Conice şi cercuri tangente

Σχετικά έγγραφα
Definiţia generală Cazul 1. Elipsa şi hiperbola Cercul Cazul 2. Parabola Reprezentari parametrice ale conicelor Tangente la conice

Planul determinat de normală şi un punct Ecuaţia generală Plane paralele Unghi diedru Planul determinat de 3 puncte necoliniare

Curs 10 Funcţii reale de mai multe variabile reale. Limite şi continuitate.

Conice - Câteva proprietǎţi elementare

Curs 4 Serii de numere reale

Ecuaţia generală Probleme de tangenţă Sfera prin 4 puncte necoplanare. Elipsoidul Hiperboloizi Paraboloizi Conul Cilindrul. 1 Sfera.

(a) se numeşte derivata parţială a funcţiei f în raport cu variabila x i în punctul a.

DISTANŢA DINTRE DOUĂ DREPTE NECOPLANARE

Conice. Lect. dr. Constantin-Cosmin Todea. U.T. Cluj-Napoca

a n (ζ z 0 ) n. n=1 se numeste partea principala iar seria a n (z z 0 ) n se numeste partea

V.7. Condiţii necesare de optimalitate cazul funcţiilor diferenţiabile

Curs 14 Funcţii implicite. Facultatea de Hidrotehnică Universitatea Tehnică "Gh. Asachi"

5. FUNCŢII IMPLICITE. EXTREME CONDIŢIONATE.

III. Serii absolut convergente. Serii semiconvergente. ii) semiconvergentă dacă este convergentă iar seria modulelor divergentă.

Curs 1 Şiruri de numere reale

3. Locuri geometrice Locuri geometrice uzuale

2.1 Sfera. (EGS) ecuaţie care poartă denumirea de ecuaţia generală asferei. (EGS) reprezintă osferă cu centrul în punctul. 2 + p 2

Seminariile Capitolul X. Integrale Curbilinii: Serii Laurent şi Teorema Reziduurilor

Metode iterative pentru probleme neliniare - contractii

7. Fie ABCD un patrulater inscriptibil. Un cerc care trece prin A şi B intersectează

Asupra unei inegalităţi date la barajul OBMJ 2006

Curs 2 Şiruri de numere reale

Subiecte Clasa a VIII-a

Analiza în curent continuu a schemelor electronice Eugenie Posdărăscu - DCE SEM 1 electronica.geniu.ro

Să se arate că n este număr par. Dan Nedeianu

R R, f ( x) = x 7x+ 6. Determinați distanța dintre punctele de. B=, unde x și y sunt numere reale.

Functii definitie, proprietati, grafic, functii elementare A. Definitii, proprietatile functiilor

Functii definitie, proprietati, grafic, functii elementare A. Definitii, proprietatile functiilor X) functia f 1

y y x x 1 y1 Elemente de geometrie analiticã 1. Segmente 1. DistanŃa dintre douã puncte A(x 1,y 1 ), B(x 2,y 2 ): AB = 2. Panta dreptei AB: m AB =

Profesor Blaga Mirela-Gabriela DREAPTA

Cercul lui Euler ( al celor nouă puncte și nu numai!)

Problema a II - a (10 puncte) Diferite circuite electrice

CERCUL LUI EULER ŞI DREAPTA LUI SIMSON

a carei ecuatie matriceala este data in raport cu R.

Integrala nedefinită (primitive)

CONCURS DE ADMITERE, 17 iulie 2017 Proba scrisă la MATEMATICĂ

z a + c 0 + c 1 (z a)

Seminariile Capitolul IX. Integrale curbilinii

SERII NUMERICE. Definiţia 3.1. Fie (a n ) n n0 (n 0 IN) un şir de numere reale şi (s n ) n n0

COLEGIUL NATIONAL CONSTANTIN CARABELLA TARGOVISTE. CONCURSUL JUDETEAN DE MATEMATICA CEZAR IVANESCU Editia a VI-a 26 februarie 2005.

