14.3.22
Seja espelho a dourada circunferência: qual a posição da imagem do ponto A a esse espelho?
15.4.18
Circunferência tangente a três outras circunferências
Um exemplo de síntese num problema de construção cujos passos são sugeridos pela análise do problema
Problema: Construir uma circunferência tangente a três circunferências dadas pelos seus centros e respetivos raios \;(A,a), \;(B,b), \;(C, c)\;
15 abril 2018, Criado com GeoGebra
Transcrevemos a seguir uma adaptação do excerto de metodologia para a resolução de problemas de
F.G.-M., Exércices de Géométrie…. 6ème éd., J. de Gigord. Paris:1920, (http://gallica.fr)-
Nota (45 de F.G-M.).Há problemas de construção geométrica para os quais basta o recurso a um só teorema para acedermos à solução. Mas para a maioria dos problemas, a resposta não depende de um só resultado já conhecido. E, por isso, para resolver um problema é necessário recorrer a uma sucessão de problemas mais simples. Já percorremos longos caminhos construtivos em que cada passo dado não é mais do que um apoio para o passo seguinte até termos conseguido a solução do problema originalmente proposto. Apresentamos a seguir um problema de construção que analisamos para descobrir a sequência de problemas que é necessário resolver por uma ordem que é a inversa da que vamos seguir quando apresentamos em síntese.
Problema 46: Construir uma circunferência tangente a três circunferências dadas pelos seus centros e respectivos raios \;(A,a), \;(B,b), \;(C, c)\;
F.G.-M., Exércices de Géométrie…. 6ème éd., J. de Gigord. Paris:1920, (http://gallica.fr)- Problème
46. Décrire une circonférence tangente à trois circonférences données \;A, B, C\;
Consideremos o problema resolvido, isto é, suponhamos que temos determinada uma circunferência \;(D, d)\; que é tangente a cada uma das circunferências \;(A, a),\; (B, b), \; (C, c)\; dadas pelos respectivos (centro, raio). Consideremos, por exemplo, que \;(A, a)\; é a de menor raio das circunferências dadas: \;a < b, \;a < c \;
A distância entre centros de circunferências tangentes é igual à soma dos seus raios e, assim, \;DA= d+a,\; DB=d+b,\; DC= d+c.\;
Uma circunferência de centro em \;D\; e raio \;DA=d+a\; é tangente à circunferência de centro em \;B\; e raio \;DB-DA=d+b-(d+a)=b-a\; e também à circunferência de centro em \;C\; e raio \;DC-DA=d+c-(d+a)=c-a.\;
Se existir, a circunferência \;(D, AD)\: é tangente a \;(B, b-a)\; e a \;(C, c-a)\; e passa por \;A.
Consideremos a semelhança (homotetia) entre as circunferências \;(B, b-a)\; e a \;(C, c-a)\; e tiremos pelo centro \;E\; da homotetia uma tangente \;EFG\; comum às duas, sendo pontos de tangência
\;F\; e \;G,\; respetivamente de
\;(B, b-a)\; e \;(C, c-a).\;
Por isso, podemos dizer que precisamos de resolver o seguinte
Problema 47: Construir uma circunferência que passa por um ponto \;A\; e é tangente a duas circunferências dadas \;(B,b-a),\; (C, c-a)\;
F.G.-M., Exércices de Géométrie…. 6ème éd., J. de Gigord. Paris:1920, (http://gallica.fr)- Problème
47. Décrire une circonférence qui passe par un point \;A\; et qui soit tangente à deux circonférences données \;(B, F)\; et \;(C, G)\;
A reta \;EA\; intersectará a circunferência \;(D,d)\; num ponto \;H\; tal que \;EA.EH=EF.EG,\; potência de \;E\; relativamente à circunferência \;(FGH)\; ou seja um ponto da circunferência \;(D,d)\; fica determinado na intersecção de \;EF\; com \;(FGA).\;
E o nosso problema depende da resolução do
Problema 48: Construir uma circunferência que passa por dois pontos \;A,\; H\; dados e é tangente a uma das circunferências \;(B, b-a)\; ou \;(C, c-a)\; que se resume a construir uma circunferência que passe por três pontos dados \;F,\;G, \;A.
