Tema 3 de 34Geometría

Ángulos II: ángulos entre dos rectas paralelas y una secante. Teoremas asociados

Reconocerás los pares de ángulos que forman dos paralelas cortadas por una secante y aplicarás sus teoremas para hallar ángulos desconocidos en figuras geométricas.

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El porqué del tema

¿Para qué estudiamos este tema?

En el tema anterior aprendiste a manejar un ángulo de manera aislada: definirlo, medirlo, reconocer su bisectriz y clasificarlo según su abertura o la posición de sus lados. Eso es indispensable, pero la geometría casi nunca trabaja con ángulos solos: los ángulos aparecen cuando dos o más rectas se relacionan.

El problema que responde este tema es: si dos rectas paralelas son cortadas por una tercera recta, ¿qué relaciones fijas existen entre los ocho ángulos que se forman? Esa pregunta aparece de forma constante en el examen de admisión de San Marcos, porque esas relaciones permiten “trasladar” medidas angulares de un lugar a otro de una figura sin conocer más datos. Dominar esto es la base para deducir cuánto mide un ángulo incógnito en figuras con rutas, caminos, soportes, pliegues o esquemas geométricos.

Además, este tema no termina aquí: los teoremas de ángulos entre paralelas son la herramienta con la que, en el siguiente tema, demostrarás que los ángulos internos de un triángulo suman 180∘180^\circ, y te servirán para entender rectas como la mediana, la altura o la bisectriz dentro del triángulo.

Por todo ello, aquí vas a aprender:

  • a reconocer los pares de ángulos que se forman entre dos paralelas y una secante;
  • a aplicar sus teoremas fundamentales;
  • a usar la recta paralela auxiliar como método de resolución;
  • a manejar propiedades especiales como el “serrucho” y la suma de ángulos en trayectorias quebradas;
  • a entender qué ocurre con las bisectrices de esos ángulos;
  • a calcular distancias entre rectas paralelas cuando intervienen ángulos.

Antes de empezar

Lo que necesitas saber antes

Antes de entrar al tema, conviene recordar brevemente tres ideas del tema anterior.

  1. Ángulo geométrico. Es la figura formada por dos rayos con un mismo origen llamado vértice. Su medida se expresa en grados sexagesimales. Así, m∠AOB=θm\angle AOB = \theta significa que el ángulo AOBAOB mide θ\theta grados.

  2. Bisectriz de un ángulo. Es el rayo interior que divide al ángulo en dos ángulos de igual medida. Si una bisectriz divide un ángulo de 80∘80^\circ, cada parte mide 40∘40^\circ. Esta idea será clave cuando estudiemos bisectrices de ángulos entre paralelas.

  3. Ángulos suplementarios y opuestos por el vértice.

    • Dos ángulos son suplementarios si sus medidas suman 180∘180^\circ.
    • Al cortarse dos rectas, los ángulos opuestos por el vértice son iguales.
      Por ejemplo, si dos rectas se cruzan y uno de los ángulos mide 50∘50^\circ, el opuesto también mide 50∘50^\circ, mientras que los otros dos miden 130∘130^\circ cada uno, porque cada par adyacente es suplementario.

Estas herramientas elementales bastan para comprender todo lo que sigue.


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1. Rectas paralelas y recta secante

En un mismo plano, dos rectas solo pueden tener dos posiciones relativas:

  • Rectas secantes: se cortan en un punto. Si al cortarse forman un ángulo de 90∘90^\circ, se llaman perpendiculares; si no, se llaman oblicuas.
  • Rectas paralelas: no se cortan nunca, aunque se prolonguen indefinidamente. Se denota L1∥L2L_1 \parallel L_2.

Una recta secante a dos paralelas es aquella que corta a ambas en dos puntos distintos. También se le llama transversal.

En adelante trabajaremos siempre con dos rectas paralelas L1L_1 y L2L_2, y una secante ss que las corta.

Al cortar la secante a las dos paralelas se forman ocho ángulos en total: cuatro alrededor de cada punto de intersección.

En el espacio tridimensional existe una tercera posibilidad: las rectas alabeadas, que no se cortan y no son paralelas porque no están en un mismo plano. En este tema nos quedamos en el plano, que es lo exigido en los problemas de admisión.


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2. Los ocho ángulos: nombres y pares

Para poder aplicar los teoremas sin confundirnos, primero hay que saber identificar cada par de ángulos con nombre propio.

Considera dos rectas paralelas horizontales L1L_1 (arriba) y L2L_2 (abajo), y una secante inclinada ss que las atraviesa.

Ocho ángulos formados por dos rectas paralelas y una secante

Según su ubicación respecto de las dos paralelas:

  • Ángulos internos: están en la región comprendida entre L1L_1 y L2L_2. Son 33, 44, 55 y 66.
  • Ángulos externos: están fuera de esa franja. Son 11, 22, 77 y 88.

Ahora bien, los pares importantes son estos:

Par de ángulos Ubicación Ángulos en la figura
Correspondientes Uno interno y otro externo, del mismo lado de la secante (1,5)(1,5), (2,6)(2,6), (4,8)(4,8), (3,7)(3,7)
Alternos internos Internos, en lados opuestos de la secante (4,6)(4,6), (3,5)(3,5)
Alternos externos Externos, en lados opuestos de la secante (1,7)(1,7), (2,8)(2,8)
Conjugados internos Internos, del mismo lado de la secante (4,5)(4,5), (3,6)(3,6)
Conjugados externos Externos, del mismo lado de la secante (1,8)(1,8), (2,7)(2,7)

Cómo recordarlo:

  • Correspondientes: están en la misma posición relativa respecto de cada paralela y al mismo lado de la secante.
  • Alternos: están en lados distintos de la secante.
  • Conjugados: están al mismo lado de la secante.
  • Internos: entre las paralelas.
  • Externos: fuera de las paralelas.

