Materia: Física 1#

Alumno: Bryan Gilberto Marin

Martínez
Profesor: Bartolo Carlin Beltrán.
Grupo: 1°A Turno: 7#
Fecha: 25 de octubre de 2020
Actividad: Teorema de Pitágoras.
 Teorema de Pitágoras

El teorema de Pitágoras establece que, en todo triángulo rectángulo, la longitud de la

hipotenusa es igual a la raíz cuadrada de la suma del área de los cuadrados de las
respectivas longitudes de los catetos. Es la proposición más conocida entre las que tienen
nombre propio en la matemática.

Teorema de Pitágoras

En todo triángulo rectángulo el cuadrado de la hipotenusa es igual a la suma de los

cuadrados de los catetos.

Pitágoras

Si en un triángulo rectángulo hay catetos de longitud y , y la medida de la hipotenusa es ,

entonces se cumple la siguiente relación:

(1)

De esta ecuación se deducen tres corolarios de verificación algebraica y aplicación práctica:

El teorema de Pitágoras fue comprobado en el siglo VI a.C. por el filósofo y matemático

griego Pitágoras, pero se estima que pudo haber sido previo a su existencia, o demostrado
bajo otra denominación.

Respecto de los babilonios hay esta nota:

Desde el punto de vista matemático, las novedades más importantes que registran los textos
babilónicos se refieren a la solución algebraica de ecuaciones lineales y cuadráticas, y el
conocimiento del llamado "teorema de Pitágoras" y de sus consecuencias numéricas.
1

El teorema de Pitágoras tiene este nombre porque su demostración, sobre todo, es esfuerzo
de la escuela pitagórica. Anteriormente, en Mesopotamia y el Antiguo Egipto se conocían
ternas de valores que se correspondían con los lados de un triángulo rectángulo, y se
utilizaban para resolver problemas referentes a los citados triángulos, tal como se indica en
algunas tablillas y papiros. Sin embargo, no ha perdurado ningún documento que exponga
teóricamente su relación.2 La pirámide de Kefrén, datada en el siglo XXVI a. C., fue la
primera gran pirámide que se construyó basándose en el llamado triángulo sagrado egipcio,
de proporciones 3-4-5.

Designaciones convencionales

Triángulos — Resumen de convenciones de designación

 Vértices

Lados (como segmento)

Lados (como longitud)

Ángulos

Demostraciones
El teorema de Pitágoras es de los que cuentan con un mayor número de demostraciones
diferentes, utilizando métodos muy diversos. Una de las causas de esto es que en la Edad
Media se exigía una nueva demostración del teorema para alcanzar el grado de "Magíster
matheseos".

Algunos autores proponen hasta más de mil demostraciones. Otros autores, como el
matemático estadounidense E. S. Loomis, catalogó 367 pruebas diferentes en su libro de
1927 The Pythogorean Proposition.

En ese mismo libro, Loomis clasificaría las demostraciones en cuatro grandes grupos: las
algebraicas, donde se relacionan los lados y segmentos del triángulo; geométricas, en las
que se realizan comparaciones de áreas; dinámicas a través de las propiedades de fuerza,
masa; y las cuaterniónicas, mediante el uso de vectores.

China: El Zhoubi Suanjing y el Jiuzhang Suanshu

Prueba visual para un triángulo de a = 3, b = 4 y c = 5 como se ve en el Chou Pei Suan Ching, 500-
200 a. C.
El Zhoubi Suanjing es una obra matemática de datación discutida en algunos lugares,
aunque se acepta mayoritariamente que fue escrita entre el 500 y el 300 a. C. Se cree que
Pitágoras no conoció esta obra. En cuanto al Jiuzhang Suanshu parece que es posterior; está
fechado en torno al año 250 a. C.

El Zhou Bi demuestra el teorema construyendo un cuadrado de lado (a+b) que se parte en

cuatro triángulos de base a y altura b, y un cuadrado de lado c.

Demostración

Sea el triángulo rectángulo de catetos a y b e hipotenusa c. Se trata de demostrar que el área

del cuadrado de lado c es igual a la suma de las áreas de los cuadrados de lado a y lado b.
Es decir:

Si añadimos tres triángulos iguales al original dentro del cuadrado de lado c formando la
figura mostrada en la imagen, obtenemos un cuadrado de menor tamaño. Se puede observar
que el cuadrado resultante tiene efectivamente un lado de b - a. Luego, el área de este
cuadrado menor puede expresarse de la siguiente manera:

Ya que

Es evidente que el área del cuadrado de lado c es la suma del área de los cuatro triángulos
de altura a y base b que están dentro de él más el área del cuadrado menor:

Con lo cual queda demostrado el teorema.

