
Sector circular: área de un sector circular. Área de un trapecio circular
Aprenderás a calcular áreas de sectores y trapecios circulares, usando el ángulo central y el radio para resolver situaciones geométricas y problemas de admisión.
Ruta de estudio
Estudia a tu ritmo
El contenido cambia según tu experiencia, pero tu progreso queda separado y nunca se pierde.
El porqué del tema
¿Para qué estudiamos este tema?
En el tema anterior aprendiste que, si un ángulo central de una circunferencia mide radianes y el radio es , entonces la longitud del arco que subtiende es
Esa fórmula responde a preguntas de longitud. Ahora necesitamos responder preguntas de superficie: ¿cuánto terreno tiene un sector circular? ¿Cuántos metros cuadrados de pasto cubre una zona de un parque? ¿Cuánto cuesta un terreno si se paga por metro cuadrado? ¿Cuánta cartulina se elimina al cortar un sector circular más pequeño?
Para eso se define y se calcula el área de un sector circular. Además, en muchos problemas de la UNMSM no solo aparece un sector, sino una región comprendida entre dos sectores concéntricos: el trapecio circular. Su área se obtiene restando dos áreas de sectores o mediante una fórmula análoga a la del trapecio rectilíneo.
Este tema también se conecta con el siguiente: al estudiar cuántas vueltas da una rueda al desplazarse, necesitarás manejar longitudes de arco y longitudes de circunferencias completas. Las áreas de sectores y trapecios circulares son la base para interpretar muchas situaciones geométricas de la vida cotidiana y, sobre todo, para resolver los problemas de admisión.
Antes de empezar
Lo que necesitas saber antes
Conviene recordar cuatro ideas del tema anterior y de aritmética/geometría básica.
Sector circular.
Es la región del círculo limitada por dos radios y el arco correspondiente al ángulo central que forman.Ángulo en radianes.
Las fórmulas de este tema exigen que el ángulo central esté expresado en radianes. Si el dato viene en grados sexagesimales, se convierte con:Por ejemplo, rad.
Longitud de arco.
Para un sector circular de radio y ángulo central rad, la longitud de arco esÁrea de un triángulo con dos lados y el ángulo comprendido.
La usaremos para el segmento circular:En particular, si dos lados miden y el ángulo comprendido mide , el área del triángulo es .
Sector circular: definición y elementos
Un sector circular es la porción de un círculo comprendida entre dos radios y el arco de circunferencia que determinan.
Sector circular AOB
Elementos que se usan en los problemas:
- Centro: .
- Radio: , distancia del centro a cualquier punto del arco.
- Ángulo central: , medido en radianes, con .
- Longitud de arco: .
- Área del sector: , que estudiaremos a continuación.
En el examen, muchas figuras muestran dos o más sectores circulares con el mismo centro, es decir, sectores concéntricos. Eso da lugar a los trapecios circulares.
Área de un sector circular
Deducción de la fórmula
El área de un sector circular se obtiene por una regla de tres simple a partir del área del círculo completo.
Sabemos que:
- Un círculo completo de radio tiene área .
- Ese círculo completo corresponde a un ángulo central de radianes.
Entonces, para un ángulo central radianes, el área correspondiente cumple:
Despejando:
y, por lo tanto,
Esta es la fórmula fundamental del tema. Observa que el ángulo debe estar en radianes.
Ejemplo breve
Si un sector circular tiene radio m y ángulo central rad, su área es
Las tres formas de calcular el área de un sector circular
La fórmula anterior se puede combinar con la longitud de arco . Así se obtienen tres versiones equivalentes, muy útiles según los datos del problema.
1. Conocidos el ángulo y el radio
Es la forma más directa.
2. Conocidos el arco y el radio
Como , sustituimos en :
Esta versión es muy práctica cuando el problema da la longitud del arco y el radio.
3. Conocidos el arco y el ángulo
De despejamos . Sustituyendo en :
Esta forma conviene cuando se conocen la longitud de arco y el ángulo central, pero no el radio.
