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28 min de leitura

Lei dos Cossenos: Fórmula, Prova e Exercícios

Aprenda a Lei dos Cossenos para descobrir lados e ângulos de triângulos oblíquos, com demonstração geométrica, exemplos e exercícios resolvidos.

O que você vai aprender

  • Relacionar os três lados ao cosseno do ângulo oposto
  • Demonstrar a lei por projeções e pelo Teorema de Pitágoras
  • Escolher entre os casos LAL e LLL e conferir os resultados

Entenda o assunto

A Lei dos Cossenos generaliza o Teorema de Pitágoras para qualquer triângulo plano. O quadrado de um lado é igual à soma dos quadrados dos outros dois menos duas vezes o produto destes pelo cosseno do ângulo que formam.

Com a, b e c como lados opostos aos ângulos A, B e C, respectivamente, usamos a²=b²+c²−2bc cos A. O ângulo A fica entre os lados b e c, informação essencial para empregar a fórmula corretamente.

Triângulo ABC em que a fica oposto ao ângulo A, formado pelos lados b e c; a ao quadrado igual b ao quadrado mais c ao quadrado menos dois bc cosseno de A.

Qual é o enunciado da Lei dos Cossenos?

Dado um triângulo com lados a, b e c opostos aos ângulos A, B e C, vale a²=b²+c²−2bc cos A. Há três formas equivalentes, uma para cada ângulo, obtidas por troca das letras correspondentes.

O termo −2bc cos A corrige a soma de quadrados conforme a abertura entre b e c. Se A for agudo, o cosseno é positivo; se for obtuso, é negativo; se for reto, é zero.

RELAÇÃO MATEMÁTICA
a²=b²+c²−2bc·cos A

Como identificar o ângulo compreendido?

O ângulo A é formado pelos lados b e c, pois os dois se encontram no vértice A. O lado a fica diante dele. O mesmo raciocínio vale para B entre a e c, e para C entre a e b.

Se um desenho apresentar dois lados e um ângulo que não está entre eles, não se trata do caso LAL. Será preciso considerar outras ferramentas e examinar possíveis ambiguidades.

Como demonstrar a fórmula com Pitágoras?

Coloque o lado c sobre o eixo horizontal, com vértices A=(0,0), B=(c,0) e C=(b cos A,b sen A). A distância entre B e C é o lado a.

Pela fórmula da distância e pela identidade sen²A+cos²A=1, temos a²=(c−b cos A)²+(b sen A)²=c²−2bc cos A+b². Essa é a Lei dos Cossenos, válida também para ângulos obtusos.

RELAÇÃO MATEMÁTICA
a²=(c−b cos A)²+(b sen A)²

Quando usar o caso LAL?

Se conhecemos b, c e o ângulo interno A formado entre esses lados, os três dados determinam um único triângulo quando A está entre 0° e 180°. Substituímos diretamente na expressão de a².

Exemplo: b=5, c=7 e A=60°. Obtemos a²=25+49−35=39, logo a=√39. O resultado deve ser positivo e menor que a soma de b e c.

RELAÇÃO MATEMÁTICA
a=√(b²+c²−2bc cos A)

Como descobrir um ângulo com os três lados?

Se os comprimentos a, b e c satisfazem as desigualdades triangulares, podemos isolar cos A=(b²+c²−a²)/(2bc). Depois aplicamos o arco cosseno para obter A entre 0° e 180°.

Em um triângulo 3–4–5 com a=5, b=3 e c=4, o numerador é zero e A=90°. Esse método não apresenta duas respostas possíveis para o mesmo ângulo interno.

RELAÇÃO MATEMÁTICA
A=arccos((b²+c²−a²)/(2bc))

Por que Pitágoras é um caso especial?

Em qualquer triângulo retângulo, o ângulo entre os catetos mede 90°. Como cos90°=0, o termo de correção desaparece e a Lei dos Cossenos se reduz à soma dos quadrados dos catetos.

Para ângulos menores que 90°, o lado oposto fica menor do que no triângulo reto de mesmos lados adjacentes. Para ângulos maiores, o lado oposto fica maior, conforme o sinal do cosseno.

