Autor Tema: Normal a una cónica desde un punto no perteneciente a ella

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06 Agosto, 2023, 01:25 pm
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ancape

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Hola

Para resolver el problema de mínima distancia de un punto a una cónica o equivalentemente del trazado de recta normal a una cónica pasando por un punto exterior o interior a ella, hice la siguiente construcción;

Nos dan una cónica c y un punto P, trazamos con centro en P cinco circunferencias que corten a la cónica y obtenemos cinco puntos M1,M2,….,M5 puntos medios de los cinco pares de puntos  intersección obtenidos. Trazamos la cónica h que determinan tales cinco puntos. La intersección de las cónicas c y Hpm son dos puntos X, Y en los que las rectas Nmx y Nmy son normales a c.

El método se basa en que los puntos medios de las intersecciones de una familia de círculos concéntricos con una cónica fija es una cónica.
La afirmación anterior debe ser cierta pues la he comprobado innumerable número de veces con Geogebra y siempre obtengo que es exacta. Obviamente esto no prueba nada pero me anima a demostrar que es un resultado válido.

He intentado obtener las intersecciones analíticamente pero llego a una ecuación de cuarto grado. Si fuese una de segundo grado ya lo tendría.
 
También he mirado la curva que forman tales puntos medios como los cuartos armónicos de puntos del infinito.

Las polares de los puntos del infinito respecto a la cónica dada envuelven la curva generada por los puntos medios. ¿Es una cónica?

En resumen, planteo el siguiente problema:

Dada una cónica y un punto no perteneciente a ella, demostrar que el conjunto de puntos medios de los pares de puntos intersección de dicha cónica con el haz de círculos concéntricos de centro el punto dado, forman una cónica.

Saludos


30 Noviembre, 2023, 11:42 pm
Respuesta #1

martiniano

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Hola.

Las polares de los puntos del infinito respecto a la cónica dada envuelven la curva generada por los puntos medios.

Creo que no he entendido bien eso. Por puntos del infinito entiendo los de la recta impropia, pero las polares de ellos son los diámetros de la cónica, que se cortan en el centro de la cónica. No veo que envuelvan la curva generada por los puntos medios.

03 Diciembre, 2023, 10:55 am
Respuesta #2

martiniano

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Hola.

En resumen, planteo el siguiente problema:

Dada una cónica y un punto no perteneciente a ella, demostrar que el conjunto de puntos medios de los pares de puntos intersección de dicha cónica con el haz de círculos concéntricos de centro el punto dado, forman una cónica.

Ya he visto por qué es una cónica. Si una circunferencia con centro en P corta a la cónica en L y en M, entonces el punto medio de L y M está en la perpendicular a la recta LM por P y también en el diámetro de la cónica conjugado al paralelo a la recta LM.

Existe una homografia de las rectas que pasan por el centro de la cónica dada (G) en las que pasan por P que relaciona las dos rectas anteriores, y es la composición de la involución de diámetros conjugados con aquélla que relaciona una recta que pasa G con su perpendicular por P. Por el teorema de Steiner, el lugar geométrico en el que se cortan estas rectas homográficas es una cónica. Concretamente, es la imagen de la circunferencia de diámetro PG por la homografía que induce en el plano la involución de diámetros conjugados dejando fija la cónica.


En el dibujo A, B, C, D, y E permiten definir la cónica y F el diámetro de la misma donde se halla el punto medio generador.

Saludos.

03 Diciembre, 2023, 04:36 pm
Respuesta #3

ancape

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Hola.

Las polares de los puntos del infinito respecto a la cónica dada envuelven la curva generada por los puntos medios.

Creo que no he entendido bien eso. Por puntos del infinito entiendo los de la recta impropia, pero las polares de ellos son los diámetros de la cónica, que se cortan en el centro de la cónica. No veo que envuelvan la curva generada por los puntos medios.

Hola
Tienes razón. El problema es que no recuerdo qué quería decir cuando escribí esa estupidez.
Saludos

03 Diciembre, 2023, 04:58 pm
Respuesta #4

ancape

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Hola.

