TEOREMA DE PITÁGORAS
TRIGONOMETRÍA
El teorema de Pitágoras es una de las relaciones más famosas de las matemáticas y la base de la trigonometría. Relaciona los tres lados de cualquier triángulo rectángulo y permite calcular longitudes que no se pueden medir con una regla: la altura de una pared, la diagonal de un terreno, la distancia entre dos puntos.
1. El teorema
Teorema de Pitágoras
Enunciado. En un triángulo rectángulo, el cuadrado de la hipotenusa es igual a la suma de los cuadrados de los catetos:
$$c^2=a^2+b^2$$Despejes útiles: \(\quad c=\sqrt{a^2+b^2}\qquad a=\sqrt{c^2-b^2}\qquad b=\sqrt{c^2-a^2}\)
Significado geométrico. El área del cuadrado construido sobre la hipotenusa es igual a la suma de las áreas de los cuadrados construidos sobre los catetos.
2. Demostraciones
Demostración 1: por áreas
Se toman cuatro triángulos rectángulos iguales, de catetos \(a\), \(b\) e hipotenusa \(c\), y se acomodan de dos maneras dentro de un cuadrado de lado \(a+b\) (figura). En las dos disposiciones el cuadrado grande tiene la misma área: \((a+b)^2\).
Demostración 2: por semejanza
Sea \(\triangle ABC\) rectángulo en \(C\), con catetos \(a=BC\), \(b=AC\) e hipotenusa \(c=AB\). Se traza la altura \(CH\) sobre la hipotenusa, que la divide en \(AH=m\) y \(HB=n\), de modo que \(m+n=c\).
Corolarios de la demostración por semejanza
3. Recíproco, ternas y aplicaciones
Recíproco del teorema
Enunciado. Si en un triángulo se cumple \(c^2=a^2+b^2\), donde \(c\) es el lado mayor, entonces el triángulo es rectángulo y el ángulo recto es el opuesto a \(c\).
Demostración. Se construye un triángulo rectángulo con catetos \(a\) y \(b\). Por el teorema, su hipotenusa \(x\) cumple \(x^2=a^2+b^2=c^2\), luego \(x=c\). Los dos triángulos tienen los tres lados iguales (LLL): son congruentes, y por tanto el original también tiene un ángulo recto. \(\blacksquare\)
Para clasificar un triángulo con lados \(a\le bSI… EL TRIÁNGULO ES \(c^2=a^2+b^2\) rectángulo \(c^2 acutángulo \(c^2>a^2+b^2\) obtusángulo
Ternas pitagóricas
Una terna pitagórica son tres números enteros positivos \((a,\ b,\ c)\) que cumplen \(a^2+b^2=c^2\). Si multiplicas una terna por un mismo número, obtienes otra.
| TERNA | COMPROBACIÓN | MÚLTIPLOS |
|---|---|---|
| \((3,\ 4,\ 5)\) | \(9+16=25\) | \((6,8,10),\ (9,12,15),\ (12,16,20)\) |
| \((5,\ 12,\ 13)\) | \(25+144=169\) | \((10,24,26)\) |
| \((8,\ 15,\ 17)\) | \(64+225=289\) | \((16,30,34)\) |
| \((7,\ 24,\ 25)\) | \(49+576=625\) | \((14,48,50)\) |
Generador: para \(m>n\), la terna \((m^2-n^2,\ 2mn,\ m^2+n^2)\) siempre es pitagórica. Con \(m=2\) y \(n=1\) sale \((3,4,5)\).
Aplicaciones importantes
Método para usar el teorema
Para calcular un lado desconocido de un triángulo rectángulo:
Procedimientos paso a paso
EJEMPLO 1 | Calcular la hipotenusa
Los catetos de un triángulo rectángulo miden \(6\) cm y \(8\) cm. Halla la hipotenusa.
SOLUCIÓN
La hipotenusa mide \(10\) cm.
EJEMPLO 2 | Calcular un cateto
La hipotenusa de un triángulo rectángulo mide \(13\) cm y un cateto mide \(5\) cm. Halla el otro cateto.
SOLUCIÓN
El otro cateto mide \(12\) cm.