BARAJ DE JUNIORI,,Euclid Cipru, 28 mai 2012 (barajul 3)

Sisteme diferenţiale liniare de ordinul 1

OANA CONSTANTINESCU. ( a carei ecuatie matriceala este data in raport cu un reper cartezian R = {O; ē 1,, ē n }.

Laborator 11. Mulţimi Julia. Temă

O generalizare a unei probleme de algebră dată la Olimpiada de Matematică, faza judeţeană, 2013

Cursul Măsuri reale. D.Rusu, Teoria măsurii şi integrala Lebesgue 15

5.5. REZOLVAREA CIRCUITELOR CU TRANZISTOARE BIPOLARE

Criterii de comutativitate a grupurilor

Principiul Inductiei Matematice.

Dacă centrul cercului este în origine, atunci ecuaţia cercului va fi = 2

SEMINAR 14. Funcţii de mai multe variabile (continuare) ( = 1 z(x,y) x = 0. x = f. x + f. y = f. = x. = 1 y. y = x ( y = = 0

Cum folosim cazuri particulare în rezolvarea unor probleme

Metode de interpolare bazate pe diferenţe divizate

Lectia VI Structura de spatiu an E 3. Dreapta si planul ca subspatii ane

f(x) = l 0. Atunci f are local semnul lui l, adică, U 0 V(x 0 ) astfel încât sgnf(x) = sgnl, x U 0 D\{x 0 }. < f(x) < l +

Functii Breviar teoretic 8 ianuarie ianuarie 2011

Algebra si Geometrie Seminar 9

1.3 Baza a unui spaţiu vectorial. Dimensiune

Al cincilea baraj de selecţie pentru OBMJ Bucureşti, 28 mai 2015

Capitolul 4 PROPRIETĂŢI TOPOLOGICE ŞI DE NUMĂRARE ALE LUI R. 4.1 Proprietăţi topologice ale lui R Puncte de acumulare

MARCAREA REZISTOARELOR

Capitolul 4. Integrale improprii Integrale cu limite de integrare infinite


Concurs MATE-INFO UBB, 1 aprilie 2017 Proba scrisă la MATEMATICĂ

Vectori liberi Produs scalar Produs vectorial Produsul mixt. 1 Vectori liberi. 2 Produs scalar. 3 Produs vectorial. 4 Produsul mixt.

Aplicaţii ale numerelor complexe în geometrie, utilizând Geogebra

3. REPREZENTAREA PLANULUI

riptografie şi Securitate

DEFINITIVAT 1993 PROFESORI I. sinx. 0, dacă x = 0

SEMINARUL 3. Cap. II Serii de numere reale. asociat seriei. (3n 5)(3n 2) + 1. (3n 2)(3n+1) (3n 2) (3n + 1) = a

b = CA, c = AB, atunci concluzia rezultă din regula triunghiului de adunare a vectorilor:

Capitolul 9. Geometrie analitică. 9.1 Repere

Subiecte Clasa a VII-a

Asemănarea triunghiurilor O selecție de probleme de geometrie elementară pentru gimnaziu Constantin Chirila Colegiul Naţional Garabet Ibrãileanu,

EDITURA PARALELA 45 MATEMATICĂ DE EXCELENŢĂ. Clasa a X-a Ediţia a II-a, revizuită. pentru concursuri, olimpiade şi centre de excelenţă

TRIUNGHIUL. Profesor Alina Penciu, Școala Făgăraș, județul Brașov A. Definitii:

6.CONUL ŞI CILINDRUL. Fig Fig. 6.2 Fig. 6.3

Geometrie computationala 2. Preliminarii geometrice

CURS VII-IX. Capitolul IV: Funcţii derivabile. Derivate şi diferenţiale. 1 Derivata unei funcţii. Interpretarea geometrică.

cercului circumscris triunghiului ABE.