RELAÇÃO MATEMÁTICA
cos90°=0 ⇒ a²=b²+c²

O que muda para um ângulo obtuso?

Ângulos entre 90° e 180° têm cosseno negativo. Assim, em a²=b²+c²−2bc cos A o último termo acrescenta uma quantidade positiva; por isso o lado oposto a A tende a ser maior.

Com b=c=6 e A=120°, cos120°=−1/2, então a²=36+36+36=108, o que dá a=6√3. Essa medida é maior que cada um dos dois outros lados.

Como conferir se existe um triângulo?

Para três comprimentos positivos constituírem um triângulo não degenerado, cada lado deve ser menor que a soma dos outros dois. Em particular, o maior deve ser estritamente menor que a soma dos menores.

Comprimentos 2, 3 e 6 não formam triângulo porque 2+3 não alcança 6. Antes de usar arccos, verifique essa condição e a faixa de valores válida do cosseno.

Onde a Lei dos Cossenos é aplicada?

A Lei dos Cossenos determina a separação entre pontos alcançados por trajetos em direções distintas, mesmo quando nenhum triângulo retângulo está desenhado. Também é usada em topografia e em problemas de geometria plana.

Se duas pessoas partem da mesma origem, percorrem 10 km cada uma, e seus trajetos formam 60°, a distância entre elas é 10 km. A unidade da resposta é comprimento, e não área.

RELAÇÃO MATEMÁTICA
d²=p²+q²−2pq cos θ

Como escolher a fórmula e evitar erros?

Um erro comum é usar o ângulo oposto em vez do ângulo entre os dois lados conhecidos; outro é esquecer que o cosseno de um ângulo obtuso é negativo. Se trabalhar em graus, use a calculadora no modo DEG.

Escolha a Lei dos Cossenos para LAL ou LLL; para dois ângulos e um lado, a Lei dos Senos geralmente é mais simples. Verifique a coerência do resultado com a ordem dos lados e ângulos.

Passo a passo

  1. 01

    Identifique os lados a, b, c e seus ângulos opostos A, B, C no desenho.

  2. 02

    Se tiver dois lados e o ângulo entre eles (LAL), escolha a forma com esse ângulo e calcule o terceiro lado.

  3. 03

    Se tiver os três lados (LLL), isole o cosseno e use arccos para encontrar o ângulo.

  4. 04

    Confira se os lados satisfazem a desigualdade triangular e se ângulo e lado maior são coerentes.

FÓRMULA E RESUMO
a² = b² + c² − 2bc·cos A

Exemplos resolvidos

Veja como aplicar o conceito a situações concretas.

EXEMPLO 1

Ângulo de 60° entre dois lados

Com b=5, c=7 e A=60°, a²=25+49−2·5·7·(1/2)=39. Portanto, a=√39, aproximadamente 6,24 unidades.

EXEMPLO 2

A forma de Pitágoras

Se A=90°, cos90°=0 e a²=b²+c². Para b=3 e c=4, a=5, mostrando que Pitágoras é um caso particular.

EXEMPLO 3

Ângulo obtuso de 120°

Se b=c=6 e A=120°, a²=36+36−72·(−1/2)=108. Assim, a=6√3; o lado oposto ao ângulo obtuso é o maior.

EXEMPLO 4

Encontrar um ângulo pelos três lados

Com a=5, b=3 e c=4, cos A=(9+16−25)/(2·3·4)=0. Logo, A=90°.

EXEMPLO 5

Verificar as medidas do triângulo

Se os lados são 2, 3 e 6, não existe triângulo: 2+3<6. A fórmula não deve ser usada para fabricar um ângulo inválido.

EXEMPLO 6

Lado oposto a 30°

Se b=8 e c=8 e A=30°, a²=64+64−128·cos30°=128−64√3. O comprimento é √(128−64√3).

EXEMPLO 7

Distância entre dois trajetos

Dois deslocamentos de 10 km e 10 km, partindo do mesmo ponto com abertura de 60°, deixam as extremidades a √(100+100−200·1/2)=10 km uma da outra.

