Problemas de geometría con soluciones y respuestas

Explore soluciones detalladas para problemas de geometría de grado 11. Estos ejemplos cubren geometría analítica, teoremas de círculos y cálculos de área/volumen para formas complejas.

Pregunta 1: Intersección de círculo y línea

Encuentre todos los puntos de intersección del círculo \( x^2 + 2x + y^2 + 4y = -1 \) y la línea \( x - y = 1 \).

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Resuelva la ecuación lineal para \( x \): \( x = 1 + y \).

Sustituya en la ecuación del círculo:

\[ (1 + y)^2 + 2(1 + y) + y^2 + 4y = -1 \]

Expanda y simplifique a la forma cuadrática estándar:

\[ 2y^2 + 8y + 4 = 0 \]

Resolver para \( y \) da \( y = -2 \pm \sqrt{2} \). Usando \( x = 1 + y \), los puntos de intersección son:

\[ (-1 + \sqrt{2},\ -2 + \sqrt{2}) \quad \text{y} \quad (-1 - \sqrt{2},\ -2 - \sqrt{2}) \]

Pregunta 2: Triángulo encerrado por líneas

Encuentre el área del triángulo encerrado por el eje x y las líneas \( y = x \) y \( y = -2x + 3 \).

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Gráfico de la intersección del triángulo

Resolver el sistema \( y = x \) y \( y = -2x + 3 \) da la intersección (vértice) en \( (1, 1) \). La altura es \( h = 1 \).

La base se encuentra en el eje x desde \( x = 0 \) hasta la intersección de \( y = -2x + 3 \), que es \( x = 1.5 \).

\[ \text{Área} = \frac{1}{2} \times 1.5 \times 1 = 0.75 \text{ o } \frac{3}{4} \]

Pregunta 3: Lado faltante de un triángulo

Encuentre la longitud del tercer lado de un triángulo si el área es 18 y dos lados tienen longitudes de 5 y 10.

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Usando la fórmula del seno para el área:

\[ 18 = \frac{1}{2} \times 5 \times 10 \times \sin(A) \Rightarrow \sin(A) = \frac{18}{25} \]

Ahora aplique la ley del coseno para el lado \( x \):

\[ x^2 = 5^2 + 10^2 - 2(5)(10)\cos(A) \]

Dado que \( \cos(A) = \sqrt{1 - (18/25)^2} \approx 0.692 \):

\[ x = \sqrt{125 - 100(0.692)} \approx 7.46 \]

Pregunta 4: Cuerdas que se cortan

En un círculo, las cuerdas AC y BD se cortan en O. Si Área(BOC) = 15, AO = 10 y OB = 5, encuentre el área del triángulo AOD.

Cuerdas que se cortan
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Por el teorema de las cuerdas que se cortan, \( AO \cdot OC = BO \cdot OD \). Esto da la proporción:

\[ \frac{AO}{BO} = \frac{OD}{OC} = \frac{10}{5} = 2 \]

Los triángulos comparten ángulos opuestos por el vértice. La proporción de sus áreas es el producto de las proporciones de sus lados:

\[ \text{Área}_{\triangle AOD} = \text{Área}_{\triangle BOC} \times 2 \times 2 = 15 \times 4 = 60 \]

Pregunta 5: Círculos concéntricos y longitud de cuerda

Dos círculos concéntricos tienen radios de 10 y 6. ¿Cuál es la longitud de la cuerda AB del círculo más grande que es tangente al círculo más pequeño?

Círculos concéntricos
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Dibujar un radio hasta el punto de tangencia forma un triángulo rectángulo con la cuerda.

Triángulo rectángulo en círculos concéntricos

Usando el Teorema de Pitágoras para la media cuerda \( x \):

\[ 6^2 + x^2 = 10^2 \Rightarrow x = \sqrt{100 - 36} = 8 \]

Longitud total \( AB = 2x = 16 \).

Pregunta 6: Geometría de un cuadrado

El punto A está dentro del cuadrado BCDE (lado = 20). AB = 9 y AE = 13. Encuentre la longitud AC.

Punto dentro del cuadrado
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Use la ley del coseno en \(\triangle ABE\):

\[ 13^2 = 20^2 + 9^2 - 2(20)(9)\cos(T) \]

Use la ley del coseno en \(\triangle ACB\):

\[ x^2 = 20^2 + 9^2 - 2(20)(9)\cos(90^\circ - T) \]

Note que \( \cos(90^\circ - T) = \sin(T) \). Resolver la primera ecuación da \( \cos(T) = \frac{13}{15} \).

Usando la identidad \( \sin(T) = \sqrt{1 - (13/15)^2} = \frac{2\sqrt{14}}{15} \):

\[ AC = \sqrt{481 - 48\sqrt{14}} \approx 17.4 \]

Pregunta 7: Sólido compuesto (Volumen y masa)

Un objeto metálico combina un hemisferio sobre un cilindro. Radio \( r = 5 \text{ cm} \), altura del cilindro \( h = 12 \text{ cm} \). La densidad es \( 7.8 \text{ g/cm}^3 \).

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a) Volumen total:

\[ V_{cil} = \pi(5)^2(12) = 300\pi \] \[ V_{hemi} = \frac{2}{3}\pi(5)^3 = \frac{250}{3}\pi \] \[ V_{total} = \frac{1150}{3}\pi \text{ cm}^3 \]

b) Masa:

\[ \text{Masa} = 7.8 \times \text{Volumen} \approx 9396.66 \text{ g} \]

Pregunta 8: Perímetro y área de un jardín

Un jardín es un rectángulo de \( 12 \times 8 \text{ m} \) con un semicírculo unido a uno de sus lados de 8m.

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a) Área total:

\[ A_{rect} = 12 \times 8 = 96, \quad A_{semi} = \frac{1}{2}\pi(4)^2 = 8\pi \] \[ A_{total} = 96 + 8\pi \approx 121.13 \text{ m}^2 \]

b) Perímetro: Excluimos el límite interno.

\[ P = 12 + 8 + 12 (\text{lados del rectángulo}) + \pi(4) (\text{arco}) \approx 44.57 \text{ m} \]

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