Autor Tema: Función divide triángulo en áreas iguales

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15 Mayo, 2025, 12:44 am
Respuesta #30

Richard R Richard

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Si centro una circunferencia de radio $$r$$ en cada extremo de la hipotenusa, donde intersectan las circunferencias puedo ubicar el centro de una circunferencia que pasa por los vértices de la hipotenusa

$$(x-0)^2+(y-0)^2=r^2$$   Ec1
$$(x-3)^2+(y-4)^2=r^2$$   Ec2

se intersectan en $$(x,y)=(a,b)$$

luego $$(x-a)^2+(y-b)=r^2$$ es la circunferencia que pasa por lo extremos y cumple

$$(0-a)^2+(0-b)^2=r^2=a^2+b^2$$ Ec3
$$(3-a)^2+(4-b)^2=r^2$$ Ec4

como el punto $$(a,b)$$ pertenece a la recta que pasa perpendicularmente a la hipotenusa   se establece la relación $$y=\dfrac{-3}{4}x+\dfrac{25}{8}$$ luego $$b=\dfrac{-3}{4}a+\dfrac{25}{8}$$ Ec5

combinando Ec1 con Ec2 y Ec5

$$(x-0)^2+(y-0)^2=(x-3)^2+(y-4)^2$$ en la interseccion queda
$$(a-0)^2+(b-0)^2=(a-3)^2+(b-4)^2$$
$$(a-0)^2+(\dfrac{-3}{4}a+\dfrac{25}{8}-0)^2=(a-3)^2+(\dfrac{-3}{4}a+\dfrac{25}{8}-4)^2$$
$$a^2+(\dfrac{-3}{4}a+\dfrac{25}{8})^2=(a-3)^2+(\dfrac{-3}{4}a-\dfrac{7}{8})^2$$
$$a^2+\dfrac{9}{16}a^2+\dfrac{625}{64}-\dfrac{300}{64}a  =a^2 -6a +9 +\dfrac{9}{16}a^2+\dfrac{84}{64}a+\dfrac{49}{64}$$
$$\dfrac{625}{64}-\dfrac{300}{64}a  =-6a +9 +\dfrac{84}{64}a+\dfrac{49}{64}$$
$$625-300a  =-384a +576 +84a+49$$
$$a=0 \quad \to\quad b=25/8=3.125 $$

$$r=3.125$$ entonces la circunferencia es

$$x^2-(y-3.125)=3.125^2$$

cuando $$y =3.125$$  entonces $$x=3.125$$ se pasa $$0.125$$ repecto de $$x=3$$ que es lo que indican Luis y Pie,

Pero de esta forma el exceso forma parte del área de 3u luego no estamos haciendo la mitad del área del triángulo.
Saludos  \(\mathbb {R}^3\)

15 Mayo, 2025, 03:48 am
Respuesta #31

Pie

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Otra forma de verlo; el mayor arco que queda completamente dentro del triángulo rectángulo se da cuando el punto \( (3,4) \) es punto de tangencia respecto a la circunferencia:



Si el ángulo \( \widehat{OTB} \) fuera menor a \( 90^o \), entonces el arco de circunferencia cortaría a \( TB \) en dos puntos (quedando parte del área fuera del triángulo), y si fuera mayor el arco sería menor.

Entonces calculando el área en este caso..

Spoiler
El ángulo alfa es:

\[ \alpha = \pi/2 - \arccos(4/5) = \arcsin(4/5) \]

Y el radio:

\[ \frac{5/2}{r} = \cos(\alpha) = \cos(\arcsin(4/5)) = \sqrt{1 - 16/25} \Longrightarrow{} \]

\[ r = \frac{5} {2\sqrt{1-16/25}} = 25/6 \]

De donde:

\[ OM^2 = 625/36 - 25/4 \Longrightarrow{}OM = 10/3\Longrightarrow{} \]

\[ Area(AOT) = \frac{5\cdot{}10/3}{2} = 25/3 \]

El ángulo beta es:

\[ 2(\pi/2-\alpha) = 2\arccos(4/5) \]

Y el área entre el arco y la cuerda \( AT \) es:

\[ \pi r^2 \cdot \frac{2\arccos(4/5)}{2\pi} - Area(AOT) = r^2 \arccos(4/5) - 25/3 = 625/36 \arccos(4/5) - 25/3 \approx{} 2,8385..  \]

Si no me lié con nada..  :laugh:
[cerrar]

Se ve que el área es menor a \( 3 \), con lo que no es posible hacerlo con un arco de circunferencia. :laugh:

Saludos.
Hay dos tipos de personas, los que piensan que hay dos tipos de personas y los que no.

