAS: UMA FORMA DE OCUPAR O ESPAÇO Páginas 3 - 5 Atividade 1 Ao observar os dados da atividade, uma primeira impressão pode sugerir que a área total seja a mesma, pois o paralelepípedo oblíquo poderia ser obtido pela inclinação do paralelepípedo reto. Contudo, na prática, isso não se verifica, pois a face frontal e a de fundo da Figura B (quadrados), uma vez fechada a caixa, não permitem tal movimento por fixarem o ângulo reto. Após essa discussão, pode-se destacar que os dois prismas possuem bases iguais e duas faces laterais iguais, sendo suas diferenças dadas pelas faces frontal e de fundo (losango e quadrado). Dessa forma, a decisão sobre o menor consumo de papelão pode recair somente sobre o cálculo da área do quadrado e do losango. Caso os alunos saibam que entre os paralelogramos de mesmo perímetro, o quadrado é o que determina a maior área, a solução fica possível sem a realização de cálculos. Efetuando todos os cálculos, temos a seguinte resolução: Para a área do losango, vamos interpretá-lo como um paralelogramo. A altura H correspondente à base será: sen 60 o  H  3 3  5,2 cm . 6 Como o prisma oblíquo é formado por dois losangos de base 6 cm e altura 5,2 cm e quatro retângulos de dimensões 12 cm por 6 cm: Atotal = 2 . 6 . 5,2 + 4 . 12 . 6 = 62,4 + 288, logo Atotal = 350,4 cm2. 1
  • 2. GABARITO Caderno do Aluno Matemática – 2a série – Volume 4 Figura B O prisma é formado por 4 retângulos de 6 cm por 12 cm e 2 quadrados de lado 6 cm. Atotal = 2 . 6 . 6 + 4 . 12 . 6 = 72 + 288, logo Atotal = 360 cm2. Segundo os dados do problema, o formato do paralelepípedo oblíquo representa uma economia de, aproximadamente, 2,7% em relação ao paralelepípedo reto. Vale ainda observar que nessa atividade não é discutida a capacidade de cada caixa. Esse tema será abordado mais à frente, quando tratarmos de volume de prismas. Atividade 2 A figura a seguir ilustra a situação e as possíveis triangulações. Observamos que o cálculo do tamanho do lápis está associado ao cálculo das diagonais da base e do prisma. Em ambos, aplicaremos o teorema de Pitágoras. Diagonal da base: d 2  16  9  25  d  5 . Diagonal do prisma: D 2  144  25  169  D  13 , portanto, o maior lápis deve ter 13 cm de comprimento. O professor também pode discutir com os alunos uma solução prática para esse problema: sobre o tampo de uma mesa, posicione a caixa, registrando, com lápis, a superfície da base e a posição do vértice A. Faça uma translação da caixa, deslocando-a em uma medida igual à aresta da base, como mostra a figura a seguir, e, com o auxílio de uma régua, meça a distância AE. 2
  • 3. GABARITO Caderno do Aluno Matemática – 2a série – Volume 4 Atividade 3 a) No caso do prisma regular triangular, o lápis terá o tamanho da diagonal da face lateral. É interessante observar que esse prisma não tem diagonal. L2  16 2  12 2 , L2  400 , logo L = 20. O maior lápis terá 20 cm. b) O prisma regular hexagonal é particularmente interessante porque possui duas medidas de diagonais, cada uma relativa às medidas das diagonais da base. Cálculo de L1 (diagonal menor): O lápis L1 é a hipotenusa do triângulo retângulo que tem como catetos a diagonal menor da base e a aresta lateral. A diagonal menor da base equivale a duas alturas de 3
