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Geometria Analítica: Distância e Divisão de Segmento

Todo ponto de um plano tem um endereço (x, y). A distância entre A(x₁, y₁) e B(x₂, y₂) é d = √[(x₂ − x₁)² + (y₂ − y₁)²]; é só Pitágoras aplicado à diferença em x e à diferença em y. Um ponto P que divide o segmento AB, por dentro, na razão m : n é P = ((mx₂ + nx₁)/(m + n), (my₂ + ny₁)/(m + n)). Quando m = n, P é o ponto médio.

🎬 História passo a passo

  1. Aqui está uma grade com dois pontos, A(1, 1) e B(4, 5). Queremos saber a que distância eles estão um do outro.
  2. Primeiro ande em linha reta para a direita, saindo de A. Conte os quadrados azuis: 4 − 1 = 3. Essa é a diferença em x.
  3. Agora suba em linha reta até B. Conte os quadrados verdes: 5 − 1 = 4. Essa é a diferença em y. Os dois caminhos formam um ângulo reto.
  4. A reta inclinada AB é o lado maior de um triângulo retângulo. Por Pitágoras, AB = √(3² + 4²) = √25 = 5. Essa é a fórmula da distância.
  5. Agora B vai para (7, 4). Cortamos AB em 2 + 1 = 3 pedaços iguais. P fica a 2 pedaços de A e a 1 pedaço de B, então P divide AB na razão 2 : 1. P = (5, 3).
  6. Brincadeira livre: mova B com os controles e mude m e n. A distância e o ponto P se atualizam embaixo da grade.

Dica: arraste a cena 3D para girar. Use dois dedos para dar zoom.

🤔 Dúvidas comuns, esclarecidas

Por que subtraímos as coordenadas?

A subtração diz quantos quadrados separam os pontos. Os azulejos azuis no 3D são exatamente x₂ − x₁.

E se a diferença der negativa?

Uma diferença negativa só quer dizer que você anda para a esquerda ou para baixo. Ao elevar ao quadrado, o sinal some, então a distância é sempre positiva.

De onde vem a raiz quadrada?

Pitágoras dá AB² = diferença² + diferença². Para obter AB, e não AB², tiramos a raiz quadrada. Veja a linha roxa virar 5 no passo 3.

Por que m vai com x₂ e não com x₁?

P está a m pedaços de A, então ele se inclina m partes para B. Quanto maior o m, mais perto de B fica P, então m precisa multiplicar a coordenada de B.

O ponto médio é só a fórmula de divisão de segmento?

Sim. Faça m = n = 1 no último passo: P fica exatamente no meio e a fórmula vira a média.

A distância muda se eu trocar A e B?

Não. (x₁ − x₂)² é igual a (x₂ − x₁)². Tente mover B em volta de A na brincadeira livre: a distância só depende das diferenças.

Todo ponto tem um endereço: (x, y)

Desenhe duas retas numéricas que se cruzam em ângulo reto. A deitada é o eixo x. A em pé é o eixo y. Elas se encontram na origem O(0, 0).

Todo ponto tem dois números. O primeiro (x, chamado de abscissa) diz quanto andar para a direita ou para a esquerda. O segundo (y, chamado de ordenada) diz quanto andar para cima ou para baixo. Assim, (3, 2) significa 3 para a direita e depois 2 para cima.

Fórmula da distância

Pegue A(x₁, y₁) e B(x₂, y₂). Ande de A em linha reta até ficar embaixo de B. Esse trecho é a diferença em x, x₂ − x₁. Depois suba em linha reta até B. Esse trecho é a diferença em y, y₂ − y₁. Os dois trechos formam um ângulo reto, então AB é a hipotenusa de um triângulo retângulo.

Por Pitágoras: AB = √[(x₂ − x₁)² + (y₂ − y₁)²].

Uma diferença negativa não atrapalha, porque o quadrado a deixa positiva. A distância de P(x, y) até a origem é √(x² + y²).

Como usar a fórmula da distância

Fórmula da divisão de segmento (divisão interna)

Um ponto P está no segmento AB, entre A e B. Se AP : PB = m : n, dizemos que P divide AB internamente na razão m : n.

Pense em AB cortado em m + n pedaços iguais. P está a m pedaços de A. Então P anda m/(m + n) do caminho de A até B. Isso dá

P = ( (m·x₂ + n·x₁)/(m + n) , (m·y₂ + n·y₁)/(m + n) )

Por que funciona: desenhe pequenos triângulos retângulos embaixo de AP e de PB. Eles têm os mesmos ângulos, então são semelhantes, e suas diferenças estão na razão m : n. (Veja Triângulos semelhantes.)

Fórmula do ponto médio

Se m = n, P é o ponto médio: ((x₁ + x₂)/2, (y₁ + y₂)/2). Basta tirar a média dos x e a média dos y.

Como achar a razão

Se a razão não é conhecida, chame-a de k : 1. Coloque na fórmula, compare com o x (ou y) dado e resolva para k. Para achar onde o eixo x corta AB, faça y = 0.

Pontos de trissecção

Dois pontos cortam AB em três partes iguais. Eles dividem AB nas razões 1 : 2 e 2 : 1.

