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27.12.14

Pontos equidistantes a duas circunferência dadas - uma discussão


Na entrada anterior, tratámos de procurar as curvas que contêm o lugar geométrico dos pontos equidistantes de duas circunferências dadas,\;(O_1, \; r_1)\; e \;(O_2, \; r_2)\;, considerando que a distância de um ponto \;P\; a a uma circunferência \;(O, \;r)\; é dada por
  • \;OP-r, \; no caso de \;P\; ser exterior a \;(O, \;r)\;
  • \;r-OP\; se \;P\; for interior a \;(O, \;r)\;
  • \;0\; se \,P\; for um ponto de \;(O, \;r)\;

tendo concluído que os pontos \;P\; equidistantes das duas circunferências \;(O_1, \; r_1)\; e \;(O_2, \; r_2)\; satisfazem a condição: Os pontos \;P\; exteriores às duas circunferências e delas equidistantes satisfazem a condição \;O_1P -r_1= O_2P -r_2\; equivalente a O_1P - O_2P = r_1-r_2\; \mbox{ou}\; O_2P - O_1P = r_2 - r_1
ou pontos de uma hipérbole de focos \;O_1, \; O_2\; com segmento de eixo transverso de comprimento \;|r_1 - r_2|\; que pode seguir-se na figura que transportámos para esta entrada.

António Aurélio Fernandes insistiu que devíamos discutir a figura, a existência de soluções, o lugar geométrico. Quando procuramos um lugar geométrico de pontos que satisfazem uma dada condição, isto é, um conjunto de pontos definido compreensivamente pela condição, temos de esclarecer que face a um dado ponto qualquer (da hipérbole, por exemplo) podemos dizer, sem dúvida, que ele pertence ou não pertence ao lugar geométrico e podemos esclarecer para que (definições e) condições é que o conjunto de pontos encontrados (a hipérbole) é o respetivo lugar lugar geométrico.

É óbvio que \;PL=PO_2-r_2 = PO_1 -r_1= PN\; e, para a definição considerada acima, P é um ponto equidistante das duas circunferências e da hipérbole.

© geometrias, 17 de Dezembro de 2014, Criado com GeoGebra



Mas para o ponto \;S\; da hipérbole, é óbvio que \;SJ=SO_1-r_1 \neq SO_2 -r_2 =SW\; e, por isso, \;S\; não é um ponto equidistante das duas circunferências para a definição de distância de um ponto a uma circunferência acima estabelecida.
Podemos verificar rapidamente que há um ponto \;K\; de \;(O_1, \; r_1)\; e um ponto \;Z\; de \;(O_2, \; r_2)\; tais que \; SK=SO_1+r_1 = SO_2+r_2 = SZ \; e \;SO_2 + r_2 = SO_1 + r_1 \; \mbox{ou} \; SO_2-SO_1= r_2 -r_1\;
e que é por isso que \;S\; é um ponto da hipérbole de focos \;O_1, \; O_2\; com segmento de eixo transverso de comprimento \;|r_1 - r_2|\;

Essa hipérbole seria o lugar geométrico dos pontos equidistantes das duas circunferências se tivéssemos definido que um ponto \;X\; é equidistante das duas circunferências sempre que existirem \; X_1 \in (O_1, \; r_1). XO_1 , \; X_2 \in (O_2, \; r_2). XO_2\; tais que \;XX_1= XX_2\;

Sabemos que a hipérbole de focos \;O_1, \; O_2\; com segmento de eixo transverso de comprimento \;|r_1 - r_2|\; é o lugar geométrico dos pontos \;P\: tais que \;|PO_1 - PO_2|=|r_1-r_2|,
sendo que esta condição pode ser decomposta numa disjunção de várias, que a cada uma corresponde o seu conjunto de pontos (soluções) e que a reunião dos diversos conjuntos de pontos (soluções) dessas condições constituem a hipérbole.

17.12.14

Pontos equidistantes a duas circunferências dadas.


Vamos nesta entrada prosseguir o trabalho iniciado nas entradas anteriores, construindo o lugar geométrico dos pontos equidistantes de duas circunferências \;(O_1, \; r_1)\; e \;(O_2, \; r_2)\; .