  • 4. GABARITO Caderno do Aluno Matemática – 2a série – Volume 4 um triângulo equilátero de lado igual ao do hexágono regular. Portanto, d = 6 3 l 3 cm, uma vez que a altura de um triângulo equilátero pode ser calculada por: d  2 . Portanto, L1 2  (6 3 ) 2  8 2 . L1  172  L1  13,11 cm. 2 Cálculo de L2 (diagonal maior): O lápis L2 é a hipotenusa do triângulo retângulo que tem como catetos a diagonal maior da base e a aresta lateral. A diagonal maior da base equivale ao dobro da medida do lado do hexágono regular. Portanto, D = 12. Portanto, L2 2  12 2  8 2 , logo L2  14,42 cm. O maior lápis terá, então, aproximadamente, 14,42 cm. Atividade 4 Para as questões (a) e (b): Basta considerar uma caixa de dimensões da base a e b e altura h e proceder como propomos a seguir: d 2  a 2  b 2 . Diagonal do prisma: D2  d 2  h2 D2  a2  b2  h2  D  a2  b2  h2 . Diante dessa expressão, o professor pode ainda levar a turma a investigar o que aconteceria se o formato da caixa de lápis fosse um cubo. Nesse caso, teríamos: a  b  h  d 2  a2  a2  d  a 2 . D  a 2  a 2  a 2  3a 2  D  a 3 . 4
  • 5. GABARITO Caderno do Aluno Matemática – 2a série – Volume 4 Página 6 Atividade 1 Para as questões (a) e (b) A mosca, voando, percorre a diagonal do cubo. Assim, seu caminho medirá: M  3 2  3 2  3 2  M  3 3  5,20 dm . No caso da formiga, é necessário estudar algumas possibilidades. Uma delas é imaginar que ela percorre uma diagonal da face e depois uma aresta do cubo. Esquematicamente, temos: Nesse itinerário, a formiga percorre: F  3 2  3  F  7,24 dm . Contudo, planificando-se a figura, encontramos outra situação, melhor que a primeira: Calculando-se o comprimento d teremos: 5
  • 6. GABARITO Caderno do Aluno Matemática – 2a série – Volume 4 Portanto, a formiga chegará depois da mosca. O menor caminho para ela chegar à gota de mel é passando pelo ponto médio de uma aresta. Atividade 2 Observe que quando pintarmos 5 das 6 faces do cubo, 8 das 12 arestas serão comuns a pelo menos duas faces pintadas. O número de cubos menores que contêm essas arestas é 24. Páginas 8 - 9 Atividade 5 Como solução do problema, apresentamos abaixo uma discussão geral. Caso o professor julgue interessante, pode explorar o mesmo problema de forma algébrica, supondo para a base triangular a medida de aresta x, para a base quadrada y, e para a base hexagonal z. 6
  • 7. GABARITO Caderno do Aluno Matemática – 2a série – Volume 4 Como o perímetro das bases é o mesmo (que corresponde ao lado maior da folha de papel sulfite), podemos escrever:  3x 4 y  3 x  y  4 3x  4 y  6 z   x  6 z  3x  z   2 3x x Portanto, as arestas da base dos três prismas são, respectivamente, x, , . 4 2 Os três prismas têm a mesma altura h (lado menor da folha de sulfite), e sabendo que o volume do prisma, já estudado anteriormente, é igual ao produto da área da base pela altura, então, temos: Desse modo, tomando o valor aproximado para 3  1,7320 , obtemos uma comparação entre os seguintes valores de volumes: Esses dados permitem concluir que, entre os três prismas, aquele que maximiza o volume, com uma justaposição de lados, é o prisma hexagonal regular. Atividade 6 Professor, essa atividade servirá para levantar hipóteses que depois serão verificadas pelo Princípio de Cavalieri. No caso, podemos aproveitá-lo para observar os argumentos dos alunos que comprovariam que ambos os vasos possuem o mesmo volume. 7
  • 8. GABARITO Caderno do Aluno Matemática – 2a série – Volume 4 SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 2 CILINDROS: UMA MUDANÇA DE BASE Páginas 12 - 13 Atividade 1 Alternativas (a), (c), (d) e (f). Atividade 2 Alternativa d. Páginas 14 - 17 Atividade 3 d • O cilindro A tem raio da base igual a e altura igual a 2h. 2 Logo, 2 d  d2 d 2 . h . V A  Ab . h   . r . 2h     . 2h   . 2 . 2h  V A  2 4 2 8