F.G.-M., Exércices de Géométrie…. 6ème éd., J. de Gigord. Paris:1920, (http://gallica.fr)- Problème
48. Décrire une circonférence qui passe par deux points A, H donnés et qui soit tangente à une circonférence donnée
Ce troisième problème se ramène à ce quatrième : faire passer une circonférence par trois points donnés.
Nota (49a F.G.-M.) As indicações dadas são analíticas, desmontam o problema em vários, mas como cada resultado não é recíproco de nenhum dos outros, é preciso estudar cada um deles com cuidado, para não omitir alguma das soluções. Atente-se:
- Há uma só circunferência a passar por três pontos não colineares.
- Há duas circunferência a passar por dois pontos e tangente a uma outra circunferência.
- Há quatro circunferências a passar por um ponto e tangente a duas outras circunferências
- Há oito circunferências tangentes a três outras circunferências.
7.1.16
Outro problema resolvido usando inversão
Construir uma circunferência que passe por um ponto \;A\; dado e corte duas circunferências - \;c_1, \;c_2\; - dadas segundo os ângulos \; \alpha , \; \beta \; respetivamente.
O ângulo de uma reta \;r\; com uma circunferência que a corte num ponto \;P\; é um ângulo de vértice P cujos lados são r e a tangente à circunferência em \;P.\; Se duas circunferências se cortam, dizemos que se cortam segundo um ângulo \;\alpha \; quando as tangentes às duas num ponto de interseção fazem um ângulo de amplitude \; \;\alpha .\; Neste caso, temos de encontrar uma circunferência que corte \;c_1\; segundo um ângulo \; \alpha\; (verde) e \;c_2\; segundo o ângulo \;\beta \; (castanho).
Para isso bastará inverter as circunferências dadas relativamente a uma circunferência de inversão e depois encontrar uma reta que corte as inversas segundo aqueles ângulos. Como a inversão conserva os ângulos se invertermos essa reta obteríamos uma circunferência a cortar as dadas segundo os ângulos dados. Esta circunferência inversa da reta deve passar pelo ponto \;A\; dado e, para isso acontecer, bastará que a circunferência de inversão tenha centro em \;A.\;
Os procedimentos necessários já foram dissecados antes, por exemplo, na antepenúltima entrada publicada a 20 de dezembro do passado ano em que se apresentava a resolução do problemma " Construir uma circunferência que passe por dois pontos \;A,\;B\; dados e corte uma reta dada segundo um dado ângulo \; \alpha. \;
© 5 janeiro 2016, Criado com GeoGebra
Na figura ----\;\fbox{n=0}\;---- estão patentes os dados do problema.
Em ---- \;\fbox{n=1}\;---- acrescenta-se uma circunferência \;i\; de centro \;A\; (raio qualquer) que vai servir de circunferência de inversão.
\;\fbox{n=2}\;---- A inversão relativa à circunferência \;i\; ou \;(A)\; transforma a circunferência \;c_1 \;\;\;\mbox{ou}\;\;\; (O_1) \; numa circunferência \;c'_1\; de centro \;O'_1 e \;(O_2)\; em \;(O'_2)\; (tracejadas)
\;\fbox{n=3}\;---- Determinamos as circunferências (pontilhadas) concêntricas com \;c'1 , \;c'_2\; para cada uma das quais qualquer das suas retas tangentes fazem ângulos
---\; \alpha \; com \;c'_1\;, inversa de \;c_1\;
---\; \beta \; com \;c'_2\;
\;\fbox{n=4}.:\; Tomamos uma tangente (laranjada) comum a essas duas circunferências que obviamente cortará \;(c'_1)\; segundo um ângulo \; \alpha\; e \;c'_2\; segundo um ângulo \;\beta\;
\;\fbox{n=5} :\; ---- Por isso e porque a circunferência da inversão tem centro \;A\;, invertendo a reta alaranjada relativamente a \;(i),\; obtemos uma circunferência que é solução do problema, ----\;\fbox{n=6,7}\;---- aqui realçada
Claro que no caso dos concretos dados originais e da nossa figura há mais três soluções, já que os nossos dois círcul(inh)os (a pontilhado) admitem quatro tangentes mostradas para \;\fbox{n=8, 9, 10} \;
Pode fazer variações claro....
