Tema 37 de 69Razonamiento Matemático

Dobleces y armado de figuras planas con piezas poligonales

Aprenderás a razonar con dobleces de papel y piezas poligonales para imaginar figuras, reconocer simetrías y decidir qué armados son posibles.

✍️ 20 preguntas de práctica⭐ 6 preguntas reales de San Marcos🎯 Practicar este tema

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19 min de lectura9 apartados4 temas que vinieron en admisión2 figuras y esquemas

El porqué del tema

¿Para qué estudiamos este tema?

En muchos problemas de la vida cotidiana y de los exámenes de admisión se presenta una situación que no se resuelve simplemente aplicando una fórmula larga: hay que imaginar cómo queda una hoja después de doblarla, cómo se arma una caja a partir de un cartón recortado o cómo se forma un rectángulo usando piezas de madera. Ese es el corazón de este tema: razonar con formas, movimientos y restricciones.

En el tema anterior aprendiste a calcular perímetros de regiones poligonales y circulares. Aquí vas a usar ese cálculo en figuras que se obtienen de dos maneras:

  • Doblando papel o cartón, con lo que aparecen simetrías, regiones congruentes, traslapes y desarrollos de cajas.
  • Armando figuras planas a partir de piezas poligonales, usualmente formadas por cuadraditos de la misma medida, que se juntan sin superponerse.

La idea que une todos estos problemas es que la información no está solo en los números visibles, sino en las condiciones geométricas: qué coincide con qué, qué lado se comparte, qué piezas se pueden girar o no, y qué área o perímetro total se mantiene constante.

Dominar este tema es importante en la preparación para la UNMSM porque las preguntas de admisión no suelen pedir únicamente «calcule el área», sino que exigen decidir entre varias posibilidades, descartar opciones inviables y justificar por qué una configuración funciona. Además, este razonamiento prepara el camino para el siguiente tema de habilidad operativa y razonamiento deductivo: aquí ya se empieza a deducir consecuencias a partir de reglas.

Antes de empezar

Lo que necesitas saber antes

No necesitas muchas herramientas previas, pero sí debes recordar algunas ideas del tema de perímetros y de geometría básica.

  • Área de un cuadrado y de un rectángulo.
    Si un cuadrado tiene lado aa, su área es a2a^2. Si un rectángulo tiene lados aa y bb, su área es abab.

  • Perímetro de un rectángulo.
    Es la suma de sus cuatro lados: P=2a+2b=2(a+b)P=2a+2b=2(a+b).

  • Teorema de Pitágoras.
    En un triángulo rectángulo de catetos xx, yy e hipotenusa zz:
    x2+y2=z2. x^2+y^2=z^2.

  • Simetría axial.
    Una línea de doblez funciona como un espejo: un punto y su imagen quedan a la misma distancia de la línea.

  • Unidades de una cuadrícula.
    Muchas fichas poligonales están formadas por cuadraditos del mismo lado uu. Si trabajamos midiendo en “cuadraditos”, al final multiplicamos por uu.

Con eso es suficiente para entrar al tema.

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1. Dobleces de papel: la doblez como eje de simetría

1.1. ¿Qué ocurre realmente cuando se dobla una hoja?

Cuando doblas una hoja de papel, la línea por la que se dobla funciona como un eje de simetría. Los puntos de la parte que se dobla caen exactamente sobre puntos de la parte que no se mueve. Por ejemplo, si en una hoja cuadrada se dobla una esquina, el vértice de la esquina cae sobre otro punto del papel.

Esto tiene una consecuencia muy poderosa:

La línea de doblez es la mediatriz del segmento que une cada punto que se mueve con el punto donde cae.

¿Por qué? Porque la línea de doblez está formada por los puntos del papel que no se mueven. Para que un punto PP caiga sobre un punto QQ al doblar, cualquier punto de la línea debe estar a la misma distancia de PP y de QQ. Esa es exactamente la definición de mediatriz.

Por eso, en los problemas de dobleces:

  • Si se dobla un vértice para que coincida con otro, la línea de doblez es la mediatriz del segmento que los une.
  • Las partes que se superponen son congruentes, porque la mitad doblada es el reflejo de la otra.
  • Las longitudes, ángulos y áreas de las regiones dobladas se conservan.

Hoja cuadrada de 12 cm con doblez del vértice C al centro O

En la situación descrita, el triángulo sombreado que se dobla es rectángulo isósceles. Sus catetos miden 66 cm, porque la mediatriz de CC y OO corta los lados justo en sus puntos medios. Por lo tanto, su área es: A=6⋅62=18 cm2. A=\frac{6\cdot 6}{2}=18\text{ cm}^2.

