Circulo

Un círculo  es una curva plana cerrada , que consta de todos los puntos en el plano equidistantes de un punto dado que se encuentran en el mismo plano que la curva [1] : este punto se llama el centro del círculo . El segmento que conecta el centro con cualquier punto del círculo se llama radio ; el radio también se llama la longitud de este segmento. El círculo divide el plano en dos partes [2] : interna finita e infinita externa. El interior de un círculo se llama círculo ; puntos límite (es decir, el círculo mismo), dependiendo del enfoque, el círculo puede incluir o no.

La construcción práctica de un círculo es posible con un compás .

Un círculo de radio cero (un círculo degenerado) es un punto; además, este caso está excluido de la consideración, a menos que se especifique lo contrario.

Un círculo se llama unidad si su radio es igual a uno. El círculo unitario es uno de los objetos básicos de la trigonometría .

De ahora en adelante, la letra denota el radio del círculo.

Cuerdas, arcos y tangentes

Una línea recta no puede tener más de dos puntos en común con un círculo.

Una línea que corta a un círculo en dos puntos diferentes se llama secante . Un segmento secante ubicado dentro de un círculo se llama cuerda . La cuerda que pasa por el centro del círculo se llama diámetro ; el mismo término se utiliza para su longitud. El diámetro es el doble del radio: divide la circunferencia en dos partes iguales y es por tanto su eje de simetría . El diámetro es mayor que cualquier otra cuerda [3] .

La cuerda divide el círculo en dos partes, llamadas segmentos del círculo . Dos radios diferentes también dividen el círculo en dos partes, llamadas sectores del círculo (ver imágenes) [3] .

Cualquier dos puntos no coincidentes en el círculo lo dividen en dos partes. Cada una de estas partes se llama arco de círculo . Un arco se llama semicírculo si el segmento que conecta sus extremos es un diámetro.

Para un círculo dado, tienen lugar las siguientes propiedades [3] .

Una línea que tiene exactamente un punto en común con un círculo se llama tangente al círculo, y su punto común se llama punto tangente de la línea y el círculo. Una tangente a un círculo siempre es perpendicular a su radio (y diámetro) dibujado en el punto de contacto. Es decir, el radio es simultáneamente la normal a la circunferencia [4] .

Los segmentos de las tangentes al círculo, trazados desde un punto que no se encuentra en el círculo, son iguales y forman ángulos iguales con la línea que pasa por este punto y el centro del círculo [5] .

Ángulos

Un ángulo central es un ángulo con un vértice en el centro del círculo. Un ángulo inscrito es un ángulo cuyo vértice se encuentra en un círculo y cuyos lados intersecan el círculo. Dicen que los ángulos centrales o inscritos se basan en un arco tallado en un círculo por sus rayos, o en una cuerda que subtiende este arco.

El ángulo central puede tomarse como la medida angular del arco sobre el que descansa. El ángulo central formado por un arco de círculo, de igual longitud que el radio, se toma en matemáticas como unidad de medida de los ángulos, y se llama radián .

De la definición del radián se sigue que la longitud de cualquier arco circular está relacionada con el ángulo central , en base a este arco, por una relación simple [6] : en este caso, la longitud de la cuerda que subtiende el mismo arco es igual a Dado que la circunferencia es igual a , al aumentar el ángulo, el valor de su medida en radianes cambia de 0 a

El ángulo exterior para un ángulo inscrito es el ángulo formado por un lado y la continuación del otro lado del ángulo inscrito (el ángulo θ es marrón en la figura). El ángulo externo de un ángulo inscrito es igual al ángulo inscrito basado en la misma cuerda en el otro lado.

El ángulo entre el círculo y la línea es el ángulo entre la línea secante y una de las dos tangentes al círculo en el punto de intersección de la línea y el círculo.

Propiedades de los ángulos inscritos :

Otras propiedades:

Propiedades

Fórmulas

Circunferencia:

Radio del círculo:

Diámetro del círculo:

Área de un círculo de radio R :

El área del sector , limitada por el ángulo central α , medida en grados, con radio R :

Área del segmento , delimitada por un arco de círculo, ángulo central α , cuerda:

Historia

El círculo, junto con la línea recta, es la curva más común en casi todos los ámbitos de la actividad humana. La historia de su investigación y aplicación se remonta a la antigüedad; la invención de la rueda le dio especial importancia a este tema . Los científicos antiguos consideraban las líneas rectas y los círculos como el único ejemplo de curvas "perfectas", por lo tanto, en geometría, solo se consideraban aceptables las construcciones que usaban un compás y una regla , y el movimiento de los planetas se modelaba como una imposición de rotaciones a lo largo de los círculos . La teoría de los círculos está dedicada al tercer libro de " Comienzos " de Euclides .