Demostraciones supuestas de Pitágoras

Se estima que se demostró el teorema mediante semejanza de triángulos: sus lados

homólogos son proporcionales.3

Sea el triángulo ABC, rectángulo en C. El segmento CH es la altura relativa a la

hipotenusa, en la que determina los segmentos a’ y b’, proyecciones en ella de los catetos a
y b, respectivamente.

Los triángulos rectángulos ABC, AHC y BHC tienen sus tres bases iguales: todos tienen
dos bases en común, y los ángulos agudos son iguales bien por ser comunes, bien por tener
sus lados perpendiculares. En consecuencia dichos triángulos son semejantes.

 De la semejanza entre ABC y AHC:

y dos triángulos son semejantes si hay dos o más ángulos congruentes.

 De la semejanza entre ABC y BHC:

Los resultados obtenidos son el teorema del cateto. Sumando:

Pero , por lo que finalmente resulta:

Pitágoras también pudo haber demostrado el teorema basándose en la relación entre las
superficies de figuras semejantes.

Los triángulos PQR y PST son semejantes, de manera que:

siendo r la razón de semejanza entre dichos triángulos. Si ahora buscamos la relación entre
sus superficies:

obtenemos después de simplificar que:

pero siendo la razón de semejanza, está claro que:

Es decir, "la relación entre las superficies de dos figuras semejantes es igual al cuadrado
de la razón de semejanza".

Aplicando ese principio a los triángulos rectángulos semejantes ACH y BCH tenemos que:

que de acuerdo con las propiedades de las proporciones da:

y por la semejanza entre los triángulos ACH y ABC resulta que:

pero según (I) , así que:

Y por lo tanto:

quedando demostrado el teorema de Pitágoras.

Es asimismo posible que Pitágoras hubiera obtenido una demostración gráfica del teorema.
Partiendo de la configuración inicial, con el triángulo rectángulo de lados a, b, c, y los
cuadrados correspondientes a catetos e hipotenusa –izquierda-, se construyen dos cuadrados
diferentes:

 Uno de ellos –centro– está formado por los cuadrados de los catetos, más cuatro
triángulos rectángulos iguales al triángulo inicial.
 El otro cuadrado –derecha– lo conforman los mismos cuatro triángulos, y el cuadrado de
la hipotenusa.

Si a cada uno de estos cuadrados les quitamos los triángulos, evidentemente el área del
cuadrado gris equivale a la de los cuadrados amarillo y azul , habiéndose demostrado el
teorema de Pitágoras.

Demostración de Euclides: proposición I.47 de Los Elementos

El descubrimiento de los números irracionales por Pitágoras y los Pitagóricos supuso un
contratiempo muy serio.6 De pronto, las proporciones dejaron de tener validez universal, no
siempre podían aplicarse. La demostración de Pitágoras de su teorema se basaba muy
probablemente en proporciones, y una proporción es un número racional. ¿Sería realmente
válida como demostración? Ante esto, Euclides elabora una demostración nueva que elude
la posibilidad de encontrarse con números irracionales.

El eje de su demostración es la proposición I.477 de Los Elementos:

En los triángulos rectángulos el cuadrado del lado opuesto al ángulo recto es igual
a la suma de los cuadrados de los lados que comprenden el ángulo recto.

Euclides (proposición I.47)

Basándose en la proposición I.414 de Los Elementos, que equivale a decir que a igual base y
altura, el área del paralelogramo dobla a la del triángulo, (véase Figura Euclides 1).

Se tiene el triángulo ABC, rectángulo en C (véase Figura Euclides 3), y se construye los

cuadrados correspondientes a catetos e hipotenusa. La altura CH se prolonga hasta J.
Seguidamente se traza cuatro triángulos, iguales dos a dos:

 Triángulos ACK y ABD: son iguales, pues siendo los lados AD y AC iguales y
perpendiculares; y siendo AB y AK también iguales y formando igual ángulo que AD y AC,
necesariamente el ángulo DAB es igual al ángulo CAK, por lo que BD=KC. Sus tres lados son
iguales.
 Triángulos ABG y CBI: análogamente, BA=BI, y BG=BC, así que AG=IC. Sus tres lados son
asimismo iguales.

