
Congruencia de triángulos
Descubre cuándo dos triángulos son congruentes y cómo los criterios de congruencia permiten igualar lados y ángulos. Aplicarás esta herramienta para resolver problemas geométricos de examen.
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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 estudiaste el triángulo, sus elementos y sus líneas notables: medianas, alturas, bisectrices, entre otras. Ahora vas a estudiar una herramienta central de toda la geometría: la congruencia de triángulos. Con ella podrás justificar que dos triángulos tienen exactamente la misma forma y el mismo tamaño, y —lo más importante en los exámenes de admisión— podrás trasladar medidas de lados y ángulos de un lugar a otro de una figura.
Las preguntas de la UNMSM sobre este tema suelen presentarse con contextos: pistas, andamios, terrenos, globos aerostáticos, establos, láminas metálicas. Sin embargo, el fondo matemático es casi siempre el mismo: hay dos triángulos que resultan congruentes y, al identificarlos correctamente, se obtiene una igualdad de segmentos o de ángulos que permite calcular lo pedido.
En este tema aprenderás:
- qué significa afirmar que dos triángulos son congruentes;
- cómo se escribe correctamente una congruencia;
- los criterios básicos: lado-ángulo-lado (LAL), ángulo-lado-ángulo (ALA) y lado-lado-lado (LLL);
- cómo se aplican estos criterios en triángulos rectángulos;
- cómo se relaciona la congruencia con los triángulos isósceles y equiláteros;
- una estrategia para reconocer triángulos congruentes y usarlos para resolver problemas.
El siguiente tema, «Aplicaciones de la congruencia», profundizará en construcciones auxiliares y casos más elaborados. Así que este tema es la base obligatoria.
Antes de empezar
Lo que necesitas saber antes
Para estudiar congruencia de triángulos solo necesitas recordar algunas ideas del tema anterior y conceptos muy elementales.
Revisa brevemente:
Triángulo.
Un triángulo tiene tres vértices, tres lados y tres ángulos interiores. Se denota , donde , y son los vértices.Lados correspondientes a un ángulo.
En :- el lado opuesto al ángulo es ;
- el lado opuesto al ángulo es ;
- el lado opuesto al ángulo es .
Ángulos correspondientes a un lado.
En :- el ángulo opuesto al lado es ;
- el ángulo opuesto al lado es ;
- el ángulo opuesto al lado es .
Ángulo comprendido entre dos lados.
Es el ángulo formado por esos dos lados. Por ejemplo, en , el ángulo comprendido entre los lados y es .Lado comprendido entre dos ángulos.
Es el lado cuyos extremos son los vértices de esos dos ángulos. Por ejemplo, en , el lado comprendido entre y es .Suma de ángulos interiores.
En todo triángulo se cumple:Punto medio, segmentos perpendiculares y ángulos opuestos por el vértice.
Estos conceptos se usan mucho para reconocer lados o ángulos iguales en una figura.Triángulo isósceles y equilátero.
Un triángulo isósceles tiene dos lados congruentes; un triángulo equilátero tiene tres lados congruentes.
Si tienes clara esta base, la congruencia te resultará natural.
1. Idea intuitiva de congruencia
Dos figuras son congruentes cuando tienen la misma forma y el mismo tamaño. De manera intuitiva, dos triángulos son congruentes si podemos superponer uno sobre el otro sin que sobre ni falte nada, es decir, si coinciden perfectamente.
Imagina dos escuadras triangulares idénticas. Puedes girar una de ellas, trasladarla o darle la vuelta, pero al final encajará exactamente sobre la otra. Esa es la idea de congruencia.
Es importante no confundir congruencia con otras relaciones:
- Dos triángulos pueden tener el mismo perímetro y no ser congruentes.
- Dos triángulos pueden tener la misma área y no ser congruentes.
- Dos triángulos pueden tener los mismos ángulos y no ser congruentes, porque uno puede ser más grande que el otro.
En la congruencia deben coincidir todas las medidas: los tres lados y los tres ángulos.
2. Definición formal de congruencia de triángulos
Dos triángulos son congruentes si sus tres lados y sus tres ángulos son respectivamente congruentes, es decir, si presentan las mismas medidas y están ubicados en posiciones correspondientes.
Si y son congruentes, escribimos:
Esta notación significa, en términos de medidas:
y además:
Triángulos congruentes ABC y PQR con lados y ángulos correspondientes marcados
En este punto hay algo fundamental: el orden en que se escribe la congruencia importa. Si escribimos entonces automáticamente estamos diciendo que:
- el vértice corresponde al vértice ;
- el vértice corresponde al vértice ;
- el vértice corresponde al vértice .
