Cálculo del radio inscrito en un triángulo rectángulo mediante r = (a + b - c) / 2

M2 — PAES electiva Avanzada

Resumen inicial

En todo triángulo rectángulo con catetos $a$ y $b$ e hipotenusa $c$, el radio de la circunferencia inscrita ($r$) se calcula de forma directa mediante el Teorema de Poncelet: $r = \frac{a + b - c}{2}$.

Explicación en palabras simples

Teorema de Poncelet

En los triángulos con una esquina de $90^\circ$ (rectángulos) hay un truco muy rápido y directo llamado Teorema de Poncelet:

  • Fórmula directa: Sumas los dos catetos, le restas la hipotenusa y divides el resultado entre 2: $r = \frac{a + b - c}{2}$.
  • No necesitas calcular el área: Encuentras el inradio de inmediato usando solo las medidas de los tres lados.
  • Cuadrado en la esquina: El incentro forma un cuadrado perfecto de lado $r \times r$ en el vértice del ángulo recto.

Explicación formal

Teorema de Poncelet

En todo triángulo rectángulo $\Delta ABC$ con catetos $a, b$ e hipotenusa $c$, el inradio $r$ se calcula directamente mediante la semisuma de los catetos menos la hipotenusa:

$$a + b = c + 2r \iff r = \frac{a + b - c}{2}$$

Desglose simbólico y geométrico

  • $a, b$: Longitudes de los catetos perpendiculares.
  • $c$: Longitud de la hipotenusa.
  • Cuadrado en el vértice recto: Los radios de tangencia forman un cuadrado de lado $r$ en la esquina de $90^\circ$, de donde los segmentos tangentes en la hipotenusa suman $c = (a - r) + (b - r) = a + b - 2r$.

Síntesis didáctica

El teorema de Poncelet simplifica el cálculo del inradio en triángulos rectángulos a una sencilla fórmula algebraica lineal sin raíces ni áreas intermedias.

Comprueba tu avance ¿Cuál es la fórmula del Teorema de Poncelet para calcular el inradio r en un triángulo rectángulo?

Definiciones clave

  • Teorema de Poncelet: Teorema geométrico que establece que la suma de los catetos de un triángulo rectángulo es igual a la hipotenusa más dos veces el inradio ($a + b = c + 2r$).
  • Catetos ($a, b$): Lados que forman el ángulo recto ($90^\circ$).
  • Hipotenusa ($c$): Lado opuesto al ángulo recto y de mayor longitud en el triángulo rectángulo.

Propiedades y relaciones importantes

  • Ecuación de Poncelet: $a + b = c + 2r$.
  • Inradio despejado: $r = \frac{a + b - c}{2}$.
  • Equivalencia con área: $r = \frac{\text{Área}}{s} = \frac{(a \cdot b)/2}{(a + b + c)/2} = \frac{a \cdot b}{a + b + c} = \frac{a + b - c}{2}$.

Ejemplo guiado

Ejemplo de Poncelet

En un triángulo rectángulo, los catetos miden $a = 6\text{ cm}$ y $b = 8\text{ cm}$. Calcula la hipotenusa $c$ y luego aplica el Teorema de Poncelet para encontrar el radio de la circunferencia inscrita ($r$).

  • Paso 1: Calcular la hipotenusa por Pitágoras: $c = \sqrt{a^2 + b^2} = \sqrt{6^2 + 8^2} = \sqrt{36 + 64} = \sqrt{100} = 10\text{ cm}$.
  • Paso 2: Aplicar el Teorema de Poncelet: $r = \frac{a + b - c}{2}$.
  • Paso 3: Sustituir los valores: $r = \frac{6 + 8 - 10}{2} = \frac{14 - 10}{2} = \frac{4}{2} = 2\text{ cm}$.
  • Paso 4: Concluir que el radio de la circunferencia inscrita es $2\text{ cm}$.
Comprueba tu avance En un triángulo rectángulo de catetos 5 cm y 12 cm con hipotenusa 13 cm, ¿cuánto mide el inradio r?