  • 9. GABARITO Caderno do Aluno Matemática – 2a série – Volume 4 • O cilindro B tem raio da base igual a d e altura igual a h. Logo, VB   . d 2 . h . O volume da marca B tem o dobro do volume da marca A. Como o preço da marca A é maior do que a metade do preço da marca B, é mais vantajoso comprar a marca B. Atividade 4 Apoiados na figura, observamos que o volume do combustível no tanque é igual à diferença entre o volume total e o volume do cilindro de altura d (volume de combustível consumido) e que suas bases são iguais. Podemos chegar à seguinte expressão: V = π . R2 . H – π . R2 . d. Substituindo os valores de R = 1 m, H = 2 m e d = 0,4 m, temos: V = π . 12 . 2 – π . 12 . 0,4 , portanto V = 2 π – 0,4 π. V = 1,6 π  5,024 m3, isto é, aproximadamente 5 024 litros. Após a resolução, o professor pode continuar explorando outros fatos interessantes do mesmo problema. Atividade 5 a) V = π . R2 . H – π . R2 . d  V = π . R2 (H – d) Sendo R = 1 m e H = 2 m, temos: V = 2 π – d π, logo, V = π . (2 – d). 9
  • 10. GABARITO Caderno do Aluno Matemática – 2a série – Volume 4 b) c) Sim, é possível. Observando o gráfico, a taxa de variação do volume em relação à medida d é constante. Tomando-se π = 3,14, essa taxa será de 314 litros a cada 10 cm. Portanto, a régua poderá ser graduada aferindo a cada 10 cm da régua o volume de 314 litros. Atividade 6 O professor pode, inicialmente, deixar os alunos buscarem seus próprios meios para resolver essa atividade. Algum tempo depois, pode auxiliá-los na interpretação do problema, discutindo semelhanças com relação à situação da atividade anterior. Uma primeira ideia que deve surgir é que, como lá, o volume do combustível será igual à diferença entre o volume total e o volume consumido. O cálculo do volume total é simples. O problema recairá sobre o cálculo do volume de álcool consumido. 10
  • 11. GABARITO Caderno do Aluno Matemática – 2a série – Volume 4 Como estamos acostumados a ver os sólidos com a base na horizontal, uma ideia é mudarmos a direção do tanque de horizontal para vertical (figura a seguir). Crie um debate na sala, de modo que os alunos concluam sobre a necessidade de calcular o volume do sólido destacado, que representa o volume do álcool consumido. Explorando a ideia relativa ao Princípio de Cavalieri, os alunos devem chegar à conclusão de que o volume do sólido é igual ao produto da área de sua base pela altura. A altura é igual ao comprimento do cilindro. O problema, portanto, está na necessidade de determinar a área da base. Essa região do círculo recebe o nome de segmento circular, que é uma região limitada por uma corda e um arco do círculo. A área do segmento circular pode ser calculada pela diferença entre a área do setor circular e a área do triângulo isósceles AOB. Vamos dividir a resolução em etapas: a) Área do setor circular: Setor circular é a porção do círculo limitada por dois raios e um arco do círculo. Para determinar a área do setor circular, precisamos da medida do ângulo central a ele correspondente, que indicaremos por θ. 11
  • 12. GABARITO Caderno do Aluno Matemática – 2a série – Volume 4 O valor desse ângulo θ pode ser determinado se dividirmos o triângulo isósceles AOB a partir da altura relativa ao vértice O. Assim, o ângulo θ também será dividido  ao meio e o novo triângulo será retângulo. A medida do ângulo pode ser 2  0,7 encontrada aplicando-se o seu cosseno: cos   0,7 . 2 1 Desse modo, devemos determinar qual é o arco cujo cosseno seja igual a 0,7. 2 Consultando uma tabela trigonométrica ou por estimativa, admitindo que  0,7 , 2   teremos que cos  0,7 , e, portanto, o valor de  45 o . O ângulo do setor circular 2 2 1 pode ser considerado, então, próximo de 90º, e sua área equivalerá a da área total 4 do círculo. Como a área do círculo é: Acírculo   .12   , a área do setor será  3,14 Asetor  m 2 . Adotando   3,14 , temos que: Asetor   0,785 m 2 . 4 4 b) Cálculo da área do triângulo: Uma vez que o ângulo do setor é de 90º, o triângulo AOB é retângulo em O, e, 1.1 1 portanto, sua área será: Atriângulo    0,5 m 2 . 2 2 12