* Caronnet, Th. Éxércices de Géométrie Vuibert. Paris:1946.
201. Construire un cercle passant par un point donné \;A\; et coupant deux cercles donnés \;(C),\;(C')\; sous des angles donnés \;\alpha,\; \alpha '.
20.12.15
Problema que precisa da invariância de ângulos por inversão para ser resolvido.
Construir uma circunferência que passe por dois pontos \;A, \; B\; dados e corte uma reta - \;r\; - dada segundo um dado ângulo \; \alpha .
O ângulo de uma reta \;r\; com uma circunferência que a corte num ponto \;P\; é um ângulo de vértice P cujos lados são r e a tangente à circunferência em \;P.\; Há uma infinidade de circunferências que passsam por \;A\; e \;B\;. Precisamos de determinar alguma dessas que cortem \;r\; segundo o ângulo \;\alpha \;.
© 20 dezembro 2015, Criado com GeoGebra
\;\fbox{n=1}\;\;\;\; A inversão relativa à circunferência de centro \;A\; e raio \;AB\;
\;\fbox{n=2}\;\;\;\; transforma a reta \;r\; numa circunferência \;r'\;
\;\fbox{n=3}\;\;\;\; que passa por \;A,\; centro da inversão aplicada a \;r\;.
Como a inversão preserva os ângulos, o problema reduz-se a determinar uma recta que passe por \;B\; e faça um ângulo \;\alpha\; com a circunferência \,r'\;.
As retas que fazem ângulos \;\alpha\; determinam-se facilmente: Toma-se um ponto \;I\; genérico de \;r'\; e a sua tangente nesse ponto
\;\fbox{n=4}\;\;\;\;; A reta que faz um ângulo \; \alpha \; com cada tangente é uma das retas que procuramos e que no seu conjunto determinam (envolvem) uma circunferência concêntrica com \;r'\;
\;\fbox{n=5}\;\;\;\; lugar geométrico dos pontos médios das cordas determinadas pelas retas que que fazem ângulos \; \alpha\; com as tangentes em qualquer dos seus extremos.
De entre todas essas retas, interessam-nos aquelas que passam por \;B\; que são duas delas: as tangentes \;t_1, \; t_2\; à circunferência de centro \;O \; e raio \;OM\; tiradas por \;B\;
\;\fbox{n=6}\;\;\;\; Se aplicarmos a estas retas \;t_1, \; t_2\; a inversão de centro \;A\; e raio \;AB\; as suas transformadas são, respetivamente, as circunferências \;c_1, \; c_2\; que passam por \;A\;, centro da inversão, e também por \;B\; por este ser um ponto da circunferência de inversão (invariante por essa inversão)
\;\fbox{n=7}\;\;\;\;\; A figura final
\;\fbox{n=8}\;\;\;\; só serve para mostrar os dados e as soluções do problema sem mais.
* Caronnet, Th. Éxércices de Géométrie Vuibert. Paris:1946.
200. Construire un cercle passant par deux points donnés et coupant une droite donnée sous un angle donné \;\alpha.
29.8.14
Posições de 3 circunferências tangentes entre si e tangentes a uma reta dada
Problema: Dada uma reta \;a\; construir três circunferências tangentes à reta dada e tangentes duas a duas de que se conhecem os raios \;r_1, \;r_2\; de duas delas.
