Una arandela tiene un agujero; una porción de pizza ocupa solo parte del círculo. Para medir esas regiones no hace falta memorizar una fórmula sin dibujo: identificamos qué parte conservamos y qué parte quitamos. Separaremos el área pintada de la longitud de todos sus bordes.
1. Primero reconocemos borde, región y agujero
La circunferencia es la curva a distancia r del centro; el disco es la región que llena su interior, incluido el borde. Un radio va del centro al borde y un diámetro atraviesa el centro uniendo dos extremos: d = 2r. La longitud de una vuelta es 2πr y el área del disco πr².
Una corona circular, como una arandela ideal, se obtiene al quitar un disco interior de otro mayor con el mismo centro.
Si r = 0 no hay agujero de área positiva y queda el disco completo.
Un sector es una porción delimitada por dos radios y el arco entre ellos. Un sector de corona conserva esa misma porción angular de la arandela. No confundimos su hueco con una zona que haya que pintar.
Identificar los radios de una arandela
El diámetro exterior de una arandela es 14 cm y el interior 6 cm. Halla R y r.
Radio exterior
14/2 = 7 cm.Radio interior
6/2 = 3 cm.Revisamos el orden
7 > 3.
R = 7 cm y r = 3 cm.
Los diámetros no se sustituyen directamente en fórmulas que piden radio.
Dos bordes de una sola región
Una arandela tiene un borde exterior y un agujero circular. Para poner una cinta sobre todo su borde, ¿rodeamos solo el exterior?
Localizamos la frontera
El agujero también separa material de una zona vacía.
Contamos todos los recorridos pedidos
Hace falta la circunferencia exterior y la interior.
No; se rodean ambos bordes.
Para área restaremos el hueco; para longitud de frontera sumaremos ambos recorridos.
2. El ángulo indica qué fracción de la vuelta conservamos
Una vuelta completa tiene 360°. Un sector de ángulo α conserva la fracción f = α/360° del círculo. Por ejemplo, 90° son un cuarto; 120°, un tercio; 60°, un sexto. Esa misma fracción actúa sobre el arco y sobre el área cuando el radio se mantiene fijo.
También podemos medir ángulos en radianes. Un radián es el ángulo central que abarca un arco de longitud igual al radio. La vuelta completa tiene 2π radianes. Así, un ángulo θ en radianes conserva la fracción θ/(2π). No se inserta un valor en grados en una fórmula que pida radianes.
Fracción y porcentaje de vuelta
¿Qué parte de un círculo corresponde a un sector de 45°?
Comparamos con una vuelta
45/360 = 1/8.Convertimos si se pide porcentaje
1/8 = 12,5 %.
Una octava parte, el 12,5 %.
Ocho ángulos de 45° completan 360°.
La misma mitad con dos unidades de ángulo
Expresa media vuelta en grados y radianes.
Grados
360°/2 = 180°.Radianes
2π/2 = π rad.Fracción común
Ambos representan un medio.
180° = π radianes.
No significa que 180 y π sean el mismo número sin unidad angular.
3. El arco sigue la curva; la cuerda une sus extremos en línea recta
El arco es parte de la circunferencia.
La letra L mide una longitud, no una superficie.
La cuerda entre los mismos extremos es un segmento recto y, para un arco no nulo menor que una vuelta, es más corta que ese arco. Por ejemplo, en media circunferencia la cuerda es el diámetro 2R, mientras el arco mide πR. No usamos una longitud de cuerda como si fuera el borde curvo.
Arco de un cuarto de vuelta
Radio 8 cm y ángulo 90°. Halla L.
Fracción
90/360 = 1/4.Circunferencia completa
2π · 8 = 16π cm.Tomamos el cuarto
L = 4π cm.
El arco mide 4π cm.
La respuesta tiene centímetros, no centímetros cuadrados.
Arco dado en radianes
Un círculo de radio 3 m tiene un arco de ángulo 2 rad. Halla su longitud.
Elegimos la fórmula en radianes
L = Rθ.Sustituimos
3 · 2 = 6 m.