Experimente você mesmo (prática)

Em casa: Cole duas fitas num piso de azulejos para fazer os eixos x e y. Fique no azulejo (1, 1). Coloque um chinelo no azulejo (4, 5). Conte 3 azulejos para o lado e 4 para cima. Agora estique um barbante reto de você até o chinelo e meça em larguras de azulejo: dá 5. Você acabou de testar a fórmula da distância.

No 3D: vá até o último passo. Coloque B em (7, 1) e m : n em 1 : 1. Preveja P antes de olhar. (Resposta: (4, 1), o ponto médio.)

Fórmulas e definições principais

Exemplos resolvidos

1. Ache a distância entre A(1, 1) e B(4, 5).

Diferença em x = 4 − 1 = 3. Diferença em y = 5 − 1 = 4. AB = √(3² + 4²) = √(9 + 16) = √25 = 5 unidades.

2. Ache a distância do ponto P(−6, 8) até a origem.

OP = √[(−6)² + 8²] = √(36 + 64) = √100 = 10 unidades.

3. Ache o ponto médio de A(2, −3) e B(6, 7).

x = (2 + 6)/2 = 4. y = (−3 + 7)/2 = 2. Ponto médio = (4, 2).

4. Ache o ponto que divide internamente A(1, 1) e B(7, 4) na razão 2 : 1.

m = 2, n = 1. x = (2×7 + 1×1)/3 = 15/3 = 5. y = (2×4 + 1×1)/3 = 9/3 = 3. P = (5, 3).

5. Os pontos A(1, 2), B(3, 6) e C(4, 8) estão na mesma reta?

AB = √(4 + 16) = √20 = 2√5. BC = √(1 + 4) = √5. AC = √(9 + 36) = √45 = 3√5. AB + BC = 2√5 + √5 = 3√5 = AC. Então sim, eles são colineares.

6. Ache o ponto do eixo x que está à mesma distância de A(2, −5) e de B(−2, 9).

O ponto é P(x, 0). PA² = PB²: (x − 2)² + 25 = (x + 2)² + 81. x² − 4x + 4 + 25 = x² + 4x + 4 + 81. −8x = 56, então x = −7. P = (−7, 0).

7. Em que razão o ponto (−1, 6) divide o segmento que une A(−3, 10) e B(6, −8)?

Tome a razão k : 1. x = (6k − 3)/(k + 1) = −1. Então 6k − 3 = −k − 1, 7k = 2, k = 2/7. Razão = 2 : 7. Confira y: (−8×2 + 10×7)/9 = 54/9 = 6 ✓.

8. Ache os pontos de trissecção do segmento que une A(2, −2) e B(−7, 4).

P divide AB na razão 1 : 2: P = ((−7 + 4)/3, (4 − 4)/3) = (−1, 0). Q divide AB na razão 2 : 1: Q = ((−14 + 2)/3, (8 − 2)/3) = (−4, 2).

Erros comuns

Quiz de prática

1. A distância entre (0, 0) e (3, 4) é:
2. O ponto médio de (2, 4) e (6, 8) é:
3. Na fórmula de divisão de segmento, o ponto P divide AB internamente na razão m : n. A coordenada x de P é:
4. A distância de (−5, 12) até a origem é:
5. O eixo x divide o segmento que une A(2, −3) e B(5, 6) na razão:

Prática: responda você mesmo

Digite ou escolha sua resposta e aperte Conferir. Use a dica se travar; a solução completa aparece depois que você responder.

Perguntas frequentes

O que é a fórmula da distância, em palavras simples?

Veja a que distância os pontos estão para o lado (diferença em x) e para cima (diferença em y). Eleve as duas ao quadrado, some e tire a raiz quadrada. É Pitágoras numa grade.

Qual é a diferença entre a fórmula de divisão de segmento e a do ponto médio?

A fórmula de divisão de segmento acha um ponto que corta o segmento em qualquer razão m : n. A do ponto médio é o caso especial m = n = 1, em que basta tirar a média das coordenadas.

Onde a geometria analítica é usada no dia a dia?

Em mapas, aplicativos de entrega, jogos e programas de desenho. Sempre que algo é descrito por posições (x, y), as fórmulas da distância e do ponto médio aparecem. Também são cobradas em provas como o Enem e em vestibulares.

Onde isso é ensinado

Canada (Ontario)Grade 10Analytic Geometry
ItalySecondaria di secondo grado – classe 1ªGeometry
ItalySecondaria di secondo grado – classe 1ªGeometry
ItalySecondaria di secondo grado – classe 1ªGeometry
ItalySecondaria di secondo grado – classe 2ªGeometry
ItalySecondaria di secondo grado – classe 2ªGeometry
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NetherlandsHAVO 4 (bovenbouw, 2e fase)Geometric calculations
Spain4º ESOSpatial sense
Spain1º BachilleratoSpatial Sense
CBSE (India)Class 10Coordinate Geometry
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USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 9Connecting algebra and geometry through coordinates
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 10Connecting algebra and geometry through coordinates
Japan高校2年Figures and equations
South Korea고등학교 1학년Equations of figures
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FranceSecondeAutomatic skills
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Russia9 классCoordinate method
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