Por ejemplo, en la figura, ∠3\angle 3 y ∠5\angle 5 son alternos internos: ambos están entre las paralelas y en lados opuestos de la secante. En cambio, ∠4\angle 4 y ∠5\angle 5 son conjugados internos: ambos internos, pero del mismo lado de la secante.


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3. Teoremas fundamentales

Cuando las rectas L1L_1 y L2L_2 son paralelas, los pares anteriores cumplen relaciones exactas.

3.1. Ángulos correspondientes congruentes

Si dos ángulos son correspondientes entre paralelas, entonces son congruentes, es decir, tienen la misma medida.

∠1=∠5,∠2=∠6,∠4=∠8,∠3=∠7. \angle 1 = \angle 5,\quad \angle 2 = \angle 6,\quad \angle 4 = \angle 8,\quad \angle 3 = \angle 7.

Idea intuitiva: la secante tiene la misma inclinación respecto de L1L_1 que respecto de L2L_2, porque L1L_1 y L2L_2 van en la misma dirección. Por eso, el ángulo que la secante forma con una paralela es exactamente el mismo que forma con la otra.

Ejemplo numérico: si ∠1=50∘\angle 1 = 50^\circ, entonces ∠5=50∘\angle 5 = 50^\circ.

3.2. Ángulos alternos internos y externos congruentes

Los ángulos alternos internos son congruentes:

∠4=∠6,∠3=∠5. \angle 4 = \angle 6,\quad \angle 3 = \angle 5.

Los ángulos alternos externos también son congruentes:

∠1=∠7,∠2=∠8. \angle 1 = \angle 7,\quad \angle 2 = \angle 8.

Esto se deduce de lo anterior: ∠4\angle 4 y ∠6\angle 6 son correspondientes respectivamente con ángulos opuestos por el vértice, lo que garantiza su igualdad.

Ejemplo numérico: si ∠3=70∘\angle 3 = 70^\circ, su alterno interno ∠5\angle 5 también mide 70∘70^\circ.

3.3. Ángulos conjugados internos y externos suplementarios

Los ángulos conjugados internos suman 180∘180^\circ:

∠4+∠5=180∘,∠3+∠6=180∘. \angle 4 + \angle 5 = 180^\circ,\quad \angle 3 + \angle 6 = 180^\circ.

Los ángulos conjugados externos también suman 180∘180^\circ:

∠1+∠8=180∘,∠2+∠7=180∘. \angle 1 + \angle 8 = 180^\circ,\quad \angle 2 + \angle 7 = 180^\circ.

Ejemplo numérico: si ∠4=60∘\angle 4 = 60^\circ, su conjugado interno ∠5\angle 5 mide 120∘120^\circ, porque 60+120=18060+120=180.

Una consecuencia muy útil es esta:

Cuando una secante corta dos rectas paralelas, todos los ángulos agudos son iguales entre sí, todos los ángulos obtusos son iguales entre sí, y cualquier ángulo agudo con cualquier ángulo obtuso suman 180∘180^\circ.

Por ejemplo, si un ángulo correspondiente mide 40∘40^\circ, entonces los otros tres agudos miden 40∘40^\circ y los cuatro obtusos miden 140∘140^\circ.


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4. Ángulos de lados paralelos y de lados perpendiculares

Una aplicación directa de los teoremas anteriores es la siguiente propiedad, muy usada cuando en una figura hay dos ángulos cuyos lados son respectivamente paralelos.

4.1. Ángulos de lados paralelos

Si dos ángulos tienen sus lados respectivamente paralelos, entonces:

  • si ambos son agudos u obtusos, son congruentes;
  • si uno es agudo y el otro obtuso, son suplementarios (α+β=180∘ \alpha + \beta = 180^\circ).

Ángulos de lados paralelos: agudos congruentes y agudo-obtuso suplementarios

Ejemplo: si dos ángulos de lados paralelos son agudos y uno mide 50∘50^\circ, el otro mide 50∘50^\circ. Si uno es agudo de 50∘50^\circ y el otro es obtuso, el obtuso mide 130∘130^\circ.

4.2. Ángulos de lados perpendiculares

Una propiedad análoga se cumple cuando los lados de un ángulo son respectivamente perpendiculares a los lados del otro:

  • si ambos son agudos u obtusos, son congruentes;
  • si uno es agudo y el otro obtuso, son suplementarios.

Ejemplo numérico: si un ángulo agudo de 35∘35^\circ es de lados perpendiculares a otro ángulo agudo, este último también mide 35∘35^\circ. Si el otro es obtuso, mide 145∘145^\circ.

Estas propiedades son muy utilizadas cuando se combinan dos pares de rectas paralelas o perpendiculares.


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5. La recta paralela auxiliar

Muchos problemas no presentan un ángulo incógnito directamente entre las dos paralelas: presentan una línea quebrada que va de una paralela a la otra. En esos casos, el método más limpio es trazar una tercera recta paralela L3L_3 que pase por el vértice del ángulo incógnita.

Como L3L_3 es paralela a L1L_1 y a L2L_2, se pueden aplicar a ambos lados los teoremas de ángulos alternos internos. Esta técnica es la base de las propiedades que veremos a continuación.


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6. Teorema del serrucho

Es una de las propiedades más aplicadas en el examen de San Marcos. Se le llama coloquialmente “serrucho” por la forma de diente de sierra que tiene la figura.

