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LOS TRIÁNGULOS

Hoy les presentamos un Plan Lector preparado por la Docente Margarita Gómez Dugarte, del Instituto de Promoción Social, de Piedecuesta y que busca incentivar la lectura en los estudiantes y mejorar su comprensión lectora.


LOS TRIÁNGULOS

1.    La ciencia más antigua es la geometría.

Se podría decir que la geometría es varios miles de años más antigua que la aritmética: sin lugar a dudas la geometría ha sido la primera verdadera ciencia construida por el hombre, la única verdadera ciencia de la antigua Grecia: ya adulta cuando la física, la química, la biología y la geología todavía no habían nacido, y la medicina daba sus primeros pasos. Sólo la astronomía estaba bastante desarrollada, pero ¿qué era la astronomía de los caldeos, de los egipcios, de los griegos, sino geometría?


Navegación implica astronomía y astronomía implica geometría: he aquí la razón por la que los antiguos pueblos navegantes del Mediterráneo tuvieran que convertirse en excelentes geómetras. Pero también arquitectura implica geometría; y sobre todo implica geometría la agrimensura. En efecto, agri-mensura es la traducción literal, en latín, del griego geometría: en español, medida (metría) del suelo (o sea de la tierra, que en griego se dice ge: recordemos a Gea, la diosa de la Tierra).


Los griegos tenían un verdadero culto por la geometría, que llevaron a un alto grado de perfección.  La consideraron, como se suele decir hoy día, una ciencia formativa, es decir una ciencia que acostumbra al hombre a razonar, que afina la inteligencia; incluso decían que no había que estudiarla con fines prácticos, sino para el «honor de la mente humana». Platón, el gran filósofo discípulo de Sócrates, en su escuela (la Academia), donde se discutían los más difíciles problemas de la lógica, de la política, del arte, de la vida y de la muerte, había hecho escribir encima de la puerta: «No entre el que no sea geómetra».  También decía Platón que «Dios mismo geometriza», y probablemente con esto quería afirmar que el universo está constituido según formas y leyes geométricas.


Este culto a la geometría como ciencia soberana, que es la clave para la comprensión de todo el universo, estaba aún muy vivo en el gran Galileo Galilei (1564-1642).  He aquí lo que escribía Galilei: «Este grandísimo libro que continuamente tenemos abierto ante los ojos (hablo del universo), no se puede entender si antes no se aprende a entender la lengua, y a conocer los caracteres en los cuales está escrito.  Está escrito en lengua matemática y los caracteres son triángulos, círculos y otras figuras geométricas...».  No obstante, la geometría griega permaneció fiel al significado literal de su nombre: los estudiosos griegos se ocuparon sobre todo de las medidas: medidas de longitudes, de áreas y de volúmenes.  Para medir desarrollaron algunas teorías que aún hoy se aprenden en las escuelas más o menos de la misma forma en que fueron enunciadas hace dos mil doscientos años por Euclides: la ley de la semejanza y la ley de la equivalencia. Realmente no podemos hacer una exposición ordenada de ellas (por otro lado, ya se da en la escuela); pero querríamos, con algún ejemplo, hacer ver su alcance y su genialidad.

 

2.            Tales mide la pirámide de Keops con un bastón, dos sombras y una idea.
Cuando el sabio Tales de Mileto, hacia el año 600 a.C, se encontraba en Egipto, un enviado del faraón le pidió, en nombre del soberano, que calculara la altura de la pirámide de Keops. En efecto, corría la voz de que el sabio sabía medir la altura de construcciones elevadas, por arte geométrica, sin subir a ellas. Tales se apoyó en un bastón; esperó hasta que, a media mañana, la sombra de su bastón, mantenido en posición vertical, tuvo una longitud igual a la del bastón; entonces dijo al enviado: «Ve y mide rápidamente la longitud de la sombra de la pirámide: en este momento es tan larga como la misma pirámide».  Para ser preciso, Tales tenía que haber dicho que añadiera a la sombra de la pirámide la mitad del lado de su base, porque la pirámide tiene una ancha base que roba una parte de la sombra que tendría si tuviera la forma de un palo fino y vertical; puede que lo dijera, aunque la leyenda no lo refiere, quizá para no estropear con demasiados detalles técnicos una respuesta tan bella en su simplicidad. 



