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Encuentra el fallo: la ley del coseno está en desacuerdo con el análisis vectorial.

Considere una elipse $\frac{x^2}{a^2}+\frac{y^2}{b^2} = 1$ tal que $a>b$ y su parametrización

$$\vec{r}(\phi)=a\cos\phi\ \hat{x}+b\sin\phi\ \hat{y}$$

donde $\phi\in[0,2\pi)$ . Considere también un enfoque en $\vec{f}=c\ \hat{x}$ , donde $c^2=a^2-b^2$ . El vector desde el foco hasta un punto de la elipse viene dado por

$$\vec{d}=\vec{r}-c\hat{x} = (a\cos\phi\ -c)\hat{x}+b\sin\phi\ \hat{y}$$

ellipse

Del producto punto se deduce que,

\begin{align} d^2 &= a^2\cos^2\phi + b^2\sin^2\phi +c^2 -2ca\cos\phi \\ &= r^2 +c^2 -2ca\cos\phi \end{align}

Pero en el triángulo formado por los vectores, la Ley de los Cosenos da:

$$d^2 = r^2 +c^2 -2cr\cos\phi$$

Esto parece implicar que $r=a$ pero eso no siempre puede ser cierto. ¿Dónde se ha extraviado este argumento?

10voto

Andrei Puntos 111

El problema es que el $\phi$ El ángulo de la primera ecuación no es el mismo que el de la posterior. Llamémoslo $t$ en su lugar. Entonces, según https://en.wikipedia.org/wiki/Ellipse#Parametric_form_in_canonical_position , se obtiene $\tan t=\frac{a}{b}\tan \phi$

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Interesante. T

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Pero se esperaba. Si fuera el mismo ángulo, la primera ecuación debería ser $|r|\cos t \hat{x}+|r|\sin t \hat{y}$

2 votos

@zahbaz Para mejorar tu intuición: toma un círculo, el ángulo $\pi/4$ y luego una elipse, cuyo eje más largo es, digamos, mil veces más largo que el más corto.

6voto

Es bien sabido que el ángulo de la parametrización no es el ángulo entre el punto de rodadura y el semieje $x\geq 0$ . Si asumes la igualdad, obtendrás un círculo, como en tu ejemplo.

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