  • 13. GABARITO Caderno do Aluno Matemática – 2a série – Volume 4 c) Área do segmento circular (A): A  Asetor  Atriângulo  0,785  0,5 A  0,285 m 2 Retomando o volume do combustível consumido (V1): V1 = A.H = 0,285 . 4  V1 = 1,14 m3, isto é, V1 = 1 140 litros. Então, a resposta do problema é que foram consumidos 1 140 litros de álcool. Terminada essa atividade, o professor pode pedir que os alunos investiguem, em postos de gasolina, como é medido o estoque de combustível nos tanques. Atualmente, há processos sofisticados de medição desses volumes. Dispositivos são instalados no interior dos tanques e fornecem em tempo real, em um painel, a conversão da altura do volume do combustível disponível. Nos postos mais antigos, o estoque é calculado pela combinação da “régua de medição” com uma tabela específica de conversão. O professor também pode, julgando o tempo suficiente, distribuir para grupos de alunos valores diferentes de d e, agrupando-os em uma tabela, propor a construção do gráfico do volume armazenado no tanque em função de d − V(d) e de θ − V(θ). Nesse último, dado θ em radianos, a interseção com os eixos coordenados será em (2π, 0), quando o ângulo θ assume seu maior valor e o volume do tanque é zero, e em (0, 4π), situação que representa o tanque totalmente cheio. 13
  • 14. GABARITO Caderno do Aluno Matemática – 2a série – Volume 4 Páginas 18 - 22 Atividade 1 Para o cálculo do volume aproximado do ar contido no pneu com as especificações apresentadas, temos que encontrar o diâmetro total da roda do carro, para então podermos calcular o seu volume. Esse diâmetro pode ser obtido somando-se o diâmetro da roda interna com o dobro da altura do pneu. Diâmetro da roda + 2 . altura do pneu = 48,26 cm + 2 . 11,025 cm = 70,31 cm. O raio do cilindro interior será de 24,13 cm e o do exterior 35,16 cm. O volume do cilindro vazado, que corresponde ao valor aproximado do volume do ar será: V   . (35,16) 2 . 24,5   . (24,13) 2 . 24,5 . Considerando π = 3,14 V  50 309,81 cm 3 . Portanto, o volume de ar contido nesse pneu é de, aproximadamente, V = 50,31 litros. Atividade 2 Os dados do pneu permitem-nos concluir que sua largura é de 205 mm, sua altura é 65% da largura, o que corresponde ao seguinte cálculo: 205 . 0,65 = 133,25 mm, isto é, 13,325 cm, e o diâmetro da roda interna mede 15 polegadas que, convertidas em centímetros, correspondem a 15 . 2,54 = 38,1 cm. Dessa forma, é possível determinar o diâmetro da roda do carro acrescentando à medida do diâmetro interno da roda o dobro da altura do pneu: 14
  • 15. GABARITO Caderno do Aluno Matemática – 2a série – Volume 4 Diâmetro da roda + 2 . altura do pneu = 38,1 cm + 2 . 13,325 cm = 64,75 cm. Tomando novamente o cilindro como modelo do pneu, o problema resume-se em achar a área da sua superfície lateral, que é um retângulo, de altura 20,5 cm e medida da base igual ao comprimento da circunferência do pneu. Lembrando que a relação entre o comprimento da circunferência e seu diâmetro é dada pela fórmula C =  . D, o comprimento da circunferência do pneu é de, aproximadamente, C pneu  3,14 . 64,75  203,32 cm . Assim, a área da superfície do pneu, na qual vai ser inserida a nova camada de borracha, será: A = 203,32 . 20,5  4 168,1 cm2, isto é, A  0,417 m2. Atividade 3 A alternativa (b) está correta, uma vez que 10% de 6 m = 0,1 . 600 cm = 60 cm. Atividade 4 15