Tabla de uso
| Datos conocidos | Fórmula recomendada |
|---|---|
| y | |
| y | |
| y | |
| y | Despejar |
| y | Despejar |
Perímetro de un sector circular
En muchos problemas de admisión no se pide el área, sino la longitud del borde de un sector circular: por ejemplo, cuántos metros lineales de cerca se necesitan para delimitar un terreno.
El perímetro de un sector circular se obtiene sumando sus dos radios y su arco:
y como , también:
Observa un detalle importante: el arco es curvilíneo, pero para efectos de cerca o borde se mide en metros lineales igual que los radios.
Ejemplo breve
Un sector circular de radio m y ángulo central rad tiene:
Entonces su perímetro es
No se puede decir simplemente ; los dos radios son parte del contorno del sector.
Comparación de áreas de sectores circulares
Muchos problemas no piden un área absoluta, sino una proporción entre áreas. Para resolverlos rápidamente conviene recordar lo siguiente.
Si dos sectores circulares tienen el mismo ángulo central, sus áreas son proporcionales al cuadrado de sus radios:
Esto se deduce directamente de , porque se simplifica.
Si dos sectores tienen el mismo radio, sus áreas son proporcionales a sus ángulos centrales:
En general, para dos sectores cualesquiera:
Ejemplo breve
Dos sectores circulares tienen el mismo ángulo central y radios de u y u. La razón de sus áreas es
Trapecio circular: definición
Un trapecio circular es la región limitada por dos arcos de circunferencias concéntricas y dos radios que cortan a ambos arcos.
Trapecio circular ABDC
En la figura descrita, si los radios son y , con , la distancia entre los dos arcos es:
Las longitudes de los arcos son:
donde es el ángulo central común.
Área de un trapecio circular
Como diferencia de dos sectores circulares
El trapecio circular es exactamente la parte del sector mayor que queda al quitarle el sector menor. Por lo tanto, su área se calcula como:
Usando para cada sector:
Factorizando:
Esta es la fórmula más importante para el trapecio circular.
Como fórmula con los arcos y la altura
También se puede expresar el área en términos de los arcos y , y de la altura .
Recuerda que:
Entonces:
Además:
Sustituyendo en la fórmula del área:
Por lo tanto,
Esta fórmula es análoga a la del trapecio rectilíneo: semisuma de las bases por la altura. Aquí las "bases" son los arcos y , y la "altura" es la diferencia de radios .
Ejemplo breve
Un trapecio circular tiene ángulo central rad, radio menor cm y radio mayor cm. Su área es
Con la fórmula de arcos: , , . Entonces
Coinciden.
Relación entre el sector interno y el trapecio circular
Un caso muy frecuente en los exámenes es el siguiente: un sector circular de radio se divide en dos regiones mediante otro sector concéntrico de radio , como se muestra en la siguiente descripción.
Sector circular interno S₁ y trapecio circular exterior S₂ con radios r y R
Sean:
Entonces la proporción entre el sector interno y el trapecio circular es:
Esta relación es fundamental. Observa que el trapecio no depende de solamente, sino de .
Ejemplo breve
Si y , entonces
Es un error común escribir , que es la razón entre el sector menor y el sector mayor completo.
Propiedades de áreas en sectores concéntricos
Hay dos propiedades que aparecen con mucha frecuencia en los problemas de concurso y en los exámenes de admisión.
Radios en progresión aritmética
Supón que tienes varios sectores circulares concéntricos con el mismo ángulo central , y cuyos radios están en progresión aritmética:
Las áreas de las regiones sucesivas (el sector central y los trapecios circulares que lo rodean) son proporcionales a las diferencias de cuadrados de los radios consecutivos:
Es decir, las áreas son proporcionales a:
Esta propiedad permite resolver rápidamente problemas donde se dan áreas de varias franjas o se pide la relación entre ellas.
Regiones de áreas iguales
Si al contrario: un sector circular se divide en varias regiones de áreas iguales mediante sectores concéntricos, entonces los radios correspondientes no están en progresión aritmética, sino que sus cuadrados sí lo están.