Sabemos que a distância de um ponto \;P\; a uma circunferência \;(O, \;r)\; é dada por
  • \;OP-r, \; no caso de \;P\; ser exterior a \;(O, \;r)\;
  • \;r-OP\; se \;P\; for interior a \;(O, \;r)\;
  • \;0\; se \,P\; for um ponto de \;(O, \;r)\;

Os pontos \;P\; equidistantes de duas circunferências \;(O_1, \; r_1)\; e \;(O_2, \; r_2)\; satisfarão as seguintes condições:
  • Os pontos \;P\; exteriores às duas circunferências e delas equidistantes satisfazem a condição \;O_1P -r_1= O_2P -r_2\; equivalente a O_1P - O_2P = r_1-r_2\; \mbox{ou}\; O_2P - O_1P = r_2 - r_1
    ou pontos de uma hipérbole de focos \;O_1, \; O_2\; com segmento de eixo transverso de comprimento \;|r_1 - r_2|\;
  • Os pontos \;P\; exteriores a \;(O_1, \;r_1)\; e interiores a \;(O_2, \; r_2)\; delas equidistantes satisfazem a condição \;O_1 P - r_1 =r_2 - O_2P\; equivalente a O_1P + O_2P = r_1+ r_2
    ou pontos de uma elipse de focos \;O_1, \;O_2\; e eixo maior de comprimento \;r_1+r_2\;.
    Como é óbvio, os pontos interiores a \;(O_1, \;r_1)\; e exteriores a \;(O_2, \; r_2)\; satisfazem a mesma condição.
  • Os pontos interiores a ambas as circunferências e delas equidistantes satisfazem a condição \;r_1 - O_1P =r_2 - O_2P\; equivalente a O_1 P-O_2P = r_1-r_2 \; \mbox{ou} \; O_2P - O_1P = r_2-r_1
    ou pontos de uma hipérbole de focos \;O_1, \;O_2\; e segmento de eixo transverso de comprimento \;|r_1 -r_2|\;


Na construção que apresentamos a seguir, tomamos duas circunferências de raios (6 e 2) diferentes, sendo os centros pontos livres no plano. pretendemos ilustrar o que atrás concluímos e não percorrer exaustivamente todos os casos que diferentes situações relativas das circunferências ou a comparação entre os raios (por exemplo não tomamos circunferências de raios iguais).


© geometrias, 17 de Dezembro de 2014, Criado com GeoGebra




Ao alto da construção temos dois segmentos: \;AB = r_1 + r_2\; e outro \;EF = |r_1 - r_2|:
  • O ponto \;S\; livre em \;AB\; divide este em dois \;AS\; e \;BS\; que permite, por interseção de circunferências centradas em \;O_1, \; O_2\; e de raios \;AS, \;BS, \; determinar pontos cuja somas das suas distâncias a \;O_1\; e \;O_2\; seja constante igual a \;r_1 + r_2\;
  • o ponto \;D\; colinear com \;E, \;F\; exterior a \;EF\; determina dois segmentos \;DE\; e \;DF\; tais que \;DE - DF = |r_1-r_2|\; que permitem, por sua vez, por interseção de circunferências centradas em \;O_1, \;O_2\; e raios \;DE, \;DF, \; determinar pontos tais que as diferenças das suas distâncias aos centros \;O_1, \;O_2\; é constante e igual a \;|r_1 - r_2|\;


A janela inicial ilustra o caso de duas circunferências mutuamente exteriores. Fazendo deslocar qualquer dos centros pode ir vendo, para as diferentes posições relativas das duas circunferências, as curvas que vão aparecendo e discutir para cada uma delas se se trata do lugar geométrico dos pontos equidistantes às duas.
Pode sempre voltar à configuração inicial clicando sobre o "botão na direita alta" e clicando no botão \;\fbox{|>}\, na esquerda baixa, que movimenta \;S,\; D, \; pode acompanhar o traçado das diversas curvas pelos pontos \;P, \;Q\; construídos pelo processo descrito.