Áreas, n= 3, 4
A área do polígono
obtido é
\[\frac{1}{2}\left|\sum_{i=0}^{n-1} P'_i\times P'_{i+1}\right|\]
onde \((a,b)\times (c,d)=\det\left(
\begin{array}{cc}a & b\\c & d\\\end{array}\right)=a d - b c\) para
dois vectores \((a,b)\) e \((c,d)\) quaisquer.
Temos
\[\begin{array}{ll}\sum_{i=0}^{n-1} P'_i\times P'_{i+1}
& =\; \sum_{i=0}^{n-1} \frac{1}{2} (P_i+ P_{i+1}) \times \frac{1}{2} (P_{i+1}+ P_{i+2})\;=\\
& =\; \frac{1}{4}\sum_{i=0}^{n-1} (P_i\times P_{i+1} + P_i\times P_{i+2}+ P_{i+1}\times P_{i+2})\;=\\
& =\; \frac{1}{4}\sum_{i=0}^{n-1} P_i\times P_{i+1} +
\frac{1}{4}\sum_{i=0}^{n-1} P_i\times P_{i+2}+
\frac{1}{4}\sum_{i=0}^{n-1} P_{i+1}\times P_{i+2}\;=\\
& =\; \frac{1}{4}\sum_{i=0}^{n-1} P_i\times P_{i+1} +
\frac{1}{4}\sum_{i=0}^{n-1} P_i\times P_{i+2}+
\frac{1}{4}\sum_{i=0}^{n-1} P_i\times P_{i+1}\;=\\
& =\; \frac{1}{2}\sum_{i=0}^{n-1} P_i\times P_{i+1} +
\frac{1}{4}\sum_{i=0}^{n-1} P_i\times P_{i+2}
\end{array}\]
No caso de \(P\) ser um
triângulo, temos:
\[\begin{array}{ll}\sum_{i=0}^2 P_i\times P_{i+2}
&=\;P_0\times P_2+P_1\times P_3+P_2\times P_4\;=\\
&=\;P_0\times P_2+P_1\times P_0+P_2\times P_1\;=\\
&=\;-(P_0\times P_1+P_1\times P_2+P_2\times P_0)\;=\\
&=\;-\sum_{i=0}^2 P'_i\times P'_{i+1}
\end{array}\]
pelo que
\[\sum_{i=0}^2 P'_i\times P'_{i+1}\;=\;\frac{1}{2}\sum_{i=0}^2 P_i\times
P_{i+1}-\frac{1}{4}\sum_{i=0}^2 P_i\times P_{i+1}\;=
\;\frac{1}{4}\sum_{i=0}^2 P_i\times P_{i+1}
\]
e a área do triângulo
obtido por bissecção é um quarto da área do triângulo
inicial.
No caso de \(P\)
ser um quadrilátero, temos
\[\begin{array}{ll}\sum_{i=0}^3 P_i\times P_{i+2}
&=\;P_0\times P_2+P_1\times P_3+P_2\times P_4+P_3\times P_5\;=\\
&=\;P_0\times P_2+P_1\times P_3+P_2\times P_0+P_3\times P_1\;=\;0
\end{array}\]
pelo que
\[\sum_{i=0}^3 P'_i\times P'_{i+1}\;=\;\frac{1}{2}\sum_{i=0}^3 P_i\times P_{i+1}\]
e a área
do quadrilátero obtido por bissecção é metade da área
do quadrilátero inicial.
Nota:
no caso de polígonos com um número de vértices par
(\(n=2m\) para algum \(m\) inteiro) e superior a \(4\),
temos
\[\sum_{i=0}^{n-1} P_i\times P_{i+2}\;=\;\sum_{j=0}^{m-1} P_{2j}\times
P_{2j+2} + \sum_{j=0}^{m-1} P_{2j+1}\times
P_{2j+3}\]
sendo que \(\frac{1}{2}\left|\sum_{j=0}^{m-1} P_{2j}\times P_{2j+2}\right|\)
representa a área do polígono de vértices \(P_{2j}\)
(ou seja, de índice par) e
\(\frac{1}{2}\left|\sum_{j=0}^{m-1} P_{2j+1}\times P_{2j+3}\right|\)
representa a área do polígono de vértices \(P_{2j+1}\)
(ou seja, de índice ímpar). Portanto, a área do polígono
obtido por bissecção é igual à soma de metade da área
do polígono inicial com a quarta parte das áreas dos polígonos
obtidos unindo, respectivamente, os vértices de índice par e os de
índice ímpar do polígono inicial.