📐 Matemáticas · 3º ESO

Unidad 10
Problemas Métricos
en el Plano

Ángulos, semejanza, escalas, Pitágoras y áreas de figuras planas. Todo lo que necesitas para dominar la geometría del plano.

Desplázate
1
Relaciones Angulares
Ángulos entre paralelas, en triángulos, polígonos y circunferencias

🔀 Ángulos con dos paralelas y una secante

Cuando una secante corta dos paralelas se forman 8 ángulos con estas relaciones:

TipoParesRelación
Opuestos por el vértice1-3, 2-4, 5-7, 6-8Iguales
Correspondientes1-5, 2-6, 3-7, 4-8Iguales
Alternos externos1-7, 2-8Iguales
Alternos internos3-5, 4-6Iguales
Cointerior (mismo lado)3-6, 4-5Suplementarios (180°)

📐 Suma de ángulos de un triángulo

Propiedad fundamental

La suma de los tres ángulos interiores de cualquier triángulo es 180°.

Demostración: trazamos una recta paralela al lado opuesto por el vértice superior. Los ángulos alternos internos coinciden con los de la base, y los tres juntos forman 180°.

🔷 Ángulos en polígonos

Suma de ángulos interiores
S = 180° × (n − 2)
// n = número de lados
Cada ángulo de un polígono regular
α = 180° × (n − 2) / n
PolígononSumaÁngulo (regular)
Triángulo3180°60°
Cuadrado4360°90°
Pentágono5540°108°
Hexágono6720°120°
Octógono81080°135°

⭕ Ángulos en la circunferencia

Ángulo central
α̂ = medida del arco PQ
Ángulo inscrito
β = arco / 2
// la mitad del ángulo central
💡

Caso especial: Todo ángulo inscrito en una semicircunferencia mide 90° (abarca un arco de 180°).

Dos ángulos inscritos que abarcan el mismo arco son iguales.

2
Triángulos Semejantes. Teorema de Tales
Figuras con la misma forma pero distinto tamaño

📏 Teorema de Tales

Enunciado

Cuando dos o más rectas paralelas cortan a dos rectas secantes, determinan sobre ellas segmentos proporcionales.

Proporcionalidad
AB/A'B' = BC/B'C' = AC/A'C'

🔺 Triángulos semejantes

Dos triángulos son semejantes si tienen:

  • Lados proporcionales: a/a' = b/b' = c/c' = k (razón de semejanza)
  • Ángulos respectivamente iguales: Â = Â', B̂ = B̂', Ĉ = Ĉ'
⚠️

Criterio práctico: Si dos ángulos son iguales, el tercero también lo es → los triángulos son semejantes.

↗️ Triángulos en posición de Tales

Dos triángulos están en posición de Tales cuando:

  • Comparten un ángulo (vértice común A)
  • Los lados opuestos a ese ángulo son paralelos
Consecuencia

Dos triángulos en posición de Tales son semejantes. Y dos triángulos semejantes se pueden poner en posición de Tales.

☀️ Aplicación práctica: sombras

En un mismo instante, objetos verticales y sus sombras forman triángulos rectángulos semejantes:

Regla de tres
altura₁ / sombra₁ = altura₂ / sombra₂

Esta razón es constante en un mismo instante del día para cualquier objeto en el mismo lugar.

3
Figuras Semejantes. Escalas
Reproducciones a mayor o menor tamaño

🗺️ Definición de escala

Escala
Escala = longitud en plano / longitud real
// es la razón de semejanza

Una escala 1:200 significa que 1 cm en el plano = 200 cm = 2 m en la realidad.

📊 Escalas habituales

AplicaciónEscala típica
Plano de vivienda1:50 a 1:200
Mapa de ciudad1:10.000 a 1:20.000
Mapa de país1:1.000.000 a 1:20.000.000
Microscopía10.000:1 (ampliación)

🔄 Cómo operar con escalas

Plano → Realidad
Real = Plano × denominador

Si escala 1:500 y en plano mides 4 cm → Real = 4 × 500 = 2000 cm = 20 m

Realidad → Plano
Plano = Real / denominador

Si escala 1:500 y la pared real mide 6 m = 600 cm → Plano = 600/500 = 1,2 cm

Hallar la escala
Escala = d.plano / d.real

Ambas medidas en las mismas unidades. Simplifica la fracción obtenida.

4
Teorema de Pitágoras
La relación fundamental del triángulo rectángulo

📐 El teorema

Teorema de Pitágoras

En todo triángulo rectángulo, la suma de los cuadrados de los catetos es igual al cuadrado de la hipotenusa.