Enunciado:
Si L1∥L2L_1 \parallel L_2, y una línea quebrada une L1L_1 con L2L_2 mediante un codo intermedio, entonces el ángulo exterior en el codo xx es igual a la suma de los dos ángulos alternos internos determinados en las paralelas.

x=α+θ. x = \alpha + \theta.

Teorema del serrucho: x = α + θ

Justificación:
Por BB trazamos una recta L3∥L1∥L2L_3 \parallel L_1 \parallel L_2. Esa recta divide al ángulo xx en dos partes. Una de ellas es ángulo alterno interno con α\alpha, y la otra es ángulo alterno interno con θ\theta. Por lo tanto,

x=α+θ. x = \alpha + \theta.

Ejemplo numérico: si una quebrada entre dos paralelas forma 35∘35^\circ en L1L_1 y 45∘45^\circ en L2L_2, el ángulo en el codo mide 35+45=80∘35+45 = 80^\circ.


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7. Suma de ángulos en trayectorias quebradas

Cuando la quebrada tiene más de un codo, la idea de trazar paralelas auxiliares se repite en cada vértice.

7.1. Regla general

Para una trayectoria quebrada entre dos rectas paralelas, se cumple que:

suma de los aˊngulos que apuntan a un lado de la quebrada=suma de los aˊngulos que apuntan al otro lado. \text{suma de los ángulos que apuntan a un lado de la quebrada} = \text{suma de los ángulos que apuntan al otro lado}.

Por ejemplo,

x1+x2=y1+y2+y3. x_1 + x_2 = y_1 + y_2 + y_3.

Esto se obtiene trazando paralelas por cada codo y aplicando alternos internos: los ángulos de un lado se “acumulan” igual que los del otro.

7.2. Caso particular: todos los ángulos a un mismo lado

Si en una quebrada entre paralelas todos los ángulos interiores quedan del mismo lado de la poligonal, entonces su suma es 180∘180^\circ.

Así, para una quebrada de dos codos con tres ángulos α\alpha, β\beta, θ\theta situados todos a la izquierda (o todos a la derecha), se cumple:

α+β+θ=180∘. \alpha + \beta + \theta = 180^\circ.

Y si hay más ángulos, por ejemplo α+β+θ+ω+ϕ=180∘\alpha + \beta + \theta + \omega + \phi = 180^\circ, siempre que todos queden del mismo lado de la trayectoria.

Quebrada entre paralelas: suma de ángulos del mismo lado

Ejemplo numérico: una quebrada entre paralelas tiene tres ángulos consecutivos de 50∘50^\circ, 60∘60^\circ y 70∘70^\circ, todos al mismo lado de la quebrada. Se cumple 50+60+70=180∘50+60+70 = 180^\circ.

Esta regla es muy útil cuando en el problema hay un “zigzag” de varios tramos, como los caminos que aparecen en los enunciados.


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8. Bisectrices de ángulos entre paralelas

Hasta aquí hemos trabajado con los ángulos formados por las paralelas y la secante. Ahora vamos a añadirles sus bisectrices, porque en varios problemas se pide el ángulo entre ellas.

8.1. Bisectrices de ángulos alternos internos

Si se trazan las bisectrices de dos ángulos alternos internos entre paralelas, dichas bisectrices resultan paralelas.

Justificación breve: los ángulos alternos internos son congruentes, por ejemplo ∠4=∠6\angle 4 = \angle 6. Sus bisectrices dividen cada uno en mitades iguales. Esas mitades corresponden a ángulos correspondientes respecto de las bisectrices, lo que obliga a que las bisectrices tengan la misma dirección.

8.2. Bisectrices de ángulos conjugados internos

Si se trazan las bisectrices de dos ángulos conjugados internos, entonces dichas bisectrices son perpendiculares.

Justificación:
Sean α\alpha y β\beta dos ángulos conjugados internos. Sabemos que

α+β=180∘. \alpha + \beta = 180^\circ.

Cada bisectriz divide su ángulo en dos partes de medidas α/2\alpha/2 y β/2\beta/2. El ángulo formado por las dos bisectrices es

α2+β2=α+β2=180∘2=90∘. \frac{\alpha}{2} + \frac{\beta}{2} = \frac{\alpha+\beta}{2} = \frac{180^\circ}{2} = 90^\circ.

Por lo tanto, las bisectrices son perpendiculares.

Bisectrices de ángulos conjugados internos entre rectas paralelas

Ejemplo numérico: si un conjugado interno mide 120∘120^\circ y el otro 60∘60^\circ, sus bisectrices forman un ángulo de 120/2+60/2=60+30=90∘120/2 + 60/2 = 60+30 = 90^\circ.


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9. Distancia entre rectas paralelas

Cuando dos rectas son paralelas, la distancia entre ellas se define como la longitud del segmento perpendicular que las une.

Esa distancia es constante: no importa en qué punto se trace la perpendicular, siempre mide lo mismo.

En muchos problemas, la distancia entre las rectas paralelas no se puede medir directamente; hay que calcularla a partir de un segmento que las une de manera oblicua.

Método general:
Si conocemos la longitud dd de un segmento que une las dos paralelas y el ángulo que forma con una de ellas, podemos trazar la perpendicular común y obtener un triángulo rectángulo. Los ángulos agudos del triángulo se conocen gracias a los teoremas de ángulos entre paralelas.

Los triángulos rectángulos notables más usados son:

  • 30∘–60∘–90∘30^\circ – 60^\circ – 90^\circ: el cateto opuesto a 30∘30^\circ es la mitad de la hipotenusa.
  • 45∘–45∘–90∘45^\circ – 45^\circ – 90^\circ: los catetos son iguales a la hipotenusa dividida entre 2\sqrt{2}.
  • 37∘–53∘–90∘37^\circ – 53^\circ – 90^\circ: los catetos son proporcionales a 3k3k, 4k4k y la hipotenusa 5k5k.