1.2. Doblar un punto hasta otro punto

El procedimiento general para resolver problemas de dobleces con medidas es:

  1. Ubicar el punto que se mueve y el punto donde debe caer.
  2. Trazar la línea de doblez como mediatriz del segmento que une esos dos puntos.
  3. Encontrar las intersecciones de la línea de doblez con los lados de la hoja.
  4. Calcular longitudes o áreas usando Pitágoras, semejanza o simplemente el área de triángulos.

Si la hoja es un rectángulo, muchas veces conviene colocarla sobre un sistema de coordenadas con un vértice en el origen.

Este tipo de pregunta es una alerta: no siempre hay que hacer un cálculo sofisticado. A veces el área pedida es simplemente la mitad del rectángulo, o un triángulo rectángulo cuyos catetos se leen directamente de los datos.

1.3. Área visible y área superpuesta

Cuando hay un doblez, el área total del papel no cambia. Pero si se pide el área de la región visible contando una sola capa, hay que descontar la parte que queda superpuesta.

Si una porción de área SS se dobla sobre el resto del papel, entonces:

  • La zona de doble capa tiene área geométrica SS.
  • El área visible total es: aˊrea original del papel−S. \text{área original del papel} - S.

Esto se debe a que, al superponerse, la porción doblada oculta una parte equivalente del papel original. Es un error común sumar o restar de más.

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2. Dobleces de cartón para formar cajas

2.1. Desarrollo de una caja abierta

Una caja abierta, como las cajas de cartón sin tapa, está formada por:

  • una base,
  • cuatro caras laterales.

Cuando el cartón está extendido sobre la mesa, antes de armarlo, se llama desarrollo de la caja. Las líneas punteadas indican por dónde se dobla.

En un desarrollo de caja abierta hecho con regiones cuadradas, lo más cómodo es imaginar que se levantan las caras laterales alrededor de la base.

Desarrollo en cruz de cinco cuadrados congruentes; el cuadrado central es p

Al plegar este desarrollo:

  • Los cuatro cuadrados laterales se levantan.
  • El cuadrado central queda en la parte inferior.
  • Si la caja se apoya sobre una mesa con la abertura hacia arriba, el cuadrado central es la base.

Este es el caso más sencillo. Pero los desarrollos de cajas no siempre son una cruz perfecta; a veces los cuadrados laterales están desplazados. Por eso conviene tener un método.

2.2. Método para identificar la base

Cuando te pregunten qué región es la base de una caja abierta, puedes hacer lo siguiente:

  1. Observa todas las regiones cuadradas y sus uniones.
  2. Elige mentalmente un cuadrado como posible base.
  3. Verifica si las caras que están unidas a sus lados pueden levantarse sin superponerse.
  4. La base correcta es la que, una vez armada la caja, queda en el lado opuesto a la abertura.

Un criterio útil: la base suele ser la región que tiene cuatro líneas de doblez a su alrededor, es decir, cuatro caras laterales pegadas a sus lados. Si una región solo tiene una o dos piezas adosadas, probablemente sea una cara lateral.

Este tipo de razonamiento espacial se automatiza con práctica: plegar mentalmente el desarrollo y preguntarse qué cara queda apoyada sobre la mesa.

2.3. Desarrollos de cubos y dados

Aunque la pregunta de San Marcos se centró en una caja abierta, los libros de preparación y los cursos de razonamiento abstracto suelen ampliar la idea a cubos cerrados. Un cubo tiene seis caras cuadradas; su desarrollo es una figura plana formada por seis cuadrados unidos por lados.

Algunas ideas importantes para desarrollos de cubos:

  • No cualquier arreglo de seis cuadrados forma un cubo; al plegarlos no deben quedar dos caras superpuestas.
  • En una fila de tres cuadrados, el primer y el tercer cuadrado serán caras opuestas del cubo.
  • Las caras que comparten un lado en el desarrollo serán caras adyacentes en el cubo.
  • En un dado estándar, las caras opuestas suman 77.

Si se presentan varias posiciones de un cubo con figuras en sus caras, para hallar qué figura está opuesta a otra se busca qué figura no aparece junto a ella en ninguna posición. Las caras que comparten un vértice visible nunca pueden ser opuestas entre sí.

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3. Armado de figuras planas con piezas poligonales

3.1. Piezas armadas con cuadraditos

Muchos problemas de este tema usan fichas formadas por cuadrados congruentes adosados por lados completos. Por ejemplo:

  • un cuadradito suelto;
  • una ficha recta de cuatro cuadraditos;
  • una ficha en forma de L de cuatro cuadraditos.

A estas piezas, cuando están formadas por cuatro cuadrados, se les llama tetrominós. Son simplemente piezas planas de cuatro cuadrados unitarios.

