Autor Tema: Perímetro Exacto de la Elipse

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09 Enero, 2017, 07:26 am
Respuesta #60

jpcarcedo

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. sólo que me has trasladado a lo existencial y por un momento he olvidado qué me había traído hasta aquí :D
Gracias por tu intervención.


De nada.
No en balde tengo bastante relación con Paul Sartre; él era “de Sartre” y yo soy un de-sastre (para las matemáticas y para todo :) ).

Interpreto que tu fórmula es ésta

\( 2\pi\left(\dfrac{a-b}{(\dfrac{\pi}{2})}+b\right)=2\pi\left(\dfrac{2a-2b}{\pi}+b\right)=4a+4b+2\pi b
  \)

Y aquí dices una cosa que no entiendo

Citar

-Circunferencia con r=1; P=2π -Elipse con (b)=0 y P=2π; (a)=(π/2) En este caso, comparando la circunferencia con la elipse en sus radios: (b) se ha reducido 1 (de 1 a 0); (a) ha incrementado su valor de 1 a (π/2), un incremento de ((π/2)-1)


Ah, no, que me había confundido con pi y a.

En cualquier caso te queda un segmento recto, no una elipse, no puedes usar ese ejemplo, tiene que ser en dos dimensiones.


Date cuenta que en principio parece que \( \pi \) afecta a esa diferencia, pero al estar dividido por \( \pi /2 \) entonces......


Hola Sugata.
Ahí está la confusión. \( \pi \) no está dividido, sino que \( \pi/2 \) es la constante de la suma de las diferencias entre \( a \) y \( b \). Por eso, lo he denominado \( T \)

09 Enero, 2017, 10:17 am
Respuesta #61

feriva

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Hola, jpcarcedo.

Ah, vale, has usado la misma página que enlacé.

...

Lo que quiere decir Sugata es esto:

Al multiplicar por la propiedad distributiva, aquí pi se cancela respecto al numerador \( a-b \)

\( 2\pi\left(\dfrac{a-b}{(\dfrac{\pi}{2})}+b\right)
  \)

Para verlo más claro haz \( \dfrac{\pi}{2}=\dfrac{1}{2}\cdot\pi=0.5\cdot\pi
  \); entonces

\( 2\pi\left(\dfrac{a-b}{0.5\pi}+b\right)=2\pi\cdot\dfrac{a-b}{0.5\cdot\pi}+2\pi\cdot b
  \)

En el primer sumando, esto \( 2\cdot\dfrac{a-b}{0.5}
  \) est´a multiplicado por pi y dividido por pi, con lo que se queda sin pi, siendo el resultado de la cuenta

\( 2\cdot\dfrac{a-b}{0.5}+2\pi\cdot b=\dfrac{2}{0.5}(a-b)+2\pi b=
  \)

\( 4(a-b)+2\pi b=4a-4b+2\pi b \)
 

Donde podemos agrupar “b” así \( b(-4+2\pi)
  \), si multiplicas por la distributiva ves que es lo mismo que

\( -4b+2\pi b
  \)

y queda expresada la fórmula de esta manera

\( 4a+b(-4+2\pi)
  \)

y se puede simplificar más aprovechando los coeficientes pares pero la dejo así.

Resulta que “a” es independiente de pi; eso es lo que dice Sugata.

...

Por otra parte, ahora, podemos elegir un perímetro arbitrario (sea, por ejemplo, qué sé yo, 27) y un semieje arbitrario (sea, por ejemplo, a=3) entonces tiene que existir algún “b”, para esa supuesta elipse, el cual podemos hallar despejando; lo hacemos sustituyendo esos valores en la ecuación:

\( 4a+b(-4+2\pi)=p
  \)

\( 4\cdot3+b(-4+2\pi)=27
  \)

\( b(-4+2\pi)=27-12
  \)

\( b(2,2831...)=15
  \)

\( b=6,5697...
  \)

De momento vemos que “a”, al menos con los valores éstos, no está representando al semieje mayor; lo cual supone un problema en cuanto a hacer b=0, porque "b" podría representar indistintamente al semieje mayor o al menor.