= +
// a = hipotenusa, b y c = catetos
b

Cateto desconocido: b = √(a² − c²)

a

Hipotenusa: a = √(b² + c²)

🔍 Clasificar un triángulo con sus lados

Dados los lados a ≥ b ≥ c (a es el mayor):

Si...El triángulo es...
b² + c² = a²Rectángulo
b² + c² > a²Acutángulo (todos agudos)
b² + c² < a²Obtusángulo (un ángulo obtuso)
💡

Ternas pitagóricas clásicas: (3,4,5) · (5,12,13) · (8,15,17) · (7,24,25) · (6,8,10)

📐 Aplicaciones de Pitágoras en polígonos regulares

PolígonoApotema (a)Radio (r)Diagonal (d)
Triángulo equilátero (lado l)a = (√3/6)·lr = (√3/3)·l
Cuadrado (lado l)a = l/2r = (√2/2)·ld = √2·l
Hexágono regular (lado l)a = (√3/2)·lr = ld = 2l
Octógono regular (lado l)a = 1,2071·lr = 1,3066·l
Pentágono regular (lado l)a = 0,6882·lr = 0,8507·ld = φ·l ≈ 1,618·l
5
Aplicación Algebraica de Pitágoras
Cuando no conocemos dos lados directamente

🧮 Estrategia general

Cuando la altura traza dos triángulos rectángulos y no conocemos dos lados de ninguno:

1

Nombramos la incógnita adecuada (p.ej. x = proyección de un cateto)

2

Aplicamos Pitágoras a cada triángulo rectángulo → sistema de 2 ecuaciones

3

Restamos las ecuaciones para eliminar la h² y obtener x

4

Sustituimos x para calcular h

📋 Ejemplo resuelto

Triángulo de lados 4, 6 y 8 cm. Hallar la altura h sobre el lado 8:

Planteamiento
x² + h² = 4² → h² = 16 − x²
(8−x)² + h² = 6² → h² = 36 − (8−x)²
Restando: 16−x² = 36−(8−x)²
→ 16x = 64+16−36 = 44 → x = 2,75
→ h² = 16 − 2,75² → h ≈ 2,9 cm
Áreas de polígonos
6
Áreas de los Polígonos
Fórmulas para calcular superficies planas
Rectángulo
A = b × a
Cuadrado
A = l²
Triángulo
A = b·h / 2
Trapecio
A = (b+b')·h/2
Rombo
A = D·d / 2
Paralelogramo
A = b · h
Polígono regular
A = perímetro·ap/2

🏛️ Fórmula de Herón (triángulo con sus tres lados)

Útil cuando no conocemos la altura pero sí los tres lados a, b, c:

Semiperímetro
s = (a + b + c) / 2
Área de Herón
A = √[s(s−a)(s−b)(s−c)]
📌

Ejemplo: Triángulo de lados 11, 13 y 20 cm → s = 22 → A = √(22·11·9·2) = √4356 = 66 cm²

7
Áreas de las Figuras Curvas
Círculo, corona, sector, elipse, parábola

⭕ Círculo

r
A = π · r²

r = radio de la circunferencia

🍕 Sector circular

α
A = π·r² · α/360°

α = ángulo en grados

🔘 Corona circular

R r
A = π(R² − r²)

R = radio mayor, r = radio menor

🥚 Elipse

a b
A = π · a · b

a = semieje mayor, b = semieje menor

📐 Segmento de parábola

b a
A = (2/3) · a · b

a = altura, b = base del segmento

🔵 Segmento circular

Zona entre una cuerda y el arco que abarca:

A = Asector − Atriángulo
💡

Para α = 60° y r = 12 cm: sector = π·144·60/360 = 75,4 cm² · triángulo equilátero (h = 10,4 cm) = 62,4 cm² · segmento = 13 cm²

💪
Ejercicios Extra con Soluciones
Practica y comprueba tu nivel — haz clic para ver la solución
Bloque A · Ángulos y semejanza
1
En un polígono regular de 12 lados, calcula el ángulo interior y el ángulo central. Básico

Aplica las fórmulas de ángulos en polígonos regulares con n = 12.

✅ Solución
  • Suma de ángulos interiores: S = 180° × (12 − 2) = 180° × 10 = 1800°
  • Ángulo interior: α = 1800° / 12 = 150°
  • Ángulo central: β = 360° / 12 = 30°
  • Comprobación: ángulo interior + ángulo central = 150° + 30° = 180° ✓
2
Una circunferencia está dividida en 8 arcos iguales. Calcula el ángulo inscrito que abarca 3 arcos consecutivos. Medio

Recuerda que el ángulo inscrito = arco abarcado / 2.