Para no complicar las cosas, vamos a pensar en un campanario fino y afilado en lugar de una pirámide: tomemos un bastón, no importa de qué longitud, y a cualquier hora del día (¡siempre que no esté nublado!) dispongámonos a medir el campanario: con 
un bastón, dos sombras una idea.  Supongamos, en primer lugar, que el campanario sea vertical, o sea erigido perpendicularmente al suelo, como el de San Marco, y que no esté inclinado como la Torre de Pisa o la Garisenda de Bolonia.  Pongamos entonces también vertical nuestro bastón y midamos su sombra (con un metro, por ejemplo, o si queremos también con el mismo bastón, tomado como metro).  Supongamos que encontramos que la sombra, por ejemplo, es dos veces más larga que el bastón.  Entonces, también la sombra del campanario será en ese momento dos veces más larga que el campanario; para obtener la altura del campanario, bastará, pues, con medir su sombra con un metro, y dividir el número obtenido por dos.  La explicación geométrica es la siguiente: el bastón vertical, su sombra y el rayo de sol que va de la punta del bastón al final de la sombra forman un triángulo rectángulo.  El campanario vertical, su sombra y el rayo de sol que va de la cima del campanario hasta el extremo de su sombra forman otro triángulo rectángulo, que tiene la misma forma que el anterior, porque los ángulos son iguales en los dos triángulos (las sombras se han tomado en el mismo momento, por lo que los rayos solares tienen la misma inclinación). Por lo tanto, se trata de dos triángulos con la misma forma, o sea semejantes; el del campanario es por lo tanto como el del bastón, pero de mayor tamaño.  Ya que los dos triángulos, como hemos dicho, tienen la misma forma, al pasar del más pequeño al más grande se tienen que respetar las proporciones: o sea que, si la sombra del bastón es el doble del bastón, también la sombra del campanario será el doble del campanario.  Si queremos podemos medir también sombra con sombra y altura con altura (campanario con bastón), en lugar de comparar cada altura con su respectiva sombra.  Es decir, que se podría razonar así: «Si la sombra del campanario es cien veces más larga que la del bastón, entonces el campanario es cien veces más alto que el bastón». Se dirá entonces que las cuatro magnitudes: sombra del campanario, sombra del bastón, campanario y bastón están en proporción en el orden dado, y una frase como la que hemos puesto antes entre comillas asumirá la expresión matemática más generalizada:  «La sombra del campanario es al campanario como la sombra del bastón al bastón», por lo que se puede de una proporción obtener la otra, que tiene la misma validez que la primera, cambiando entre sí de lugar las magnitudes intermedias, la segunda y la tercera: es una de las reglas que permiten trabajar con proporciones, la llamada permutación de los medios.

Pero no es necesario que los dos triángulos semejantes tengan un ángulo recto para establecer las proporciones de que hemos hablado entre sus lados. Basta con que cada ángulo de uno de los triángulos sea igual al ángulo correspondiente del otro triángulo. Así, el razonamiento que se ha hecho para un campanario vertical se puede repetir en el caso de la Torre de Pisa siempre que el bastón tenga la misma inclinación que la torre.  


Resumiendo, en general «si dos triángulos tienen los ángulos iguales, los lados correspondientes están en proporción»: o sea, que si un lado de uno de ellos es igual a «tantas veces» el lado correspondiente del otro, entonces otro lado del mismo triángulo será igual a «tantas veces» el lado correspondiente del otro triángulo.


3. Historia y leyenda del teorema de Pitágoras.

Los geómetras griegos llevaron a un grado altísimo de perfección técnica y lógica el estudio de las proporciones entre magnitudes, y particularmente la comparación entre figuras semejantes. Basaron en tal estudio no sólo el cálculo de longitudes desconocidas (como la altura de la pirámide de Keops), sino también el de las áreas de muchas figuras planas limitadas por rectas, o el de los volúmenes de los sólidos limitados por planos. Para comparar las áreas de dos figuras planas semejantes (o sea, de la misma forma) hay que comparar no ya los lados correspondientes, sino los cuadrados de los lados correspondientes. Un sencillísimo ejemplo os convencerá de ello.