Por lo tanto:
- ;
- ;
- ;
- ;
- ;
- .
Si cambiáramos el orden y escribiéramos las correspondencias serían , y . Es decir, la correspondencia cambia.
Por eso, cuando un problema dice que dos triángulos son congruentes, debes leer con cuidado en qué orden se da la congruencia.
3. Correspondencia de elementos homólogos
En dos triángulos congruentes, los lados y ángulos que se corresponden se llaman elementos homólogos.
La regla práctica más importante es:
A ángulos congruentes se oponen lados congruentes, y a lados congruentes se oponen ángulos congruentes.
Esto significa que, si ya sabes que dos triángulos son congruentes, no puedes igualar cualquier lado con cualquier lado. Debes igualar lados que ocupen posiciones correspondientes.
Ejemplo numérico inmediato.
Supongamos que
Si en el lado opuesto al ángulo mide y en el lado opuesto al ángulo mide , entonces:
Por lo tanto:
Dos triángulos congruentes con lados opuestos a θ iguales a 12 y 3x
Este tipo de razonamiento aparece muchísimo en los exámenes: primero se identifica la congruencia, luego se ubican los lados homólogos y finalmente se plantea una ecuación.
Propiedades lógicas de la congruencia.
Aunque no se usan de manera formal en la mayoría de problemas, conviene saber que la congruencia de triángulos es:
- reflexiva: todo triángulo es congruente a sí mismo;
- simétrica: si , entonces ;
- transitiva: si y , entonces .
4. Criterios de congruencia de triángulos
Para demostrar que dos triángulos son congruentes no es necesario conocer sus seis medidas. Basta conocer tres elementos bien elegidos, siempre que al menos uno de ellos sea un lado.
Los tres criterios básicos son:
- Lado-ángulo-lado (LAL): dos lados y el ángulo comprendido entre ellos.
- Ángulo-lado-ángulo (ALA): dos ángulos y el lado comprendido entre ellos.
- Lado-lado-lado (LLL): los tres lados.
A continuación los desarrollamos uno por uno.
4.1 Criterio lado-ángulo-lado (LAL)
Enunciado.
Dos triángulos son congruentes si tienen dos lados respectivamente congruentes y el ángulo comprendido entre dichos lados también congruente.
En símbolos, si en y se cumple: entonces:
Criterio LAL: AB = PQ, BC = QR, ∠B = ∠Q = θ
Observa que el ángulo igual debe ser el comprendido entre los dos lados. No se trata de cualquier ángulo.
Ejemplo numérico.
Si en y se tiene:
y
entonces por LAL:
Como consecuencia, los otros lados y ángulos también son iguales; por ejemplo .
El criterio LAL responde a una idea geométrica muy natural: si fijamos dos segmentos y el ángulo que forman, el triángulo queda completamente determinado, porque la distancia entre los extremos libres ya no puede variar.
4.2 Criterio ángulo-lado-ángulo (ALA)
Enunciado.
Dos triángulos son congruentes si tienen dos ángulos respectivamente congruentes y el lado comprendido entre dichos ángulos también congruente.
En símbolos, si en y se cumple: entonces:
Criterio ALA: dos ángulos y el lado comprendido congruentes
Aquí el lado igual debe ser el comprendido entre los dos ángulos. En el ejemplo, está entre y , y está entre y .
Ejemplo numérico.
Si en dos triángulos se tiene:
y en el otro:
entonces por ALA:
Observa que si dos ángulos de un triángulo son iguales a dos ángulos de otro triángulo, el tercer ángulo también es igual, porque la suma de ángulos es . Por eso, cuando hay dos ángulos iguales y un lado correspondiente igual, la congruencia puede justificarse.
Diferencia importante.
En el criterio ALA, el lado debe estar comprendido entre los dos ángulos. Sin embargo, en la práctica, si se conocen dos ángulos y cualquier lado correspondiente, la congruencia también puede probarse, porque los tres ángulos quedan determinados. Algunos textos llaman a esto "criterio ángulo-ángulo-lado (AAL)"; es equivalente a ALA en triángulos rectángulos y también en triángulos oblicuángulos si se usa correctamente la correspondencia.
4.3 Criterio lado-lado-lado (LLL)
Enunciado.
Dos triángulos son congruentes si sus tres lados son respectivamente congruentes.
En símbolos, si: entonces:
Dos triángulos congruentes con lados correspondientes marcados (LLL)
Ejemplo numérico.
Si tiene lados , y , y tiene lados , y en el mismo orden correspondiente, entonces por LLL son congruentes.
El criterio LLL es muy poderoso porque no exige ángulos. Si los tres lados de un triángulo son iguales a los tres lados de otro, la forma del triángulo queda fijada.