15 Mayo, 2025, 03:53 am
Respuesta #32

Richard R Richard

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Claro Pie
Con un rato de tiempo pensé en esta figura  y en como optimizar para cumplir  que divida el área en 2 y la longitud sea mínima

sea $$d$$ la distancia  $$\overline {B D}$$  entonces

$$f(x)=\begin{cases}{(x-a)^2+(y-b)^2=r^2\quad   \text{arco AD}}\\{ x=3 \quad\wedge   D\leq y\leq 4}\end {cases}$$

el trabajo es encontrar $$(r,a,b)$$

$$A_t/2=\dfrac{4\cdot3}{2\cdot2}=3=\dfrac{d\cdot3}{2}+\dfrac{2\theta r^2}{2}-\dfrac{r\sin\theta r\cos\theta}{2}$$

$$\overline {AD}=L$$

$$L^2=(4-d)^2+3^2$$

$$\dfrac{L}{2}=r\sin\theta \quad\to\quad r\cos\theta =r\sqrt{1-\dfrac{L^2}{4r^2}}=\sqrt{r^2-L^2/4}$$

el centro del arco esta ubicado sobre la recta $$y=-\dfrac{x}{4-d}+\dfrac{(4-d)^2+3}{2(4-d)}$$

el centro estará en $$(a,-\dfrac{a}{4-d}+\dfrac{(4-d)^2+3}{2(4-d)})$$
 
solo queda evaluar que $$r^2=a^2+b^2=(a-3)^2+(b-4+d)^2$$  y poner todo en función de $$d$$

Hoy ya me maree, continuará

Pd,¿como hago que el ggb no muestre las variables y solo se vea el dibujo?
Saludos  \(\mathbb {R}^3\)

15 Mayo, 2025, 02:30 pm
Respuesta #33

Pie

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No sé si entendí la idea Richard. ¿Te refieres a considerar el segmento \( BD \) como parte de la función? ¿No estaría entonces multivaluada en \( x = 3 \)?

Aunque igual no te entendí bien.. Yo lo que habia pensado es en considerar otros triángulos rectángulos con una diferencia de ángulos agudos menor a la de este problema. A partir de cierta diferencia (que ahora no sé) sí debería ser posible encontrar un arco de circunferencia que diera la mitad del área del triángulo rectángulo. Pero eso ya sería cambiar un poco el problema..  :laugh:

Saludos.
Hay dos tipos de personas, los que piensan que hay dos tipos de personas y los que no.

18 Mayo, 2025, 06:54 pm
Respuesta #34

Richard R Richard

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No sé si entendí la idea Richard. ¿Te refieres a considerar el segmento \( BD \) como parte de la función? ¿No estaría entonces multivaluada en \( x = 3 \)?

Mmmh,ya veo, pero ¿Es un delito en la sociedad de las funciones?  Solo buscamos la linea mas corta entre dos puntos del plano, atendiendo ciertas restricciones.

Aunque igual no te entendí bien.. Yo lo que había pensado es en considerar otros triángulos rectángulos con una diferencia de ángulos agudos menor a la de este problema. A partir de cierta diferencia (que ahora no sé) sí debería ser posible encontrar un arco de circunferencia que diera la mitad del área del triángulo rectángulo. Pero eso ya sería cambiar un poco el problema..  :laugh:
No se si cambia , el problema original era dar una función que pase por A yB permita dividir en 2 el área .
Lo segundo que pregunte, si habia forma de calcular cual de esas funciones  tenía la longitud mas corta entre A y B.
No nos hemos puesto restricciones, sobre la cantidad de tramos, ni si puede ser multivaluada, observa que dividir con una recta entre $$A=(0,0)$$ y $$(3,2)$$ tiene longitud $$\sqrt{3^2+2^2}+\sqrt{(3-3)^2+(4-2)^2}=\sqrt13+2$$, estamos suponiendo tambien el tramo hasta B multivaluado, pero tiene una longitud mayor que construir con mas tramos de segmentos de recta, cuando tendemos la cantidad de segmentos a infinito tendríamos la circunferencia, pero está visto ya que, proporcionar un radio constante, no es solución, porque nos vamos del triángulo.
En ese punto  a mi se me ocurren 2 opciones
1) la que propuse, un sector curvo, mas el tramo recto multivaluado desde D a B.
2) elipse, (no parábola) que pase por $$(A,B)$$

La dificultad que tengo es que para nada hábil soy en geometría, casi siempre encaro los problemas algebraicamente, y determinar los parámetros de la circunferencia o de la elipse para que minimicen la longitud no es tán fácil como parece. 

Para el caso de la circunferencia llegue a que el centro se ubica en $$(a,b)=(a,\dfrac{d^2+9-6a}{2d})$$ y que el radio $$r$$ se tiene que determinar como el área debajo de la circunferencia igualada a 3

Pero  al hacer $$3=\displaystyle\int\limits_{0}^{3} (\dfrac{d^2+9-6a}{2d})-\sqrt{r^2-(x-a)^2} dx$$  no te queda nada lindo para despejar $$r$$ fácilmente, para dar la expresión de $$y=f(x)$$ para luego meter todo eso en la ecuación de la longitud del tramo, para que minimizando obtengas un valor de $$a$$  que determine todo lo demás.
Hacerlo con ordenador es relativamente sencillo, pero la gracia es dar una $$f(x)$$ exacta y no una aproximación numérica de sus parámetros reales, eso sí desvirtuaría el espíritu del problema. El hallar la función con longitud mas corta, lleva un nivel de sofisticación muy grande, pero  de a ratos  releo para ver si se me ocurre una alternativa sencilla.