Seminar 5 Analiza stabilității sistemelor liniare

RĂSPUNS Modulul de rezistenţă este o caracteristică geometrică a secţiunii transversale, scrisă faţă de una dintre axele de inerţie principale:,

Dreapta in plan. = y y 0

1. Teorema lui Menelaus in plan Demonstratia teoremei in plan (clasa a VII-a). DC EC F B DB EA = 1.

( ) ( ) ( ) Funcţii diferenţiabile. cos x cos x 2. Fie D R o mulţime deschisă f : D R şi x0 D. Funcţia f este

Criptosisteme cu cheie publică III

2.3 Geometria analitică liniarăînspaţiu

GEOMETRIE PLANĂ TEOREME IMPORTANTE ARII. bh lh 2. abc. abc. formula înălţimii

Orice izometrie f : (X, d 1 ) (Y, d 2 ) este un homeomorfism. (Y = f(x)).

CURS XI XII SINTEZĂ. 1 Algebra vectorială a vectorilor liberi

3. Momentul forţei în raport cu un punct...1 Cuprins...1 Introducere Aspecte teoretice Aplicaţii rezolvate...4

a. 11 % b. 12 % c. 13 % d. 14 %

Aplicaţii ale principiului I al termodinamicii la gazul ideal

Lectia VII Dreapta si planul

avem V ç,, unde D = b 4ac este discriminantul ecuaţiei de gradul al doilea ax 2 + bx +

Câmp de probabilitate II

Capitolul 2 - HIDROCARBURI 2.4.ALCADIENE

1. Completati caseta, astfel incat propozitia obtinuta sa fie adevarata lg 4 =.

a) (3p) Sa se calculeze XY A. b) (4p) Sa se calculeze determinantul si rangul matricei A. c) (3p) Sa se calculeze A.

Spatii liniare. Exemple Subspaţiu liniar Acoperire (înfăşurătoare) liniară. Mulţime infinită liniar independentă

Transcript:

Conice şi cercuri tangente Ioan POP 1 Abstract It proves how to obtain the non-degenerate conics, ellipse, hyperbola and parabola, of some basic tangent problems Keywords: circle, ellipse, hyperbola, parabola MSC 010: 51M04, 97G40 Introducere Nota de faţă prezintă conicele propriu-zise - elipsa, hiperbola şi parabola - ca locuri geometrice provenite din proprietăţi de tipul acelora cu care elevii s-au mai întâlnit: locul geometric al centrelor cercurilor tangente la două cercuri de raze egale sau la două cercuri concentrice Dacă cercurile nu au raze egale sau un cerc se înlocuieşte cu o dreaptă, răspunsul nu mai este atât de evident, dar poate fi obţinut cu mijloace elementare Autorul este de părere că rezultatele din această notă nu sunt noi - ele aparţin probabil folclorului matematic -, dar nu cunoaşte un material privind acest subiect pe care să-l poată recomanda Pe de altă parte, autorul consideră că o asemenea temă reprezintă atât un îndemn spre studiul conicelor, cât şi un bun exemplu de trecere de la geometria elementară la cea analitică Elipsa Notăm cu C(O, R) un cerc din planul euclidian de centru O şi rază R şi cu d(a, B) distanţa euclidiană dintre punctele A şi B Teorema 1 Fie cercurile distincte C 1 (O 1, R 1 ) şi C (O, R ) astfel încât (C 1 ) să fie interior cercului (C ) Atunci, locul geometric al centrelor cercurilor tangente celor două cercuri, interior lui (C ) şi exterior lui (C 1 ), este elipsa (E) cu focarele în punctele O 1 şi O şi cu semiaxa mare de lungime R 1 + R Demonstraţie Fie Γ(O Γ, R Γ ) un cerc tangent celor două cercuri Punctul O Γ fiind interior lui (C ) şi exterior lui (C ), avem: d(o, O Γ ) = R R Γ şi d(o 1, O Γ ) = R 1 + R Γ Prin adunarea acestor relaţii deducem relaţia d(o Γ, O 1 ) + d(o Γ, O ) = R 1 + R Prin urmare punctele O Γ aparţin elipsei (E) din enunţ Pentru a stabili incluziunea reciprocă, aceea că orice punct al elipsei este un punct al locului geometric, să arătăm mai întâi că toată elipsa este situată în interiorul lui (C ) şi în exteriorul lui (C 1 ) Utilizăm notaţiile din Fig1 1 Profunivdr, Universitatea,,Alexandru Ioan Cuza, Iaşi; ioanpop@mailuaicro 4