El arco mide seis metros.
La fracción de vuelta es 2/(2π) = 1/π, no 2/360.
4. El área del sector es la misma fracción del área completa
Cambia el factor angular, pero sigue siendo la porción de un disco del mismo radio.
Esta relación explica por qué un sector de cono abierto tiene área arco por generatriz dividido entre dos: la generatriz es el radio de ese sector.
Área de un tercio de disco
Radio 6 cm y ángulo 120°. Halla A.
Área completa
π · 6² = 36π cm².Fracción angular
120/360 = 1/3.Multiplicamos
A = 12π cm².
Área 12π cm².
Tres sectores iguales completarían el disco de 36π cm².
Área conocida la longitud del arco
Un sector tiene radio 5 cm y arco 4 cm. Halla A.
Relación entre arco y radio
A = LR/2.Sustituimos
4 · 5/2 = 10 cm².
Área de diez centímetros cuadrados.
El ángulo correspondiente es L/R = 0,8 rad; θR²/2 también da diez.
5. El área de una corona resta áreas de discos, no radios antes de cuadrar
El disco exterior tiene área 36π cm² y el hueco 4π cm².
Pero π(R − r)² sería el área de otro disco de radio cuatro, no el área de la corona. Primero se cuadra cada radio y después se resta. También podemos factorizar R² − r² = (R − r)(R + r), donde intervienen grosor y suma de radios.
Corona con radios distintos del dibujo
R = 8 cm y r = 5 cm. Halla A.
Disco exterior
64π cm².
Hueco
25π cm².
Restamos
A = 39π cm².
Área 39π cm².
La diferencia de radios es tres, pero 9π no sería el área de la arandela.
Usar grosor y radio interior
Una corona tiene radio interior 4 m y grosor radial 2 m. Halla su área.
Recuperamos el radio exterior
R = 4 + 2 = 6 m.Restamos áreas
A = π(6² − 4²) = 20π m².
Área 20π m².
La forma factorizada da π · 2 · (6 + 4) = 20π m².
6. Un sector de corona resta sectores con el mismo ángulo
Si los dos círculos tienen el mismo centro, el ángulo del sector recorta la misma fracción de ambos. Podemos restar primero sus áreas y tomar luego la fracción: A = (α/360°)π(R² − r²). Es equivalente a restar el sector exterior menos el interior.
La corona completa tiene área 27π cm² y el sector conserva un tercio: 9π cm². Los radios indicados siempre parten del centro común, aunque el material comience más lejos.
Media arandela
R = 7 cm, r = 1 cm y α = 180°. Halla A.
Corona completa
π(49 − 1) = 48π cm².Media vuelta
A = 48π/2 = 24π cm².
Área 24π cm².
Restar medios discos produce (49π/2) − (π/2), el mismo resultado.
Una sexta parte de corona
R = 5 m, r = 2 m y α = 60°. Halla A.
Diferencia de cuadrados
25 − 4 = 21.Tomamos un sexto
A = 21π/6 = 7π/2 m².
Área 7π/2 m².
No aplicamos el sexto solo al disco exterior; afecta a las dos regiones.
7. Para el perímetro seguimos todos los bordes de la región conservada
Una corona completa tiene dos circunferencias: P = 2πR + 2πr. No hay cortes rectos que añadir. En cambio, un sector de disco que no sea la vuelta completa tiene un arco y dos radios: P = L + 2R.
En un sector de corona de ángulo entre 0° y 360° sin incluir los extremos, los bordes son arco exterior, arco interior y dos cortes de longitud R − r.
Si fuera la corona completa, los cortes se unirían y desaparecerían: no usamos esa última expresión con cortes para α = 360°.
En el dibujo de 120°, R = 6 y r = 3: el arco exterior mide 4π, el interior 2π y los dos cortes suman seis. El perímetro total es 6π + 6 cm. Restar el arco interior sería quitar un borde que sí existe.
Perímetro de una corona completa
R = 4 cm y r = 2 cm. Halla P.