Os passos da construção podem ser vistos, fazendo variar os valores \;n\; no cursor \; \fbox{n=1, 2, …, 6}
- \fbox{n=1}:\; Apresenta-se a reta \;a\; e segmentos \;r_1, \;r_2\; de comprimentos iguais aos raios de duas circunferências \;(O_1, \;r_1), \;(O_2, \;r_2).\;
- \fbox{n=2}:\; Tomamos a circunferência inscrita em \;(O_1, \;r_1)\; para a qual \;T_1\; é um ponto de \;a :\; O_1T_1 \;\perp\; a \;\wedge\; O_1T_1 =r_1.\;
- \fbox{n=3}:\; Para construir \;(O_2, \;r_2)\; nas condições requeridas temos de determinar os pontos \;O_2, \; T_2\; tais que \;T_2 \in a, T_2O_2\; \perp \;a, \; T_2O_2=r_2, \;O_1O_2=r_1+r_2\;
Analisando o problema resolvido, a posição de \;T_2\; sobre \;a\; relativamente a \;T_1\; é dada por \;T_1T_2 = 2 \sqrt{r_1r_2}\;
Nota: \;\sqrt{r_1r_2}\; é determinado como altura de triângulo retângulo inscrito numa semicircunferência de diâmetro \;r_1+r_2\; por ela dividido nos comprimentos - parcelas). - \fbox{n=4}:\; Esse resultado está bem ilustrado na figura.
Recorrendo a um triângulo \;O_1PO_2\; retângulo em \;P\;, para o qual um dos catetos é \;O_1P = |r_1-r_2|\; e a hipotenusa é \;O_1O_2 = r_1+r_2\;, o outro cateto é \;O_2P = T_1T_2.\;
E assim, pelo Teorema de Pitágoras aplicado a \;O_1PO_2\;, \;T_1T_2 ^2 = (r_1+r_2)^2 - (r_1-r_2)^2= 4r_1r_2\;, e finalmente \;T_1T_2 =2\times \displaystyle \sqrt{r_1r_2}.\;Fica assim determinada a posição da circunferência \;(O_2, \;r_2)\; tangente a \;a\; e a \;(O_1, \;r_1).\; - \fbox{n=5}:\;\; Para determinar a posição do ponto de tangência a \;a\; - \;T_3\; e raio \;r_3\; de uma circunferência \;( O_3, \;r_3),\;, usamos os resultados anteriores agora aplicados aos pares de circunferências \;\left(( O_1, \;r_1), \;( O_3, \;r_3)\right)\; e \;\left(( O_2, \;r_2), \;( O_3, \;r_3)\right)\;:
\;T_1T_3 = 2\sqrt{r_1r_3}, \;T_2T_3 = 2\sqrt{r_2r_3}.\;
Como terá de ser \;T_1T_2 = T_1T_3 + T_3T_2,\; \;2\sqrt{r_1r_2}=2\sqrt{r_1r_3} + 2\sqrt{r_2r_3}, equivalente a \;\sqrt{r_1r_2}=\sqrt{r_3}(\sqrt{r_1} + \sqrt{r_2}), por sua vez equivalente a \frac{1}{\sqrt{r_3}} =\frac{1}{\sqrt{r_1}} + \frac{1}{\sqrt{r_2}}que nos permitem a determinação de segmento de comprimento \;\sqrt{r_3} \;.
Na nossa construção, usamos a construção de \;\sqrt{r}\; como altura do triângulo retângulo de hipotenusa \;r+1\; por ela dividida nestas suas parcelas, e recorremos à inversão (já muitas vezes aplicada na resolução de problemas de construção neste "lugar geométrico")
Nota: O que fazemos para obter \;r_3\; após termos obtido \;\sqrt{r_3}\;? Tomamos um segmento de comprimento 1 sobre uma reta à distância \;\sqrt{r_3}\;. Tiramos por um dos extremos do segmento unitário uma perpendicular a este e marcamos a interseção com a paralela. Tomamos para cateto de um triângulo retângulo o segmento que une esta interseção com o outro extremo do segmento unitário. A reta perpendicular a este cateto vai intersetar a reta do segmento unitário num ponto à distância \;r_3\; do extremo da altura do triângulo de hipotenusa \;1+\sqrt{r_3}\; - \fbox{n=6}:\;\; O centro \;O_3\;pode ser obtido como interseção das circunferências \;(O_1, \;r_1+r_3)\; e\;(O_2, \;r_2+r_3)\;. E a terceira circunferência da solução do problema inicial está bem determinado (com régua e compasso)
© geometrias, 29 de Agosto de 2014, Criado com GeoGebra
26.5.14
Resolver problemas de construção usando a inversão
A construção a seguir ilustra a resolução do problema recorrendo a transformações geométricas. Clicando no botão Resolução pode ver a solução do problema.