Distancia entre rectas paralelas (triángulo 30°–60°–90°)

Ejemplo numérico: si un segmento de 2020 cm une dos paralelas formando 30∘30^\circ con una de ellas, la distancia entre las paralelas es 20⋅12=1020 \cdot \frac{1}{2} = 10 cm.


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10. Método de resolución paso a paso

Cuando enfrentes un problema de ángulos entre paralelas, conviene seguir un procedimiento ordenado:

  1. Identificar las rectas paralelas. Busca en el enunciado o en la figura las rectas que son paralelas; repásalas con color o con notación ∥ \parallel .

  2. Reconocer la secante. Cada recta que corta a las paralelas es una secante que genera ángulos correspondientes, alternos y conjugados.

  3. Nombrar los ángulos conocidos y la incógnita. Asigna variables a los ángulos que te interesan.

  4. Trasladar ángulos. Usa:

    • correspondientes y alternos para igualar;
    • conjugados para sumar 180∘180^\circ;
    • opuestos por el vértice para duplicar.
  5. Trazar paralelas auxiliares si es necesario. En quebradas, traza por cada codo una paralela a las dadas. Esto descompone los ángulos incógnita en ángulos alternos internos conocidos.

  6. Aplicar propiedades especiales. Si la figura tiene forma de serrucho, usa x=α+θx = \alpha + \theta. Si todos los ángulos de una quebrada van a un mismo lado, usa la suma 180∘180^\circ. Si intervienen bisectrices, recuerda:

    • bisectrices de alternos internos: paralelas;
    • bisectrices de conjugados internos: perpendiculares.
  7. Plantear la ecuación. Con todas las relaciones, escribe una ecuación que involucre la incógnita y resuélvela.

  8. Si piden distancia entre paralelas. Traza la perpendicular común y busca un triángulo rectángulo; traslada un ángulo conocido mediante paralelas y aplica razones trigonométricas básicas o triángulos notables.


Cuidado

Errores frecuentes

  1. Creer que todos los ángulos entre paralelas son iguales.
    Solo son iguales los correspondientes, los alternos internos y los alternos externos. Los conjugados son suplementarios.

  2. Confundir alternos con correspondientes.
    Los alternos están en lados opuestos de la secante; los correspondientes, del mismo lado y en la misma posición relativa.

  3. Aplicar el serrucho cuando los ángulos no son los alternos correctos.
    En x=α+θx = \alpha + \theta, α\alpha y θ\theta deben ser los ángulos que la quebrada forma con las paralelas en los extremos, y xx el ángulo interno del codo.

  4. Olvidar que las rectas deben ser paralelas.
    Si no hay paralelas, los teoremas de alternos y correspondientes no se aplican. Primero verifica que L1∥L2L_1 \parallel L_2.

  5. No trazar la paralela auxiliar cuando hace falta.
    En quebradas con varios codos, si no trazas las auxiliares, es difícil ver los ángulos alternos.

  6. Equivocar la propiedad de bisectrices.
    Las bisectrices de alternos internos son paralelas; las de conjugados internos son perpendiculares. No las inviertas.

  7. Trazar mal la distancia entre paralelas.
    La distancia entre paralelas es un segmento perpendicular a ambas. Si usas un segmento oblicuo, no es la distancia.

  8. Usar mal los triángulos notables.
    En un triángulo 30∘−60∘−90∘30^\circ-60^\circ-90^\circ, el cateto opuesto a 30∘30^\circ es la mitad de la hipotenusa, no al revés.


Aprende resolviendo

Ejemplos resueltos

Ejemplo 1: Ángulos correspondientes

Enunciado:
Si L1∥L2L_1 \parallel L_2 y una secante forma dos ángulos correspondientes que miden 5x+20∘5x+20^\circ y 3x+60∘3x+60^\circ, halle xx.

Intenta resolverlo primero. Luego revisa la resolución paso a paso.

Ejemplo 2: Teorema del serrucho

Enunciado:
En la figura, L1∥L2L_1 \parallel L_2. Una quebrada une un punto AA de L1L_1 con un punto CC de L2L_2 mediante un codo BB. El ángulo entre ABAB y L1L_1 es 55∘55^\circ, y el ángulo entre BCBC y L2L_2 es 65∘65^\circ. Halle m∠ABCm\angle ABC.

Intenta resolverlo primero. Luego revisa la resolución paso a paso.

Ejemplo 3: Bisectrices de conjugados internos

Enunciado:
Dos rectas paralelas son cortadas por una secante. Los ángulos conjugados internos miden 2α2\alpha y 2β2\beta. Halle el ángulo formado por sus bisectrices.

Intenta resolverlo primero. Luego revisa la resolución paso a paso.

Ejemplo 4: Distancia entre paralelas

Enunciado:
Dos rectas paralelas rr y ss son cortadas por un segmento EFEF de 2020 cm, con EE en rr y FF en ss. Si EFEF forma un ángulo de 30∘30^\circ con la recta rr, halle la distancia entre rr y ss.

Intenta resolverlo primero. Luego revisa la resolución paso a paso.

Lo que viene

Hacia el siguiente tema

Ahora que sabes trasladar ángulos entre rectas paralelas, estás listo para el siguiente tema: triángulo y líneas notables. Allí usarás la paralela auxiliar para demostrar que la suma de los ángulos internos de un triángulo es 180∘180^\circ, y verás que las bisectrices, alturas y medianas de un triángulo se estudian con las mismas herramientas de ángulos y paralelas que acabas de dominar. Guarda especialmente la idea de que “una paralela auxiliar convierte un ángulo incógnito en ángulos conocidos”, porque la volverás a usar una y otra vez.