Del mismo modo con la elipse,  solo que me propongo una función cuyas tangentes en A Y B sean paralelas a los lados del triángulo. Esto  todavía no le hallo la forma de relacionar la función con el área, sin hacer la integral bajo la curva.   
Saludos  \(\mathbb {R}^3\)

19 Mayo, 2025, 09:51 am
Respuesta #35

Pie

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Mmmh,ya veo, pero ¿Es un delito en la sociedad de las funciones?  Solo buscamos la linea mas corta entre dos puntos del plano, atendiendo ciertas restricciones.

Bueno, pensé que aún hablábamos de funciones.. pero si lo que se busca es solo la línea supongo que no. :laugh:

Aunque igual no te entendí bien.. Yo lo que había pensado es en considerar otros triángulos rectángulos con una diferencia de ángulos agudos menor a la de este problema. A partir de cierta diferencia (que ahora no sé) sí debería ser posible encontrar un arco de circunferencia que diera la mitad del área del triángulo rectángulo. Pero eso ya sería cambiar un poco el problema..  :laugh:
No se si cambia , el problema original era dar una función que pase por A yB permita dividir en 2 el área .
Lo segundo que pregunte, si habia forma de calcular cual de esas funciones  tenía la longitud mas corta entre A y B.
No nos hemos puesto restricciones, sobre la cantidad de tramos, ni si puede ser multivaluada, observa que dividir con una recta entre $$A=(0,0)$$ y $$(3,2)$$ tiene longitud $$\sqrt{3^2+2^2}+\sqrt{(3-3)^2+(4-2)^2}=\sqrt13+2$$, estamos suponiendo tambien el tramo hasta B multivaluado, pero tiene una longitud mayor que construir con mas tramos de segmentos de recta, cuando tendemos la cantidad de segmentos a infinito tendríamos la circunferencia, pero está visto ya que, proporcionar un radio constante, no es solución, porque nos vamos del triángulo.
En ese punto  a mi se me ocurren 2 opciones
1) la que propuse, un sector curvo, mas el tramo recto multivaluado desde D a B.
2) elipse, (no parábola) que pase por $$(A,B)$$

La dificultad que tengo es que para nada hábil soy en geometría, casi siempre encaro los problemas algebraicamente, y determinar los parámetros de la circunferencia o de la elipse para que minimicen la longitud no es tán fácil como parece. 

Para el caso de la circunferencia llegue a que el centro se ubica en $$(a,b)=(a,\dfrac{d^2+9-6a}{2d})$$ y que el radio $$r$$ se tiene que determinar como el área debajo de la circunferencia igualada a 3

Pero  al hacer $$3=\displaystyle\int\limits_{0}^{3} (\dfrac{d^2+9-6a}{2d})-\sqrt{r^2-(x-a)^2} dx$$  no te queda nada lindo para despejar $$r$$ fácilmente, para dar la expresión de $$y=f(x)$$ para luego meter todo eso en la ecuación de la longitud del tramo, para que minimizando obtengas un valor de $$a$$  que determine todo lo demás.
Hacerlo con ordenador es relativamente sencillo, pero la gracia es dar una $$f(x)$$ exacta y no una aproximación numérica de sus parámetros reales, eso sí desvirtuaría el espíritu del problema. El hallar la función con longitud mas corta, lleva un nivel de sofisticación muy grande, pero  de a ratos  releo para ver si se me ocurre una alternativa sencilla.

Del mismo modo con la elipse,  solo que me propongo una función cuyas tangentes en A Y B sean paralelas a los lados del triángulo. Esto  todavía no le hallo la forma de relacionar la función con el área, sin hacer la integral bajo la curva.   

Igual no me expresé bien ahi (creo que debi incluir la primera frase en el párrafo anterior  :laugh:), con que cambia el problema me referia a lo que yo había pensado, que es básicamente cambiar el triángulo rectángulo para que sí sea posible "inscribir" un arco de circunferencia que cumpla lo pedido (vaya, que en los cálculos que hice antes salga un área igual o mayor a la mitad del triángulo, y no como en este caso que sale menor). A eso me referia con que ya seria cambiar el problema, y no a lo que propones tú, que es más bien como poner una condición adicional (que la longitud de la línea sea minima) para que el problema tenga solución única.

Respecto al problema en cuestión creo que poco puedo aportar, ya que tampoco veo una forma clara o sencilla de resolverlo y me parece que es más un problema de cálculo que de geometria.. Y ahí ya estoy bastante lejos del nivel de la mayoría de los que escibis por aqui (no se prácticamente nada de cálculo variacional, etc.. :laugh:)

Saludos.
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