EJEMPLO 3 | Resultado con raíz
Los catetos de un triángulo rectángulo miden \(4\) y \(6\). Halla la hipotenusa en forma exacta y aproximada.
SOLUCIÓN
\(c=2\sqrt{13}\approx7.21\).
EJEMPLO 4 | Lados consecutivos con ecuación
Los lados de un triángulo rectángulo miden \(x\), \(x+1\) y \(x+2\), con \(x+2\) la hipotenusa. Halla \(x\) y los tres lados.
SOLUCIÓN
\(x=3\); los lados miden \(3,\ 4\) y \(5\).
EJEMPLO 5 | ¿Qué tipo de triángulo es?
Clasifica los triángulos de lados: a) \(5,\ 12,\ 13\); b) \(6,\ 7,\ 8\); c) \(7,\ 9,\ 12\).
SOLUCIÓN
a) rectángulo; b) acutángulo; c) obtusángulo.
Problemas razonados
PROBLEMA 1 | La escalera y la pared
Una escalera de \(6.5\) m de largo se apoya en una pared vertical. El pie de la escalera está a \(2.5\) m de la pared. ¿A qué altura de la pared llega la escalera?
SOLUCIÓN
La escalera llega a \(6\) m de altura.
PROBLEMA 2 | El atajo por la diagonal
Un terreno rectangular mide \(32\) m de largo y \(24\) m de ancho. Una persona va de una esquina a la esquina opuesta. ¿Cuántos metros se ahorra si cruza por la diagonal en lugar de caminar por las orillas?
SOLUCIÓN
Se ahorran \(16\) m.
PROBLEMA 3 | El cable de un poste
Un cable de \(17\) m se sujeta a la parte alta de un poste vertical y se ancla al suelo, a \(8\) m del pie del poste. ¿Qué altura tiene el poste?
SOLUCIÓN
El poste mide \(15\) m de altura.
Resuelve en tu cuaderno y revisa tu resultado. Dificultad: ●○○ básico, ●●○ intermedio, ●●● reto.
- ●○○ Los catetos de un triángulo rectángulo miden \(9\) y \(12\). Halla la hipotenusa.
Ver respuesta paso a paso
Paso 1. \(c^2=9^2+12^2=81+144=225\).
Paso 2. \(c=\sqrt{225}=15\).
Respuesta: \(15\).
- ●○○ La hipotenusa de un triángulo rectángulo mide \(17\) y un cateto mide \(8\). Halla el otro cateto.
Ver respuesta paso a paso
Paso 1. \(b^2=17^2-8^2=289-64=225\).
Paso 2. \(b=\sqrt{225}=15\).
Respuesta: \(15\).
- ●●○ Los catetos de un triángulo rectángulo miden \(6\) y \(9\). Halla la hipotenusa en forma exacta y aproximada.
Ver respuesta paso a paso
Paso 1. \(c^2=36+81=117\).
Paso 2. \(117=9\cdot13\), así que \(c=\sqrt{117}=3\sqrt{13}\).
Respuesta: \(c=3\sqrt{13}\approx10.82\).
- ●●○ Halla la diagonal de un cuadrado de lado \(8\) cm.
Ver respuesta paso a paso
Paso 1. \(d^2=8^2+8^2=128\).
Paso 2. \(d=\sqrt{128}=\sqrt{64\cdot2}=8\sqrt2\).
Respuesta: \(d=8\sqrt2\approx11.31\) cm.
- ●●○ Halla la altura de un triángulo equilátero de lado \(10\) cm.
Ver respuesta paso a paso
Paso 1. La altura divide la base en dos mitades de \(5\) cm: \(h^2+5^2=10^2\).
Paso 2. \(h^2=100-25=75\), así que \(h=\sqrt{75}=5\sqrt3\).
Respuesta: \(h=5\sqrt3\approx8.66\) cm.
- ●●○ Clasifica los triángulos de lados: a) \(8,\ 15,\ 17\); b) \(9,\ 10,\ 13\); c) \(5,\ 7,\ 10\).
Ver respuesta paso a paso
Paso 1. a) \(17^2=289\) y \(64+225=289\): rectángulo.