Abundando en las anteriores consideraciones, nótese que un giro con centro en A, y sentido
positivo, transforma ABD en ACK. Y un giro con centro en B, y sentido también positivo,
transforma ABG en CBI. En la demostración de Leonardo da Vinci se encontrará
nuevamente con giros que demuestran la igualdad de figuras.

Véase (en la Figura Euclides 3) que:

1. Las paralelas r y s comprenden al triángulo ACK y el rectángulo AHJK, los cuales tienen la
misma base, AK. Por tanto de acuerdo con la proposición I.41 4 de Los Elementos, AHJK
tiene doble área que ACK, (véase Figura Euclides 1).
2. Las paralelas m y n contienen a ABD y ADEC, cuya base común es AD. Así que el área de
ADEC es doble de la de ABD.

Pero siendo ACK=ABD, resulta que el rectángulo AHJK y el cuadrado ADEC tienen áreas
equivalentes. Haciendosé razonamientos similares con los triángulos ABG y CBI, respecto
al cuadrado BCFG y al rectángulo HBIJ respectivamente, se concluye que estos últimos
tienen asimismo áreas iguales. A partir de lo anterior, surge de inmediato que: «la suma de
las áreas de los cuadrados construidos sobre los catetos, es igual al área del cuadrado
construido sobre la hipotenusa».

Demostración de Papus

Unos 625 años después que Euclides,

Pappus8 parece seguir su senda, y desarrolla una demostración del teorema de Pitágoras
basada en la proposición I.365 de Los Elementos de Euclides:

Dos paralelogramos de igual base, y entre las mismas paralelas, tienen superficies
equivalentes.

Partimos del triángulo ABC rectángulo en C, sobre cuyos catetos e hipotenusa hemos
construido los cuadrados correspondientes.

Prolongando CH hacia arriba se obtiene el rectángulo CEGI cuya diagonal CG determina

en aquel dos triángulos rectángulos iguales al triángulo ABC dado:

 Los ángulos agudos GCI y ABC tienen sus lados perpendiculares

 El lado CI es igual al lado CB

En consecuencia los triángulos rectángulos ABC, ICG y EGC tienen sus tres lados iguales.
 1. Los paralelogramos ACGF y AHMN tienen la misma base CG=HM, y están comprendidos
entre las mismas paralelas, r y s. Por lo tanto tienen la misma superficie (Elementos I.36)
2. Aplicando el mismo principio a ACGF y ACED –base común AC, y paralelas m y n– resulta
que ambos paralelogramos tienen superficies asimismo equivalentes.

De 1) y 2) se sigue que las superficies de ACED y AHMN son iguales.

Análogamente:

1. CGJB y BLMH tienen la misma base CG=MH, y están comprendidos entre las paralelas s y t.
Sus superficies son equivalentes.
2. CGJB y CIKB tienen base común CB, y están entre las paralelas o y p. Sus superficies son
iguales.

De dónde se deduce la equivalencia de las superficies de BLMH y de CIKB.

El teorema de Pitágoras queda demostrado.

Demostración de Bhaskara

Bhaskara II, el matemático y astrónomo

hindú del siglo XII, dio la siguiente demostración del teorema de Pitágoras.

Con cuatro triángulos rectángulos de lados a, b y c se construye el cuadrado de lado c –

izquierda-, en cuyo centro se forma otro cuadrado de lado (a-b).

Redistribuyendo los cuatro triángulos y el cuadrado de lado (a-b), construimos la figura de

la derecha, cuya superficie resulta ser la suma de la de dos cuadrados: uno de lado a –azul-
y otro de lado b -naranja-.

Se ha demostrado gráficamente que

Algebraicamente: el área del cuadrado de lado c es la correspondiente a los cuatro

triángulos, más el área del cuadrado central de lado (a-b), es decir:

expresión que desarrollada y simplificada nos da el resultado , y el teorema queda

demostrado.
Demostración de Leonardo da Vinci

En el elenco de inteligencias que abordaron el teorema de Pitágoras no falta el genio del

Renacimiento, Leonardo da Vinci.

Partiendo del triángulo rectángulo ABC con los cuadrados de catetos e hipotenusa,
Leonardo añade los triángulos ECF y HIJ, iguales al dado, resultando dos polígonos, cuyas
superficies va a demostrar que son equivalentes:

1. Polígono ADEFGB: la línea DG lo divide en dos mitades idénticas, ADGB y DEFG.

2. Polígono ACBHIJ: la línea CI determina CBHI y CIJA.

Comparemos los polígonos destacados en gris, ADGB y CIJA:

 De inmediato vemos que tienen tres lados iguales: AD=AC, AB=AJ, BG=BC=IJ
 Asimismo es inmediata la igualdad entre los ángulos de los siguientes vértices:
o A de ADGB y A de CIJA
o B de ADGB y J de CIJA

Se concluye que ADGB y CIJA son iguales.