También en la antigüedad se descubrió que la relación entre la circunferencia de un círculo y su diámetro ( número π ) es la misma para todos los círculos. Un tema históricamente importante de siglos de investigación ha sido el refinamiento de esta relación, así como los intentos de resolver el problema de la " cuadratura del círculo " . Más tarde, el desarrollo de la teoría de los círculos condujo a la creación de la trigonometría , la teoría de las oscilaciones y muchas otras ramas de la ciencia y la tecnología prácticamente importantes.

Geometría analítica de círculos

En términos de geometría analítica , un círculo es una curva algebraica plana simple de segundo orden . El círculo es un caso especial de elipse , en el que los semiejes son iguales, y por lo tanto el círculo es una sección cónica .

Coordenadas cartesianas

La ecuación general de un círculo se escribe como:

o

dónde

El punto  es el centro del círculo y  es su radio.

Ecuación de un círculo con un radio centrado en el origen :

La ecuación de un círculo que pasa por puntos que no están en una línea recta (usando el determinante ):

Luego, explícitamente, las coordenadas del centro del círculo están determinadas por las fórmulas:

Un círculo también se puede describir usando una ecuación paramétrica :

En el sistema de coordenadas cartesianas, el círculo no es una función gráfica , pero se puede describir como la unión de las gráficas de las siguientes dos funciones:

Si el centro de la circunferencia coincide con el origen, las funciones toman la forma:

Coordenadas polares

Circunferencia de radio con centro en el punto :

Si las coordenadas polares del centro del círculo, entonces el círculo que pasa por el origen se describe mediante la ecuación:

Si el centro es el origen de coordenadas, entonces la ecuación se verá como

Plano complejo

En el plano complejo, el círculo viene dado por la fórmula:

o en forma paramétrica

Círculos en el espacio

En el espacio, un círculo de radio centrado en un punto se puede definir como el contorno de una sección diametral de una esfera.

plano

,

donde  son parámetros que no son simultáneamente iguales a cero; es decir, todos los puntos que se encuentran en un círculo dado son soluciones del sistema

Por ejemplo, al resolver este sistema, se puede configurar paramétricamente de la siguiente manera:

Tangentes y normales

La ecuación de una tangente a un círculo en un punto viene dada por la ecuación

La ecuación normal en el mismo punto se puede escribir como

Círculos concéntricos

Los círculos que tienen un centro común pero diferentes radios se llaman concéntricos . Dos círculos dados por las ecuaciones:

son concéntricos si y sólo si y

Información adicional

Definición de triángulos para un círculo

Variantes de la definición de un círculo

Definiciones relacionadas de dos círculos

Definiciones de ángulos para dos círculos

Ortogonalidad (perpendicularidad)

Dos círculos que se cortan en ángulos rectos se llaman ortogonales ( perpendiculares ). Dos círculos dados por las ecuaciones:

son ortogonales si y solo si se cumple la siguiente condición:

En otras palabras, dos círculos que se cortan en los puntos A y B con centros O y O' se llaman ortogonales si son ángulos rectos OAO' u OBO' . Es esta condición la que garantiza un ángulo recto entre los círculos. En este caso, los radios (normales) de los dos círculos dibujados hasta el punto de su intersección son perpendiculares. Por tanto, las tangentes de dos circunferencias trazadas en el punto de su intersección también son perpendiculares. La tangente del círculo es perpendicular al radio (normal) dibujado al punto de contacto. Por lo general, el ángulo entre curvas es el ángulo entre sus tangentes dibujadas en su punto de intersección.

Definiciones relacionadas de tres círculos

Lema de Arquímedes

Lema de Arquímedes . Si el círculo está inscrito en el segmento del círculo restado por la cuerda y toca el arco en el punto , y la cuerda es tangente al punto , entonces la línea es la bisectriz del ángulo . El Lema de Arquímedes juega un papel importante en la construcción de la transformación isocircular .