Ir al siguiente tema: Triángulo y líneas notables

¿Lo dominas?

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El porqué del tema

¿Para qué estudiamos este tema?

En el tema anterior aprendiste a manejar un ángulo de manera aislada: definirlo, medirlo, reconocer su bisectriz y clasificarlo según su abertura o la posición de sus lados. Eso es indispensable, pero la geometría casi nunca trabaja con ángulos solos: los ángulos aparecen cuando dos o más rectas se relacionan.

El problema que responde este tema es: si dos rectas paralelas son cortadas por una tercera recta, ¿qué relaciones fijas existen entre los ocho ángulos que se forman? Esa pregunta aparece de forma constante en el examen de admisión de San Marcos, porque esas relaciones permiten “trasladar” medidas angulares de un lugar a otro de una figura sin conocer más datos. Dominar esto es la base para deducir cuánto mide un ángulo incógnito en figuras con rutas, caminos, soportes, pliegues o esquemas geométricos.

Además, este tema no termina aquí: los teoremas de ángulos entre paralelas son la herramienta con la que, en el siguiente tema, demostrarás que los ángulos internos de un triángulo suman 180∘180^\circ, y te servirán para entender rectas como la mediana, la altura o la bisectriz dentro del triángulo.

Por todo ello, aquí vas a aprender:

  • a reconocer los pares de ángulos que se forman entre dos paralelas y una secante;
  • a aplicar sus teoremas fundamentales;
  • a usar la recta paralela auxiliar como método de resolución;
  • a manejar propiedades especiales como el “serrucho” y la suma de ángulos en trayectorias quebradas;
  • a entender qué ocurre con las bisectrices de esos ángulos;
  • a calcular distancias entre rectas paralelas cuando intervienen ángulos.

Antes de empezar

Lo que necesitas saber antes

Antes de entrar al tema, conviene recordar brevemente tres ideas del tema anterior.

  1. Ángulo geométrico. Es la figura formada por dos rayos con un mismo origen llamado vértice. Su medida se expresa en grados sexagesimales. Así, m∠AOB=θm\angle AOB = \theta significa que el ángulo AOBAOB mide θ\theta grados.

  2. Bisectriz de un ángulo. Es el rayo interior que divide al ángulo en dos ángulos de igual medida. Si una bisectriz divide un ángulo de 80∘80^\circ, cada parte mide 40∘40^\circ. Esta idea será clave cuando estudiemos bisectrices de ángulos entre paralelas.

  3. Ángulos suplementarios y opuestos por el vértice.

    • Dos ángulos son suplementarios si sus medidas suman 180∘180^\circ.
    • Al cortarse dos rectas, los ángulos opuestos por el vértice son iguales.
      Por ejemplo, si dos rectas se cruzan y uno de los ángulos mide 50∘50^\circ, el opuesto también mide 50∘50^\circ, mientras que los otros dos miden 130∘130^\circ cada uno, porque cada par adyacente es suplementario.

Estas herramientas elementales bastan para comprender todo lo que sigue.


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1. Rectas paralelas y recta secante

En un mismo plano, dos rectas solo pueden tener dos posiciones relativas:

  • Rectas secantes: se cortan en un punto. Si al cortarse forman un ángulo de 90∘90^\circ, se llaman perpendiculares; si no, se llaman oblicuas.
  • Rectas paralelas: no se cortan nunca, aunque se prolonguen indefinidamente. Se denota L1∥L2L_1 \parallel L_2.

Una recta secante a dos paralelas es aquella que corta a ambas en dos puntos distintos. También se le llama transversal.

En adelante trabajaremos siempre con dos rectas paralelas L1L_1 y L2L_2, y una secante ss que las corta.

Al cortar la secante a las dos paralelas se forman ocho ángulos en total: cuatro alrededor de cada punto de intersección.

En el espacio tridimensional existe una tercera posibilidad: las rectas alabeadas, que no se cortan y no son paralelas porque no están en un mismo plano. En este tema nos quedamos en el plano, que es lo exigido en los problemas de admisión.


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2. Los ocho ángulos: nombres y pares

Para poder aplicar los teoremas sin confundirnos, primero hay que saber identificar cada par de ángulos con nombre propio.

Considera dos rectas paralelas horizontales L1L_1 (arriba) y L2L_2 (abajo), y una secante inclinada ss que las atraviesa.

Ocho ángulos formados por dos rectas paralelas y una secante

Según su ubicación respecto de las dos paralelas:

  • Ángulos internos: están en la región comprendida entre L1L_1 y L2L_2. Son 33, 44, 55 y 66.
  • Ángulos externos: están fuera de esa franja. Son 11, 22, 77 y 88.

Ahora bien, los pares importantes son estos:

Par de ángulos Ubicación Ángulos en la figura
Correspondientes Uno interno y otro externo, del mismo lado de la secante (1,5)(1,5), (2,6)(2,6), (4,8)(4,8), (3,7)(3,7)
Alternos internos Internos, en lados opuestos de la secante (4,6)(4,6), (3,5)(3,5)
Alternos externos Externos, en lados opuestos de la secante (1,7)(1,7), (2,8)(2,8)
Conjugados internos Internos, del mismo lado de la secante (4,5)(4,5), (3,6)(3,6)
Conjugados externos Externos, del mismo lado de la secante (1,8)(1,8), (2,7)(2,7)

Cómo recordarlo:

  • Correspondientes: están en la misma posición relativa respecto de cada paralela y al mismo lado de la secante.
  • Alternos: están en lados distintos de la secante.
  • Conjugados: están al mismo lado de la secante.
  • Internos: entre las paralelas.
  • Externos: fuera de las paralelas.