De modo análogo se comprueba la igualdad entre ADGB y CBHI.

Además, de un modo semejante a lo explicado en la demostración de Euclides, nótese que

un giro de centro A, y sentido positivo, transforma CIJA en ADGB. Mientras que un giro
de centro B, y sentido negativo, transforma CBHI en ADGB.
Todo ello nos lleva a que los polígonos ADEFGB y ACBHIJ tienen áreas equivalentes.
Pues bien, si a cada uno le quitamos sus dos triángulos –iguales– las superficies que restan
forzosamente serán iguales. Y esas superficies no son sino los dos cuadrados de los catetos
en el polígono ADEFGB, por una parte, y el cuadrado de la hipotenusa en el polígono
ACBHIJ, por la otra. El teorema de Pitágoras queda demostrado.

Demostración de Garfield

James Abram Garfield (1831-1881), el

vigésimo Presidente de los Estados Unidos,9 desarrolló una demostración del teorema de
Pitágoras publicada en el New England Journal of Education.

Garfield construye un trapecio de bases a y b, y altura (a+b), a partir del triángulo

rectángulo de lados a, b y c. Dicho trapecio resulta compuesto por tres triángulos
rectángulos: dos iguales al dado, y un tercero, isósceles de catetos c. En consecuencia:

como corresponde a la superficie del trapecio, pero asimismo tenemos una figura
compuesta por tres triángulos, dos de ellos iguales, de modo que:

igualando la ecuación con la obtenemos:

multiplicando ambos lados por y simplificando...

expandiendo el miembro derecho... restando a ambos miembros, finalmente nos da: y el teorema
está demostrado.

Prueba mediante un geoplano

Es posible, más que una demostración de carácter genérico, la comprobación de la justeza

de la proposición mediante un geoplano, únicamente para casos especiales y concretos,
previamente conocidos.

Proposición recíproca del teorema de Pitágoras

Si en un triángulo ABC, siendo el lado mayor a se cumple que entonces el triángulo es

rectángulo.11
Ejemplos de uso
 Para calcular la longitud e de una escalera; se conoce la altura h del muro a alcanzar; la
distancia p desde la línea suelo muro al pie de la escalera. Se cumple la ecuación ; se
despeja el valor de e, mediante 12

 En la geometría analítica plana, para hallar la distancia entre los puntos con la igualdad 13

 En trigonometría para demostrar la identidad fundamental entre el seno y coseno.14

 En la geometría para calcular la altura de un triángulo equilátero en función del lado; para
obtener la altura del tetraedro regular usando la arista. Para hallar el apotema de un
triángulo equilátero y de un hexágono regular inscritos, conociendo el radio de la
circunferencia circunscrita.15

 En teoría algebraica de números para analizar si un entero gaussiano es primo gaussiano.

Ejemplos:
Problema 1

¿Cuánto mide la hipotenusa de un triángulo rectángulo si sus dos catetos miden 1cm?

Datos:

 La hipotenusa es h

 .
 Los catetos son a=1 y b=1

 .

La fórmula del teorema es

Sustituimos los datos:

Como tenemos la hipotenusa al cuadrado, hacemos la raíz cuadrada:

Por tanto, la hipotenusa mide √ 2 cm

(aproximadamente, 1.41cm

).

Problema 2

La hipotenusa de un triángulo mide 5m y uno de sus catetos mide 4m. ¿Cuánto mide el otro
cateto?

Datos:

La hipotenusa es h=5

 Un cateto es a=4

 El otro cateto es b

La fórmula del teorema es

Sustituimos los datos:

Despejamos b2

Como tenemos el cateto al cuadrado, hacemos la raíz cuadrada:

Por tanto, el otro cateto mide 3 metros.

Problema 3

A una distancia de 2 metros de la base de una torre, vemos su bandera a una distancia de
5.39 metros en línea recta. ¿Cuál es la altura de la torre si la de la bandera es 1 metro?

Datos:

La hipotenusa es h=5.39

 Uno de los catetos es a=2

 El otro cateto (altura de la torre y de la bandera) es b

La fórmula del teorema es

Sustituimos los datos:

Despejamos b2

Calculamos b

Por tanto, la altura de la torre y la bandera es de 5m. Como la altura de la bandera es 1m, la
altura de la torre es 4 metros.