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Lugar geométrico de puntos equidistantes a las tres esferas

Supongamos que tenemos tres distintos ámbitos en pleno ordinario el espacio 3D, con tres diferentes radios. Quiero saber el locus $L$ de los puntos que equidistan de estas tres esferas.

Respuestas parciales: En 2D, el lugar geométrico de los puntos equidistantes de dos círculos es una hipérbola. Por lo tanto, en 3D, el lugar geométrico de los puntos equidistantes de dos esferas es (medio) un hyperboloid de dos hojas. Así, el locus $L$ que estoy buscando es la intersección de dos hyperboloids. Basado en algunos experimentos, parece que $L$ es un plano de la curva, y por lo tanto una sección cónica. Si eso es cierto, entonces la prueba debería ser muy simple, pero yo no lo veo.

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theog Puntos 585

Considere la ecuación del hiperboloide entre $S_1$y $S_2$, %#% $ #% con una pequeña álgebra, podemos expresar esto como $$\|\mathbf x-\mathbf p_1\|-r_1=\|\mathbf x-\mathbf p_2\|-r_2.$ $ del mismo modo, el hiperboloide entre $$2(r_2-r_1)\|\mathbf x-\mathbf p_1\|=2(\mathbf p_2-\mathbf p_1)\cdot\mathbf x+\underbrace{\|\mathbf p_1\|^2-\|\mathbf p_2\|^2+(r_2-r_1)^2}_{c_2}.$y $S_1$ es de los forma $S_3$ $ cancelar términos proporcionales al $$2(r_3-r_1)\|\mathbf x-\mathbf p_1\|=2(\mathbf p_3-\mathbf p_1)\cdot \mathbf x+c_3.$ de las dos ecuaciones, obtenemos $$ \begin{align} 0 &= (r_3-r_1)\bigl(2(\mathbf p_2-\mathbf p_1)\cdot\mathbf x+c_2\bigr) - (r_2-r_1)\bigl(2(\mathbf p_3-\mathbf p_1)\cdot\mathbf x+c_3\bigr) \\ &= 2\bigl((r_2-r_3)\mathbf p_1 + (r_3-r_1)\mathbf p_2 + (r_1-r_2)\mathbf p_3\bigr)\cdot\mathbf x + \text{const}, \end{Alinee el} $ que es la ecuación de un plano ortogonal a $\|\mathbf x-\mathbf p_1\|$.

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bubba Puntos 16773

Dos enfoques; el primero es esencialmente el mismo que el de Rahul, pero un poco más ordenado (en mi opinión).

Sin pérdida de generalidad, podemos reducir los radios de las tres esferas hasta el más pequeño se convierte en cero. Esto no va a cambiar el equidistantes locus. También, podemos asumir que el cero-radio de la esfera, $S_0$, se encuentra en el origen. Llamar a los otros dos esferas $S_p$ (con centro en $\mathbf{p}$ y radio de $a$) y $S_q$ (con centro en $\mathbf{q}$ y radio de $b$).

En puntos de $\mathbf{x}$ que equidistan de a$S_0$$S_p$, tenemos $$ \|\mathbf{x}\| = \|\mathbf{x} - \mathbf{p}\| - $$ Después de algunos álgebra, esto nos da $$ 2a\|\mathbf{x}\| = 2 \mathbf{p} \cdot \mathbf{x} - \|\mathbf{p}\|^2 + a^2 $$ Asimismo, los puntos que equidistan de a $S_0$ $S_q$ satisfacer $$ 2b\|\mathbf{x}\| = 2 \mathbf{q} \cdot \mathbf{x} - \|\mathbf{q}\|^2 + b^2 $$ La eliminación de $\|\mathbf{x}\|$ a partir de estas dos últimas ecuaciones obtenemos $$ ( 2 \mathbf{q} \cdot \mathbf{x} - \|\mathbf{q}\|^2 + b^2 ) = b( 2 \mathbf{p} \cdot \mathbf{x} - \|\mathbf{p}\|^2 + a^2 ) $$ y re-organización da $$ 2\mathbf{x} \cdot (\mathbf{q} - b\mathbf{p}) = un\|\mathbf{q}\|^2 - b\|\mathbf{p}\|^2 +a^2b - ab^2 $$ Esta es la ecuación de un plano cuya normal es en la dirección $a\mathbf{q} - b\mathbf{p}$.


Un Enfoque Diferente
El lugar geométrico es el camino de la esfera (de diferente radio) que se está moviendo para que se mantenga la tangente a las tres esferas. La envolvente de un movimiento de la esfera es una Dupin cyclide. La línea central de una Dupin cyclide es una cónica. Los detalles en este informe.

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