Trabajar con estas piezas se facilita muchísimo si reduces toda la información a una cuadrícula. Si cada cuadradito tiene lado uu, entonces:

  • el área de un cuadradito es u2u^2;
  • la ficha de cuatro cuadraditos tiene área 4u24u^2;
  • el perímetro se mide contando lados exteriores y multiplicando por uu.

3.2. El área total es la clave para armar rectángulos

Cuando se juntan piezas para formar un rectángulo, el área de ese rectángulo debe ser exactamente la suma de las áreas de las piezas. Este es el punto de partida de casi todos los problemas de armado.

Procedimiento general:

  1. Convierte todas las piezas a unidades de cuadraditos.
  2. Calcula el área total en cuadraditos: AA.
  3. Si el rectángulo tiene lados formados por líneas de la cuadrícula, sus dimensiones deben ser dos números enteros mm y nn tales que: m⋅n=A. m\cdot n=A.
  4. Evalúa cuáles de esos rectángulos pueden armarse realmente con las piezas dadas.

Por ejemplo, si el área total es 1818 cuadraditos, los rectángulos posibles son:

Dimensiones en cuadraditos Perímetro en cuadraditos
1×181\times 18 2(1+18)=382(1+18)=38
2×92\times 9 2(2+9)=222(2+9)=22
3×63\times 6 2(3+6)=182(3+6)=18

Si además se pide el rectángulo de menor perímetro, se elige el de lados más cercanos entre sí, en este caso 3×63\times 6.

¿Por qué? Para un área fija, el rectángulo más cercano a un cuadrado tiene el menor perímetro. Es una consecuencia de que 2(a+b)2(a+b) se minimiza cuando aa y bb son próximos.

En problemas con “por lo menos” dos de cada tipo, para minimizar el perímetro conviene usar la menor cantidad posible de piezas, porque agregar piezas aumenta el área y, en general, el perímetro mínimo posible también crece.

3.3. Perímetro de la unión: ¿por qué se reduce?

Si se toman dos piezas y se juntan por un lado completo, ese lado deja de formar parte del contorno exterior. Por eso, al unir dos piezas por un lado de longitud ll, el perímetro total se reduce en 2l2l.

En términos de cuadraditos:

  • Cada lado compartido entre dos cuadraditos hace que dos unidades de longitud desaparezcan del perímetro.
  • Mientras más lados compartidos haya, menor será el perímetro exterior.
  • En un rectángulo m×nm\times n de cuadraditos, el perímetro en cuadraditos es: 2m+2n. 2m+2n.

Esta idea conecta directamente con el tema anterior de perímetros: al adosar piezas no se está creando ni destruyendo longitud, solo se está ocultando en la zona de contacto.

3.4. Seleccionar piezas para formar un rectángulo

Otro tipo de pregunta frecuente pide elegir cuáles piezas, entre varias, forman un rectángulo. Estas preguntas suelen tener restricciones como sin girarlas, es decir, solo se permite trasladarlas manteniendo su orientación original.

Método de ataque:

  1. Calcula el área de cada pieza en cuadraditos.
  2. Descarta rápidamente las combinaciones cuya área no pueda formar un rectángulo con dimensiones enteras.
  3. Observa los bordes rectos: un rectángulo debe tener contorno completamente recto. Toda saliente en una pieza debe compensarse con una entrante de otra.
  4. Si no se permite girar, la orientación queda fija. Piezas que podrían funcionar rotadas ya no sirven.
  5. Verifica primero las opciones más probables. Como el examen da alternativas, puedes probar cada conjunto candidato.

La restricción “sin girarlas” es muy fuerte. Una pieza en forma de L, por ejemplo, puede encajar de una manera si se la rota, pero si está prohibido girarla, su saliente debe ubicarse exactamente donde otra pieza tenga una entrante.

3.5. Condiciones típicas en el armado

  • “Adyacentes y sin superponerlas”: las piezas solo pueden tocarse por lados completos. No se permite que una pieza tape parte de otra ni que queden huecos no previstos.
  • “Sin girarlas”: se prohíben rotaciones; solo traslaciones. Esto reduce las posibilidades y es una pista para descartar.
  • “Por lo menos dos de cada tipo”: significa que hay un número mínimo de piezas de cada variedad. Para minimizar perímetro, normalmente se usa la cantidad mínima porque más piezas implican más área y, por lo tanto, un perímetro mínimo mayor.
  • “Usando siempre”: implica que todas las piezas seleccionadas deben estar dentro de la figura; no pueden sobrar.
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4. Estrategias generales de resolución

4.1. Para problemas de dobleces

  1. Identifica qué se mueve y dónde cae.
  2. Recuerda: la línea de doblez es mediatriz del segmento entre el punto inicial y el final.
  3. Marca las longitudes que son iguales por simetría.
  4. Usa triángulos rectángulos y Pitágoras para hallar lados desconocidos.
  5. Si se pide área visible, resta la zona traslapada; si se pide área traslapada, calcula la región doblada.

