Geometría - Triángulos

el teorema de Apolonio, también llamado teorema de la mediana, es un teorema que relaciona la longitud de la mediana de un triángulo con las longitudes de sus lados.

Teorema de Apolonio (teorema de la mediana) Para todo triángulo la suma de los cuadrados de dos lados cualesquiera, es igual al la mitad del cuadrado del tercer lado más el doble del cuadrado de su mediana correspondiente. Apolonio de Perga

Para cualquier triángulo ΔABC (véase fig. 1), si M es la mediana correspondiente al lado c, donde AP = PB= ½ c, entonces :

fig.1: Esquema con áreas → (  ).

Afinidades

• Este teorema es un caso especial del teorema de Stewart.
• Para triángulos isósceles el teorema se reduce al teorema de Pitágoras.
• Teniendo en cuenta que las diagonales del paralelogramo se bisecan entre sí, puede concluirse que éste teorema es equivalente a la ley del paralelogramo.
• El nombre de este teorema es en alusión a Apolonio de Perga.¹

Sobre las demostraciones

Existen (o pueden existir) razones para no exponer las demostraciones originales, una de ellas seria que los documentos de dichas demostraciones no hayan llegado hasta nuestros días. Por otra parte, al existir en nuestros días más y mejores herramientas matemáticas, puede optarse (aplicando el principio de parsimonia) por exponer solo las demostraciones más sencillas.

Al igual que muchos otros teoremas éste puede ser demostrado de múltiples maneras, algunas de ellas serían:

• Como caso especial del teorema de Stewart.
• Usando vectores (véase ley del paralelogramo).
• Usando el teorema del coseno.

Demostración de Godfrey y Siddons

fig. G&S: Los ángulos φ y φ' son suplementarios (φ + φ' = π = 180°) y por definición de medianam_c = n_c = ½ c.

Demostración² por medio del teorema del coseno. Sea un triángulo euclidiano cualquiera de lados a, b y c, para cuyo lado c se ha trazado la mediana correspondiente M_c (línea verde en la fig. G&S), donde (por definición demediana) m_c = n_c = ½ c. La mediana M_c forma con el lado c los ángulos φ y φ', siendo que φ abarca al lado b y φ'abarca al lado a, entonces de acuerdo al teorema del coseno podemos expresar:

(gs01)

(gs02)

Reemplazando en (gs01) m_c → ½ c y en (gs02) n_c → ½ c y cos φ'  →  -cos φ (por serφ' y φ ángulos suplementarios), y simplificando obtenemos:

(gs03)

(gs04)

Notar que los últimos términos de los miembros derechos de las ecuaciones (gs03) y (gs04) solo difieren en signo, luego sumando m.a.m. dichas ecuaciones y simplificando arroja:

(gs05)

  , ∎.³

La expresión anterior (gs05) es la conclusión final del teorema de Apolonio realizada para la mediana M_c, como se trata de una demostración general, con razonamientos similares se puede obtener las expresiones equivalentes para las restantes medianas M_a yM_b, las cuales serían:

(gs06)

(gs07)

Fórmulas de aplicación práctica

De las expresiones (gs05), (gs06) y (gs07) del la demostración (Godfrey y Siddons) del teorema de Apolonio (teorema de las medianas) pueden deducirse varias fórmulas prácticas (válidas para cualquier triángulo), éstas permiten calcular a partir del conocimiento de tres elementos , a un cuarto elemento desconocido, (los elementos en cuestión son lados y medianas) . La siguiente tabla muestra un resumen de las mismas (con notación acorde a la figura de la propia tabla ):

Triángulos — Medianas ( fórmulas prácticas II )

( Lados: a, b y c ) — ( Medianas: Ma, Mb y Mc )4 — ( Semilados: ma=na = ½ a , mb=nb = ½ b y mc=nc = ½ c ).

Ceviana es un segmento de recta que une un vértice de un triángulo con el lado opuesto a este. También se la conoce como transversal angular.

Se puede decir que la mediana, la altura y la bisectriz son cevianas o rectas notables de un triángulo. ¹

El nombre de ceviana fue introducido por M.A. Poulain, que lo utilizó en honor de Giovanni Ceva, quien en 1678 había formulado el teorema que lleva su nombre, Teorema de Ceva publicándolo en su artículo De lineis rectis se invicem secantibus statica constructio. Este teorema da la condición necesaria y suficiente para que tres cevianas se corten en un punto.

Triángulo con una ceviana d.

En un triángulo, es cualquier segmento que une un vértice con un punto en el lado opuesto o en su prolongación. Las alturas, las medianas y las bisectrices de un triángulo son cevianas.