Saludos.

09 Enero, 2017, 10:54 am
Respuesta #62

jpcarcedo

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Hola, jpcarcedo.

Ah, vale, has usado la misma página que enlacé.

...

Lo que quiere decir Sugata es esto:

Al multiplicar por la propiedad distributiva, aquí pi se cancela respecto al numerador \( a-b \)

\( 2\pi\left(\dfrac{a-b}{(\dfrac{\pi}{2})}+b\right)
  \)

Para verlo más claro haz \( \dfrac{\pi}{2}=\dfrac{1}{2}\cdot\pi=0.5\cdot\pi
  \); entonces

\( 2\pi\left(\dfrac{a-b}{0.5\pi}+b\right)=2\pi\cdot\dfrac{a-b}{0.5\cdot\pi}+2\pi\cdot b
  \)

En el primer sumando, esto \( 2\cdot\dfrac{a-b}{0.5}
  \) est´a multiplicado por pi y dividido por pi, con lo que se queda sin pi, siendo el resultado de la cuenta

\( 2\cdot\dfrac{a-b}{0.5}+2\pi\cdot b=\dfrac{2}{0.5}(a-b)+2\pi b=
  \)

\( 4(a-b)+2\pi b=4a-4b+2\pi b \)
 

Donde podemos agrupar “b” así \( b(-4+2\pi)
  \), si multiplicas por la distributiva ves que es lo mismo que

\( -4b+2\pi b
  \)

y queda expresada la fórmula de esta manera

\( 4a+b(-4+2\pi)
  \)

y se puede simplificar más aprovechando los coeficientes pares pero la dejo así.

Resulta que “a” es independiente de pi; eso es lo que dice Sugata.

...

Por otra parte, ahora, podemos elegir un perímetro arbitrario (sea, por ejemplo, qué sé yo, 27) y un semieje arbitrario (sea, por ejemplo, a=3) entonces tiene que existir algún “b”, para esa supuesta elipse, el cual podemos hallar despejando; lo hacemos sustituyendo esos valores en la ecuación:

\( 4a+b(-4+2\pi)=p
  \)

\( 4\cdot3+b(-4+2\pi)=27
  \)

\( b(-4+2\pi)=27-12
  \)

\( b(2,2831...)=15
  \)

\( b=6,5697...
  \)

De momento vemos que “a”, al menos con los valores éstos, no está representando al semieje mayor; lo cual supone un problema en cuanto a hacer b=0, porque "b" podría representar indistintamente al semieje mayor o al menor.



Saludos.

Hola, Feriva
Muchas gracias de nuevo.
Sugata ha sido muy preciso en ese punto y clarificador. Gracias a él simplifiqué.
Si utilicé \( \pi/2 \) fue porque me encontré con ese valor, no porque yo divida \( \pi \), sino como resultado numérico.
Pensé en adjudicarle una letra pero creí que sería más oportuno que se viera de dónde procedía el resultado.
Fue un error. \( \pi/2 \) es una constante con un valor preciso \( 1,057..... \) y lo paso a denominar \( T \) (como se me asegura que estoy instalado en un error  ;D voy a tener un capricho, el de llamar a \( T \) de otra manera: \( Ñ \). Porque no creo que le moleste a nadie  :) )
Del mismo modo \( a-b \) no son dos elementos, es un resultado final "diferencia entre semiejes" que he denominado \( d \)

\( p)2\pi((d/Ñ)+b) \)

09 Enero, 2017, 11:18 am
Respuesta #63

Luis Fuentes

  • el_manco
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Hola

 Sinceramente estoy un poco perplejo de que este hilo haya seguido generando mensajes. No acabo de entender a que viene marear más la perdiz. No entiendo por ejemplo este matiz de sugata (en el sentido de que me parece dar más y más vueltas sobre cosas ya aclaradas):