Fig 1 Punctul A al elipsei (E) este cel mai îndepărtat de punctul O şi cel mai apropiat de punctul O 1 Avem: d(a, O ) = R 1 + R + d(o 1, O ) Deoarece d(o 1, O )+R 1 < R (cercul (C 1 ) fiind interior cercului (C )), deducem că d(a, O ) < R, astfel că (E) este inclusă în interiorul cercului (C ) Apoi, d(a, O 1 ) = R 1 + R d(o 1, O ) > R 1 (din aceeaşi inegalitate de mai sus) Astfel, toate punctele elipsei (E) sunt în afara cercului (C 1 ) Fie acum P un punct arbitrar al elipsei (E) Semidreapta [O 1 P intersectează (C 1 ) într-un punct T 1 iar semidreapta [O P intersectează (C ) într-un punct T Avem d(p, T 1 ) = d(p, O 1 ) R 1 = a d(p, O ) R 1 = R d(p, O ) = d(p, T ) Astfel, cercul C(P, d(p, T 1 )) este tangent exterior lui (C 1 ) şi tangent interior lui (C ), ceea ce arată că P este un punct al locului Cu aceasta teorema este demonstrată Observaţie În condiţiile teoremei pentru cercurile date, dacă cercul mobil (Γ) ar fi tangent cercurilor (C 1 ) şi (C ), interior lui (C ) şi având în interiorul lui pe (C 1 ), atunci am avea că d(o Γ, O 1 ) + d(o Γ, O ) = R R 1, iar locul centrului O Γ ar fi elipsa cu aceleaşi focare ca şi (E), dar având semiaxa mare de lungime R R 1 Hiperbola Teorema Fie C 1 (O 1, R 1 ) şi C (O, R ) două cercuri exterioare, cu R 1 > R Atunci, locul geometric al centrelor cercurilor tangente la (C 1 ) şi (C ) şi care sunt situate în exteriorul lor sau le includ în interiorul lor este hipebola (H) cu focarele O 1 şi O şi cu semiaxa reală de lungime R 1 R Demonstraţie Fie Γ(O Γ, R Γ ) un cerc tangent cercurilor date Putem avea următoarele situaţii: 5

a) d(o Γ, O 1 ) = R Γ + R 1 şi d(o Γ, O ) = R Γ + R, dacă Γ este exterior cercurilor C 1 şi C În acest caz, avem: d(o Γ, O 1 ) d(o Γ, O ) = R 1 R b) R Γ = d(o Γ, O 1 ) + R 1 şi R Γ = d(o Γ, O ) + R, dacă Γ cuprinde in interiorul său cercurile (C 1 ) şi (C ) În acest caz, avem: În ambele cazuri, avem relaţia d(o Γ, O ) d(o Γ, O 1 ) = R 1 R d(o Γ, O 1 ) d(o Γ, O ) = R 1 R şi rezultă că punctele O Γ aparţin hiperbolei (H) din enunţ Pentru a demonstra reciproca, utilizăm notaţiile din Fig Fig Fie un punct P al hipebolei (H) Presupunem mai întâi că acesta aparţine componentei dinspre focarul O Fie T 1 punctul de intersecţie cel mai apropiat de P a semidreptei [P O 1 cu cercul (C 1 ) şi similar T Atunci, d(p, T 1 ) = d(p, O 1 ) R 1 şi d(p, T ) = d(p, O ) R Deoarece d(p, O 1 ) = d(p, O ) + R 1 R, obţinem că d(p, T 1 ) = d(p, T ) Dacă P := P aparţine componentei dinspre focarul O 1, atunci considerăm punctele T 1 şi T de intersecţie mai îndepărtate de P În acest caz, avem: d(p, T 1) = d(p, O 1 )+R 1 şi d(p, T ) = d(p, O )+R = d(p, O 1 )+(R 1 R )+R = d(p, T 1) În fiecare dintre cazuri, există un cerc cu centrul în P, respectiv P, tangent cercurilor (C 1 ) şi (C ) Cu aceasta, teorema este demonstrată Observaţie În condiţiile teoremei pentru cercurile date, dacă cercul mobil (Γ) ar fi tangent exterior unuia dintre cercurile (C 1 ) şi (C ), iar celălalt cerc ar fi tangent 6