Por ejemplo, en la figura, ∠3\angle 3 y ∠5\angle 5 son alternos internos: ambos están entre las paralelas y en lados opuestos de la secante. En cambio, ∠4\angle 4 y ∠5\angle 5 son conjugados internos: ambos internos, pero del mismo lado de la secante.


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3. Teoremas fundamentales

Cuando las rectas L1L_1 y L2L_2 son paralelas, los pares anteriores cumplen relaciones exactas.

3.1. Ángulos correspondientes congruentes

Si dos ángulos son correspondientes entre paralelas, entonces son congruentes, es decir, tienen la misma medida.

∠1=∠5,∠2=∠6,∠4=∠8,∠3=∠7. \angle 1 = \angle 5,\quad \angle 2 = \angle 6,\quad \angle 4 = \angle 8,\quad \angle 3 = \angle 7.

Idea intuitiva: la secante tiene la misma inclinación respecto de L1L_1 que respecto de L2L_2, porque L1L_1 y L2L_2 van en la misma dirección. Por eso, el ángulo que la secante forma con una paralela es exactamente el mismo que forma con la otra.

Ejemplo numérico: si ∠1=50∘\angle 1 = 50^\circ, entonces ∠5=50∘\angle 5 = 50^\circ.

3.2. Ángulos alternos internos y externos congruentes

Los ángulos alternos internos son congruentes:

∠4=∠6,∠3=∠5. \angle 4 = \angle 6,\quad \angle 3 = \angle 5.

Los ángulos alternos externos también son congruentes:

∠1=∠7,∠2=∠8. \angle 1 = \angle 7,\quad \angle 2 = \angle 8.

Esto se deduce de lo anterior: ∠4\angle 4 y ∠6\angle 6 son correspondientes respectivamente con ángulos opuestos por el vértice, lo que garantiza su igualdad.

Ejemplo numérico: si ∠3=70∘\angle 3 = 70^\circ, su alterno interno ∠5\angle 5 también mide 70∘70^\circ.

3.3. Ángulos conjugados internos y externos suplementarios

Los ángulos conjugados internos suman 180∘180^\circ:

∠4+∠5=180∘,∠3+∠6=180∘. \angle 4 + \angle 5 = 180^\circ,\quad \angle 3 + \angle 6 = 180^\circ.

Los ángulos conjugados externos también suman 180∘180^\circ:

∠1+∠8=180∘,∠2+∠7=180∘. \angle 1 + \angle 8 = 180^\circ,\quad \angle 2 + \angle 7 = 180^\circ.

Ejemplo numérico: si ∠4=60∘\angle 4 = 60^\circ, su conjugado interno ∠5\angle 5 mide 120∘120^\circ, porque 60+120=18060+120=180.

Una consecuencia muy útil es esta:

Cuando una secante corta dos rectas paralelas, todos los ángulos agudos son iguales entre sí, todos los ángulos obtusos son iguales entre sí, y cualquier ángulo agudo con cualquier ángulo obtuso suman 180∘180^\circ.

Por ejemplo, si un ángulo correspondiente mide 40∘40^\circ, entonces los otros tres agudos miden 40∘40^\circ y los cuatro obtusos miden 140∘140^\circ.


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4. Ángulos de lados paralelos y de lados perpendiculares

Una aplicación directa de los teoremas anteriores es la siguiente propiedad, muy usada cuando en una figura hay dos ángulos cuyos lados son respectivamente paralelos.

4.1. Ángulos de lados paralelos

Si dos ángulos tienen sus lados respectivamente paralelos, entonces:

  • si ambos son agudos u obtusos, son congruentes;
  • si uno es agudo y el otro obtuso, son suplementarios (α+β=180∘ \alpha + \beta = 180^\circ).

Ángulos de lados paralelos: agudos congruentes y agudo-obtuso suplementarios

Ejemplo: si dos ángulos de lados paralelos son agudos y uno mide 50∘50^\circ, el otro mide 50∘50^\circ. Si uno es agudo de 50∘50^\circ y el otro es obtuso, el obtuso mide 130∘130^\circ.

4.2. Ángulos de lados perpendiculares

Una propiedad análoga se cumple cuando los lados de un ángulo son respectivamente perpendiculares a los lados del otro:

  • si ambos son agudos u obtusos, son congruentes;
  • si uno es agudo y el otro obtuso, son suplementarios.

Ejemplo numérico: si un ángulo agudo de 35∘35^\circ es de lados perpendiculares a otro ángulo agudo, este último también mide 35∘35^\circ. Si el otro es obtuso, mide 145∘145^\circ.

Estas propiedades son muy utilizadas cuando se combinan dos pares de rectas paralelas o perpendiculares.


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5. La recta paralela auxiliar

Muchos problemas no presentan un ángulo incógnito directamente entre las dos paralelas: presentan una línea quebrada que va de una paralela a la otra. En esos casos, el método más limpio es trazar una tercera recta paralela L3L_3 que pase por el vértice del ángulo incógnita.

Como L3L_3 es paralela a L1L_1 y a L2L_2, se pueden aplicar a ambos lados los teoremas de ángulos alternos internos. Esta técnica es la base de las propiedades que veremos a continuación.


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6. Teorema del serrucho

Es una de las propiedades más aplicadas en el examen de San Marcos. Se le llama coloquialmente “serrucho” por la forma de diente de sierra que tiene la figura.

Enunciado:
Si L1∥L2L_1 \parallel L_2, y una línea quebrada une L1L_1 con L2L_2 mediante un codo intermedio, entonces el ángulo exterior en el codo xx es igual a la suma de los dos ángulos alternos internos determinados en las paralelas.

x=α+θ. x = \alpha + \theta.