Supongamos que la escala de un mapa topográfico sea tal que en él la longitud de un centímetro corresponda a la distancia real de un kilómetro.  Tomemos dos cuadraditos del mapa: uno con el lado de un centímetro, y otro con el lado de dos centímetros.  Son semejantes, porque tienen los ángulos iguales (cuatro ángulos rectos: todos los cuadrados son semejantes entre sí), y la proporción entre los lados es de uno a dos, es decir que cada lado del segundo es el doble del correspondiente lado del primero.  Pero el segundo cuadrado se puede descomponer, no ya en dos cuadrados iguales al primero, sino en cuatro (ver figura 7), y por eso representa en el mapa una región que tiene el área no de dos, sino de cuatro kilómetros cuadrados.  Así, si el lado del segundo hubiera sido tres veces el del primero, el área del segundo sería nueve veces el área del primero (ver figura 7).  Pero nueve es el cuadrado de tres, así como cuatro es el cuadrado de dos: en general, la relación de las áreas de dos cuadrados es el cuadrado de la relación de los lados.   La misma regla es válida para triángulos semejantes (sean o no rectángulos). Y es que si tengo dos triángulos (rectángulos) semejantes, el doble de los dos son dos rectángulos semejantes: entonces su relación será igual a la de los correspondientes rectángulos semejantes. (Pero esto se cumple también en cualquier triángulo semejante).  La ley de la semejanza —lo repetimos— fue enunciada por los griegos con tal perfección que aún hoy se estudia en la escuela más o menos como la estudiaban los muchachos de Atenas o Alejandría en los Elementos de Euclides, hace dos mil trescientos años.  Sin embargo, estoy de acuerdo con los investigadores que piensan que en un primer momento los griegos realizaron el cálculo de las superficies por una vía más sencilla y natural que la que se basa en la comparación de figuras semejantes, y en general, en las proporciones.

Tomemos un famoso ejemplo: el de Pitágoras y su teorema: «En un triángulo rectángulo, el área del cuadrado construido sobre la hipotenusa es igual a la suma de las áreas de los cuadrados construidos sobre los dos catetos» (la hipotenusa es el lado más largo, el que se opone al ángulo recto; los catetos son los dos lados menores, «adyacentes» —o sea al lado— del ángulo recto). La leyenda dice que Pitágoras se dio cuenta del alcance de su demostración hasta el punto de ordenar una hecatombe, es decir, el sacrificio de cien bueyes a los dioses, en señal de agradecimiento y de alegría. Naturalmente, sobre el descubrimiento de Pitágoras no tenemos ni periódicos, ni libros, ni revistas de la época, porque en esa época no había ni periódicos, ni libros, ni revistas. Sólo nos han llegado leyendas, o mejor dicho historias contadas por escritores que vivieron varios siglos después.  Aun así, hay muchas razones que nos hacen creer la «historia de Pitágoras».  A lo mejor no se llamaba Pitágoras ni sacrificó cien bueyes, sino uno solo, o a lo mejor ni siquiera sacrificó un corderillo, todo eso puede ser una leyenda.  Pero que un estudioso de la Magna Grecia (con esta expresión se indicaban la Italia meridional y Sicilia), que vivió hacia el año 600 a C, haya demostrado, con un razonamiento general, la relación que hoy llamamos de Pitágoras entre los cuadrados de los catetos y el de la hipotenusa, para cualquier tipo de triángulo rectángulo, creemos que es un hecho histórico, o sea verdad.  Sabemos con certeza que, muchos siglos antes de Pitágoras, en Egipto y en Caldea había conocidos ejemplos de triángulos rectángulos sobre los que se podía verificar prácticamente la relación mencionada anteriormente. Por ejemplo, si los dos catetos tienen de longitud 3 y 4 (metros o centímetros, etc., lo que se quiera tomar como unidad de medida), se verifica con la experiencia que, entonces, la hipotenusa mide 5 (con respecto a la misma unidad de medida).  Después se comprueba que el cuadrado de 3 más el cuadrado de 4 es igual al cuadrado de 5, o sea que:  32 + 42 = 9 + 16 = 25 = 52.