Paso 2. b) \(13^2=169\) y \(81+100=181\); como \(169<181\): acutángulo.
Paso 3. c) \(10^2=100\) y \(25+49=74\); como \(100>74\): obtusángulo.
Respuesta: a) rectángulo; b) acutángulo; c) obtusángulo.
- ●●● Los lados de un triángulo rectángulo miden \(x\), \(x+7\) y \(x+8\), con \(x+8\) la hipotenusa. Halla \(x\) y los tres lados.
Ver respuesta paso a paso
Paso 1. \(x^2+(x+7)^2=(x+8)^2\).
Paso 2. \(2x^2+14x+49=x^2+16x+64\), es decir, \(x^2-2x-15=0\).
Paso 3. Factoriza: \((x-5)(x+3)=0\). Como \(x>0\), \(x=5\).
Respuesta: \(x=5\); los lados miden \(5,\ 12\) y \(13\).
- ●●● Una escalera de \(10\) m llega a \(8\) m de altura en una pared. ¿A qué distancia de la pared está su pie?
Ver respuesta paso a paso
Paso 1. La escalera es la hipotenusa: \(d^2+8^2=10^2\).
Paso 2. \(d^2=100-64=36\).
Paso 3. \(d=\sqrt{36}=6\).
Respuesta: \(6\) m.
- ●●● Un ciclista recorre \(12\) km al sur y luego \(5\) km al oeste. ¿A qué distancia en línea recta está del punto de partida?
Ver respuesta paso a paso
Paso 1. Los dos recorridos son perpendiculares: forman los catetos de un triángulo rectángulo.
Paso 2. \(d^2=12^2+5^2=144+25=169\).
Paso 3. \(d=\sqrt{169}=13\).
Respuesta: \(13\) km.
- ●●● Un triángulo rectángulo tiene catetos \(9\) y \(12\). Halla la altura \(h\) sobre la hipotenusa.
Ver respuesta paso a paso
Paso 1. Hipotenusa: \(c=\sqrt{81+144}=\sqrt{225}=15\).
Paso 2. El área con los catetos como base y altura es \(\dfrac{9\cdot12}{2}=54\).
Paso 3. El área con la hipotenusa como base es \(\dfrac{15\cdot h}{2}\). Se igualan: \(\dfrac{15h}{2}=54\).
Respuesta: \(h=\dfrac{108}{15}=7.2\).
Evita estos posibles errores
1. Sumar los catetos sin elevarlos al cuadrado
✘ Incorrecto: \(c=a+b=3+4=7\)
✔ Correcto: \(c^2=a^2+b^2=9+16=25\), así que \(c=5\).
2. Sacar la raíz a cada sumando
✘ Incorrecto: \(\sqrt{a^2+b^2}=a+b\)
✔ Correcto: La raíz no se reparte en una suma: \(\sqrt{9+16}=\sqrt{25}=5\), y no \(3+4\).
3. Usar el teorema en un triángulo que no es rectángulo
✘ Incorrecto: En un triángulo de lados \(5,\ 6,\ 7\), \(7^2=5^2+6^2\)
✔ Correcto: Solo vale si hay un ángulo recto. Aquí \(49\neq25+36=61\): no es rectángulo.
4. Confundir la hipotenusa con un cateto
✘ Incorrecto: Hipotenusa \(13\) y cateto \(5\): \(b=\sqrt{13^2+5^2}\)
✔ Correcto: La hipotenusa va sola en un lado: \(b=\sqrt{13^2-5^2}=\sqrt{144}=12\).
5. Olvidar la raíz cuadrada al final
✘ Incorrecto: \(c^2=25\), así que \(c=25\)
✔ Correcto: \(c=\sqrt{25}=5\). El resultado \(25\) es \(c^2\).
6. Comparar con el lado equivocado al clasificar
✘ Incorrecto: Con lados \(6,\ 7,\ 8\) se compara \(6^2\) con \(7^2+8^2\)
✔ Correcto: Siempre se compara el lado mayor al cuadrado con la suma de los otros dos: \(8^2\) contra \(6^2+7^2\).
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