Por ejemplo, si el sector central y los trapecios circulares tienen la misma área, entonces:
están en progresión aritmética. Por lo tanto, los radios son proporcionales a:
Este tipo de razonamiento aparece en ejercicios de la semana del centro preuniversitario y en problemas tipo examen.
Segmento circular: cuando hay que restar el triángulo
Un caso especial que también se preguntó en la UNMSM es el del segmento circular.
Un segmento circular es la región comprendida entre una cuerda y el arco que subtiende.
Segmento circular: región sombreada entre la cuerda AB y el arco AB
El segmento circular no es un sector circular. Para calcular su área, se toma el área del sector circular y se le resta el área del triángulo .
El área del sector es:
El área del triángulo , que tiene dos lados de longitud y ángulo comprendido , es:
Por lo tanto, el área del segmento circular es:
Aquí debe estar en radianes.
Ejemplo breve
Si u y rad, el área del segmento circular es
Método de resolución para problemas de áreas de sectores y trapecios
Cuando enfrentes un problema de este tema, sigue estos pasos.
Identifica los sectores y trapecios.
Pregúntate: ¿la región pedida es un sector circular, un trapecio circular o un segmento circular?Escribe los datos en variables.
Asigna letras a los radios (, ), al ángulo central , a los arcos (, ) y a las áreas (, , etc.).Convierte los ángulos a radianes si es necesario.
Si el dato está en grados, usa .Elige la fórmula adecuada.
- Para un sector: .
- Para un trapecio: .
- Para un perímetro: .
- Para un segmento: .
Plantea proporciones si solo te piden relaciones.
Si no hay valores absolutos, usa para ángulos iguales, o para sector interno y trapecio.Verifica las unidades.
Las áreas se expresan en unidades cuadradas; los perímetros y cercas, en unidades lineales.
Cuidado
Errores frecuentes
Usar el ángulo en grados sexagesimales dentro de .
Esta fórmula solo es válida si está en radianes.Confundir radio y diámetro.
Si el problema dice "diámetro 2r", el radio es la mitad.Olvidar sumar los dos radios en el perímetro del sector.
El perímetro es , no solo .Calcular mal la altura del trapecio circular.
La altura es , no la diferencia de arcos .Confundir la razón entre el sector menor y el sector mayor con la razón entre el sector menor y el trapecio.
La primera es ; la segunda es .En el segmento circular, olvidar restar el triángulo.
La región entre la cuerda y el arco no es igual al sector.Usar en lugar de en el área del triángulo.
El triángulo formado por dos radios y la cuerda tiene área .Aplicar cuando no es el arco del mismo sector.
En trapecios, hay que distinguir muy bien el arco del sector mayor y el del sector menor.
Aprende resolviendo
Ejemplos resueltos
Ejemplo 1
Un sector circular tiene radio cm y su ángulo central mide . Calcula su área y su perímetro.
Intenta resolverlo primero. Luego revisa la resolución paso a paso.
Ejemplo 2
Un sector circular de radio se divide en dos regiones mediante un sector concéntrico de radio . Si , halla la razón entre el área del sector menor y el área del trapecio circular.
Intenta resolverlo primero. Luego revisa la resolución paso a paso.
Ejemplo 3
En un trapecio circular, el arco mayor mide cm, el arco menor mide cm y la diferencia entre los radios es cm. Halla el área del trapecio circular.
Intenta resolverlo primero. Luego revisa la resolución paso a paso.
Ejemplo 4
En un círculo de radio u, un ángulo central determina un segmento circular. Halla su área en términos de .
Intenta resolverlo primero. Luego revisa la resolución paso a paso.
Lo que viene
Hacia el siguiente tema
Ahora que sabes calcular longitudes de arco, áreas de sectores y áreas de trapecios circulares, estás listo para la siguiente aplicación: determinar cuántas vueltas da una rueda al girar sin resbalar sobre una superficie.
En ese tema se usará la longitud de arco de una vuelta completa, , y la longitud recorrida por el centro de la rueda. La fórmula clave será . Todo lo que has trabajado con arcos y radios te permitirá entender y resolver esos problemas de movimiento circular.
¿Lo dominas?