Teorema del serrucho: x = α + θ

Justificación:
Por BB trazamos una recta L3∥L1∥L2L_3 \parallel L_1 \parallel L_2. Esa recta divide al ángulo xx en dos partes. Una de ellas es ángulo alterno interno con α\alpha, y la otra es ángulo alterno interno con θ\theta. Por lo tanto,

x=α+θ. x = \alpha + \theta.

Ejemplo numérico: si una quebrada entre dos paralelas forma 35∘35^\circ en L1L_1 y 45∘45^\circ en L2L_2, el ángulo en el codo mide 35+45=80∘35+45 = 80^\circ.


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7. Suma de ángulos en trayectorias quebradas

Cuando la quebrada tiene más de un codo, la idea de trazar paralelas auxiliares se repite en cada vértice.

7.1. Regla general

Para una trayectoria quebrada entre dos rectas paralelas, se cumple que:

suma de los aˊngulos que apuntan a un lado de la quebrada=suma de los aˊngulos que apuntan al otro lado. \text{suma de los ángulos que apuntan a un lado de la quebrada} = \text{suma de los ángulos que apuntan al otro lado}.

Por ejemplo,

x1+x2=y1+y2+y3. x_1 + x_2 = y_1 + y_2 + y_3.

Esto se obtiene trazando paralelas por cada codo y aplicando alternos internos: los ángulos de un lado se “acumulan” igual que los del otro.

7.2. Caso particular: todos los ángulos a un mismo lado

Si en una quebrada entre paralelas todos los ángulos interiores quedan del mismo lado de la poligonal, entonces su suma es 180∘180^\circ.

Así, para una quebrada de dos codos con tres ángulos α\alpha, β\beta, θ\theta situados todos a la izquierda (o todos a la derecha), se cumple:

α+β+θ=180∘. \alpha + \beta + \theta = 180^\circ.

Y si hay más ángulos, por ejemplo α+β+θ+ω+ϕ=180∘\alpha + \beta + \theta + \omega + \phi = 180^\circ, siempre que todos queden del mismo lado de la trayectoria.

Quebrada entre paralelas: suma de ángulos del mismo lado

Ejemplo numérico: una quebrada entre paralelas tiene tres ángulos consecutivos de 50∘50^\circ, 60∘60^\circ y 70∘70^\circ, todos al mismo lado de la quebrada. Se cumple 50+60+70=180∘50+60+70 = 180^\circ.

Esta regla es muy útil cuando en el problema hay un “zigzag” de varios tramos, como los caminos que aparecen en los enunciados.


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8. Bisectrices de ángulos entre paralelas

Hasta aquí hemos trabajado con los ángulos formados por las paralelas y la secante. Ahora vamos a añadirles sus bisectrices, porque en varios problemas se pide el ángulo entre ellas.

8.1. Bisectrices de ángulos alternos internos

Si se trazan las bisectrices de dos ángulos alternos internos entre paralelas, dichas bisectrices resultan paralelas.

Justificación breve: los ángulos alternos internos son congruentes, por ejemplo ∠4=∠6\angle 4 = \angle 6. Sus bisectrices dividen cada uno en mitades iguales. Esas mitades corresponden a ángulos correspondientes respecto de las bisectrices, lo que obliga a que las bisectrices tengan la misma dirección.

8.2. Bisectrices de ángulos conjugados internos

Si se trazan las bisectrices de dos ángulos conjugados internos, entonces dichas bisectrices son perpendiculares.

Justificación:
Sean α\alpha y β\beta dos ángulos conjugados internos. Sabemos que

α+β=180∘. \alpha + \beta = 180^\circ.

Cada bisectriz divide su ángulo en dos partes de medidas α/2\alpha/2 y β/2\beta/2. El ángulo formado por las dos bisectrices es

α2+β2=α+β2=180∘2=90∘. \frac{\alpha}{2} + \frac{\beta}{2} = \frac{\alpha+\beta}{2} = \frac{180^\circ}{2} = 90^\circ.

Por lo tanto, las bisectrices son perpendiculares.

Bisectrices de ángulos conjugados internos entre rectas paralelas

Ejemplo numérico: si un conjugado interno mide 120∘120^\circ y el otro 60∘60^\circ, sus bisectrices forman un ángulo de 120/2+60/2=60+30=90∘120/2 + 60/2 = 60+30 = 90^\circ.


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9. Distancia entre rectas paralelas

Cuando dos rectas son paralelas, la distancia entre ellas se define como la longitud del segmento perpendicular que las une.

Esa distancia es constante: no importa en qué punto se trace la perpendicular, siempre mide lo mismo.

En muchos problemas, la distancia entre las rectas paralelas no se puede medir directamente; hay que calcularla a partir de un segmento que las une de manera oblicua.

Método general:
Si conocemos la longitud dd de un segmento que une las dos paralelas y el ángulo que forma con una de ellas, podemos trazar la perpendicular común y obtener un triángulo rectángulo. Los ángulos agudos del triángulo se conocen gracias a los teoremas de ángulos entre paralelas.

Los triángulos rectángulos notables más usados son:

  • 30∘–60∘–90∘30^\circ – 60^\circ – 90^\circ: el cateto opuesto a 30∘30^\circ es la mitad de la hipotenusa.
  • 45∘–45∘–90∘45^\circ – 45^\circ – 90^\circ: los catetos son iguales a la hipotenusa dividida entre 2\sqrt{2}.
  • 37∘–53∘–90∘37^\circ – 53^\circ – 90^\circ: los catetos son proporcionales a 3k3k, 4k4k y la hipotenusa 5k5k.