  • 16. GABARITO Caderno do Aluno Matemática – 2a série – Volume 4 CH Temos tg 60º   3  AH  2 AH Concluímos que BC = AH, ou seja, AB é vertical. No BOP temos que: BP  2 No BPA temos que: PA2 = BP2 + BA2, mas BA = CH   PA2   2   2 3  2 2  PA  14 Atividade 5 Alternativa Para resolver esta atividade precisamos analisar uma secção desse reservatório, perpendicular à vara graduada. Observamos, então, que, quanto maior a área da secção, menor será a variação de altura necessária para se chegar à próxima marca nessa vara, uma vez que elas devem demarcar o mesmo volume. Assim, as graduações consecutivas devem estar mais próximas na região média da vara, que corresponde às maiores áreas das seções, do que nas suas extremidades. 16
  • 17. GABARITO Caderno do Aluno Matemática – 2a série – Volume 4 SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 3 O MOVIMENTO DE ASCENSÃO: PIRÂMIDES E CONES Páginas 24 - 28 Atividade 1 A partir da visualização e da manipulação das pirâmides, podemos discutir alguns fatos semelhantes aos prismas: suas faces também são polígonos, seus nomes dependem do polígono que forma sua base e elas podem ser retas ou oblíquas, dependendo da posição entre a altura e a base. Quanto às diferenças, podemos destacar: a pirâmide é um sólido que “afunila” e as faces laterais são triângulos, enquanto nos prismas são retângulos. Atividade 2 Antes de resolver a atividade, pode-se propor aos alunos a confecção do octaedro com bolinhas de isopor e palitos. a) As faces laterais do octaedro são triângulos equiláteros de lado 20 cm. Para calcular a altura h (apótema da pirâmide regular) de uma das faces, podemos observar que ela é o cateto de um triângulo retângulo de hipotenusa 20 cm e com o outro cateto de 10 cm. h2 + 102 = 202 h2 = 300, logo h = 10 3 cm. 17
  • 18. GABARITO Caderno do Aluno Matemática – 2a série – Volume 4 b) Cada face do octaedro é um triângulo de medida de base 20 cm e altura h = 10 3 cm ; sua área será: 1 Aface = . 20 . 10 3  Aface = 100 3  173 cm2. 2 Logo, a área da superfície do octaedro será A = 8 . 173 = 1 384 cm2. c) Observando somente uma das pirâmides que compõem o octaedro, percebemos que a sua altura h’ é um cateto de um triângulo retângulo cuja hipotenusa é a altura da face lateral e o outro cateto tem medida igual à metade do lado do quadrado da base. H’ 2 + 102 = h2 H’ 2 = 300 – 100 = 200 H’ = 10 2  14,1 cm . A altura do octaedro é H = 2h’, logo H = 20 2 cm  H  28,2 cm. d) Observamos que a aresta do cubo é igual à altura do octaedro, ou seja, 20 2 cm. Logo, a área de uma face do cubo é A f  20 2  2 2  800 cm e a área da superfície total do cubo é: A = 4 800 cm2. Atividade 3 Durante o debate, o professor pode registrar na lousa as hipóteses dos alunos para, depois, compará-las com o fato de o volume dessa pirâmide ser um terço do volume do prisma. A partir desse momento, o importante é encontrarmos um meio de significar o 1 fator que caracteriza o cálculo do volume dos sólidos com afunilamento, como as 3 pirâmides e os cones. Presente em vários livros didáticos, a demonstração do cálculo do 18
  • 19. GABARITO Caderno do Aluno Matemática – 2a série – Volume 4 volume da pirâmide apoia-se em figuras que consideramos de difícil visualização e interpretação por parte dos alunos. Atividade 4 Professor, você pode combinar a demonstração com as formas do sabão na lousa ou em cartolina para melhor aproveitamento dos alunos. Páginas 28 - 29 Atividade 1 a) b) Como são quatro faces de mesma área (triângulos equiláteros), temos que a área AT 8 3 de um triângulo equilátero é   2 3 cm 2 . A área de um triângulo 4 4 equilátero pode ser calculada por: l2 3 l2 3 A  2 3  l 2  8  l  2 2 cm . 4 4 Para o cálculo do volume, precisamos da medida da altura da pirâmide. A partir do desenho a seguir, observamos que ela é um dos catetos de um triângulo retângulo em 1 que a hipotenusa é a altura de uma das faces, e o outro cateto mede da medida da 3 altura da face, pois corresponde ao apótema do triângulo equilátero. 19