O que vale lembrar

AGORA É COM VOCÊ

Hora de praticar

Escolha uma resposta para cada questão e confira a explicação.

QUESTÃO 01Uma alternativa correta

Se b=3, c=4 e A=90°, quanto vale a?

Alternativas da questão 1
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Resposta: A — 5. a²=3²+4²−2·3·4·0=25, então a=5.

QUESTÃO 02Uma alternativa correta

Se b=5, c=7 e A=60°, quanto vale a²?

Alternativas da questão 2
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Resposta: A — 39. a²=25+49−2·5·7·(1/2)=74−35=39.

QUESTÃO 03Uma alternativa correta

Se b=c=6 e A=120°, quanto vale a²?

Alternativas da questão 3
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Resposta: A — 108. cos120°=−1/2; logo a²=36+36−72(−1/2)=108.

QUESTÃO 04Uma alternativa correta

Se a=5, b=3 e c=4, quanto mede A?

Alternativas da questão 4
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Resposta: A — 90°. cos A=(3²+4²−5²)/(2·3·4)=0, portanto A=90°.

QUESTÃO 05Uma alternativa correta

Qual expressão encontra o lado b pela Lei dos Cossenos?

Alternativas da questão 5
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Resposta: A — b²=a²+c²−2ac cos B. O lado b fica oposto ao ângulo B, entre os lados a e c: b²=a²+c²−2ac cos B.

QUESTÃO 06Uma alternativa correta

Qual par de lados e ângulo caracteriza LAL?

Alternativas da questão 6
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Resposta: A — Dois lados e o ângulo formado entre eles. LAL significa lado-ângulo-lado: o ângulo conhecido fica entre os lados conhecidos.

QUESTÃO 07Uma alternativa correta

Quais medidas não formam triângulo?

Alternativas da questão 7
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Resposta: A — 2, 3 e 6. A soma dos lados menores é 2+3=5, inferior a 6, violando a desigualdade triangular.

QUESTÃO 08Uma alternativa correta

Se b=c=10 e A=60°, quanto mede a?

Alternativas da questão 8
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Resposta: A — 10. a²=100+100−200·(1/2)=100; logo a=10.

QUESTÃO 09Uma alternativa correta

Se a²=b²+c² e b,c>0, quanto vale o ângulo A?

Alternativas da questão 9
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Resposta: A — 90°. Da Lei dos Cossenos, 2bc cos A=0; como b,c são positivos, cos A=0 e A=90°.

QUESTÃO 10Uma alternativa correta

Se cos A=−1/2 num triângulo, qual é A?

Alternativas da questão 10
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Resposta: A — 120°. Entre 0° e 180°, o cosseno é −1/2 para A=120°, ângulo obtuso.

Perguntas frequentes: Lei dos Cossenos

A Lei dos Cossenos vale para triângulos retângulos?

Sim. Quando o ângulo compreendido mede 90 graus, o cosseno é zero e a fórmula se transforma no Teorema de Pitágoras.

Quando devo escolher a Lei dos Cossenos?

Nos casos com dois lados e o ângulo compreendido, ou com as medidas dos três lados, ela costuma ser a ferramenta direta.

Como achar um ângulo conhecendo todos os lados?

Isole cos A=(b²+c²−a²)/(2bc), confira se os lados formam um triângulo e calcule o ângulo com arccos.

Por que o sinal muda para um ângulo obtuso?

Porque o cosseno de um ângulo obtuso é negativo; o termo subtraído na fórmula passa a aumentar o quadrado do lado oposto.

A fórmula determina sempre um triângulo válido?

Não. As medidas devem obedecer à desigualdade triangular, e os ângulos internos devem estar entre zero e 180 graus.

Como Lei dos Senos e Lei dos Cossenos se complementam?

A Lei dos Cossenos pode fornecer um lado primeiro; depois, a Lei dos Senos ajuda a encontrar outros ângulos ou lados.

Fontes e referências

Estas fontes ajudam a aprofundar os conceitos apresentados nesta aula. As explicações e os exemplos do UNVRST foram redigidos de forma independente.

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