 

Sabemos además que en la época de Pitágoras, en las islas griegas y en la Magna Grecia, la geometría se transforma y pasa de ser un compendio de reglas prácticas y observaciones aisladas, a una ciencia racional, con razonamientos generales sobre las figuras en general (y no ya sobre aquel triángulo rectángulo de lados 3, 4 y 5 o sobre otro en particular, sino sobre todos los triángulos rectángulos). 
Por lo tanto, Pitágoras —con o sin hecatombe— demostró realmente, sobre el 600 a.C, que «la suma de los cuadrados de los dos catetos, en un triángulo rectángulo, es siempre igual, o, mejor dicho, equivalente, al cuadrado de la hipotenusa».  Pero, aunque estemos convencidos de que fue Pitágoras quien lo demostró, nos preguntamos: ¿cómo lo demostró?. 



4. La demostración de Pitágoras, con dos descomposiciones distintas de un cuadrado
La demostración del teorema de Pitágoras que se suele estudiar en la escuela, no es ciertamente la de Pitágoras. En primer lugar, es demasiado difícil para la época de Pitágoras:  además, sabemos, gracias a un tal Proclo, «comentarista» de los Elementos de Euclides, que tal demostración ha sido obra del mismo Euclides. ¿Entonces? La elección es difícil. En efecto, un matemático francés, Fourrey, que a principios de nuestro siglo se dedicó a recopilar todas las demostraciones conocidas del famoso teorema, consiguió reunir...unas cincuenta. Nosotros creemos, sin embargo, que tiene razón un matemático, sobre 1700, Bretschneider, quien afirmaba, que la demostración original de Pitágoras es la que vamos a exponer a continuación con la ayuda de dos figuras.

 


En la primera figura tomamos el cuadrado que tiene por lado A + B, suma de los dos segmentos A y B, y lo dividimos en varias partes: el cuadrado del lado A, el del lado B, y dos rectángulos de lados A y B; dividiendo por la mitad, con la diagonal, cada uno de los rectángulos de lados A y B, obtenemos en su lugar cuatro triángulos rectángulos de catetos A y B.

En la segunda figura tomamos el mismo cuadrado, o sea el cuadrado de la suma A + B, de dos segmentos A y B, pero lo descomponemos (lo cortamos en pedazos) de una forma distinta. Nos resultan así cuatro triángulos rectángulos de catetos A y B, pero esta vez obtenemos además un único cuadrado, el que tiene por lado la hipotenusa del triángulo rectángulo de catetos A y B.


Tenemos entonces dos cuadrados iguales (los grandes, de lado A + B); si de ellos, tanto de uno como de otro, sacamos una misma superficie, la de los cuatro triángulos rectángulos con catetos A y B, las partes que nos quedan seguirán teniendo una superficie igual: pero las partes que nos quedan son, en la primera figura, la suma de los cuadrados de los catetos A y B, y en la segunda el cuadrado de la hipotenusa. Con el teorema de Pitágoras queda demostrado que, «la suma de los cuadrados de los dos catetos, en todo triángulo rectángulo, es siempre igual, o, mejor dicho, equivalente, al cuadrado de la hipotenusa».

Con base en la lectura, responde las siguientes preguntas:

 1.    Del primer párrafo se concluye que

A.      Grecia ya era adulta cuando la física, la química, la biología y la geología todavía no habían nacido

B.      La medicina ya era adulta cuando la física, la química, la biología y la geología todavía no habían nacido,

C.      La geometría ya era adulta cuando   la física, la química, la biología y la geología todavía no habían nacido

D.   Grecia ya era adulta cuando nació la medicina

 

2.    Según el texto, de las ciencias nombradas, ¿cuál es la más antigua?

A.  La aritmética                     B.  La astronomía       

C.  La física                            D.  La geometría

 

3.    Del interrogante: ¿qué era de la astronomía de los caldeos, de los egipcios y de los griegos sino geometría? Podemos concluir que

A.    En la astronomía de caldeos, egipcios y griegos se aplicaba la geometría

B.    La astronomía de caldeos, egipcios y griegos no tenía ninguna relación con la geometría

C.   Los caldeos aplicaban la astronomía mientras los griegos y egipcios aplicaban la geometría

D.   La astronomía y la geometría no existían en Grecia y Egipto

 

4.    ¿Cuál es la razón por la que los antiguos pueblos navegantes del mediterráneo tuvieron que convertirse en geómetras?