  • 20. GABARITO Caderno do Aluno Matemática – 2a série – Volume 4 A altura da face é encontrada aplicando-se a expressão: l 3 2 2. 3 h  h  h  6 cm 2 2 Por Pitágoras, escrevemos que: 2  6 2  6    3  H 2   6 48 H2  6  9 9 48 4 3 H  cm . 9 3 1 1 4 3 8 Portanto: V  AB . h  . 2 3 .   2,67 cm 3 . 3 3 3 3 Atividade 2 2 a 3 AB = AC = BC = a, 2 3  h e h 3 2 a 3 3 3h e 3 3 a  6 2 20
  • 21. GABARITO Caderno do Aluno Matemática – 2a série – Volume 4 A pirâmide VABC é tri-retângulo e regular. Portanto, VA = VB = VC = x 62 = VA2 + VB2 = 2x2  x  3 2 O volume é: x2 V  2 .x V  3 2   3  V  9 2 cm 3 3 6 O volume da parte do cubo interna ao copo é: V  9 2 cm 3 . Páginas 30 - 31 Atividade 5 Atividade 6 Aqui, professor, o aluno é levado a investigar as relações entre a geratriz, o raio da base e o comprimento do setor circular. Todos os cálculos são obtidos com o uso de proporcionalidade. Vamos detalhar os cálculos para o setor de 120º: 21
  • 22. GABARITO Caderno do Aluno Matemática – 2a série – Volume 4 A área do círculo original é: A = 100.π e seu comprimento é C = 20.π . Logo, a área 1 1 1 do setor será da área total, portanto, Asetor  .100  cm 2 e seu comprimento será 3 3 3 1 do comprimento total: C setor  . 20  cm . 3 Como o comprimento do arco representará o comprimento da base, podemos 1 1 concluir que C base  C setor  . 20  . Logo, se r é o raio da base, 2  r  . 20  e, 3 3 10 portanto, r  cm . 3 Observando a figura, vemos que a altura, o raio da base e a geratriz são lados de um triângulo retângulo em que a geratriz é a hipotenusa. Aplicando o teorema de Pitágoras, 2  10  20. 2 teremos 10  h    , do que se conclui que: h  2 2 cm . 3 3 Professor, ao final da atividade, pode-se sugerir que os alunos generalizem essa situação, como apresentada a seguir. Devemos destacar, contudo, que não há necessidade de memorização das fórmulas. A atividade merece cuidado no sentido de que os alunos construam as relações de forma visual e que as determine pelo uso da proporcionalidade. 22
  • 23. GABARITO Caderno do Aluno Matemática – 2a série – Volume 4 r 2  g 2  h 2   r  g 2  h2 g h r 2 2 2   h 2  g 2  r 2   h  g2  r2 Sendo α o ângulo central do setor circular, os alunos podem identificar a expressão:   g 360 o . r 2 r  2 g  r    360 o 360 o g Atividade 7 A base do campo de proteção é um círculo de raio R, que pode ser determinado por R tg 60 o  , logo, R  80. 3  138,56 m . Dessa forma, a área de proteção será 80 determinada pela seguinte expressão A   .R 2  3,14 . 19198,87 . A  60 284,46 m2. Páginas 31 - 32 Atividade 1 Inicialmente, devemos analisar os dados da atividade. O trabalho com troncos de cone sugere completar o desenho, reconstruindo o cone que o gerou. Esse procedimento permite aplicar a proporcionalidade nas semelhanças de triângulo observadas. 23
  • 24. GABARITO Caderno do Aluno Matemática – 2a série – Volume 4 Os triângulos VOA e VO’B são semelhantes pelo caso AA, com razão de OA 6 1 semelhança k    . O´B 12 2 Assim, os cones VAA’ e VBB’, de volumes v e V, respectivamente, são 3 v v 1 1 semelhantes, com razão entre os volumes  k 3      v  .V V V 2 8 1 1 Como V   .12 2.20  960 cm 3 , temos v  . 960  120 cm 3 . 3 8 Assim, o volume do tronco é 960   120   840  cm 3 . Finalmente, o volume do chuveiro é igual ao volume do cilindro de raio da base 12 cm e altura 30 cm mais o volume do tronco, ou seja,  .12 2 . 30  840   5 160  cm 3 Adotando   3 , obtemos 5 160 . 3 = 15 480 cm3 = 15,48 litros. Logo, o número de dias de gotejamento necessários para se desperdiçar o volume de 6 . 15,48 6 chuveiros é  2 dias . 46,44 Atividade 2 Alternativa b.. No caso, podemos comparar as áreas das seções e verificar que: V1 < V3 < V2. 24