Date cuenta que en tu fórmula \( \pi \) sólo afecta a \( b \).
Viendo que en las ecuaciones paramétricas de una elipse a y b dependen del seno y coseno del ángulo, creo que ahí puede estar la desviación de la "fórmula oficial"

La desviación está simplemente en que la fórmula de jpcarcedo está MAL. Y no hay mucho que analizar, está mal porque no coincide con el valor exacto. Si se quiere precisar más, ya hemos visto que jpcarcerdo interpola por una recta lo que en realidad es una curva.

Me quedo con el hecho constatado de que mi fórmula en los casos "a"=1;"b"=1 y "a"=1;"b"=0 da un resultado exacto.
Que los resultados infinitos que hay en medio ofrecen un gráfico recto mientras que el oficial representa una curva.
Y que, comparado con los datos oficiales, mi fórmula tiene una desviación máxima del 7%. (no está mal para ser tan inviable)
Ya es paradójico, cosas más raras se han visto, que la única fórmula simple que arroja exactitud en los extremos no comprenda el resto de supuestos que una elipse puede ofrecer.
Un saludo y muchas gracias a todos los que me habéis ayudado a comprender que las cosas no son tan sencillas como uno piensa.

Al leer eso pensé, jpcarcedo,  que había comprendido que lo que tu haces está mal. Pero después de seguir leyendo ya no me queda claro.

Un resumen:

1) Lo que tu haces jpcarcedo (consciente o inconscientemente) es partiendo del valor exacto para DOS valores, presuponer que para los demás valores la fórmula se comporta como una recta y de ahí deduces una fórmula lineal que NO ES exacta fuera de esos dos valores concretos. No hay nada excepcional ahí; ni dada sorprendente en que coincida en esos dos valores y no en todos los demás. Es lo que ocurre cuando uno aproxima por una recta una función que no es una recta.

2) Sabemos que NO es exacta, porque más allá de las aproximaciones (que veo que estáis llamando a veces como "fórmulas oficiales" y me parece confuso, porque no dejan de ser aproximaciones: mejor entonces "aproximaciones oficiales") hay una fórmula exacta indicada desde el principio por Abdulai:

\( P = a \displaystyle\int_{0}^{2\pi}{\sqrt{1-k^2 \sin^2\theta}\;\text{d}\theta} \quad ; \text{  con} \quad k=\dfrac{\sqrt{a^2-b^2}}{a} \quad , \quad a: \text{semieje mayor} \) 

3) Esa fórmula está tan rigurosamente demostrada como que \( (x+y)^2=x^2+2xy+y^2 \) (¿esto lo conoces no?).

4) Esa fórmula puede aplicarse para valores concretos con ayuda de un ordenador, dando el resultado con la precisión que queramos. No hay nada distinto ahí de cuando uno le manda a una calculadora calcular \( \sqrt{2} \), que nos da también el resultado con la precisión que queramos.

Saludos.

09 Enero, 2017, 11:32 am
Respuesta #64

feriva

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Del mismo modo \( a-b \) no son dos elementos, es un resultado final "diferencia entre semiejes" que he denominado \( d \)

\( p)2\pi((d/Ñ)+b) \)

Sólo un párrafo, para no extendernos más.

No evita el problema, mientras que la integral elíptica (que acaba de poner el_manco) contiene algo que sí lo hace, porque si \( a<b \) deja de tener solución real la excentricidad; los semiejes están bien definidos; y es necesario que así sea para que no aparezcan absurdos.

Saludos.

