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Dois tipos de trigonometria:
Trigonometria Plana e Trigonometria Esférica

A Trigonometria Plana trata da resolução de triângulos do plano e a Trigonometria Esférica da resolução de triângulos na esfera.

Durante a maior parte da existência da Trigonometria, seu desenvolvimento foi comandado pelo da Trigonometria Esférica, pois essa era a usada na Astronomia Matemática, por muitos séculos, sua maior aplicação. Foi só com o desenvolvimento da Mecânica e da Física que a Trigonometria Plana passou ao primeiro plano.

Hoje a vasta maioria das pessoas sequer sabe o que é Trigonometria Esférica e muitos outros acham que ela é disciplina completamente ultrapassada, coisa dos livros de História da Matemática. Nada mais falso, pois ela continua sendo disciplina básica para a Astronomia Matemática, bem como para um grande elenco de disciplinas mais recentes, como a Geodésia, a Navegação Oceânica, a Navegação Aérea, a Mecânica de Satélites Artificiais, a Transmissão de Radio de Grande Alcance, o Cálculo de Trajetórias de Mísseis Intercontinentais, o Cálculo do Aquecimento Solar em Arquitetura, etc.

Dados esses fatos e dado que a Trigonometria Plana é assunto obrigatório do ensino de segundo grau, nesta página, concentraremos nossa atenção na Trigonometria Esférica.


1.- OS TRIANGULOS ESFERICOS


A idéia de triângulo esférico

Corresponde à idéia de triângulo desenhado em esferas, como é o caso da Esfera Celeste ( o raio dessas esferas não interessa, como ficará claro mais tarde ). Como definir isso corretamente ?
Se quizermos estender a noção de "triângulo" não apenas para esferas mas para cones, cilindros e qualquer outra superfície, obviamente, a primeira coisa a fazer é examinarmos um pouco mais criticamente as características do familiar triângulo plano. É fácil atinarmos que trata-se de uma figura contornada por trés segmentos de reta ( chamados lados ) que encontram-se nas extremidades ( os chamados vértices ).
Para levar essa noção para outras superfícies é só descobrir o que, na superfície, faz o papel de segmento de reta. Um pouco de pensar nos faz rapidamente ver que os "lados" devem ser as geodésicas da superfície ( ou seja, linhas de comprimento mínimo sobre a superfície ) unindo os "vértices".

Como fica isso tudo no caso objetivo, o dos triângulos esféricos? Bem, é só atinar que:

na esfera, as geodésicas são arcos de círculos maximais
( ou seja, arcos de círculos que estão num plano passando pelo centro da esfera ).


Definição formal de triângulo esférico

Dados três pontos A, B, C de uma esfera ( os quais não estão sobre um mesmo círculo maximal ), o TRIANGULO ESFERICO de vértices A, B e C é a figura da esfera contornada pelos três arcos maximais que vão de A a B, de B a C e de C a A. Esses arcos maximais são chamados de lados do triângulo.


Prova-se que quaisquer três pontos sobre uma esfera, os quais não estão num mesmo círculo maximal, determinam um e só um triângulo esférico. É de se obervar que a proibição dos vértices não estarem num mesmo círculo maximal é semelhante à proibição, no caso de triângulos planos, dos três vértices não estarem numa mesma reta. Mas ela também proibe a possibilidade de um par de vértices serem diametralmente opostos ( poderíamos ver tais vértices como polos e o meridiano que passaria pelo terceiro ponto seria um círculo maximal possuindo os três vértices ). Isso equivale a dizer, conforme definição abaixo, que a medida de uma lado de triângulo esférico nunca pode atingir valores iguais ou superiores a 180 graus.

MEDIDA DE LADO de um triângulo esférico é a medida do ângulo que ele subentende no respectivo círculo maximal. Ela, naturalmente, é expressa em graus ou radianos, em vez de o ser em metros.

MEDIDA DO ANGULO EM UM VERTICE V de um triângulo esférico
é a medida do ângulo plano formado pelas tangentes em V a cada um dos lados por V.


2.-   Algumas propriedades dos triângulos esféricos

  • os lados e ângulos são medidos em graus ou radianos, não interessando o tamanho do raio da esfera
  • todo ângulo e todo lado mede menos do que 180 graus
  • a soma das medidas dos ângulos tem um valor que varia com o triângulo, podendo ser qualquer valor maior do que 180 graus e menor do que 540 graus
  • a soma das medidas dos lados pode ser qualquer valor menor do que 360 graus

EXERCICIO:
Mostre que se um triângulo esférico tem todos os ângulos iguais a 90 graus entao esse triângulo é um octante da esfera.

EXERCICIO:
Num triângulo, dois ângulos tem 90 graus. Pede-se achar a medida dos lados se
  • o terceiro ângulo mede 90 graus
  • o terceiro ângulo mede 45 graus
  • o terceiro ângulo mede 120 graus
respostas: 1). todos medem 90 graus; 2). 90, 90 e 45 graus; 3). 90, 90 e 120 graus

EXERCICIO:
O exercício anterior dá a idéia ( falsa ) de que o lado oposto a um ângulo tem a mesma medida em graus do que o ângulo. Mostremos que isso é, em geral, falso. Construamos um triângulo cujo A valha 90 ° do seguinte modo. Fixemos os círculos maximais onde estarão B e C. A seguir, tomemos C de modo que o lado b meça 45 °. Examinamos, finalmente, o que ocorre à medida que os círculos maximais por C cortam o primeiro círculo maximal por A ( esses cortes dão os B dos sucessivos triângulos que vamos gerando ). Por que os a produzidos tendem a 45 °, à medida que B se aproximar de A ?

3.- Notícia sobre a resolução dos triângulos esféricos


Fórmulas básicas
lei dos senos ( de al-Biruni ) :

sen a
sen A
= sen b
sen B
= sen c
sen C
lei dos co-senos ( de al-Battani ) :

cos a = cos b cos c + sen b sen c cos A


Os problemas clássicos de resolução de triângulo esférico

Problema clássico de resolução de triângulos é todo aquele onde são dados ângulos e lados e se quer determinar os demais. Na Trigonometria Plana temos apenas quatro casos clássicos. Mas na Trigonometria Esférica, como a soma dos ângulos não tem um valor fixo, temos seis casos:
( os lados e ângulos dados estão em vermelho )


Observe que a versão plana do primeiro caso é desconsiderada por ter infinitas soluções; por outro lado, a versão plana do quarto é absorvida pelo sexto caso.

Um exemplo simples:

Sendo dados A = 60 °, b = 30 ° e c = 60 °, achar o lado e ângulos restantes.

Solução:
Usaremos a lei dos cos três vezes:
cos a = cos 30° cos 60° + sen 30° sen 60° cos 60° = 0.649 519 053, logo a = 49° 29' 41"
cos c = cos a cos b + sen a sen b cos C, dá cos C = -0.164 398 988 e daí C = 99° 27' 44"
cos b = cos a cos c + sen a sen c cos B, dá cos B = 0.821 994 937 e daí B = 34° 42' 54".

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