✅ Solución
  • Medida angular de cada arco: 360° / 8 = 45°
  • Arco abarcado por 3 segmentos: 3 × 45° = 135°
  • Ángulo inscrito = 135° / 2 = 67,5°
3
Un árbol proyecta una sombra de 15 m. Al mismo tiempo, una farola de 4 m proyecta una sombra de 2,4 m. ¿Cuánto mide el árbol? Medio
✅ Solución
  • Razón de semejanza (triángulos semejantes de sombras): altura / sombra = constante
  • 4 / 2,4 = h / 15
  • h = (4 × 15) / 2,4 = 60 / 2,4 = 25 m
4
En un plano a escala 1:250, la longitud de una habitación mide 5,6 cm. ¿Cuánto mide en la realidad? Si la habitación real mide 7,5 m de ancho, ¿cuánto mide en el plano? Básico
✅ Solución
  • Longitud real: 5,6 cm × 250 = 1400 cm = 14 m
  • En el plano: 7,5 m = 750 cm → 750 / 250 = 3 cm
Bloque B · Pitágoras y áreas
5
Un rectángulo tiene lados de 9 cm y 12 cm. Calcula su diagonal y su área. Básico
✅ Solución
  • Diagonal: d = √(9² + 12²) = √(81 + 144) = √225 = 15 cm
  • Área: A = 9 × 12 = 108 cm²
6
Calcula el área de un triángulo cuyos lados miden 7 cm, 15 cm y 20 cm (usa la fórmula de Herón). Medio
✅ Solución
  • s = (7 + 15 + 20) / 2 = 42 / 2 = 21
  • A = √[21 × (21−7) × (21−15) × (21−20)] = √[21 × 14 × 6 × 1] = √1764 = 42 cm²
7
Calcula el área de la zona coloreada: un semicírculo de radio 10 cm con un rectángulo inscrito de base 16 cm y altura 6 cm restado. Medio
✅ Solución
  • Área del semicírculo: (π × 10²) / 2 = 50π ≈ 157,08 cm²
  • Área del rectángulo: 16 × 6 = 96 cm²
  • Área coloreada (semicírculo − rectángulo) = 157,08 − 96 = ≈ 61,08 cm²
8
Un trapecio tiene bases de 30 cm y 18 cm, y lados oblicuos de 10 cm y 14 cm. Calcula su área. Difícil

Traza la altura y forma dos triángulos rectángulos.

✅ Solución
  • Diferencia de bases: 30 − 18 = 12 cm (suma de los dos segmentos base)
  • Llama x al segmento bajo el lado de 10 y (12−x) al del lado 14:
  • x² + h² = 10² y (12−x)² + h² = 14²
  • Restando: x² − (12−x)² = 100 − 196 → 24x − 144 = −96 → 24x = 48 → x = 2
  • h² = 100 − 4 = 96 → h = √96 ≈ 9,8 cm
  • Área = (30 + 18) / 2 × 9,8 = 24 × 9,8 = 235,2 cm²
9
Calcula el área de un sector circular de 120° y radio 9 cm, y el área del segmento circular correspondiente. Difícil
✅ Solución
  • Área del sector: π × 9² × 120/360 = π × 81 × (1/3) = 27π ≈ 84,82 cm²
  • Triángulo formado (isósceles con α=120°, lados = 9 cm):
  • h (altura al lado opuesto) = 9 × sin(60°) = 9 × (√3/2) ≈ 7,79 cm
  • base = 2 × 9 × sin(60°) = 9√3 ≈ 15,59 cm → Area triángulo = (15,59 × 7,79)/2 × ... = (1/2) × 9² × sin(120°) = 40,5 × (√3/2) ≈ 35,07 cm²
  • Área segmento = 84,82 − 35,07 = ≈ 49,75 cm²
10
Un hexágono regular tiene lado 8 cm. Calcula su área total y la longitud de su diagonal mayor. Difícil
✅ Solución
  • Apotema: a = (√3/2) × l = (√3/2) × 8 = 4√3 ≈ 6,928 cm
  • Perímetro: P = 6 × 8 = 48 cm
  • Área: A = (P × a) / 2 = (48 × 4√3) / 2 = 96√3 ≈ 166,28 cm²
  • Diagonal mayor: En el hexágono regular el radio = lado, por tanto d = 2 × r = 2 × 8 = 16 cm
🎯

Consejo de estudio: Intenta resolver cada ejercicio antes de ver la solución. Si te atascas, revisa las fórmulas del apartado correspondiente y vuelve a intentarlo. ¡La práctica es la clave!