09 Enero, 2017, 12:36 pm
Respuesta #65

jpcarcedo

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Hola

 Sinceramente estoy un poco perplejo de que este hilo haya seguido generando mensajes. No acabo de entender a que viene marear más la perdiz. No entiendo por ejemplo este matiz de sugata (en el sentido de que me parece dar más y más vueltas sobre cosas ya aclaradas):

Date cuenta que en tu fórmula \( \pi \) sólo afecta a \( b \).
Viendo que en las ecuaciones paramétricas de una elipse a y b dependen del seno y coseno del ángulo, creo que ahí puede estar la desviación de la "fórmula oficial"

La desviación está simplemente en que la fórmula de jpcarcedo está MAL. Y no hay mucho que analizar, está mal porque no coincide con el valor exacto. Si se quiere precisar más, ya hemos visto que jpcarcerdo interpola por una recta lo que en realidad es una curva.

Me quedo con el hecho constatado de que mi fórmula en los casos "a"=1;"b"=1 y "a"=1;"b"=0 da un resultado exacto.
Que los resultados infinitos que hay en medio ofrecen un gráfico recto mientras que el oficial representa una curva.
Y que, comparado con los datos oficiales, mi fórmula tiene una desviación máxima del 7%. (no está mal para ser tan inviable)
Ya es paradójico, cosas más raras se han visto, que la única fórmula simple que arroja exactitud en los extremos no comprenda el resto de supuestos que una elipse puede ofrecer.
Un saludo y muchas gracias a todos los que me habéis ayudado a comprender que las cosas no son tan sencillas como uno piensa.

Al leer eso pensé, jpcarcedo,  que había comprendido que lo que tu haces está mal. Pero después de seguir leyendo ya no me queda claro.

Un resumen:

1) Lo que tu haces jpcarcedo (consciente o inconscientemente) es partiendo del valor exacto para DOS valores, presuponer que para los demás valores la fórmula se comporta como una recta y de ahí deduces una fórmula lineal que NO ES exacta fuera de esos dos valores concretos. No hay nada excepcional ahí; ni dada sorprendente en que coincida en esos dos valores y no en todos los demás. Es lo que ocurre cuando uno aproxima por una recta una función que no es una recta.

2) Sabemos que NO es exacta, porque más allá de las aproximaciones (que veo que estáis llamando a veces como "fórmulas oficiales" y me parece confuso, porque no dejan de ser aproximaciones: mejor entonces "aproximaciones oficiales") hay una fórmula exacta indicada desde el principio por Abdulai:

\( P = a \displaystyle\int_{0}^{2\pi}{\sqrt{1-k^2 \sin^2\theta}\;\text{d}\theta} \quad ; \text{  con} \quad k=\dfrac{\sqrt{a^2-b^2}}{a} \quad , \quad a: \text{semieje mayor} \) 

3) Esa fórmula está tan rigurosamente demostrada como que \( (x+y)^2=x^2+2xy+y^2 \) (¿esto lo conoces no?).

4) Esa fórmula puede aplicarse para valores concretos con ayuda de un ordenador, dando el resultado con la precisión que queramos. No hay nada distinto ahí de cuando uno le manda a una calculadora calcular \( \sqrt{2} \), que nos da también el resultado con la precisión que queramos.

Saludos.

Buenos días, el_manco.
Sobre todo su aportación me ha hecho saber la causa de mi error.
No obstante, mi retina sigue convencida del espejismo en el que me encuentro.
Sugata, intenta aclararme la vista :)

09 Enero, 2017, 08:09 pm
Respuesta #66

Abdulai

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....
No obstante, mi retina sigue convencida del espejismo en el que me encuentro.

Ese es el principal error. Llamar a algo "exacto" cuando no "ves" diferencia.  Este concepto en algunos ámbitos es aceptable, pero en matemáticas no.

Además, el procedimiento de medición con una banda de goma sobre una elipse dibujada con dos clavos e hilo es terriblemente impreciso, los errores acumulados que podemos esperar son del orden de centímetros.
Tal es así que para una elipse de semiejes 53 y 72 el perímetro real es 394.970606... , 14mm menos que los 409.008821...  "verificados".