© geometrias, 26 de Maio de 2014, Criado com GeoGebra
- São dadas: duas retas \;r_1, \;r_2\;, um ponto \;O\; e um número \;k\;.
- Procuramos um ponto \;P_1\; de \;r_1\; e um outro \;P_2\; de \;r_2\;, tais que \;OP_1 \times OP_2 = k^2, o mesmo é dizer que
\;P_1\; e \;P_2\; são correspondentes pelas inversão de centro \;O\; e potência \;k^2\;.
Tomamos, por isso, para circunferência de inversão \;(O, \;k)\; tracejada a vermelho. -
Pela inversão \;{\cal{I}}(O, \;k^2), a reta \;r_1\; é transformada numa circunferência (tracejada a azul) que passa por \;O\; e pelos pontos de interseção da circunferência de inversão com a reta \;r_1
Tomemos para ponto \;P_2\; o ponto de interseção da circunferência \;r'_1 \; com a reta \;r_2\;. Como \;P_2\; de \;r_2\; é um ponto de \;r'_1\;, terá um original \;P_1\; em \;r_1\;, interseção desta reta com \;OP_2\;:
Estes pontos \;P_1, \; P_2\; são solução do problema: OP_1 \times OP_2 =k^2
Não vamos apresentar outros exemplos de problemas de construção usando a inversão por termos apresentado anteriormente um conjunto considerável de aplicações da inversão.
10.8.07
a inversa da concêntrica verde
Inverter é ver ao espelho. O quê,?
[A inversa de uma recta é uma circunferência com menos um ponto (ou com um buraco). A imagem por inversão associada a uma cirunferência de uma recta acabada (incluindo os pontos impróprios onde ela começa e acaba, no infinito) é uma circunferência.]
Interessante é agora procurar inverter figuras geométricas ou ver as suas imagens num espelho circular. Qual é a imagem de uma recta secante à circunferência inversora? Qual é a imagem de uma cirunferência que não seja concêntrica com a crcunferência inversora de centro O e não passe por O? Qual é a imagem da própria circunferência inversora? Qual é a imagem de uma circunferência concêntrica com outra tomando para espelho uma delas? Qual é a imagem de um segmento de recta? E de um triângulo?
Tantas perguntas? Algumas delas. Cada pessoa pode fazer outras tantas e ver como as respostas fazem quadros surpreendentes e belos. Com que cores queremos pintar o nosso mundo do outro lado do espelho?
9.8.07
Determinar o inverso de A.
4.8.07
O mesmo, de outro modo
Nota: Este tipo de ligação entre operações e transformações servem ainda para ilustrar a noção de lugar geométrico.
Inversão de uma recta
Parece interessante, havendo tempo para tal no 9º ano, que se utilize a oportunidade da determinação da tangente por um ponto exterior a uma circunferência para uma referência à inversão, fazendo a ligação com as propriedades das operações com números.
O que acontece se a recta cortar a circunferência associada à inversâo?
3.8.07
Inversão
No 9º ano, vamos poder voltar às operações sobre segmentos, agora com recurso sistemático a circunferência e tangentes tiradas por um ponto, sem acrescentar muito ao que se sabe sobre triângulos. Será que a compreensão aumenta? Estas dificuldades devem estar todas resolvidas quando entramos na geometria analítica como tal. Por exemplo, sobre a construção que se apresenta a seguir, está desenhada uma circunferência de raio 3 e as tangentes tiradas por um ponto P (que pode deslocar), um ponto P' (da polar de P relativamente à circunferência e colinear com O e P), define o segmento [OP'] cujo comprimento é o inverso do comprimento de [OP] se tomarmos como unidade o raio da circunferência.
[A.A.F.]
A transformação associada à circunferência dada que a cada P faz corresponder P' (e reciprocamente) nas condições da construção dada, toma naturalmente o nome de inversão relativamente à circunferência. Este é outro exemplo, para aprofundar e melhorar o conceito de medida, permitindo realizar exercícios geométricos muito atractivos geometricamente. Valerá a pena?
No mundo do ATRACTOR há uma máquina muito potente que efectua inversões. Pode usar livremente.