Pon a prueba lo que aprendiste
20 preguntas de práctica tipo admisión y 10 preguntas reales de San Marcos, con clave y resolución explicada.
El porqué del tema
¿Para qué estudiamos este tema?
En el tema anterior aprendiste que, si un ángulo central de una circunferencia mide radianes y el radio es , entonces la longitud del arco que subtiende es
Esa fórmula responde a preguntas de longitud. Ahora necesitamos responder preguntas de superficie: ¿cuánto terreno tiene un sector circular? ¿Cuántos metros cuadrados de pasto cubre una zona de un parque? ¿Cuánto cuesta un terreno si se paga por metro cuadrado? ¿Cuánta cartulina se elimina al cortar un sector circular más pequeño?
Para eso se define y se calcula el área de un sector circular. Además, en muchos problemas de la UNMSM no solo aparece un sector, sino una región comprendida entre dos sectores concéntricos: el trapecio circular. Su área se obtiene restando dos áreas de sectores o mediante una fórmula análoga a la del trapecio rectilíneo.
Este tema también se conecta con el siguiente: al estudiar cuántas vueltas da una rueda al desplazarse, necesitarás manejar longitudes de arco y longitudes de circunferencias completas. Las áreas de sectores y trapecios circulares son la base para interpretar muchas situaciones geométricas de la vida cotidiana y, sobre todo, para resolver los problemas de admisión.
Antes de empezar
Lo que necesitas saber antes
Conviene recordar cuatro ideas del tema anterior y de aritmética/geometría básica.
Sector circular.
Es la región del círculo limitada por dos radios y el arco correspondiente al ángulo central que forman.Ángulo en radianes.
Las fórmulas de este tema exigen que el ángulo central esté expresado en radianes. Si el dato viene en grados sexagesimales, se convierte con:Por ejemplo, rad.
Longitud de arco.
Para un sector circular de radio y ángulo central rad, la longitud de arco esÁrea de un triángulo con dos lados y el ángulo comprendido.
La usaremos para el segmento circular:En particular, si dos lados miden y el ángulo comprendido mide , el área del triángulo es .
Sector circular: definición y elementos
Un sector circular es la porción de un círculo comprendida entre dos radios y el arco de circunferencia que determinan.
Sector circular AOB
Elementos que se usan en los problemas:
- Centro: .
- Radio: , distancia del centro a cualquier punto del arco.
- Ángulo central: , medido en radianes, con .
- Longitud de arco: .
- Área del sector: , que estudiaremos a continuación.
En el examen, muchas figuras muestran dos o más sectores circulares con el mismo centro, es decir, sectores concéntricos. Eso da lugar a los trapecios circulares.
Área de un sector circular
Deducción de la fórmula
El área de un sector circular se obtiene por una regla de tres simple a partir del área del círculo completo.
Sabemos que:
- Un círculo completo de radio tiene área .
- Ese círculo completo corresponde a un ángulo central de radianes.
Entonces, para un ángulo central radianes, el área correspondiente cumple:
Despejando:
y, por lo tanto,
Esta es la fórmula fundamental del tema. Observa que el ángulo debe estar en radianes.
Ejemplo breve
Si un sector circular tiene radio m y ángulo central rad, su área es
Las tres formas de calcular el área de un sector circular
La fórmula anterior se puede combinar con la longitud de arco . Así se obtienen tres versiones equivalentes, muy útiles según los datos del problema.
1. Conocidos el ángulo y el radio
Es la forma más directa.
2. Conocidos el arco y el radio
Como , sustituimos en :
Esta versión es muy práctica cuando el problema da la longitud del arco y el radio.
3. Conocidos el arco y el ángulo
De despejamos . Sustituyendo en :
Esta forma conviene cuando se conocen la longitud de arco y el ángulo central, pero no el radio.
Tabla de uso
| Datos conocidos | Fórmula recomendada |
|---|---|
| y | |
| y | |
| y | |
| y | Despejar |
| y | Despejar |
Perímetro de un sector circular
En muchos problemas de admisión no se pide el área, sino la longitud del borde de un sector circular: por ejemplo, cuántos metros lineales de cerca se necesitan para delimitar un terreno.