  • 25. GABARITO Caderno do Aluno Matemática – 2a série – Volume 4 Atividade 3 Alternativa d. b 3 3 a  2  b  2 a   V     1 V  . . r 2 . h 3 2 1 a V  . .   . b   3 2 1 a2 3 V  . . . a    a3  8  a  2 3 4 2 3 b  .2  b  3 2 2 a g     b2 2 2 2 2 g 2     3 2  g 2  10  g  10 2 25
  • 26. GABARITO Caderno do Aluno Matemática – 2a série – Volume 4 SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 4 ESFERA: CONHECENDO A FORMA DO MUNDO Páginas 35 - 36 Atividade 1 1 30º representa da superfície total da esfera. 12 Atividade 2 a) 50% b) 12,5% Atividade 3 a) Dividindo-se 360º por 24, temos 15º. 1 b) Seis horas são seis fusos, que correspondem a 90º, o que equivale a da 4 superfície terrestre. Portanto, sua porcentagem é de 25%. Páginas 36 - 38 A resposta depende da localidade. A cidade de São Paulo tem as seguintes coordenadas: 23º 30’ Sul e 46º 33’ Oeste. 26
  • 27. GABARITO Caderno do Aluno Matemática – 2a série – Volume 4 O volume da esfera Páginas 38 - 39 Atividade 4 a) Vcilindro   . R 3 . 1 b) Vcone   . R 3 . 3 1 c)  . R 3  Vsemiesfera   . R 3 . 3 Páginas 43 - 45 Atividade 5 a) C  2 . RTerra  2 . 6 370  12 740  km , ou seja, aproximadamente 40 000 km. b) Observando a figura e sendo a latitude igual a 60º, temos θ = 60o, logo r 1 r 6 370 cos 60 0     r  3 185 km R Terra 2 6 370 2 Assim, o comprimento do paralelo de raio r será: C  2 . r  2 . 3 185  6 370  km . Atividade 6 27
  • 28. GABARITO Caderno do Aluno Matemática – 2a série – Volume 4 A medida do arco PV está, em relação ao comprimento da linha do Equador, na mesma razão que o ângulo central L está em relação à circunferência terrestre, que representa 360º, portanto: 41 PV  . 2 . . r 360 41 PV  . 2 . . 6 000 360 PV  4 292 km Atividade 7 A distância PQ é igual ao arco de circunferência com ângulo central igual a θ. Para sabermos o valor do arco, precisamos da medida do raio do círculo pequeno que passa por PQ. A partir da figura, observamos uma relação métrica entre a distância d, do paralelo ao Equador, o raio R da Terra e o raio r do paralelo. Como se trata de um triângulo retângulo, temos: R2 = d2 + r2 Outra relação que podemos extrair é a seguinte: como a latitude L = 41º, o ângulo em OPO’ é alterno interno a L, portanto, também mede 41º. r r Aplicando-se cos 41   o . R 6 000 r = 6 000 . 0,75, portanto r = 4 500 km. 28
  • 29. GABARITO Caderno do Aluno Matemática – 2a série – Volume 4 74 Como a medida do arco PQ é partes do comprimento da circunferência de raio 360 4 500 e considerando π = 3,14, temos: 74 PQ  . 2 . . 4 500 360 PQ  5 809 km Páginas 46 - 47 Atividade 1 1 1 Uma milha marítima equivale a parte de um grau. Um grau equivale a parte 60 360 do comprimento da circunferência máxima, o Meridiano. 1 1 Portanto, 1’ = . . C, sendo C = 40 000 km. 60 360 Logo, 1’ equivale a 1,852 km ou 1 852 m. Atividade 2 Cilindro: A superfície lateral do cilindro é um retângulo de dimensões: Sua área lateral A será, portanto, A = 2.π.OB.AB. Como AB = OB, A = 2.π.OB2. 1 A área da região S corresponde a da superfície lateral do cilindro, logo, 6  . OB 2 área S  3 29
  • 30. GABARITO Caderno do Aluno Matemática – 2a série – Volume 4 Esfera: Na esfera, a superfície total será: A´ = 4.π.(O´E´ )2 . Como O’E’ = OB, Temos: A´ = 4.π.(OB)2 . 1 A área da região S’ equivale a de A’, logo, 12 1 . 4. . OB  2 área S´  12  . OB 2 área S ´  3 área S Logo, a razão 1 . área S ´ O professor pode ainda explorar áreas de fusos e de superfícies de cunhas, sempre privilegiando o uso de proporcionalidade. 30