Distancia entre rectas paralelas (triángulo 30°–60°–90°)

Ejemplo numérico: si un segmento de 2020 cm une dos paralelas formando 30∘30^\circ con una de ellas, la distancia entre las paralelas es 20⋅12=1020 \cdot \frac{1}{2} = 10 cm.


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10. Método de resolución paso a paso

Cuando enfrentes un problema de ángulos entre paralelas, conviene seguir un procedimiento ordenado:

  1. Identificar las rectas paralelas. Busca en el enunciado o en la figura las rectas que son paralelas; repásalas con color o con notación ∥ \parallel .

  2. Reconocer la secante. Cada recta que corta a las paralelas es una secante que genera ángulos correspondientes, alternos y conjugados.

  3. Nombrar los ángulos conocidos y la incógnita. Asigna variables a los ángulos que te interesan.

  4. Trasladar ángulos. Usa:

    • correspondientes y alternos para igualar;
    • conjugados para sumar 180∘180^\circ;
    • opuestos por el vértice para duplicar.
  5. Trazar paralelas auxiliares si es necesario. En quebradas, traza por cada codo una paralela a las dadas. Esto descompone los ángulos incógnita en ángulos alternos internos conocidos.

  6. Aplicar propiedades especiales. Si la figura tiene forma de serrucho, usa x=α+θx = \alpha + \theta. Si todos los ángulos de una quebrada van a un mismo lado, usa la suma 180∘180^\circ. Si intervienen bisectrices, recuerda:

    • bisectrices de alternos internos: paralelas;
    • bisectrices de conjugados internos: perpendiculares.
  7. Plantear la ecuación. Con todas las relaciones, escribe una ecuación que involucre la incógnita y resuélvela.

  8. Si piden distancia entre paralelas. Traza la perpendicular común y busca un triángulo rectángulo; traslada un ángulo conocido mediante paralelas y aplica razones trigonométricas básicas o triángulos notables.


Cuidado

Errores frecuentes

  1. Creer que todos los ángulos entre paralelas son iguales.
    Solo son iguales los correspondientes, los alternos internos y los alternos externos. Los conjugados son suplementarios.

  2. Confundir alternos con correspondientes.
    Los alternos están en lados opuestos de la secante; los correspondientes, del mismo lado y en la misma posición relativa.

  3. Aplicar el serrucho cuando los ángulos no son los alternos correctos.
    En x=α+θx = \alpha + \theta, α\alpha y θ\theta deben ser los ángulos que la quebrada forma con las paralelas en los extremos, y xx el ángulo interno del codo.

  4. Olvidar que las rectas deben ser paralelas.
    Si no hay paralelas, los teoremas de alternos y correspondientes no se aplican. Primero verifica que L1∥L2L_1 \parallel L_2.

  5. No trazar la paralela auxiliar cuando hace falta.
    En quebradas con varios codos, si no trazas las auxiliares, es difícil ver los ángulos alternos.

  6. Equivocar la propiedad de bisectrices.
    Las bisectrices de alternos internos son paralelas; las de conjugados internos son perpendiculares. No las inviertas.

  7. Trazar mal la distancia entre paralelas.
    La distancia entre paralelas es un segmento perpendicular a ambas. Si usas un segmento oblicuo, no es la distancia.

  8. Usar mal los triángulos notables.
    En un triángulo 30∘−60∘−90∘30^\circ-60^\circ-90^\circ, el cateto opuesto a 30∘30^\circ es la mitad de la hipotenusa, no al revés.


Aprende resolviendo

Ejemplos resueltos

Ejemplo 1: Ángulos correspondientes

Enunciado:
Si L1∥L2L_1 \parallel L_2 y una secante forma dos ángulos correspondientes que miden 5x+20∘5x+20^\circ y 3x+60∘3x+60^\circ, halle xx.

Intenta resolverlo primero. Luego revisa la resolución paso a paso.

Ejemplo 2: Teorema del serrucho

Enunciado:
En la figura, L1∥L2L_1 \parallel L_2. Una quebrada une un punto AA de L1L_1 con un punto CC de L2L_2 mediante un codo BB. El ángulo entre ABAB y L1L_1 es 55∘55^\circ, y el ángulo entre BCBC y L2L_2 es 65∘65^\circ. Halle m∠ABCm\angle ABC.

Intenta resolverlo primero. Luego revisa la resolución paso a paso.

Ejemplo 3: Bisectrices de conjugados internos

Enunciado:
Dos rectas paralelas son cortadas por una secante. Los ángulos conjugados internos miden 2α2\alpha y 2β2\beta. Halle el ángulo formado por sus bisectrices.

Intenta resolverlo primero. Luego revisa la resolución paso a paso.

Ejemplo 4: Distancia entre paralelas

Enunciado:
Dos rectas paralelas rr y ss son cortadas por un segmento EFEF de 2020 cm, con EE en rr y FF en ss. Si EFEF forma un ángulo de 30∘30^\circ con la recta rr, halle la distancia entre rr y ss.

Intenta resolverlo primero. Luego revisa la resolución paso a paso.

Lo que viene

Hacia el siguiente tema

Ahora que sabes trasladar ángulos entre rectas paralelas, estás listo para el siguiente tema: triángulo y líneas notables. Allí usarás la paralela auxiliar para demostrar que la suma de los ángulos internos de un triángulo es 180∘180^\circ, y verás que las bisectrices, alturas y medianas de un triángulo se estudian con las mismas herramientas de ángulos y paralelas que acabas de dominar. Guarda especialmente la idea de que “una paralela auxiliar convierte un ángulo incógnito en ángulos conocidos”, porque la volverás a usar una y otra vez.

Ir al siguiente tema: Triángulo y líneas notables

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