Prueba

Sea una homotecia llevando un círculo pequeño a uno grande. Entonces queda claro cuál es el centro de esta homotecia. Entonces la recta entrará en alguna recta tangente al gran círculo, y irá a un punto de esta recta y perteneciente al gran círculo. Recordando que la homotecia transforma rectas en rectas paralelas a ellas, entendemos que . Sea y un punto de la recta tal que es agudo, y sea un punto de la recta tal que es agudo. Entonces, puesto que es una tangente al círculo máximo . Por lo tanto , isósceles, y por lo tanto , es decir , la bisectriz del ángulo .

Teorema de Descartes para los radios de cuatro círculos tangentes por pares

El teorema de Descartes establece que los radios de cualesquiera cuatro círculos mutuamente tangentes satisfacen alguna ecuación cuadrática . A veces se les llama círculos de Soddy .

Movimiento circular

Generalización multidimensional

Se puede definir un círculo generalizado para cualquier estructura matemática donde se dé el concepto de distancia. En particular, una generalización para el espacio euclidiano de alta dimensión es la hiperesfera ; en el espacio tridimensional, es una esfera ordinaria . En la geometría esférica, los círculos en la esfera cuyo centro coincide con el centro de la esfera (" grandes círculos ") juegan un papel importante .

En cultura y misticismo

El círculo, junto con conceptos similares de círculo , anillo y esfera , desde la antigüedad se consideraba un símbolo divino de la más alta perfección, un símbolo de belleza e igualdad. Los antiguos astrónomos estaban convencidos de que los cuerpos celestes se colocaban sobre esferas giratorias y, por lo tanto, se movían en círculos. Los caballeros del Rey Arturo se sentaron en una mesa redonda, lo que enfatizaba su igualdad [7] .

En la mitología egipcia , el dios creador Khnum modeló a los humanos en un torno de alfarero . El Libro de los Proverbios de Salomón dice que en la creación del mundo, Dios "dibuja un círculo sobre la faz del abismo" ( Prov.  8:27 ). Para protegerse contra los " espíritus malignos ", se suponía que dibujaba un círculo alrededor de sí mismo ( círculo mágico ). En las imágenes de los santos cristianos, sus rostros están rodeados por un halo redondo . El inframundo en muchas religiones consiste en círculos concéntricos, lo que simboliza la desesperanza. En Stonehenge y otros cromlechs , las piedras están dispuestas en círculo [7] [8] .

En diversas doctrinas místicas , el círculo simboliza a menudo la infinitud y la ciclicidad de la existencia ( ouroboros , Samsara ), el equilibrio ( yin/yang ), la estabilidad, etc. [9] . Un significado similar se ve en los modismos y dichos de muchos pueblos, por ejemplo: "todo el año", "círculo social", "círculo vicioso", "responsabilidad mutua", etc. Probablemente, la costumbre generalizada de intercambiar anillos entre los la novia y el novio simbolizan la eternidad de los sentimientos, la estabilidad de la familia [8] [10] .

El círculo se utiliza en los gráficos de muchos símbolos, como el signo del pacifismo , el símbolo de copyright (©), etc.

Véase también

Notas

  1. Enciclopedia Matemática, 1984 , p. 15-16.
  2. Matemáticas elementales, 1976 , p. 408-409.
  3. 1 2 3 Matemáticas elementales, 1976 , p. 410-411.
  4. Matemáticas elementales, 1976 , p. 409-410.
  5. L. S. Atanasyan, V. F. Butuzov, S. B. Kadomtsev, E. G. Poznyak , I. I. Yudina. Geometría. Grados 7-9: libro de texto para instituciones educativas. - 19ª edición. - M. : Educación , 2009. - S. 167. - 384 p. - ISBN 978-5-09-021136-9 .
  6. Matemáticas elementales, 1976 , p. 510.
  7. 1 2 Yakovleva T. S., Demenok S. L. Estructuras y símbolos (La abstracción es un hecho empírico). - San Petersburgo. : Estratos, 2020. - S. 65-69. — 232 págs. - (Sólo). - ISBN 978-5-907314-11-5 .
  8. 1 2 Krug Archivado el 5 de agosto de 2021 en Wayback Machine .
  9. Abdullahi, Yahya (29 de octubre de 2019), The Circle from East to West, en Charnier, Jean-François, The Louvre Abu Dhabi: A World Vision of Art , Rizzoli International Publications, Incorporated, ISBN 9782370741004 . 
  10. Círculo . Consultado el 17 de marzo de 2022. Archivado desde el original el 24 de enero de 2022.

Literatura

Enlaces