Procedimiento

  • Paso 1: Confirmar que el triángulo es rectángulo e identificar los dos catetos ($a, b$) y la hipotenusa ($c$).
  • Paso 2: Si no se conoce la hipotenusa, calcularla mediante el teorema de Pitágoras: $c = \sqrt{a^2 + b^2}$.
  • Paso 3: Aplicar el Teorema de Poncelet: $r = \frac{a + b - c}{2}$.
  • Paso 4: Verificar que el valor obtenido sea positivo ($r > 0$) y asignar las unidades.

Errores frecuentes y cómo corregirlos

Recuerda que en la fórmula de Poncelet se restan los catetos de la hipotenusa ($a + b - c$) y NO al revés.

Ejemplos

Responde los siguientes ejercicios para poner a prueba lo que acabas de aprender.

1 En un triángulo rectángulo de catetos $9\text{ cm}$ y $12\text{ cm}$ e hipotenusa $15\text{ cm}$, ¿cuánto mide el inradio $r$?
2 Si la suma de los catetos de un triángulo rectángulo es $17\text{ cm}$ y la hipotenusa mide $13\text{ cm}$, ¿cuál es el radio del incírculo?
3 ¿El Teorema de Poncelet es aplicable a cualquier tipo de triángulo?
4 ¿En un triángulo rectángulo el inradio es igual a la suma de los catetos menos la hipotenusa dividido por 2?

Ejemplos Verdadero/Falso

Decide si cada afirmación es verdadera o falsa antes de ver la explicación.

"Olvidar dividir el resultado entre 2."
"Aplicar el Teorema de Poncelet a triángulos acutángulos u obtusángulos."
"Calcular la hipotenusa con signos incorrectos en Pitágoras."
"El inradio de un triángulo rectángulo es igual a la suma de los catetos menos la hipotenusa dividido por dos."
"Sumar la hipotenusa en vez de restarla ($a + b + c$ en lugar de $a + b - c$)."
"Confundir los catetos con la hipotenusa."
"En todo triángulo rectángulo se cumple el Teorema de Poncelet: $a + b = c + 2r$."

Al terminar debes poder

Resumen de Teorema de Poncelet

🎯 QUÉ Objetivo

Calcular el radio de la circunferencia inscrita en triángulos rectángulos mediante el Teorema de Poncelet.

⚙️ CÓMO Procedimiento

Identificando los catetos ($a, b$) y la hipotenusa ($c$), y aplicando la relación $r = \frac{a + b - c}{2}$.

Fuente: Texto escolar MINEDUC — Geometría 7° Básico / Geometría Euclidiana.

Practica

Preguntas conceptuales

Verificar las ideas clave antes de calcular.

  1. En un triángulo rectángulo, el inradio se calcula como:

  2. Esta fórmula solo aplica a triángulos rectángulos.

  3. Un triángulo rectángulo tiene catetos 5 y 12 e hipotenusa 13. ¿Cuál es su inradio?

Reconocimiento

Identificar elementos, datos o procedimientos.

  1. Esta fórmula da el mismo resultado que r=Área/semiperímetro para un triángulo rectángulo.

Ejercicios básicos

Aplicar el procedimiento principal en casos simples.

  1. Un triángulo rectángulo tiene catetos 9 y 12 e hipotenusa 15. ¿Cuál es su inradio?

  2. Un triángulo rectángulo con catetos 8 y 15 e hipotenusa 17 tiene inradio 3.

  3. Un triángulo rectángulo tiene catetos 7 y 24 e hipotenusa 25. ¿Cuál es su inradio?

Preguntas tipo PAES

Resolver preguntas con formato y distractores similares a PAES.

  1. ¿Cuál es el error frecuente al usar esta fórmula?

  2. Un triángulo rectángulo tiene inradio 4 y catetos iguales a $a$ y $a+7$, con hipotenusa $a+8$. ¿Cuánto vale $a$?

  3. En cualquier triángulo rectángulo, el inradio es siempre menor que el cateto más corto.

Evaluación de dominio

☆☆☆ 0/3 niveles aprobados
Nivel 1 Definición
Nivel 2 Ejercicios simples
Nivel 3 Problemas de aplicación

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