A continuación, resolvemos algunos problemas teóricos relacionados con el área del rectángulo.
Problema 1
Hallar el área y el perímetro de un rectángulo de base 3 cm y altura 6 cm.
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La base y la altura son
El perímetro es la suma de los cuatro lados:
Calculamos el perímetro:
El área es la base por la altura:
Calculamos el área:
Nota: es importante no olvidar que el perímetro es en \(\text{cm}\) y el área es en \(\text{cm}^2\).
Problema 2
¿Cuánto mide la diagonal de un rectángulo de base \(b\) y altura \(h\)?
Hallar dos fórmulas para calcular la base y la altura a partir de la diagonal.
Ver solución
Representamos un rectángulo de base \(b\) y altura \(h\) con diagonal \(d\):
La diagonal es el segmento que une dos vértices no consecutivos del rectángulo. Un rectángulo tiene 2 diagonales y miden lo mismo:
La diagonal divide el rectángulo en un triángulo rectángulo, lo que permite calcular su longitud mediante el teorema de Pitágoras:
De esta fórmula podemos obtener 2 fórmulas: una para calcular la base y otra para calcular el área.
Elevamos al cuadrado ambos lados:
El signo de la raíz desaparece al elevar al cuadrado:
Aislamos la base:
Hacemos la raíz cuadrada:
Por tanto, la base a partir de la diagonal (y de la altura) es
Siguiendo los pasos anteriores, la altura a partir de la diagonal (y la base) es
Problema 3
Hallar la relación que debe haber entre la base y la altura de un rectángulo para que el valor numérico de su perímetro coincida con el de su área (tal y como ocurre con el rectángulo del Problema 1).
Proporcionar 3 ejemplos de estos rectángulos.
Ver solución
La fórmula del área es base \(b\) por altura \(h\):
La fórmula del perímetro es
Queremos que el área y el perímetro sean iguales:
Por tanto, tenemos
Aislamos la \(b\) en un lado:
Luego la relación que debe haber entre base y altura es
Para tener 3 ejemplos sólo tenemos que dar a \(h\) tres valores distintos:
Si \(h=4\), entonces la base debe ser
Rectángulo de base 4 y altura 4 (es un cuadrado).
Si \(h=7\), entonces la base debe ser
Rectángulo de base 2.8 y altura 7.
Si \(h=10\), entonces la base debe ser
Rectángulo de base 2.5 y altura 10.
Representaciones:
Problema 4
Hallar una fórmula para obtener el área de un rectángulo a partir de su perímetro \(P\) y su diagonal \(d\).
Ver solución
Sabemos que las fórmulas del perímetro, del área y de la diagonal son:
Observad que en la fórmula anterior tenemos el cuadrado de la diagonal (entre paréntesis):
De donde obtenemos la fórmula para el área:
Problema 5 (difícil)
Hallar una fórmula para calcular la base \(b\) y la altura \(h\) de un rectángulo a partir de su perímetro \(P\) y su diagonal \(d\).
Ver solución
Sabemos que las fórmulas del perímetro y de la diagonal son:
Aislamos la altura en la fórmula del perímetro:
Aislamos la altura en la fórmula de la diagonal:
Igualamos las dos expresiones obtenidas (porque \(h = h\)):
Ahora vamos a trabajar en la identidad anterior: elevaremos al cuadrado y operaremos hasta obtener la forma de una ecuación de segundo grado completa para aplicar la fórmula de estas ecuaciones:
Observemos que tenemos la forma de una ecuación de segundo grado completa cuya incógnita es \(b\):
Los coeficientes de la ecuación son
Recordemos que la fórmula de las ecuaciones de segundo grado con la forma \(ax^2 + bx + c = 0\) es
Nota: no hay que confundir la \(b\) de la fórmula anterior con la \(b\) de la base de nuestro rectángulo.
Aplicamos la fórmula a nuestra ecuación:
Operando un poco, obtenemos que
Sustituyendo en una de las fórmulas iniciales, tendremos \(h\):
Es decir, que uno de los lados del rectángulo es
Y el otro lado es
Nota: que llamemos \(h\) ó \(b\) a uno u otro lado del rectángulo no nos importa.
Problema 6 (muy difícil)
Hallar una fórmula para calcular la base \(b\) y la altura \(h\) de un rectángulo a partir de su área \(A\) y su diagonal \(d\).
Ver solución
Sabemos que las fórmulas del área y de la diagonal son:
De la fórmula del área podemos calcular \(h^2\):
De la fórmula de la diagonal podemos aislar \(b^2\):
Podemos sustituir en esta fórmula la \(h^2\) obtenida a partir del área:
Podemos resolver esta ecuación fácilmente realizando un cambio de variable \(t = b^2\). Finalmente, al deshacer el cambio, obtendremos la solución que buscamos:
Nota: al igual que en el problema anterior, que llamemos \(h\) ó \(b\) a uno u otro lado del rectángulo es indiferente.