En resumen, planteo el siguiente problema:

Dada una cónica y un punto no perteneciente a ella, demostrar que el conjunto de puntos medios de los pares de puntos intersección de dicha cónica con el haz de círculos concéntricos de centro el punto dado, forman una cónica.

Ya he visto por qué es una cónica. Si una circunferencia con centro en P corta a la cónica en L y en M, entonces el punto medio de L y M está en la perpendicular a la recta LM por P y también en el diámetro de la cónica conjugado al paralelo a la recta LM.

Existe una homografia de las rectas que pasan por el centro de la cónica dada (G) en las que pasan por P que relaciona las dos rectas anteriores, y es la composición de la involución de diámetros conjugados con aquélla que relaciona una recta que pasa G con su perpendicular por P. Por el teorema de Steiner, el lugar geométrico en el que se cortan estas rectas homográficas es una cónica. Concretamente, es la imagen de la circunferencia de diámetro PG por la homografía que induce en el plano la involución de diámetros conjugados dejando fija la cónica.

.......


Hola
Creo que la demostración es excelente, no obstante la miraré con detalle para ver si encuentro algún fallo. La página de Geogebra utiliza el comando 'Lugar geométrico' que no dice la naturaleza de la curva que presenta. No obstante sirve para ilustrar gráficamente el resultado.

Saludos

03 Diciembre, 2023, 11:03 pm
Respuesta #5

martiniano

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Hola.

Creo que la demostración es excelente, no obstante la miraré con detalle para ver si encuentro algún fallo. La página de Geogebra utiliza el comando 'Lugar geométrico' que no dice la naturaleza de la curva que presenta. No obstante sirve para ilustrar gráficamente el resultado.

Sí, no he encontrado ninguna manera diferente a la que ya has dicho de determinar la cónica. Salvo quizás comentar que el centro de la cónica dada y el centro de las circunferencias pertenecen a la cónica buscada, por lo que bastaría encontrar sólo tres puntos más. Dos de ellos podrían ser los conjugados por la cónica dada de las intersecciones de ella misma con la circunferencia de diámetro PG, que también serían puntos de las rectas normales a la cónica por P. Pero claro, no sé si se van a poder determinar con regla y compás, además de que no siempre van a ser reales.

Un saludo.

04 Diciembre, 2023, 12:33 pm
Respuesta #6

ancape

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Hola.

Creo que la demostración es excelente, no obstante la miraré con detalle para ver si encuentro algún fallo. La página de Geogebra utiliza el comando 'Lugar geométrico' que no dice la naturaleza de la curva que presenta. No obstante sirve para ilustrar gráficamente el resultado.

Sí, no he encontrado ninguna manera diferente a la que ya has dicho de determinar la cónica. Salvo quizás comentar que el centro de la cónica dada y el centro de las circunferencias pertenecen a la cónica buscada, por lo que bastaría encontrar sólo tres puntos más. Dos de ellos podrían ser los conjugados por la cónica dada de las intersecciones de ella misma con la circunferencia de diámetro PG, que también serían puntos de las rectas normales a la cónica por P. Pero claro, no sé si se van a poder determinar con regla y compás, además de que no siempre van a ser reales.

Un saludo.

Hola

He mirado con detalle la demostración que enviaste y creo que está bien, aunque ya sabes que este hecho no prueba nada. He puesto otra construcción en https://foro.rinconmatematico.com/index.php?topic=125382.new#new de un problema análogo y creo que la demostración de que se obtiene una cónica es parecida. Si puedes mírala.

En cuanto a la hoja de Geogebra que adjuntaste y en la que me quejaba del uso del comando 'Lugar Geométrico', no veo ningún problema, una vez que has demostrado que el punto medio de LM está en una curva que es una cónica, bastaría obtener cinco puntos de estos a partir de cinco circunferencias que corten a la cónica dada. Para estos cinco puntos existirá una única cónica que pase por ellos.

Saludos