El perímetro de un sector circular se obtiene sumando sus dos radios y su arco:
y como , también:
Observa un detalle importante: el arco es curvilíneo, pero para efectos de cerca o borde se mide en metros lineales igual que los radios.
Ejemplo breve
Un sector circular de radio m y ángulo central rad tiene:
Entonces su perímetro es
No se puede decir simplemente ; los dos radios son parte del contorno del sector.
Comparación de áreas de sectores circulares
Muchos problemas no piden un área absoluta, sino una proporción entre áreas. Para resolverlos rápidamente conviene recordar lo siguiente.
Si dos sectores circulares tienen el mismo ángulo central, sus áreas son proporcionales al cuadrado de sus radios:
Esto se deduce directamente de , porque se simplifica.
Si dos sectores tienen el mismo radio, sus áreas son proporcionales a sus ángulos centrales:
En general, para dos sectores cualesquiera:
Ejemplo breve
Dos sectores circulares tienen el mismo ángulo central y radios de u y u. La razón de sus áreas es
Trapecio circular: definición
Un trapecio circular es la región limitada por dos arcos de circunferencias concéntricas y dos radios que cortan a ambos arcos.
Trapecio circular ABDC
En la figura descrita, si los radios son y , con , la distancia entre los dos arcos es:
Las longitudes de los arcos son:
donde es el ángulo central común.
Área de un trapecio circular
Como diferencia de dos sectores circulares
El trapecio circular es exactamente la parte del sector mayor que queda al quitarle el sector menor. Por lo tanto, su área se calcula como:
Usando para cada sector:
Factorizando:
Esta es la fórmula más importante para el trapecio circular.
Como fórmula con los arcos y la altura
También se puede expresar el área en términos de los arcos y , y de la altura .
Recuerda que:
Entonces:
Además:
Sustituyendo en la fórmula del área:
Por lo tanto,
Esta fórmula es análoga a la del trapecio rectilíneo: semisuma de las bases por la altura. Aquí las "bases" son los arcos y , y la "altura" es la diferencia de radios .
Ejemplo breve
Un trapecio circular tiene ángulo central rad, radio menor cm y radio mayor cm. Su área es
Con la fórmula de arcos: , , . Entonces
Coinciden.
Relación entre el sector interno y el trapecio circular
Un caso muy frecuente en los exámenes es el siguiente: un sector circular de radio se divide en dos regiones mediante otro sector concéntrico de radio , como se muestra en la siguiente descripción.
Sector circular interno S₁ y trapecio circular exterior S₂ con radios r y R
Sean:
Entonces la proporción entre el sector interno y el trapecio circular es:
Esta relación es fundamental. Observa que el trapecio no depende de solamente, sino de .
Ejemplo breve
Si y , entonces
Es un error común escribir , que es la razón entre el sector menor y el sector mayor completo.
Propiedades de áreas en sectores concéntricos
Hay dos propiedades que aparecen con mucha frecuencia en los problemas de concurso y en los exámenes de admisión.
Radios en progresión aritmética
Supón que tienes varios sectores circulares concéntricos con el mismo ángulo central , y cuyos radios están en progresión aritmética:
Las áreas de las regiones sucesivas (el sector central y los trapecios circulares que lo rodean) son proporcionales a las diferencias de cuadrados de los radios consecutivos:
Es decir, las áreas son proporcionales a:
Esta propiedad permite resolver rápidamente problemas donde se dan áreas de varias franjas o se pide la relación entre ellas.
Regiones de áreas iguales
Si al contrario: un sector circular se divide en varias regiones de áreas iguales mediante sectores concéntricos, entonces los radios correspondientes no están en progresión aritmética, sino que sus cuadrados sí lo están.
Por ejemplo, si el sector central y los trapecios circulares tienen la misma área, entonces:
están en progresión aritmética. Por lo tanto, los radios son proporcionales a:
Este tipo de razonamiento aparece en ejercicios de la semana del centro preuniversitario y en problemas tipo examen.