interior lui (Γ), atunci am avea că d(o Γ, O 1 ) d(o Γ, O ) = R 1 + R, iar locul centrului O Γ ar fi hiperbola cu aceleaşi focare ca şi (H), dar având semiaxa reală de lungime R 1 + R Parabola Teorema 3 Fie în planul euclidian un cerc C(O, R) şi o dreaptă (d) exterioară cercului, cu d(o, (d)) = a Locul geometric al centrelor cercurilor tangente dreptei (d) şi cercului (C) este parabola (P ) având focarul în O, directoarea paralelă cu drepata (d) şi parametrul p = a + R Demonstraţie Fie Γ(O Γ, R Γ ) un cerc tangent cercului şi dreptei Avem atunci d(o Γ, (d)) = R Γ şi d(o Γ, O) = R+R Γ Prin urmare, d(o Γ, O) = R+d(O Γ, (d)) Considerăm în semiplanul mărginit de (d) ce nu conţine punctul O, drepata ( ) (d), cu distanţa dintre cele două drepte egală cu R Atunci, avem că d(o Γ, O) = d(o Γ, ( )) Prin urmare, punctele O Γ aparţin parabolei (P ) din enunţ Vârful parabolei este centrul cercului tangent cu cea mai mică rază Reciproc, fie M un punct al parabolei (P ) (Fig3) Fig 3 Semidreapta [OM intersectează cercul (C) în punctul T Atunci d(m, T ) = d(m, O) R = d(m, (d )) R = d(m, (d)) Prin urmare, C(M, d(m, T )) este un cerc tangent cercului (C) şi dreptei (d), deci M este un punct al locului geometric Cu aceasta, teorema este demonstrată Observaţii 1 Este uşor de văzut că, dându-se o conică nedegenerată, se pot alege două cercuri sau un cerc şi o dreaptă ca în enunţurile teoremelor, încât conica să coincidă cu locul geometric asociat perechii respective (care evident că nu este unică) 7

Deci, în cazul unei elipse arbitare se pot lua două cercuri cu centrele în focare, interior unul celuilalt, de raze R 1 = a x în F şi R = a + x în F, cu x > c etc Punctele O Γ pot fi construite cu rigla şi compasul sau chiar numai cu compasul, pentru R Γ prescris Astfel că, avem şi această metodă simplă de a construi puncte ale unei conice 3 Rezultate analoage, dar cu demonstraţii (analitice) mult mai laborioase, au loc pentru cuadrice, în legătură cu centrele sferelor tangente la trei sfere date sau două sfere şi un plan sau două plane şi o sferă, locurile geometrice respective fiind cuadrice Comentarii Natura conicei rezultată ca loc geometric depinde atât de poziţia relativă a cercurilor (C 1 ) şi (C ), cât şi de poziţiile impuse cercului (Γ) faţă de acestea Mai sus au fost considerate câteva cazuri posibile pentru poziţiile acestor trei cercuri Cititorul interesat poate analiza şi alte cazuri În Fig4 şi Fig 5 sunt prezente alte situaţii, care pot fi desprinse cu uşurinţă de pe aceste figuri Fig 4 Fig 5 În Fig 4, cercurile (C 1 ) şi (C ) sunt secante şi se obţine o elipsă (E), dacă cercul (Γ) este în situaţia sugerată de cercurile punctate sau, dacă acesta este în situaţia cercurilor figurate cu linii întrerupte, o hiperbolă (H) În Fig 5, dreapta (d) este secantă cercului (C) şi se obţin două parabole (P 1 ) şi (P ); aici s-au luat directoarele ( 1 ), ( ) astfel încât d((d), ( 1 )) = d((d), ( )) = R Bibliografie 1 Gh Buicliu Probleme de construcţii geometrice cu rigla si compasul, EdTehnică, Bucureşti, 1957 8