Borde exterior
2π · 4 = 8π cm.Borde del agujero
2π · 2 = 4π cm.Sumamos recorridos
12π cm.
Perímetro 12π cm.
Para el área se restaría; para recorrer ambos bordes se suma.
Semicorona con dos cortes
R = 5 cm, r = 3 cm y α = 180°. Halla P.
Dos arcos de media vuelta
5π + 3π = 8π cm.Dos cortes radiales
2(5 − 3) = 4 cm.Total
P = 8π + 4 cm.
Perímetro 8π + 4 cm.
Si se duplican dos semicoronas para cerrar la arandela, los cortes quedan en el interior y no se suman al borde final.
8. Dibujar lo que se resta distingue corona, sector y segmento circular
En una corona quitamos un disco interior; en un sector conservamos una porción angular; en un segmento circular pequeño quitamos a un sector el triángulo formado por sus dos radios y la cuerda. Son regiones distintas, aunque compartan parte del mismo círculo.
En un sector de 60° y radio cuatro, el triángulo de los radios es equilátero de lado cuatro. Su área es 4√3; el sector tiene 8π/3. El segmento entre el arco y su cuerda ocupa 8π/3 − 4√3. Es positivo y menor que el sector completo.
Al escalar todos los radios por k, longitudes y perímetros cambian por k y áreas por k². Conserva π y raíces exactas hasta que se pida un decimal. Una comprobación de área exige además que la región que reste no sea mayor que la que la contiene.
Nombrar la región antes de calcular
Un sector de 90° y radio 2 cm pierde el triángulo de sus dos radios. Halla el área que queda entre arco y cuerda.
Sector de un cuarto de disco
A sector = π · 2²/4 = π cm².Triángulo rectángulo de catetos dos
A triángulo = 2 · 2/2 = 2 cm².Restamos la pieza recta
A segmento = π − 2 cm².
Área π − 2 cm².
Es positiva y menor que π; no se ha quitado un disco interior.
Escalar una arandela
Una corona tiene área 20π cm². Se duplican ambos radios. Halla el área nueva.
Escalamos los cuadrados
(2R)² − (2r)² = 4(R² − r²).Aplicamos a la región completa
A nueva = 4 · 20π = 80π cm².
Área 80π cm².
Su grosor se duplica, pero su área se cuadruplica porque también crece el recorrido alrededor.
Ahora lo resolvemos de principio a fin.
EJEMPLO RESUELTO 1
Corona
Una arandela tiene radio exterior 5 cm e interior 3 cm. Halla su área.
Identificamos la región
Arandela completa: disco de radio cinco menos hueco de radio tres.
Área exterior
π · 5² = 25π cm².Área del hueco
π · 3² = 9π cm².Restamos
25π − 9π = 16π cm².Comprobamos la operación
Se han restado cuadrados. El grosor dos no define un disco equivalente de radio dos.
16π cm².
El ancho es 2, pero π·2²=4π sería incorrecto.
EJEMPLO RESUELTO 2
Sector de corona
Mismos radios 5 y 3, pero solo un sector de 90°. Halla su área.
Recuperamos la arandela completa
Con R = 5 y r = 3, A completa = π(25 − 9) = 16π cm².Leemos el ángulo
90°/360° = 1/4.Aplicamos la fracción a toda la corona
A = 16π/4 = 4π cm².Comprobamos con sectores separados
El exterior ocupa 25π/4 y el interior 9π/4; su diferencia es 16π/4 = 4π.
4π cm².
Cuatro sectores iguales completan la arandela.
Los símbolos que hemos usado
- r
- Radio de un círculo o radio interior de una corona, según el contexto declarado.
- R
- Radio exterior de una corona, con R>r≥0.
- α
- Ángulo central medido en grados.
- θ
- Ángulo central medido en radianes.
- L
- Longitud de un arco, en unidades de longitud.
- A
- Área de una región, en unidades cuadradas.
- π
- Constante que relaciona longitud de circunferencia y diámetro.
Ahora te toca a ti.
Tienes cinco ejercicios. Inténtalos; las pistas te ayudan si te atascas.
Practicar este tema →