Segmento circular: cuando hay que restar el triángulo
Un caso especial que también se preguntó en la UNMSM es el del segmento circular.
Un segmento circular es la región comprendida entre una cuerda y el arco que subtiende.
Segmento circular: región sombreada entre la cuerda AB y el arco AB
El segmento circular no es un sector circular. Para calcular su área, se toma el área del sector circular y se le resta el área del triángulo .
El área del sector es:
El área del triángulo , que tiene dos lados de longitud y ángulo comprendido , es:
Por lo tanto, el área del segmento circular es:
Aquí debe estar en radianes.
Ejemplo breve
Si u y rad, el área del segmento circular es
Método de resolución para problemas de áreas de sectores y trapecios
Cuando enfrentes un problema de este tema, sigue estos pasos.
Identifica los sectores y trapecios.
Pregúntate: ¿la región pedida es un sector circular, un trapecio circular o un segmento circular?Escribe los datos en variables.
Asigna letras a los radios (, ), al ángulo central , a los arcos (, ) y a las áreas (, , etc.).Convierte los ángulos a radianes si es necesario.
Si el dato está en grados, usa .Elige la fórmula adecuada.
- Para un sector: .
- Para un trapecio: .
- Para un perímetro: .
- Para un segmento: .
Plantea proporciones si solo te piden relaciones.
Si no hay valores absolutos, usa para ángulos iguales, o para sector interno y trapecio.Verifica las unidades.
Las áreas se expresan en unidades cuadradas; los perímetros y cercas, en unidades lineales.
Cuidado
Errores frecuentes
Usar el ángulo en grados sexagesimales dentro de .
Esta fórmula solo es válida si está en radianes.Confundir radio y diámetro.
Si el problema dice "diámetro 2r", el radio es la mitad.Olvidar sumar los dos radios en el perímetro del sector.
El perímetro es , no solo .Calcular mal la altura del trapecio circular.
La altura es , no la diferencia de arcos .Confundir la razón entre el sector menor y el sector mayor con la razón entre el sector menor y el trapecio.
La primera es ; la segunda es .En el segmento circular, olvidar restar el triángulo.
La región entre la cuerda y el arco no es igual al sector.Usar en lugar de en el área del triángulo.
El triángulo formado por dos radios y la cuerda tiene área .Aplicar cuando no es el arco del mismo sector.
En trapecios, hay que distinguir muy bien el arco del sector mayor y el del sector menor.
Aprende resolviendo
Ejemplos resueltos
Ejemplo 1
Un sector circular tiene radio cm y su ángulo central mide . Calcula su área y su perímetro.
Intenta resolverlo primero. Luego revisa la resolución paso a paso.
Ejemplo 2
Un sector circular de radio se divide en dos regiones mediante un sector concéntrico de radio . Si , halla la razón entre el área del sector menor y el área del trapecio circular.
Intenta resolverlo primero. Luego revisa la resolución paso a paso.
Ejemplo 3
En un trapecio circular, el arco mayor mide cm, el arco menor mide cm y la diferencia entre los radios es cm. Halla el área del trapecio circular.
Intenta resolverlo primero. Luego revisa la resolución paso a paso.
Ejemplo 4
En un círculo de radio u, un ángulo central determina un segmento circular. Halla su área en términos de .
Intenta resolverlo primero. Luego revisa la resolución paso a paso.
Lo que viene
Hacia el siguiente tema
Ahora que sabes calcular longitudes de arco, áreas de sectores y áreas de trapecios circulares, estás listo para la siguiente aplicación: determinar cuántas vueltas da una rueda al girar sin resbalar sobre una superficie.
En ese tema se usará la longitud de arco de una vuelta completa, , y la longitud recorrida por el centro de la rueda. La fórmula clave será . Todo lo que has trabajado con arcos y radios te permitirá entender y resolver esos problemas de movimiento circular.
¿Lo dominas?
Pon a prueba lo que aprendiste
20 preguntas de práctica tipo admisión y 10 preguntas reales de San Marcos, con clave y resolución explicada.
Evaluación del tema
20 preguntas para medir aprendizaje real
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.
Aprender desde las preguntas