A.    Porque en la construcción de sus embarcaciones utilizaban la geometría

B.    Porque los navegantes necesitan saber astronomía y la astronomía implica geometría

C.   Porque la geometría existió antes que la navegación

D.   Porque fueron los navegantes los que a través de sus viajes descubrieron la geometría.

 

5.    Quienes perfeccionaron la geometría considerándola como la ciencia que acostumbra al hombre a RAZONAR fueron

A.  Los caldeos                                   B.  Los egipcios         

C.  Los griegos                                   D.  Los navegantes del mediterráneo

 

6.    Platón hizo escribir en la puerta de su escuela (la academia) la frase “Dios geometriza” con esto el gran filósofo quiso decir que

A.    Dios estableció la geometría

B.    El universo está constituido por formas geométricas

C.   Al cielo solo entran los que saben geometría

D.   Platón solo sabía de arte, política y lógica

7.       Cuando Galileo Galilei afirma que para entender este gran libro que tenemos abierto ante los ojos, es necesario aprender a entender la lengua y las características en las cuales está escrito.  Hace referencia a

A.   El universo                                                         B.  El libro de geometría

C.   El libro de lenguaje                                             D.  El libro de astronomía

 

8.    ¿Qué estrategia utilizó Thales de Mileto cuando el faraón le solicitó que calculara la altura de la pirámide de Keops?

A.    Usó un decámetro y se subió a la cima de la pirámide para poderla medir

B.    Utilizó un bastón, lo colocó de manera vertical y esperó que la sombra del bastón fuera igual a la longitud del bastón para luego medir también la sombra de la pirámide y por el principio de proporcionalidad concluyó que también la sombra de la pirámide era igual a la altura de la misma.

C.   Usó un bastón para medir la sombra de la pirámide y como la sombra de la pirámide era dos veces la longitud del bastón, midió el bastón y lo multiplicó por dos.  

D.   Colocó de forma vertical junto a la pirámide un bastón de la misma altura que la pirámide y luego midió el bastón para así saber la altura de la pirámide

 

9.    Según la estrategia que utilizó Thales de Mileto para calcular la altura de la pirámide de Keops, podemos afirmar que, si a determinada hora del día la sombra del bastón es 5 veces la longitud del bastón, a la misma hora la sombra de la pirámide es

A.   Igual a la altura de la pirámide                  B.  Igual a la longitud del bastón

C.   5 veces la longitud del bastón                  D.  5 veces la altura de la pirámide

 

10.  Si a la proporción formada entre la altura del campanario (a), la altura del bastón (b), la sombra del campanario (c) y la sombra del bastón (d) a/b = c/d   le aplicamos la permutación de medios obtenemos otra proporción así:

                      

11.  Según la demostración de Pitágoras, si la figura muestra la estructura de tres zonas cuadradas de una finca que deben dividirse entre dos propietarios de forma equitativa, la forma correcta de repartir el terreno es

A.     La zona 1 para el propietario 1, la zona 2 para el propietario 2, y la zona 3 se divide en partes iguales entre los dos propietarios.

B.     La zona 3 para el propietario 1, la zona 2 para el propietario 2 y la zona 1 se divide en partes iguales

C.     La zona 1 para el propietario 1 y las zonas 2 y 3 para el propietario 2.

D.     La zona 1 y 2 para el propietario 1 y la zona 3 para el propietario 2.

 

12.  Según Galileo Galilei, el universo está escrito en lenguaje matemático y sus caracteres son triángulos, círculos y otras figuras.

Explique qué quiere decir Galileo con esa afirmación

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13.  Asigne medidas tanto a la altura y a la sombra de la pirámide como a la altura y a la sombra del bastón de modo que sean proporcionales y escriba las razones que forman la proporción

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