17 Enero, 2017, 11:42 am
Respuesta #67

jpcarcedo

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Hola

 Por completar el análisis de Fernando, la expresión que propone jpcarracedo no es más que la aproximación lineal del perímetro de la elipse interpolando sobre los valores exactos en \( a=b \) y \( b=0 \).

 Esto se puede ver en los siguientes gráficos:



 En el primero se pueden ver comparados los valores del perímetro real de la elipse y de la aproximación de jpcarracedo, para una elipse con \( a=1 \) y \( b \) variando entre \( 0 \) y \( 1 \).

El valor exacto ha sido calculado mediante el Mathematica que pude resolver por métodos iterativos la integral elíptica que da el perímetro exacto (esto está más que contrastado) de manera tan precisa como queramos.

 En el segundo está representado el error relativo de la aproximación de jpcarracedo sobre un máximo del 100%. Por error relativo me refiero al cociente:

\( 100\cdot \dfrac{|aprox-exacto|}{exacto} \)

 Vemos que el máximo error relativo alcanza más o menos el 7%.

 Por comparar con otras aproximaciones, en la famosa fórmula de Ramanujan:

\(  \pi[3(a+b)-\sqrt{(3a+b)(a+3b)}] \)

 el error relativo no supera en ningún caso el 0.5%.

Saludos.

P.D.
Sin embargo, soy dibujante y escritor y requería de un cálculo exacto de la elipse. La busqué y la obtuve.

Cuando quieran conocer todos los pormenores, busquen Jorge Peñamedrano Elipse y lo encontrarán en mi blog

Como acaban de mostrar las gráficas: su fórmula, Jorge, es una aproximación, no es en absoluto el valor exacto.

El_Manco. Vengo a incrementar mi agradecimiento, como ya le comenté.
No era suficiente para mí que unos cálculos entregaran datos diferentes si no conseguía comprender nítidamente la causa de la curva que indican los gráficos que me facilitó. Al fin, no lo he asumido sin más, sino que, con sus ejemplos y explicaciones, he comprendido la naturaleza de las diferentes elipses y la causa de mi error, más allá de que se haya demostrado infinitas veces. Es decir, he racionalizado con argumentos lingüisiticos lo que intentaba usted decirme con argumentos matemáticos. :D No sabe lo que se ha abierto la perspectiva con la que observo estos elementos ahora.
Si me pudiera confirmar si \( x=0; y=0 \) en el gráfico corresponde a una elipse con \( b=0 \) o con \( b=a \), se lo agradecería.
Porque... una tabla con los valores sucesivos de \( a \) y \( b \) es abusar de su paciencia y tiempo :)
Un saludo.

17 Enero, 2017, 12:52 pm
Respuesta #68

Luis Fuentes

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Hola

Si me pudiera confirmar si \( x=0; y=0 \) en el gráfico corresponde a una elipse con \( b=0 \) o con \( b=a \), se lo agradecería.

En la gráfica \( a \) toma el valor constante \( 1 \) y \( b \) varía entre \( 0 \) y \( 1 \).

Por tanto cuando la abcisa \( x=0 \), corresponde a la elipse que degenera a un segmento, con \( a=1 \) y \( b=0 \).

Cuando la abcisa \( x=1 \), corresponde a una circunferencia, es decir, la elipse con \( a=1=b \).

Saludos.

17 Enero, 2017, 02:39 pm
Respuesta #69

jpcarcedo

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Hola

Si me pudiera confirmar si \( x=0; y=0 \) en el gráfico corresponde a una elipse con \( b=0 \) o con \( b=a \), se lo agradecería.

En la gráfica \( a \) toma el valor constante \( 1 \) y \( b \) varía entre \( 0 \) y \( 1 \).

Por tanto cuando la abcisa \( x=0 \), corresponde a la elipse que degenera a un segmento, con \( a=1 \) y \( b=0 \).

Cuando la abcisa \( x=1 \), corresponde a una circunferencia, es decir, la elipse con \( a=1=b \).

Muchísimas gracias, es usted excepcional :)

Saludos.