Un atajo útil: cuando una pregunta de doblez muestra una región que corresponde a la mitad de un rectángulo, su área puede calcularse directamente sin desarrollar todo el doblez.

4.2. Para problemas de armado de piezas

  1. Reduce todo a cuadraditos unitarios.
  2. Suma áreas para hallar el área total.
  3. Determina las posibles dimensiones del rectángulo.
  4. Descarta inviables por restricciones de forma.
  5. Si se pide perímetro, calcúlalo al final.

Atajo del perímetro mínimo: para un área fija, los lados enteros más próximos dan el menor perímetro rectangular.

4.3. Para problemas de cajas y desarrollos

  1. Ubica la posible base.
  2. Verifica que tenga un número suficiente de caras adosadas para levantarse.
  3. Imagina el plegado completo: qué cara queda arriba, cuál queda abajo.
  4. Si es un cubo o dado, usa las reglas de caras opuestas y adyacentes.

Cuidado

Errores frecuentes

  • Creer que el doblez es la diagonal de la hoja.
    Si se dobla un punto hasta otro, la línea de doblez es la mediatriz, no el segmento que une los dos puntos. La diagonal solo es el doblez si se pliega precisamente por esa diagonal.

  • Sumar mal las áreas traslapadas.
    La zona traslapada es una región geométrica: su área es SS, no 2S2S, salvo que el problema pida expresamente el área total de papel en esa zona de doble capa.

  • Olvidar multiplicar por el lado del cuadradito.
    Si trabajas en unidades de cuadraditos, el resultado final debe convertirse a centímetros o metros según el dato original.

  • Asumir que todo rectángulo de área adecuada se puede armar.
    No basta el área: hay que comprobar que las piezas encajen. Una combinación de piezas puede tener el área correcta pero no poder cubrir el rectángulo sin superponerse o dejar huecos.

  • Ignorar la restricción “sin girar”.
    En problemas de selección de piezas, rotar mentalmente una pieza cuando el enunciado lo prohíbe lleva a elegir una opción incorrecta.

  • Confundir base con cara lateral en una caja.
    La base es la que queda apoyada; en un desarrollo de caja abierta, suele ser la cara más conectada, no la que está en un extremo.

Aprende resolviendo

Ejemplos resueltos

Ejemplo 1: base de una caja abierta

Enunciado.
Un cartón está formado por cinco cuadrados congruentes de lado 55 cm dispuestos en cruz: un cuadrado central PP y cuatro cuadrados laterales adosados a sus lados. Se pliega por las líneas de doblez para formar una caja abierta y se apoya sobre una mesa con la abertura hacia arriba. ¿Cuál es el área de la base?

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

Ejemplo 2: armado de un rectángulo con fichas

Enunciado.
Se tienen dos fichas de tipo L, dos fichas de tipo recta y dos cuadraditos sueltos. Las fichas L y las rectas están formadas por cuatro cuadraditos de 22 cm de lado cada una. Se usan exactamente dos fichas de cada tipo, adosándolas por lados completos y sin superponerlas, para formar un rectángulo. ¿Cuál es el menor perímetro posible?

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

Ejemplo 3: doblar una esquina al centro de un cuadrado

Enunciado.
Una hoja cuadrada de lado 1212 cm se dobla de modo que uno de sus vértices coincida con el centro del cuadrado. Calcule el área de la región que queda superpuesta.

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

Ejemplo 4: doblez de un rectángulo para unir dos vértices

Enunciado.
Un rectángulo de papel ABCDABCD mide 1818 cm de largo por 88 cm de ancho. Se dobla de manera que el vértice CC coincida con el vértice AA. Calcule el área de la región superpuesta.

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

Lo que viene

Hacia el siguiente tema

En este tema has tenido que deducir conclusiones a partir de reglas: si una pieza no puede girar, si dos lados deben coincidir, si un área debe ser igual a otra. Ese tipo de razonamiento es exactamente el puente hacia el siguiente tema, Habilidad Operativa – Razonamiento Deductivo, donde se formalizarán las estrategias para encadenar condiciones, descartar posibilidades y resolver problemas lógicos con mayor rapidez y seguridad.

Ir al siguiente tema: Habilidad operativa. Razonamiento deductivo

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Hasta 6 básicas, 8 intermedias y 6 avanzadas; si un nivel no alcanza, se completa con el nivel más cercano. El diagnóstico recomienda una ruta; la evaluación final actualiza el porcentaje y puede marcar el tema como aprendido.

Básico 5/6Intermedio 19/8Avanzado 2/6Total 26/20

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