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Un problema con cuatro círculos y un cuadrado

Estaba haciendo cosas al azar cuando noté algo que me pareció extraño.

Lo que hice fue lo siguiente.

  • Toma dos puntos $A$ y $C$ del avión. Denotamos $ \ell $ la distancia $AC$ .

  • Dibuja un círculo $ \mathscr C_0$ del centro $A$ y el radio $r_0$ .

  • Entonces define $M_0$ para ser un punto de $ \mathscr C_0$ y $M_1$ el centro de $[M_0C]$ .

  • Finalmente, define $M_2$ y $M_3$ de tal manera que $M_0M_1M_2M_3$ es cuadrado.

Debería parecerse a algo como esto:

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Entonces estamos interesados en la trayectoria de $M_1$ , $M_2$ y $M_3$ cuando $M_0$ se mueven a lo largo del círculo $ \mathscr C_0$ .

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Notamos que cada $M_i$ parece moverse en un círculo $ \mathscr C_i$ de un radio único $r_i$ .

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Pero no entiendo por qué esto sería cierto, lo que nos lleva a las primeras preguntas:

Pregunta 1. ¿Son todas las trayectorias $ \mathscr C_i$ círculos?

Pregunta 2. ¿Cuáles son los radios $r_i$ en términos de $ \ell $ y $r_0$ ?

Pregunta 3. ¿Dónde se encuentran los centros de esos círculos?

Lo que he notado es que si el radio $r_0$ cambios, todavía tenemos otros tres círculos, y todos son concéntricos:

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Y este es el caso incluso cuando $r_0 \geqslant \ell $ :

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Se ve así si $r_0$ varía continuamente:

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Lo que hice para tratar de encontrar los centros (ya que los tres círculos parecen tener los mismos tres centros para diferentes radios) $r_0$ ) es ver cómo se vería con $r_0$ realmente pequeño:

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Así que los centros parecen ser:

  • el punto medio $A_1$ de $[AC]$ ,

  • los dos puntos $A_2$ , $A_3$ de tal manera que $AA_1A_2A_3$ es un cuadrado.

3voto

David Quinn Puntos 7591

Pista

Deje que $A$ ser el origen en el plano complejo, y dejar $C$ ser el punto $c \in \mathbb {R}$

Deje que $M_0=re^{i \theta }$ para que $$M_1= \frac 12(c+M_0)$$

Luego $$M_2=M_1+i(c-M_1)$$ y $$M_3=M_0+i(M_1-M_0)$$

Ahora puedes obtener las ecuaciones paramétricas de los loci de $M_{1,2,3}$

1voto

Joffan Puntos 7855

Considere que el vector ${CM_0} = {CA}+{AM_0} $ una combinación de un vector fijo y un vector rotativo de longitud constante.
Entonces..:
${CM_1} = \frac 12{CA}+ \frac 12{AM_0} $
${CM_2} = {CM_1} +{CM_1}^ \perp = \frac 12({CA}+ {CA}^ \perp ) + \frac 12({AM_0} +{AM_0}^ \perp )$
${CM_3} = {CM_0} +{CM_1}^ \perp = ({CA} + \frac 12 {CA}^ \perp ) + ({AM_0} + \frac 12{AM_0}^ \perp )$

Así que en los otros puntos del cuadrado tenemos en cada caso un vector fijo hacia el centro del círculo y un vector de longitud constante giratorio hacia un punto del círculo. Debido a la combinación de vectores perpendiculares debemos ver $M_2$ y $M_3$ con fase desplazada por $45°$ y sobre $26°$ respectivamente, lo cual es confirmado por sus gráficos.

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