5. Casos que no garantizan congruencia
Es muy importante saber también qué no es criterio de congruencia.
5.1 Ángulo-ángulo-ángulo (AAA)
Si dos triángulos tienen los tres ángulos respectivamente iguales, no podemos asegurar que sean congruentes. Solo podemos asegurar que son semejantes.
Ejemplo.
Dos triángulos equiláteros de lados y tienen los tres ángulos de , pero no son congruentes.
Por eso, en congruencia, siempre debe haber al menos un lado en las condiciones.
5.2 Lado-lado-ángulo (LLA) en general
El caso lado-lado-ángulo, cuando el ángulo no está comprendido entre los dos lados, puede producir dos triángulos distintos. Por lo tanto, no es un criterio general de congruencia para triángulos oblicuángulos.
Sin embargo, hay una excepción muy útil: en triángulos rectángulos, el caso hipotenusa-cateto sí es válido, como veremos a continuación.
6. Congruencia de triángulos rectángulos
En un triángulo rectángulo ya conocemos un ángulo: el ángulo recto. Por eso, para demostrar que dos triángulos rectángulos son congruentes, no necesitamos tres elementos además del ángulo recto; en general bastan dos condiciones bien elegidas.
Los casos prácticos son:
Cateto-cateto (CC).
Si dos triángulos rectángulos tienen sus dos catetos respectivamente congruentes, son congruentes.
Corresponde al criterio LAL, con el ángulo recto comprendido entre los catetos.Cateto-ángulo agudo (CA).
Si tienen un cateto congruente y un ángulo agudo congruente, son congruentes.
Corresponde al criterio ALA o AAL, porque el otro ángulo agudo queda determinado.Hipotenusa-ángulo agudo (HA).
Si tienen la hipotenusa congruente y un ángulo agudo congruente, son congruentes.Hipotenusa-cateto (HC).
Si tienen hipotenusa y un cateto respectivamente congruentes, son congruentes.
Es el caso especial de lado-lado-ángulo que sí es válido en triángulos rectángulos.
Caso HC: triángulos rectángulos con hipotenusa y cateto congruentes
En los problemas de la UNMSM, muchas veces los triángulos congruentes están dentro de configuraciones con perpendiculares, por lo que conviene dominar estos casos.
7. Congruencia y triángulos isósceles
La congruencia permite demostrar un teorema que ya conoces intuitivamente:
Teorema del triángulo isósceles.
Si dos lados de un triángulo son congruentes, entonces los ángulos opuestos a esos lados son congruentes.
En , si: entonces:
Justificación con congruencia.
Trazamos la bisectriz , con en . Entonces:
- por dato;
- por ser lado común;
- porque es bisectriz.
Por el criterio LAL:
De esa congruencia se obtiene:
Además, también se obtiene que . Es decir, la bisectriz del ángulo comprendido entre los lados congruentes también es mediana.
Y como: y ambos suman , resultan ángulos rectos. Por lo tanto, en un triángulo isósceles, la bisectriz del ángulo desigual es a la vez altura y mediana.
También se cumple el recíproco:
Converso del teorema del triángulo isósceles.
Si dos ángulos de un triángulo son congruentes, entonces los lados opuestos a esos ángulos son congruentes.
Esto se usa muchísimo. Por ejemplo, si te dicen que: entonces puedes concluir:
Triángulo equilátero.
Si un triángulo tiene sus tres lados congruentes, aplicando dos veces el teorema del triángulo isósceles se obtiene que sus tres ángulos son congruentes. Como la suma es , cada ángulo de un triángulo equilátero mide:
8. Estrategia para reconocer y usar congruencias
En un problema de admisión no siempre se dice explícitamente "estos triángulos son congruentes". Muchas veces hay que descubrirlo.
Sigue estos pasos:
Marca los datos sobre la figura.
Usa rayas para lados iguales y arcos para ángulos iguales.Identifica igualdades ocultas.
- Lados comunes entre dos triángulos.
- Ángulos opuestos por el vértice.
- Lados iguales por ser radios de una misma circunferencia.
- Lados iguales por puntos medios.
- Ángulos formados por rectas paralelas y una secante.
- Ángulos rectos por perpendiculares.
Elige dos triángulos candidatos.
Busca en ellos dos pares de lados iguales o dos pares de ángulos iguales.Determina el tercer elemento necesario.
- Si tienes dos lados, busca el ángulo comprendido entre ellos.
- Si tienes dos ángulos, busca el lado comprendido entre ellos.
- Si tienes tres lados, aplica LLL directamente.
Aplica el criterio.
