Autor Tema: n Círculos inscritos en una elipse

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29 Abril, 2021, 04:06 pm
Respuesta #10

feriva

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¿existirían otras relaciones \( \displaystyle\frac{b}{a} \) que den \( n  \) círculos en las condiciones que indica el enunciado incluso aunque sacrifiquemos la simetría respecto al eje menor?.
Creo que sería interesante pensar en ello.

Hola, ancape.

Si entiendo bien lo que quieres decir, creo que se puede demostrar que no es posible que la circunferencia de en medio no esté centrada.

Supongamos que tomamos media elipse y vamos dibujando circunferencias tangentes hasta que ya no se puede más y dibujamos un arco cuyos extremos toquen en los extremos de “b”.

Los dos lados tienen que ser iguales, así que construimos la elipse entera con ese lado ya dibujado. Si el arco no fuera media circunferencia, pasaría esto



Luego, si existe una circunferencia en medio, tiene que estar necesariamente centrada; de lo contrario no se ajustaría al enunciado, no todo serían circunferencias, entre medias quedaría un ojo de pez o bien rebasaría el punto de tangencia. Y después restaría ver ya sólo el otro caso, la posibilidad de que haya dos tangentes al eje.

Saludos.

29 Abril, 2021, 06:38 pm
Respuesta #11

ancape

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Buenas tardes

Lo bueno de las matemáticas es que los resultados a demostrar no acaban nunca. Cualquier solución que demos a un problema, genera a su vez nuevos problemas que enriquecen el de partida.

En el caso que nos ocupa, Luis ha dado una solución a hallar la relación entre los semiejes de una elipse para que contenga n círculos en determinadas condiciones. Inmediatamente surge la pregunta: La relación \(  b/a = sen(Pi/2n) \) asegura que podemos encontrar tales círculos, pero ¿es única?, esto es, ¿existen mas relaciones que son compatibles con encontrar \( n \) círculos tangentes entre sí y tangentes a la elipse?. Otra: ¿Para cada valor de \( n \), la relación \( b/a =sen(Pi/2n)  \) que asegura la existencia de círculos tangentes entre sí y tangentes a la elipse, hace que necesariamente tal familia sea simétrica respecto al eje menor?. Otra: ¿Y respecto al eje mayor?.

Así podríamos inventar infinitos problemas interesantes cuya resolución daría lugar a nuevos enunciados.

Afortunadamente hemos encontrado una mina infinita y jamás nos aburriremos.

Saludos


29 Abril, 2021, 06:42 pm
Respuesta #12

ancape

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Si entiendo bien lo que quieres decir, creo que se puede demostrar que no es posible que la circunferencia de en medio no esté centrada.

Puede que no haya circunferencia de en medio. Por ejemplo si n es par el ejemplo que ha puesto Luis no la tiene

Saludos

29 Abril, 2021, 06:54 pm
Respuesta #13

feriva

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Si entiendo bien lo que quieres decir, creo que se puede demostrar que no es posible que la circunferencia de en medio no esté centrada.

Puede que no haya circunferencia de en medio. Por ejemplo si n es par el ejemplo que ha puesto Luis no la tiene

Saludos

Sí, claro, de acuerdo, ése es el otro caso posible que puede darse. Pero pienso que, con las condiciones del problema, si existe una circunferencia en medio, ha de estar centrada, dado que la circunferencia más pequeña a cada lado, con las condiciones de tangencia que da el enunciado, es única, por simétrica. Entonces, la siguiente también... y así hasta llegar al centro donde puede darse uno de esos dos casos.

Saludos.

29 Abril, 2021, 10:09 pm
Respuesta #14

Luis Fuentes

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Hola

Lo bueno de las matemáticas es que los resultados a demostrar no acaban nunca. Cualquier solución que demos a un problema, genera a su vez nuevos problemas que enriquecen el de partida.

En el caso que nos ocupa, Luis ha dado una solución a hallar la relación entre los semiejes de una elipse para que contenga n círculos en determinadas condiciones. Inmediatamente surge la pregunta: La relación \(  b/a = sen(Pi/2n) \) asegura que podemos encontrar tales círculos, pero ¿es única?, esto es, ¿existen mas relaciones que son compatibles con encontrar \( n \) círculos tangentes entre sí y tangentes a la elipse?.

Bajo estas condiciones es única:

- Los círculos tangentes en los vértices sobre el eje \( OX \) tienen el mismo radio que el radio de curvatura de la elipse en esos puntos.
- Los restantes círculos son tangentes a las circunferencias circundantes y en dos puntos a la elipse.

Si tengo tiempo intento justificar el porqué basándome en el enlace de hméndez.

Citar
Otra: ¿Para cada valor de \( n \), la relación \( b/a =sen(Pi/2n)  \) que asegura la existencia de círculos tangentes entre sí y tangentes a la elipse, hace que necesariamente tal familia sea simétrica respecto al eje menor?. Otra: ¿Y respecto al eje mayor?.

Bajo las condiciones anteriores la simetría es obvia. Dado que los círculos de los extremos están inequívocamente determinados por la condición del radio de curvatura y los demás son únicos si exigimos la tangencia con la circunferencia anterior y en dos puntos anteriores, entonces cada círculo se va añadiendo de manera simétrica a uno y otro lado del eje menor (esto es lo que ha dicho feriva).

La simetría respecto al eje mayor es inmediata si exigimos que las circunferencias sean tangentes en dos puntos a las elipses.

Citar
Así podríamos inventar infinitos problemas interesantes cuya resolución daría lugar a nuevos enunciados.

Hombre si, obviamente pueden plantearse muchos problemas distintos. Pero el que nos ocupa tenía unas premisas muy definidas.

aludos.

01 Mayo, 2021, 08:16 pm
Respuesta #15

ToniGim

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Buenas tardes:
En la web https://math.stackexchange.com/questions/3591844/chain-of-circles-internally-tangent-to-an-ellipse/3593952#3593952 , en un Addendum se demuestra que:
\( \cos{\frac{\pi }{2n}}=e  \)   siendo e la excentricidad.
Pero creo que comete un error, pues dice: 
\(  \theta_0=\pi - \arccos{(e)}  \)    y     \( \theta_{n-1}= \arccos{(e)} \) 
de lo que deduzco:   \( \theta_0 + \theta_{n-1}= \pi   \)   y esto no puede ser.
Suponiendo que el equivocado sea yo, en la línea siguiente introduce el término  \( 2(n-1)  \)  sin dar ninguna explicación.


Saludos

04 Mayo, 2021, 08:19 pm
Respuesta #16

ToniGim

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Buenas tardes:
Aunque el tema está zanjado, solo una cosa; he subido esta cuestión a otro foro y uno de los participantes me contestó que este problema había sido estudiado por LEBESGUE en un estudio titulado
"Sur les cercles focaux"  http://www.numdam.org/article/NAM_1922_5_1__340_0.pdf
¿Alguien conoce este estudio?
Saludos