Escribe la congruencia con el orden correcto de vértices.Transfiere elementos.
Ya con la congruencia establecida, iguala lados o ángulos homólogos para plantear ecuaciones.
Ejemplo práctico del método.
Si dos segmentos y se cortan en su punto medio , entonces y . Además, los ángulos y son opuestos por el vértice, por lo tanto son congruentes. Así, los triángulos y son congruentes por LAL.
Esta configuración aparece con frecuencia.
Cuidado
9. Errores frecuentes
Evita estos errores típicos:
Ignorar el orden de la congruencia.
Si se escribe , no se puede igualar con . Debe respetarse la correspondencia: , , .Usar AAA como criterio de congruencia.
Tres ángulos iguales no garantizan congruencia, solo semejanza.Aplicar LAL con un ángulo no comprendido.
En LAL el ángulo debe ser el formado por los dos lados. Si es otro ángulo, no se puede aplicar LAL.Aplicar LLA en cualquier triángulo.
Lado-lado-ángulo no es criterio general. Solo se usa con seguridad en triángulos rectángulos como hipotenusa-cateto.Olvidar el lado común.
Dos triángulos que comparten un lado tienen ese lado congruente por reflexividad.No identificar ángulos opuestos por el vértice.
Cuando dos rectas se cortan, los ángulos opuestos por el vértice son congruentes. Este dato es clave para LAL o ALA.Igualar lados que no son homólogos después de una congruencia.
Siempre verifica qué vértice corresponde a cuál.Creer que mismo perímetro implica congruencia.
Triángulos de lados , , y , , no tienen el mismo perímetro; pero hay ejemplos con igual perímetro y distinta forma. La congruencia exige igualdad de todos los lados y ángulos correspondientes.
Aprende resolviendo
10. Ejemplos resueltos
A continuación se presentan cuatro ejemplos nuevos, de menor a mayor dificultad.
Ejemplo 1: Aplicación directa de ALA
En la figura, los triángulos y tienen: Si y , halle .
Triángulos ABC y DEF para criterio ALA
Solución.
Los dos triángulos tienen dos ángulos congruentes y el lado comprendido entre ellos congruente:
- ;
- ;
- .
Por el criterio ALA:
La correspondencia de vértices es:
Por lo tanto, los lados homólogos son:
Entonces:
Sustituyendo:
Respuesta: .
Ejemplo 2: LAL con ángulos opuestos por el vértice
En la figura, los segmentos y se cortan en . El punto es punto medio de ambos segmentos, es decir, y . Si y , halle y .
Segmentos AC y BD con punto medio O, AO=OC, BO=OD y ∠OCD=38°
Solución.
Consideremos los triángulos y .
Datos:
- porque es punto medio de .
- porque es punto medio de .
- porque son ángulos opuestos por el vértice.
Por el criterio LAL:
La correspondencia de vértices es:
Por lo tanto:
- corresponde a ;
- corresponde a .
Entonces:
Respuesta: y .
Ejemplo 3: LLL y triángulo isósceles
En la figura, y es un punto de tal que . Si , halle .
Triángulo isósceles ABC con P punto medio de AC y ángulo B = 70°
Solución.
Consideremos los triángulos y .
Tienen:
- por dato;
- por dato;
- por ser lado común.
Por el criterio LLL:
La correspondencia es:
De la congruencia se deduce:
Es decir, es bisectriz del ángulo .
Como: y ambos ángulos son congruentes:
Respuesta: .
Ejemplo 4: Triángulos rectángulos congruentes en un rectángulo
En un rectángulo se traza la diagonal . Desde se traza y desde se traza , con y sobre . Si y , halle .
Rectángulo ABCD con DE ⊥ AC y BF ⊥ AC
Solución.
Primero observemos que en un rectángulo: y además:
Como es una secante común, los ángulos alternos internos son congruentes:
Además: y Por lo tanto:
Consideremos los triángulos rectángulos y :
- son las hipotenusas;
- ;
- .
Entonces, por el caso de congruencia de triángulos rectángulos hipotenusa-ángulo agudo (HA):
La correspondencia de vértices es:
Por lo tanto:
- corresponde a ;
- corresponde a .
Así:
Finalmente:
Respuesta: .
Lo que viene
Hacia el siguiente tema
Con lo aprendido aquí ya puedes identificar triángulos congruentes, leer correctamente su correspondencia y trasladar lados o ángulos. En el siguiente tema, «Aplicaciones de la congruencia», usarás estas herramientas en configuraciones más complejas: trazos auxiliares, triángulos construidos exteriormente, problemas con dos congruencias encadenadas y demostraciones en las que la congruencia es el paso clave para calcular ángulos o longitudes.
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